Desetletja smo si lahko samo predstavljali, kakšen je lahko pogled na površino Plutona. Zdaj imamo resnično stvar.
Podobe in podatki iz misije New Horizons v Plutonu julija 2015 so nam pokazali nepričakovano osupljiv in geološko aktiven svet. Znanstveniki so uporabili besede, kot so "čarobna", "dih jemajoča" in "znanstvena dežela čudes", da bi opisali dolgo pričakovane poglede od blizu na daljni Pluton.
Čeprav znanstveniki podatke Analize New Horizons še vedno analizirajo, se začnejo oblikovati ideje o pošiljanju drugega vesoljskega plovila v Pluton, vendar z dolgoročno misijo orbite namesto hitrega letenja.
"Naslednja ustrezna misija v Plutonu je orbiter, morda opremljen s posednikom, če bi imeli dovolj sredstev za oba," je marca za Space Magazine povedal glavni preiskovalec New Horizonsa Alan Stern.
Ta teden je Stern na družbenih medijih objavil, da se srečuje znanstvena skupina New Horizons. Toda ločeno se začne druga skupina pogovarjati o morebitni naslednji misiji Plutona.
Nekaj prizorov iz delavnice Pluton Follow On Mission v Houstonu včeraj. #TheFutureIsBright # Back2Pluto #PlutoFlyby pic.twitter.com/wrLZztHL01
- AlanStern (@AlanStern) 25. aprila 2017
Najhitrejša pot do vesoljskega plovila do zunanjih območij našega osončja predstavlja izzive, zlasti zato, da se lahko upočasnite dovolj, da lahko vstopite v orbito okoli Plutona. Za hitra in lahka Nova obzorja je bila orbitalna misija nemogoča.
Kateri pogonski sistem bi lahko omogočil misijo v orbitu Plutona in / ali na kopnem?
Nekaj idej se vrže okoli.
Vesoljski sistem lansiranja
En koncept izkorišča NASA-in velik, nov sistem za izstrelitev vesolja (SLS), ki je trenutno v razvoju za omogočanje človeških misij na Mars. NASA opisuje SLS kot "zasnovan tako, da je prilagodljiv in evoluiran in bo odprl nove možnosti za koristne obremenitve, vključno z robotskimi znanstvenimi misijami." Tudi prva različica Block 1 lahko izstreli 70 metrskih ton (kasnejše različice bodo morda dvignile do 130 ton). Blok 1 bo poganjal dvojna pet segmentna raketna ojačevalnika in štiri tekoče pogonske motorje, s predlaganimi 15% več potiska pri izstrelitvi kot rakete Saturn V, ki so astronavte poslale na Luno.
Toda misija orbite na Plutonu morda ni najboljša uporaba same SLS.
Potrebno je veliko goriva, da vozilo pospešite do dovolj visoke hitrosti, da pridete do Plutona v razumnem času. Na primer, New Horizons je bilo najhitrejše vesoljsko plovilo, kar jih je kdajkoli izstrelilo, z rahlo izbrano raketo Atlas V z dodatnimi ojačevalniki pa je povzročilo veliko opeklino, ko so New Horizons izstopili iz Zemljine orbite. Lahka vesoljska ladja se je s Zemljo odletela s hitrostjo 36.000 milj na uro (približno 58.000 km / uro), nato pa je z Jupiterjem uporabila gravitacijsko pomoč, da je povečala hitrost New Horizonsov na 52.000 mph (83.600 km / h), prevozila skoraj milijon milj ( 1,5 milijona kilometrov na dan na 4,8 milijarde km potovanja do Plutona. Let je trajal devet let in pol.
"Za vstop v orbito Plutona bi se moralo vozilo (kot je SLS) dvigniti do iste hitrosti, nato pa se obrniti in upočasniti za polovico vožnje, da bi prišli do Plutona z neto ničlo hitrosti glede na planet," je pojasnil Stephen Fleming , investitor v več alt vesoljskih zagonov, vključno z XCOR Aerospace, Planetary Resources in NanoRacks. "Na žalost bi morali zaradi tiranije raketne enačbe nositi vso gorivo / pogonsko gorivo, da bi se z njim spustili v zagon ... kar pomeni pospeševanje orbitata in vsega tega goriva v začetni fazi. To zahteva logaritmično več goriva za začetno zgorevanje in izkaže se, da je veliko goriva. "
Fleming je za Space Magazine povedal, da boste z uporabo več milijard dolarjev SLS za lansiranje orbitov Plutona sprožili celoten tovor, poln pogonskega goriva, samo da bi pospešili in upočasnili majhen orbiter Plutona.
"To je izjemno draga misija," je dejal.
RTG-ionski pogon
Boljša možnost bi bila uporaba pogonskega sistema kombiniranih tehnologij. Stern je omenil NASA-ino študijo, ki je na uporabo SLS gledala kot na lansirno vozilo in na potiskanje vesoljskega plovila proti Plutonu, nato pa z ionskim motorjem RTG (Radioizotop termoelektrični generator) z ionskim motorjem na RTG, da pozneje zavira za orbitalni prihod.
RTG proizvaja toploto zaradi naravnega razpada plutonija-238 brez orožja in toplota se pretvori v električno energijo. RTG ionski motor bi bil zmogljivejši sistem ionskega pogona kot trenutni sončni električni ionski motor na vesoljskem plovilu Dawn, ki zdaj kroži v Ceres, v pasu asteroidov, poleg tega pa bi omogočil delovanje v zunanjem osončju, daleč od Sonca. Ta jedrski motor z jedrskim pogonom bi omogočil, da se vesoljsko plovilo, ki se vozi, upočasni in zaide v orbito.
"SLS bi vas spodbudil, da bi poleteli proti Plutonu," bi dejal Stern, "in bi dejansko potrebovali dve leti, da bi zavirali z ionskim pogonom."
Stern je dejal, da bo čas letenja za takšno misijo v Pluton sedem let in pol, kar je dve leti hitreje kot New Horizons.
Fuzijski pogon
Najbolj vznemirljiva možnost pa bi lahko bila predlagana misija Pluton Orbiter in Lander s Fusion, ki je trenutno v fazi 1. študije Nasinega inovativnega naprednega koncepta (NIAC).
Predlog uporablja motor Direct Fusion Drive (DFD), ki ima pogon in moč v eni integrirani napravi. DFD zagotavlja visok potisk, ki omogoča približno 4 leta leta do Plutona, poleg tega pa lahko v orbito pošljejo znatno maso, morda med 1000 in 8000 kg.
DFD temelji na fuzijskem reaktorju Princeton Field-Reversed Configuration (PFRC), ki se že 15 let razvija v laboratoriju za fiziko plazme Princeton.
Če ta pogonski sistem deluje po načrtih, bi lahko sprožil orbito Plutona in lander (ali morda rover) ter zagotovil dovolj moči za vzdrževanje orbita in vseh njenih instrumentov, pa tudi spuščanje veliko moči na zemljo. To bi omogočilo površinskemu vozilu, da predvaja video nazaj v orbito, ker bi imel toliko moči, pravi Stephanie Thomas iz podjetja Princeton Satellite Systems, Inc., ki vodi študijo NIAC.
"Naš koncept je na splošno sprejet kot," vau, to se sliši zelo kul! Kdaj jo lahko dobim? "Je Thomas povedal za Space Magazine. Povedala je, da sta v svojem predlogu in njena ekipa izbrala prototip misije orbiterja in ladje Plutona, saj je to odličen primer, kaj lahko naredimo s fuzijsko raketo.
Njihov fuzijski sistem uporablja majhen linearni niz elektromagnetnih tuljav, njihovo gorivo za izbiro pa je devterij helij 3, ki ima zelo nizko proizvodnjo nevtronov.
"Prilega se v vesoljsko plovilo, prilega se lansirnemu vozilu," je Thomas razložil na pogovoru na simpoziju NIAC (njen pogovor se začne v 17:30 v povezanem videu). "Ni litija ali drugih nevarnih materialov, saj nastane zelo malo škodljivih delcev. Gre za velikost enoprostorca ali majhnega tovornjaka. Naš sistem je cenejši in hitrejši za razvoj kot drugi predlogi za fuzijo. "
Ekipi Princeton je uspelo proizvesti 300 milisekundnih impulzov s svojim poskusom ogrevanja s plazmo, kar je veliko boljše kot pri katerem koli drugem sistemu.
"Največja ovira je fuzija sama," je dejala. "Moramo izdelati večji eksperiment, da dokončamo dokazovanje novega načina ogrevanja, kar bo zahtevalo veliko več sredstev, kot je projekt doslej prejemal oddelek za energijo," je Thomas povedal po e-pošti. "Vendar je še vedno majhen v veliki shemi projektov naprednih tehnologij, približno 50 milijonov dolarjev."
Thomas je dejal, da je DARPA porabil veliko več za številne tehnološke pobude, ki so se na koncu odpovedale. Poleg tega je veliko manj, kot to zahtevajo druge fuzijske tehnologije za isto stopnjo raziskovanja, saj je naš stroj tako majhen in ima preprosto konfiguracijo tuljave. " (Thomas je dejal, poglejte proračun ITER, mednarodnega megaprojekta za jedrsko fuzijo in inženiring, ki trenutno znaša več kot 20 milijard dolarjev).
"Preprosto povedano, vemo, da naša metoda zelo dobro segreva elektrone in lahko ekstrapolira na segrevanje ionov, vendar jo moramo zgraditi in dokazati," je dejala.
Thomas in njena ekipa trenutno delajo na tehnologiji "ravnotežja rastlin" - podsistemih, ki bodo potrebni za delovanje motorja v vesolju, ob predpostavki, da način ogrevanja deluje tako, kot je predvideno trenutno.
Glede same misije Pluton je Thomas dejal, da na orbiti ni nobenih posebnih ovir, ampak bo vključevalo povečanje števila tehnologij, da bi izkoristili zelo veliko razpoložljive moči, na primer optične komunikacije.
"Lahko bi namenili desetine ali več kW moči za komunikacijski laser, ne 10 vatov, [kot trenutne misije]," je dejala. "Druga edinstvena značilnost našega koncepta je, da lahko pošljete veliko moči na zemljo. To bi omogočilo nove razrede instrumentov planetarnih znanosti, kot so močni vrtalniki. Tehnologija za to obstaja, vendar je treba načrtovati in graditi posebne instrumente. Dodatna tehnologija, ki bo potrebna v razvoju v različnih panogah, so lahki vesoljski radiatorji, superprevodne žice nove generacije in dolgotrajna kriogena shramba za devterijsko gorivo. "
Thomas je dejal, da njihove raziskave NIAC potekajo dobro.
"Izbrani smo bili za študijo faze II NIAC in zdaj smo v pogajanjih o pogodbah," je dejala. "Zasedeni smo pri izdelavi modelov z večjo natančnostjo potiska motorja, oblikovanju sestavnih delov poti in določanju velikosti različnih podsistemov, vključno s superprevodnimi tuljavami," je dejala. "Naše trenutne ocene so, da en motor z močjo 1 do 10 MW proizvede potisk med 5 in 50 N, pri približno 10.000 sek specifičnem impulzu."
Lasersko zapiranje do Plutona
Druga futuristična možnost pogona so laserski sistemi, ki jih je predlagal Jurij Milner za svoj predlog Breakthrough Starshot, kjer bi majhne kocke lahko zapirali z laserji na Zemlji, v bistvu vesoljsko plovilo, ki "zapira hrope", da bi doseglo neverjetno hitrost (morda milijone milj / km na uro ) za obisk zunanjega osončja ali zunaj njega.
"Za uporabo te vrste tehnologije v resnici ni kartice, saj bi morali čakati desetletja, da se to razvije," je dejal Stern. "Toda če bi lahko poslali lahka, poceni vesoljska plovila s hitrostjo, kot je desetina, hitrost svetlobe, ki temelji na laserjih z Zemlje. Ta majhna vesoljska plovila bi lahko poslali na stotine ali tisoče predmetov v Kuiperjevih pasovih, ti pa bi bili tam čez nekaj dni in pol. Vesoljsko plovilo bi lahko pošiljali mimo Plutona vsak dan. To bi se res spremenila igra. "
Realna prihodnost
A četudi se vsi strinjajo, da je treba narediti orbito Plutona, je najzgodnejši datum takšne misije nekje med zgodnjimi 2020-ih in začetkom 2030-ih. Vse pa je odvisno od priporočil, ki jih je pripravila naslednja desetletna raziskava znanstvene skupnosti, ki bo predlagala najbolj prednostne naloge za NASA-in oddelek za planetarne znanosti.
Te desetletne raziskave so 10-letni "načrti", ki postavljajo znanstvene prednostne naloge in dajejo smernice, kam naj NASA pošilja vesoljska plovila in kakšne vrste misij bi morala biti. Zadnja desetletna raziskava je bila objavljena leta 2011 in je določila prioritete planetarnih znanosti do leta 2022. Naslednja, leta 2023-2034, bo verjetno objavljena leta 2022.
Misija New Horizons je bila rezultat predlogov iz desetletne raziskave planetarne znanosti iz leta 2003, kjer so znanstveniki rekli, da je obisk sistema Plutona in svetov po njem najpomembnejša destinacija.
Torej, če sanjate orbito Plutona, nadaljujte s tem.
