Po celá desetiletí jsme si dokázali jen představit, jaký by mohl být pohled na povrch Pluta. Teď máme pravou věc.
Obrázky a data z mise Pluto v New Horizons v červenci 2015 nám ukázaly nečekaně ohromující a geologicky aktivní svět. Vědci použili slova jako „magické“, „úchvatné“ a „vědecké divy“ k popisu dlouho očekávaných podrobných pohledů na vzdálené Pluto.
I když vědci stále analyzují data z New Horizons, začínají se formovat myšlenky o odeslání další kosmické lodi do Pluta, ale místo rychlého letu se jedná o dlouhodobou orbiterovou misi.
"Další vhodnou misí do Pluta je oběžná dráha, možná vybavená přistávací plošinou, pokud bychom měli dostatek finančních prostředků na to, abychom splnili obojí," řekl v březnu časopisu Space Magazine hlavní vyšetřovatel New Horizons Alan Stern.
Tento týden Stern sdílí na sociálních médiích setkání vědeckého týmu New Horizons. Samostatně ale další skupina začíná mluvit o možné další misi s Plutem.
Některé scény z dílny Pluto Follow On Mission v Houstonu včera. #TheFutureIsBright # Back2Pluto #PlutoFlyby pic.twitter.com/wrLZztHL01
- AlanStern (@AlanStern) 25. dubna 2017
Jak co nejrychleji dostat kosmickou loď do vnějších oblastí naší sluneční soustavy, je výzva, zejména v tom, že je schopna dostatečně zpomalit, aby umožnila jít na oběžnou dráhu kolem Pluta. Pro rychlé a lehké New Horizons byla orbitální mise nemožná.
Jaký pohonný systém by mohl umožnit pluto orbiter a / nebo přistávací misi?
Několik nápadů se hází kolem.
Space Launch System
Jeden koncept využívá velký nový systém NASA pro vesmírné spouštění (SLS), který se v současné době vyvíjí, aby umožnil lidské mise na Mars. NASA popisuje SLS jako „navrženou tak, aby byla flexibilní a vývojová, a otevře nové možnosti pro užitečná zatížení, včetně robotických vědeckých misí.“ Dokonce i první verze bloku 1 může spustit 70 metrických tun (novější verze by mohly být schopny zvednout až 130 metrických tun.) Blok 1 bude poháněn dvojitými pěti-segmentovými pevnými raketovými posilovači a čtyřmi kapalnými pohonnými motory, s navrženou 15% při startu více tahu než rakety Saturn V, které posílaly astronauty na Měsíc.
Ale orbitální mise v Plutu nemusí být nejlepším využitím samotné SLS.
Trvá hodně paliva, aby se vozidlo zrychlilo na dostatečně vysokou rychlost, aby se dostalo k Pluto v rozumném množství času. Například, New Horizons byl nejrychlejší kosmická loď, která kdy byla vypuštěna, používal přiloženou raketu Atlas V s dalšími posilovači, když New Horizons opustil orbitu Země. Lehká kosmická loď spěchala pryč od Země rychlostí 36 000 km / h (asi 58 000 km / h), poté pomocí gravitační asistence od Jupitera zvýšila rychlost New Horizons na rychlost 52 000 mph (83 600 km / h) a cestovala téměř milion mil ( 1,5 milionu km) za den na cestě do Pluta ve výši 3 miliardy kilometrů (4,8 miliardy km). Let trval devět a půl roku.
"Chcete-li vstoupit na dráhu Pluto, muselo by vozidlo [jako SLS] zvýšit na stejnou rychlost, pak se otočit a zpomalit o polovinu cesty, aby dorazilo k Plutu s nulovou čistou rychlostí vzhledem k planetě," vysvětlil Stephen Fleming , investor v několika startupech alt-space, včetně XCOR Aerospace, Planetetary Resources a NanoRacks. "Bohužel, kvůli tyranii raketové rovnice, budete muset nést veškeré palivo / pohonnou hmotu, abyste s vámi při startu zpomalili ... což znamená zrychlení orbiteru A všeho paliva v počáteční fázi." To vyžaduje logaritmicky více paliva pro počáteční spálení a ukáže se, že je NÍZKÉ palivo. “
Fleming řekl časopisu Space Magazine, že při použití SLS s více miliardami dolarů k zahájení oběžné dráhy Pluto byste ukončili spuštění celého užitečného nákladu plného hnací látky, jen abyste urychlili a zpomalili maličkou dráhu Pluto.
"To je mimořádně nákladná mise," řekl.
RTG-iontový pohon
Lepší možností by mohlo být použití pohonného systému kombinovaných technologií. Stern zmínil studii NASA, která zkoumala použití SLS jako startovacího vozidla a posílení kosmické lodi směrem k Pluto, ale poté pomocí iontového motoru poháněného RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator) k pozdějšímu brzdění pro orbitální příjezd.
RTG produkuje teplo z přirozeného rozkladu plutonia 238 bez zbraní a teplo se přeměňuje na elektřinu. RTG iontový motor by byl výkonnější iontový pohonný systém než současný solární elektrický iontový motor na kosmické lodi Dawn, nyní obíhající Ceres, v asteroidním pásu, a navíc by umožnil provoz ve vnější sluneční soustavě daleko od Slunce. Tento iontový motor s jaderným pohonem by umožnil zpomalující kosmické lodi zpomalit se a jít na oběžné dráhy.
"SLS by vás povzbudil, abyste odletěli do Pluta," řekl Stern, "a ve skutečnosti by brzdění iontovým pohonem trvalo dva roky."
Stern řekl, že doba letu na takovou misi do Pluta bude sedm a půl roku, dva roky rychlejší než New Horizons.
Fúzní pohon
Nejzajímavější možností však může být navrhovaná mise Pluto Orbiter a Lander s podporou Fusion, která je v současné době v rámci studie fáze 1 v Inovativních pokročilých koncepcích NASA (NIAC).
Návrh používá motor s přímou fúzí (DFD), který má pohon a výkon v jednom integrovaném zařízení. DFD poskytuje vysoký tah umožňující letové době asi 4 roky do Pluta a navíc je schopen poslat podstatnou hmotnost na oběžné dráze, možná mezi 1 000 až 8 000 kg.
DFD je založeno na fúzním reaktoru Princeton Field-Reversed Configuration (PFRC), který byl vyvíjen 15 let ve fyzikální laboratoři Princeton Plasma Physics Laboratory.
Pokud by tento pohonný systém fungoval podle plánu, mohl by vypustit pluto orbiter a lander (nebo možná rover) a poskytnout dostatek energie k udržení orbitu a všech jeho nástrojů, jakož i přenést hodně síly na lander. Podle Stephanie Thomasové z Princeton Satellite Systems, Inc., která vede studii NIAC, by to umožnilo pozemnímu vozidlu přenést zpět na oběžné dráze video, protože by mělo tolik energie.
„Náš koncept je obecně přijímán jako,‘ wow, to zní opravdu skvěle! Kdy ho můžu získat? “Řekl Thomas časopisu Space Magazine. Řekla, že ona a její tým vybrali ve svém návrhu prototypu Pluto orbiter a lander mise, protože je to skvělý příklad toho, co lze udělat s fúzní raketou.
Jejich fúzní systém používá malé lineární pole solenoidových cívek a jejich výběrem paliva je helium 3 deuteria, které má velmi nízkou produkci neutronů.
"To se hodí na kosmickou loď, to se hodí na startovací vozidlo," vysvětlil Thomas v rozhovoru pro symposium NIAC (její rozhovor začíná asi v 17:30 v připojeném videu). "Neexistuje žádné lithium ani jiné nebezpečné materiály, produkuje jen velmi málo škodlivých částic." Jde o velikost minivanu nebo malého kamionu. Náš systém je levnější a rychlejší než vývoj jiných fúzních návrhů. “
Tým Princeton byl schopen vyrobit 300 milisekundových pulzů pomocí svého experimentu s plazmovým ohřevem, řádově řádově lepší než jakýkoli jiný systém.
"Největší překážkou je samotná fúze," řekla. "Musíme dokončit větší experiment, abychom mohli dokončit prokázání nové metody vytápění, která bude vyžadovat řádově více zdrojů, než projekt dosud dostával od ministerstva energetiky," řekl Thomas e-mailem. "Ve velkém schématu pokročilých technologických projektů je však stále malý, asi 50 milionů dolarů."
Thomas řekl, že DARPA utratilo mnohem více za mnoho technologických iniciativ, které skončily zrušeny. A je to také mnohem méně, než vyžadují jiné technologie fúze pro stejnou fázi výzkumu, protože náš stroj je tak malý a má jednoduchou konfiguraci cívek. “ (Thomas řekl, podívejte se na rozpočet ITER, mezinárodního výzkumu jaderné syntézy a inženýrského megaprojektu, který v současné době běží přes 20 miliard USD).
"Jednoduše řečeno, víme, že naše metoda ohřívá elektrony opravdu dobře a může extrapolovat na zahřívání iontů, ale musíme jej postavit a dokázat," řekla.
Thomas a její tým v současné době pracují na technologii „rovnováhy zařízení“ - subsystémech, které budou vyžadovány pro provoz motoru v kosmu, za předpokladu, že metoda vytápění funguje tak, jak je v současnosti předpovězeno.
Pokud jde o samotnou misi Pluto, Thomas řekl, že neexistují žádné zvláštní překážky na samotném orbiteru, ale vyžadovalo by to rozšíření několika technologií, aby se využilo velmi velké množství dostupné energie, jako jsou optické komunikace.
"Mohli bychom věnovat komunikačnímu laseru desítky nebo více kW, ne 10 wattů, [jako současné mise]," řekla. „Další jedinečnou vlastností našeho konceptu je schopnost vyslat pozemníkovi hodně energie. To by umožnilo nové třídy planetárních vědeckých nástrojů, jako jsou silné vrtačky. Technologie k tomu existuje, ale specifické nástroje je třeba navrhnout a postavit. Další technologií, která bude zapotřebí v různých průmyslových odvětvích, jsou lehké kosmické radiátory, supravodivé dráty nové generace a dlouhodobé kryogenní skladování pro palivo deuteria. “
Thomas řekl, že jejich výzkum NIAC jde dobře.
"Byli jsme vybráni pro studii fáze II NIAC a nyní jsme ve smluvním jednání," řekla. "Jsme zaneprázdněni prací na věrnějších modelech tahu motoru, navrhováním součástí trajektorie a dimenzováním různých subsystémů, včetně supravodivých cívek," řekla. "Naše současné odhady jsou takové, že jeden motor o výkonu 1 až 10 MW bude produkovat tah mezi 5 a 50 N, při specifickém impulzu asi 10 000 sekund."
Laserové přepínání na Pluto
Další futuristickou možností pohonu jsou laserové systémy navržené Jurijem Milnerem pro jeho návrh Průlomové hvězdné snímky, kde by mohly být malé krychle zapleteny lasery na Zemi, v zásadě kosmická loď „bugující přepínání“, aby dosáhla neuvěřitelných rychlostí (možná miliony mil / km za hodinu) ) navštívit vnější sluneční soustavu nebo za ní.
"Není to opravdu v kartách, abychom mohli používat tento druh technologie, protože bychom museli čekat desetiletí, než se to rozviní," řekl Stern. "Ale pokud byste mohli poslat lehkou, levnou kosmickou loď rychlostí jako jedna-10. Rychlost světla založená na laserech ze Země." Mohli bychom poslat tyto malé kosmické lodě ke stovkám nebo tisícům objektů v Kuiperových pásech a vy byste tam byli za dva a půl dne. Každý den byste mohli poslat kosmickou loď přes Pluto. To by se opravdu změnilo. “
Realistická budoucnost
Ale i když každý souhlasí s tím, že by měl být proveden orbiter Pluto, nejčasnější možné datum takové mise je někdy mezi začátkem 20. a začátkem 20. let 20. století. Ale vše záleží na doporučeních vydaných v dalším dekadálním průzkumu vědecké komunity, který navrhne nejdůležitější mise pro divizi planetární vědy NASA.
Tyto dekadální průzkumy jsou desetileté „cestovní mapy“, které stanoví vědecké priority a poskytují návod, kam by NASA měla vyslat kosmickou loď a jaké typy misí by měly být. Poslední dekadální průzkum byl zveřejněn v roce 2011 a stanovil priority v oblasti planetární vědy do roku 2022. Další průzkum na období 2023–2034 bude pravděpodobně zveřejněn v roce 2022.
Mise New Horizons byla výsledkem doporučení z Decadal Survey of Planetary Science Decadal Survey 2003, kde vědci uvedli, že návštěva systému Pluto a světů za nimi je nejvyšší prioritou.
Pokud tedy sníte o orbitru Pluto, dál o tom mluvte.
