Co by mohl být let na obří ledovou planetu? Můžete prozkoumat nevábný povrch Uranova měsíce Miranda nebo prozkoumat podivné masivní prstence Neptunu. V poslední době planetární vědci navrhli hypotetický let na jednu z ledových planet naší sluneční soustavy.
Pokud byste měli možnost simulovat váš drahocenný let k Uranu nebo Neptunu, jak by to vypadalo?
Prozkoumali byste nevábný povrch Uranova měsíce Miranda? Nebo snad podivné a mohutné prsteny Neptunu? Nebo úžasná interakce těchto planet se slunečním větrem?
Proč ale volit jeden jediný cíl, když můžete dělat všechno najednou?
Nedávno planetární vědci navrhli hypotetický let na jednu z obřích ledových planet v naší sluneční soustavě. Přišli na to, jaká by měla být vysněná vesmírná loď létající k Uranu, s přihlédnutím k nejnovějším inovacím a nejpokročilejším technologiím.
"Chtěli jsme přijít s technologiemi, které opravdu rozšíří naše obzory," řekl Mark Hofstadter, vedoucí pracovník Jet Propulsion Laboratory a California Institute of Technology v Pasadeně. „Není bláznivé si myslet, že se objeví za 10 let.“Hofstadter je autorem interní studie Jet Propulsion Laboratory, kterou sdílel 11. prosince na podzimním zasedání Americké geofyzikální unie.
Některé inovace jsou přirozenou inkarnací stávajících technologií. Hofstadter hovoří o malém a lehkém hardwaru a počítačových čipech. Použitím nejmodernějších systémů je možné snížit hmotnost a uvolnit spoustu místa na palubě kosmické lodi. „Raketa může dát do vesmíru určitou hmotu,“říká, „a proto každý ušetřený kilogram stavby umožňuje dodávat další vědecké přístroje.“
Jaderný iontový motor
Vysněná kosmická loď obsahuje dvě osvědčené technologie ve vesmíru, které dohromady přinesly zcela nový motor zvaný elektrická elektrárna na bázi radioizotopů (ESRP).
Vesmírná loď funguje jako každý jiný stroj. Baterie poskytuje energii pro napájení palubních systémů a nastartování motoru. Palivo putuje motorem, kde probíhá chemická reakce a vzniká reaktivní síla, která loď pohání.
Ve vysněné vesmírné lodi je baterie poháněna radioaktivním rozpadem plutonia, které je preferovaným zdrojem energie při letu ve vnější sluneční soustavě, kde je málo slunečního světla. Voyager 1, Voyager 2, Cassini a New Horizons měly radioizotopový zdroj energie, ale používaly hydrazinové palivo v chemickém motoru, který je rychle poháněl do dalekých končin sluneční soustavy.
Iontový motor používá jako palivo xenonový plyn. Xenon je ionizovaný. Elektrické pole urychluje xenonové ionty a ty opouštějí kosmickou loď ve formě výfukových plynů. Sonda Deep Space 1 a Don používaly tento typ motoru, ale energii získávaly z velkých solárních panelů, které fungují nejlépe ve vnitřní sluneční soustavě, kde se odehrává většina vesmírných cest.
Xenonový plyn je velmi stabilní. Sonda jej může přepravovat velké množství v tlakových nádobách. To umožňuje prodloužit dobu letu."ESUR nám dává příležitost prozkoumat všechny oblasti obří ledové soustavy: prstence, satelity a dokonce i magnetosféru, která je obklopuje," řekl Hofstadter. - Můžeme létat, kam chceme. Můžeme tam strávit tolik času, kolik potřebujeme. To nám dává velkou svobodu jednání. “
Kosmická loď bez posádky
Vysněná vesmírná loď, na které je nainstalován ESUR, může létat kolem prstenů, měsíců a samotné planety 10krát pomaleji než zařízení s konvenčním chemickým spalovacím motorem. Při cestování nízkými rychlostmi může vysněná loď pořizovat ostré snímky s vysokým rozlišením a dlouhou expozicí. Aby však mohla vesmírná loď využívat všechny schopnosti iontového motoru, potřebuje automatizaci navigace na palubě.
"Nevíme přesně, kde je satelit Uranu a kde je kosmická loď [ve vztahu k tomuto měsíci]," řekl Hofstadter. Většina satelitů této planety je viditelná pouze z dálky a podrobnosti o jejich velikosti a oběžných drahách nejsou známy. "Kvůli této nejistotě se musíte vždy držet v dostatečné vzdálenosti od předmětu, na který se díváte, abyste do něj nenarazili," dodal.
"Pokud ale existuje jistota, že kosmická loď pomocí kamery uvidí polohu satelitu a upraví jeho oběžnou dráhu, pak se můžete k satelitu přiblížit a nezřítit se do něj," poznamenal vědec. „Můžete se dostat mnohem blíž, než když připravujete průlet ze Země, protože v tomto případě je zpoždění komunikace více než pět hodin.“
Dříve na kosmických lodích neexistovalo žádné autonomní navigační zařízení této úrovně. Terénní vozidlo NASA Curiosity má omezenou schopnost vykreslit trajektorii mezi dvěma body. A meziplanetární stanice OSIRIS-Rex bude schopna detekovat nebezpečí a zastavit odběr vzorků.
Loď snů bude připomínat spíše bezpilotní vozidlo. Například bude vědět, že bude muset létat kolem satelitu Uranu Ofélie. Připraví si nízkou trajektorii nad povrchem k návštěvě zajímavých míst, jako je území chaosu. Tato loď také bude manévrovat a létat kolem neočekávaných překážek, jako jsou ostré útesy a skály. Pokud mu něco zajímavého unikne, bude mít dost paliva na další průchod.
Trio sestupových vozidel
Díky vysněnému prostoru díky kompaktní elektronice a schopnosti létat pomalu a nízko nad hladinou, kterou zajistí společnost ESUR a autonomní navigační systém, bude loď snů schopna vzít na palubu sestupová vozidla, která mohou být dopadl na povrch satelitů Uranu bez problémů.
"Navrhli jsme let se třemi malými sestupovými vozidly, která by mohla přistát na kterémkoli ze satelitů," řekl Hofstadter. Velikosti, tvary a možnosti těchto zařízení mohou být jakékoli, od jednoduchých kamer až po kompletní sadu nástrojů pro měření gravitace, složení půdy a dokonce i seismicity.
Vysněná kosmická loď bude moci prozkoumat všech 27 měsíců Uranu, od největší Titanie po nejmenší Amor, jehož průměr je pouhých 18 kilometrů. Tým se pak může rozhodnout, jak nejlépe přistávací modul použít.
"Nemusíme se předem rozhodovat, na které satelity přistát," řekl Hofstadter. "Můžeme počkat, až se tam dostaneme." Můžeme přistát se všemi vozidly na jednom satelitu, čímž vytvoříme malou seismickou síť pro vyhledávání lunárních zemětřesení a studium jeho nitra. Nebo možná rozhodneme, že je lepší přistát s těmito vozidly na třech různých satelitech. “
Poleva na dortu
Vědci, kteří provedli interní výzkum, připouštějí, že je prostě nerealistické zahrnout všechny tyto inovativní technologie do jednoho letu. Bude to velmi riskantní a drahé, říká Hofstadter. Navíc vesmírně testovaná technologie použitá na palubách Cassini, New Horizons a Juno mohla dobře dělat fascinující vědecké objevy na ledových obrech. A inovace tento hardware doplní.
NASA se v současné době nepřipravuje na lety do Uranu a Neptunu. V roce 2017 Hofstadter a jeho kolegové naléhavě hovořili o nutnosti létat k jednomu z ledových obrů a nyní doufají, že technologie budoucnosti někoho inspirují k vypracování návrhu takového letu.
"Je to skoro jako třešnička na dortu," řekl. „Řekli jsme, že pokud použijete nové technologie, můžete udělat spoustu nových věcí, a to zajistí velký vědecký úspěch.“