" "
Glavni PlutonNaslednja misija Plutona: Orbiter in Lander?

Naslednja misija Plutona: Orbiter in Lander?

Pluton : Naslednja misija Plutona: Orbiter in Lander?

Desetletja smo si lahko samo predstavljali, kakšen bi lahko bil 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 država 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 pristankom, če bi imeli dovolj finančnih sredstev za oba, " je glavni preiskovalec New Horizonsa Alan Stern povedal za vesoljski marca marca.

Ta teden je Stern na družbenih medijih delil, 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 upočasnimo dovolj, da omogočimo vstop v orbito okoli Plutona. Za hitra in lahka Nova obzorja je bila orbitalna misija nemogoča.

Kateri pogonski sistem lahko omogoči misijo v orbiti Plutona in / ali pristanek?

Nekaj ​​idej se vrže naokoli.

Vesoljski sistem lansiranja

En koncept izkorišča NASA-in velik, nov sistem za lansiranje vesolja (SLS), ki je trenutno v razvoju, da bi omogočil človeške misije 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 (novejše različice bodo morda dvignile do 130 ton .) Blok 1 bodo poganjali dvojni pet segmentni raketni ojačevalniki in štirje tekoči pogonski motorji s predlaganim 15% večjo potisno močjo pri izstrelitvi kot rakete Saturn V, ki so astronavte poslale na Luno.

Umetniška interpretacija Nasine konfiguracije vesoljskega sistema 1 za vesoljski sistem z vozilom Orion. Slika: NASA

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 izvedlo veliko opeklino, ko so New Horizons izstopili iz Zemljine orbite. Lahka vesoljska plovila so se s Zemljo oddaljila s hitrostjo 36.000 milj na uro (približno 58.000 km / uro), nato pa z Jupiterjem uporabila gravitacijsko pomoč, da je povečala hitrost New Horizonsov na 52.000 mph (83.600 km / h), prepotovala 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 pognali s seboj ob zagonu ... kar pomeni pospeševanje orbite 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 Universe Today povedal, da bi z uporabo več milijard dolarjev SLS za lansiranje orbitov Plutona sprožil celoten tovor, poln pogonskega goriva, samo da bi pospešil in upočasnil 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 raziskavo, ki je na uporabo SLS gledala kot na izstrelitveno vozilo in na potiskanje vesoljskega plovila proti Plutonu, nato pa z ionskim motorjem RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator) z ionskim motorjem RTG, ki pozneje zavira za orbitalni prihod.

RTG proizvaja toploto iz naravnega razpada plutonija-238, ki ni orožje, 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 upočasnitev vesoljskega plovila in zagon v orbito.

Likovna ponazoritev Nasinega vesoljskega plovila Dawn z njegovim ionskim pogonskim sistemom se približuje Ceresu. Slika: NASA / JPL-Caltech.

"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 leta za takšno misijo na Pluton sedem let in pol, dve leti hitrejši od New Horizonsa.

Fuzijski pogon

Najbolj vznemirljiva možnost pa je morda 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.

Vesoljsko plovilo, ki poganja Direct Fusion Drive, v orbiti okoli Plutona, pri čemer je zemljica pripravljena za uporabo z desne strani. Velike konstrukcije, ki so podobne krilom, so radiatorji, optični laserji za optične komunikacije pa so na stojalih, ki segajo od središča. Zasluge: Princeton Satellite Systems, NASA / JHUAPL / SwRI

DFD temelji na fuzijskem reaktorju Prince-Field-Reversed Configuration (PFRC), ki je že 15 let v razvoju 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 oddajanje videa nazaj v orbito, ker bi imel toliko moči, pravi Stephanie Thomas iz podjetja Princeton Satellite Systems, Inc., ki vodi študijo NIAC.

Naši koncept je na splošno sprejet kot, www, to zveni res super! Kdaj jo lahko dobim? Thomas je povedal za Universe Today. Povedala je, da sta njena ekipa v svojem predlogu izbrala prototip misije orbitov in plovil, ker je to odličen primer, kaj lahko naredimo s fuzijsko raketo.

Njihov fuzijski sistem uporablja majhen linearni niz elektromagnetnih tuljav, njihovo gorivo pa je devterij helij 3, ki ima zelo nizko proizvodnjo nevtronov.

Fusion Orbiter in Lander z omogočeno fuzijo. Zasluge: Stephanie Thomas.

Priključi se na vesoljsko plovilo, prilega se lansirnemu vozilu, Thomas je v pogovoru na simpoziju NIAC pojasnil (njen pogovor se začne okoli 17.30 v povezanem videu). There brez litija ali drugih nevarnih materialov, tvori zelo malo škodljivih delcev. To je približno 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 segrevanja v plazmi, kar je veliko boljše kot kateri koli drug sistem.

Največja ovira je fuzija sama, je rekla. Moramo izdelati večji eksperiment, da dokončamo dokazovanje novega načina ogrevanja, ki bo potreboval za večjo količino virov, kot je projekt doslej prejemal oddelek za energijo, je povedal Thomas po e-pošti. Kljub temu je v veliki shemi projektov naprednih tehnologij še vedno malo, približno 50 milijonov dolarjev.

Thomas je dejal, da je DARPA porabil veliko več za številne tehnološke pobude, ki so se na koncu odpovedale. In to tudi veliko manj, kot to zahtevajo druge fuzijske tehnologije za isto stopnjo raziskovanja, saj je naš stroj tako majhen in ima preprosto konfiguracijo tuljave. (T. Thomas je rekel: oglejte si proračun za ITER, mednarodni megaprojekt za raziskovanje jedrske fuzije 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 so trenutno delajo na bilanco rastlin tehnologije podsistemov, ki bodo potrebni za delovanje motorja v prostoru, ob predpostavki, da način ogrevanja deluje, kot je trenutno predvideno.

Glede same misije Pluton je Thomas dejal, da na orbitu ni nobenih posebnih ovir, vendar bi to pomenilo povečanje števila tehnologij, da bi izkoristili zelo veliko razpoložljive moči, na primer optične komunikacije .

Meseje ali več vatov bi lahko namenili desetine ali več kW moči [kot trenutne misije], je dejala. Druga edinstvena lastnost našega koncepta je, da lahko veliko moč odnese 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.

Me smo bili izbrani za študijo faze II NIAC in smo zdaj v pogodbah o pogajanjih, je dejala. Zaposleni smo, ko delamo na modelih z večjo natančnostjo potiska motorja, načrtujemo sestavne dele poti in dimenzioniramo različne podsisteme, vključno s superprevodnimi tuljavami, je dejala. Naše trenutne ocene so, da en sam motor z močjo 1 do 10 MW proizvede med 5 in 50 N potiska, s približno 10.000 sek specifičnim impulzom.

Lasersko zapiranje do Plutona

Druga možnost futurističnega 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.

"Mi res ne vidimo, da bi uporabljali tovrstno tehnologijo, saj bi morali čakati desetletja, da bi se to razvilo, " 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, vi pa bi bili tam čez nekaj dni in pol. Vsak dan bi lahko pošiljali vesoljsko plovilo mimo Plutona. To bi se res spremenila igra. "

Realna prihodnost

A četudi se vsi strinjajo, da bi bilo treba narediti orbito Plutona, je najzgodnejši datum takšne misije nekje med zgodnjim 2020-om in začetkom 2030-ih. Vse pa je odvisno od priporočil, ki jih je predstavila 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 Pluton in svetov po njem najpomembnejša destinacija.

Če torej sanjate o orbitu Plutona, nadaljujte s tem.

Letenje Plutona v juliju 2015 New Horizon nas je naučilo veliko o tem planetu. Za eno stvar je Pluton veliko bolj geofizično aktiven kot misel. Kredit:
NASA / JHUAPL / SwRI.
Kategorija:
Astrofoto: Planeti v sumraku pri Trusku avtorja Brendana Aleksandra
SS John Glenn prihaja na vesoljsko postajo z znanostjo in potrebščinami