Onlarca yıl boyunca, Plüton’un yüzeyinin görüşünün ne olabileceğini hayal edebiliyorduk. Şimdi, gerçek olan bizde.
Temmuz 2015'te Yeni Ufuklar'ın Plüton'un misyonu uçuşundan görüntüler ve veriler bize beklenmedik bir şekilde çarpıcı ve jeolojik olarak aktif bir dünya gösterdi. Bilim adamları, uzak Plüton'un uzun zamandır beklenen yakın plan görüşlerini tanımlamak için 'büyülü', 'nefes kesici' ve 'bilimsel harikalar' gibi kelimeler kullandılar.
Bilim adamları hala Yeni Ufuklar'dan gelen verileri analiz etseler de, Pluto'ya başka bir uzay aracı gönderme konusunda formüle etmeye başlıyorlar, ancak hızlı bir uçuş yerine uzun vadeli bir yörünge misyonuyla.
New Horizons'un baş araştırmacısı Alan Stern, Mart ayında Space Magazine'e verdiği demeçte, “Pluto'ya bir sonraki uygun görev, ikisini de yapmak için yeterli kaynağımız olsaydı belki de bir arazi sahibiyle donatılmış bir yörüngedir.
Bu hafta Stern, Yeni Ufuklar'ın bilim ekibinin buluştuğu sosyal medyada paylaştı. Ancak, ayrı olarak, başka bir grup Pluto'ya olası bir sonraki görev hakkında konuşmaya başlıyor.
Dün Houston'daki Pluto Follow On Mission atölyesinden bazı sahneler. #TheFutureIsBright # Back2Pluto #PlutoFlyby pic.twitter.com/wrLZztHL01
- AlanStern (@AlanStern) 25 Nisan 2017
Güneş sistemimizin dış bölgelerine olabildiğince hızlı bir uzay aracı almak, özellikle Pluto çevresinde yörüngeye girmeyi sağlayacak kadar yavaşlayabilmek için zorluklar yaratır. Hızlı ve hafif Yeni Ufuklar için yörüngesel bir görev imkansızdı.
Hangi tahrik sistemi bir Plüton yörüngesi ve / veya iniş görevini mümkün kılabilir?
Birkaç fikir etrafa atılıyor.
Uzay Fırlatma Sistemi
Konseptlerden biri NASA’nın Mars’a insan misyonu sağlamak için geliştirilmekte olan büyük ve yeni Uzay Lansmanı Sisteminden (SLS) yararlanıyor. NASA, SLS'yi “esnek ve gelişebilir olacak şekilde tasarlanmış ve robotik bilimsel görevler de dahil olmak üzere faydalı yükler için yeni olanaklar yaratacak” olarak tanımlıyor. İlk Blok 1 sürümü bile 70 metrik ton başlatabilir (sonraki sürümler 130 metrik tona kadar kaldırabilir.) Blok 1,% 15 önerilen iki beş bölümlü katı roket güçlendirici ve dört sıvı itici motorla güçlendirilecektir. Astronotları Ay'a gönderen Satürn V roketlerinden daha fazla fırlattı.
Ancak Pluto'nun yörüngesel bir görevi, sadece SLS'nin en iyi kullanımı olmayabilir.
Bir aracı Pluto'ya makul bir sürede ulaşacak kadar hızlı bir şekilde hızlandırmak çok yakıt gerektirir. Örneğin, Yeni Ufuklar şimdiye kadar başlatılan en hızlı uzay aracıydı, ekstra güçlendiricilere sahip çorbalanmış bir Atlas V roketi kullanarak, Yeni Ufuklar Dünya yörüngesinden ayrıldığında büyük bir yanma gerçekleştirdi. Hafif uzay aracı Dünya'dan saatte 36.000 mil hızla uzaklaştı (yaklaşık 58.000 km / saat), daha sonra Jupiter'den Yeni Ufukların hızını yaklaşık 83 milyon km / s hıza çıkarmak için 83.000 km / s hıza çıkarmak için bir yerçekimi yardımı kullandı. Pluto'ya yaptığı 4 milyar mil (4,8 milyar km) yolculuğunda günde 1,5 milyon km). Uçuş dokuz buçuk yıl sürdü.
Stephen Pluton, “Pluto yörüngesine girmek için, [SLS gibi] bir aracın aynı hıza çıkması, sonra dönüp gezegenin yarısına kadar Pluto'ya varmak için gezinin yarısına yavaşlaması gerekiyordu,” diye açıkladı Stephen Fleming. , XCOR Aerospace, Gezegensel Kaynaklar ve NanoRack'ler de dahil olmak üzere çeşitli alt uzay girişimlerine yatırımcı. “Ne yazık ki, roket denkleminin zulmünden dolayı, fırlatma sırasında sizinle birlikte yavaşlamak için tüm yakıtı / iticiyi taşımanız gerekir… bu, başlangıç aşamasında yörüngeyi VE tüm yakıtı hızlandırmak anlamına gelir. Bu, ilk yanma için logaritmik olarak daha fazla yakıt gerektirir ve bir sürü yakıt olduğu ortaya çıkıyor. ”
Fleming, Space Magazine'e, bir Pluto yörüngesini başlatmak için multi milyar dolarlık SLS'yi kullanarak, sadece küçük bir Pluto yörüngesini hızlandırmak ve yavaşlatmak için itici yakıtla dolu bir yükün tamamını fırlatacağınızı söyledi.
“Bu çok pahalı bir görev” dedi.
RTG-İyon Sevk
Daha iyi bir seçenek, kombine teknolojilerin tahrik sistemini kullanmak olabilir. Stern, SLS'yi fırlatma aracı olarak kullanmaya ve uzay aracını Pluto'ya doğru yükseltmeye bakan, ancak daha sonra yörüngesel bir varış için daha sonra fren yapmak için RTG (Radyoizotop Termoelektrik Jeneratör) ile çalışan bir iyon motoru kullanan bir NASA çalışmasından bahsetti.
Bir RTG, silah sınıfı olmayan plütonyum-238'in doğal bozulmasından ısı üretir ve ısı elektriğe dönüştürülür. Bir RTG iyon motoru, şimdi Asteroid kuşağında Ceres yörüngesindeki Dawn uzay aracındaki mevcut güneş elektrik iyon motorundan daha güçlü bir iyon tahrik sistemi olacaktır, ayrıca Güneş'ten uzak dış güneş sisteminde çalışmayı sağlayacaktır. Bu nükleer enerjili iyon motoru, hızlanan bir uzay aracının yavaşlamasını ve yörüngeye girmesini sağlayacaktır.
“SLS sizi Pluto'ya uçmanızı sağlayacak,” dedi Stern, “ve frenin iyon itişiyle yapılması iki yıl alacaktı.”
Stern, Pluto'ya böyle bir görevin uçuş süresinin Yeni Ufuklardan iki yıl daha hızlı olacağını söyledi.
Füzyon Tahriki
Ancak en heyecan verici seçenek, şu anda NASA'nın Yenilikçi Gelişmiş Kavramları'nda (NIAC) 1. Aşama çalışması altında önerilen bir Fusion-Etkin Plüton Orbiter ve Lander görevi olabilir.
Teklif, bir entegre cihazda tahrik ve güce sahip bir Doğrudan Fusion Drive (DFD) motoru kullanıyor. DFD, Pluto'ya yaklaşık 4 yıllık bir uçuş süresi sağlamak için yüksek itiş gücü sağlar, ayrıca yörüngeye, belki de 1000 ila 8000 kg arasında önemli miktarda kütle gönderebilir.
DFD, Princeton Plazma Fizik Laboratuvarı'nda 15 yıldır geliştirilmekte olan Princeton Field-Reversed Configuration (PFRC) füzyon reaktörüne dayanmaktadır.
Bu sevk sistemi planlandığı gibi çalışırsa, bir Plüton yörüngesi ve bir iniş fırlatabilir (veya muhtemelen bir gezici) ve bir yörüngeyi ve tüm enstrümanlarını korumak için yeterli güç sağlayabilir ve bir inişe çok fazla güç verebilir. NIAC çalışmasına liderlik eden Princeton Satellite Systems, Inc.'den Stephanie Thomas'a göre, bu, yüzey aracının yörüngeye video çekmesini sağlayacaktı, çünkü çok fazla güce sahip olacaktı.
“Konseptimiz genel olarak“ kulağa hoş geliyor ”gibi geliyor! Ne zaman alabilirim? ”Dedi. Onun ve ekibinin tekliflerinde bir prototip Pluto yörüngesi ve iniş görevi seçtiğini söyledi, çünkü bu bir füzyon roketiyle neler yapılabileceğinin harika bir örneği.
Füzyon sistemleri, küçük bir lineer solenoid bobin dizisi kullanır ve tercih edilen yakıtı, çok düşük nötron üretimine sahip olan döteryum helyum 3'tür.
NIAC sempozyum konuşmasında Thomas “Bir uzay aracına uyuyor, fırlatma aracına uyuyor” (konuşması bağlantılı videoda saat 17: 30'da başlıyor). “Lityum veya başka tehlikeli maddeler yok, çok az zararlı parçacık üretiyor. Bir minibüs veya küçük bir kamyonun büyüklüğü hakkında. Sistemimiz diğer füzyon önerilerinden daha ucuz ve daha hızlı geliştiriliyor. ”
Princeton ekibi, plazma ısıtma deneyleri ile 300 milisaniyelik darbe üretebildi, büyüklük siparişleri diğer sistemlerden daha iyi.
“En büyük engel füzyonun kendisidir” dedi. Thomas, e-posta yoluyla "Projenin Enerji Bakanlığı'ndan aldığı miktardan daha fazla kaynak gerektirecek yeni ısıtma yöntemini kanıtlamayı bitirmek için daha büyük bir deney yapmalıyız," dedi. Ancak, ileri teknoloji projelerinin büyük planında hala yaklaşık 50 milyon dolar.
Thomas, DARPA'nın iptal edilen birçok teknoloji girişimine daha fazla harcadığını söyledi. Ayrıca, makinemiz çok küçük ve basit bir bobin konfigürasyonuna sahip olduğundan, aynı araştırma aşaması için diğer füzyon teknolojilerinin gerektirdiğinden çok daha az. ” (Thomas, şu anda 20 milyar doların üzerinde çalışan uluslararası nükleer füzyon araştırması ve mühendislik megaprosu olan ITER için bütçeye bir göz attığını söyledi).
“Basitçe söylemek gerekirse, yöntemimizin elektronları gerçekten iyi ısıdığını ve ısıtma iyonlarına tahmin edebileceğini biliyoruz, ancak onu inşa edip kanıtlamamız gerekiyor” dedi.
Thomas ve ekibi şu anda “tesis dengesi” teknolojisi üzerinde çalışıyor - ısıtma yönteminin şu anda tahmin edildiği gibi çalıştığı varsayılarak, motoru uzayda çalıştırmak için gerekli olan alt sistemler.
Pluto misyonu açısından, Thomas, yörüngenin kendisinde belirli bir engel olmadığını, ancak optik iletişim gibi çok büyük miktarda güçten yararlanmak için birkaç teknolojiyi büyütmeyi içereceğini söyledi.
“İletişim lazerlerine 10 watt değil, [mevcut görevler gibi] onlarca veya daha fazla güç harcayabiliriz” dedi. “Konseptimizin bir başka benzersiz özelliği, bir inişe çok fazla güç ışınlayabilmektir. Bu, güçlü matkaplar gibi yeni gezegensel bilim enstrümanları sınıflarını mümkün kılacaktır. Bunu yapacak teknoloji var, ancak özel aletlerin tasarlanması ve inşa edilmesi gerekiyor. Çeşitli endüstrilerde geliştirilmekte olan ilave teknoloji, hafif uzay radyatörleri, yeni nesil süper iletken teller ve döteryum yakıtı için uzun süreli kriyojenik depolamadır. ”
Thomas, NIAC araştırmalarının iyi gittiğini söyledi.
“NIAC Faz II çalışması için seçildik ve şu anda sözleşme görüşmelerinde bulunuyoruz” dedi. “Motorun itme gücünün yüksek sadakat modelleri üzerinde çalışmak, yörüngenin bileşenlerini tasarlamak ve süper iletken bobinler de dahil olmak üzere çeşitli alt sistemleri boyutlandırmakla meşgulüz” dedi. "Mevcut tahminlerimiz, tek bir 1 ila 10 MW'lık bir motorun, yaklaşık 10.000 sn spesifik dürtü ile 5 ila 50 N itme gücü üreteceğidir."
Pluto'ya Lazer Zaplama
Bir başka fütüristik tahrik olasılığı, Yuri Milner tarafından Atılım Starshot önerisi için önerilen lazer tabanlı sistemlerdir; burada küçük küpeler Dünya'daki lazerler tarafından zaptedilebilir, temel olarak inanılmaz hızlara (muhtemelen saatte milyonlarca mil / km) ulaşmak için “böcek zaplama” uzay aracı ) dış güneş sistemini veya ötesini ziyaret etmek.
Stern, “Bu tür bir teknolojiyi kullanmak bizim için gerçekten kartlarda değil, çünkü bunun geliştirilmesi için onlarca yıl beklemek zorundayız” dedi. “Ancak, Dünya'dan lazerlere dayanan ışık hızının 10'uncu hızı gibi hafif ve ucuz bir uzay aracı gönderebilseydiniz. Bu küçük uzay aracını Kuiper Kemerleri'ndeki yüzlerce veya binlerce nesneye gönderebilirdik ve iki buçuk gün içinde dışarıda olursunuz. Her gün Pluto'dan sonra bir uzay aracı gönderebilirsiniz. Bu gerçekten oyunun değişmesi olurdu. ”
Gerçekçi Gelecek
Ancak herkes bir Plüton yörüngesinin yapılması gerektiğini kabul etse bile, böyle bir görevin mümkün olan en erken tarihi 2020'lerin başı ile 2030'ların başı arasındadır. Ancak her şey, bilimsel topluluğun bir sonraki on yıllık araştırmasının ortaya koyduğu önerilere dayanıyor ve NASA’nın Gezegen Bilimi Bölümü için en öncelikli misyonları önerecek.
Bu Decadal Araştırmaları, bilim önceliklerini belirleyen ve NASA'nın nereye uzay aracı göndermesi gerektiği ve ne tür görevler olması gerektiği konusunda rehberlik sağlayan 10 yıllık “yol haritaları” dır. Son On Yıl Anketi 2011'de yayınlandı ve 2022'ye kadar gezegen bilimi önceliklerini belirledi. Bir sonraki 2023-2034 için 2022'de yayınlanacak.
Yeni Ufuklar misyonu, bilim adamlarının Pluto sistemini ve ötesindeki dünyaları ziyaret etmenin öncelikli bir hedef olduğunu söylediği 2003 gezegen bilimi Decadal Survey'in önerilerinin sonucuydu.
Eğer bir Plüton yörüngesini hayal ediyorsanız, bunun hakkında konuşmaya devam edin.
