Nowa forma napędu statku kosmicznego zaproponowana do misji na Uran

Ludzkość wysłała tylko garstkę statków kosmicznych do zewnętrznego Układu Słonecznego poza pas asteroid. Byli pionierzy i podróżnicy, którzy opuścili Ziemię w latach siedemdziesiątych. Misja Galileo skierowała się do Jowisza w 1989 roku, a sonda Cassini-Huygens do Saturna w 1997 roku. W końcu misja New Horizons opuściła Ziemię w 2006 roku i obecnie zmierza w kierunku Plutona i Pasa Kuipera.

Jednym z problemów związanych z tymi misjami jest sam czas i koszty. Galileo potrzebował 6 lat, aby dotrzeć do Jowisza i kosztował około 1,6 miliarda dolarów, podczas gdy Cassini-Huygens potrzebował 7 lat, aby dotrzeć do Saturna i kosztował prawie tyle samo.

Teraz zespół pod przewodnictwem Finlandii proponuje misję na Urana, napędzaną egzotyczną nową formą napędu, która jest obecnie testowana na orbicie okołoziemskiej. Ten napęd jest zasilany energią słoneczną, a więc nie wymaga na pokładzie paliwa. I może wysłać sondę do Urana mniej więcej w tym samym czasie, w którym Galileusz dotarł do Jowisza, który jest mniej niż w połowie tak daleko. Ale koszty takiej misji nie są jeszcze jasne.

Jednym z problemów sond odwiedzających zewnętrzny Układ Słoneczny jest generowanie prędkości niezbędnej, aby się tam dostać, wbrew przyciąganiu grawitacji Słońca. Na przykład pierwotny plan misji Galileo zakładał użycie wahadłowca kosmicznego do umieszczenia sondy i jej rakiety startowej na orbicie okołoziemskiej. Wzmacniacz został zaprojektowany tak, aby wysłać sondę bezpośrednio do Jowisza w niecałe dwa lata.

Jednak w następstwie katastrofy Challengera NASA zdecydowała, że ​​umieszczenie nieoświetlonej rakiety w ładowni wahadłowca byłoby nierozsądne. A ponieważ żadna inna rakieta nie była w stanie unieść Galileo i jego dopalacza, NASA musiała znaleźć inny sposób, aby się tam dostać. Stąd podejście z procy.

Proponowana misja Urana przyjmuje zupełnie inne podejście, oparte na koncepcji żagla elektrycznego lub żagla elektrycznego, zaproponowanej przez fińskiego inżyniera Pekkę Janhunena w 2006 roku (który jest również liderem nowej propozycji Urana). E-żagiel znacznie różni się od konwencjonalnego żagla słonecznego, który generuje ciąg z ciśnienia fotonów uderzających w żagiel.

W przeciwieństwie do tego, żagiel E opiera się na naładowanych cząstkach, takich jak protony i cząstki alfa w wietrze słonecznym. Pomysł polega na wytworzeniu pola elektrycznego wokół statku kosmicznego, które odchyla te zjonizowane cząstki i generuje siłę, która przyspiesza statek podczas jego podróży.

Żagiel składa się z zestawu przewodzących drutów, które rozciągają się promieniowo od statku kosmicznego jak szprychy na kole. Pole elektryczne generowane jest za pomocą energii słonecznej. A przy mocy 540 watów żagiel powinien generować około 0,5 niutona, przyspieszając statek o około 1 mm/s^2.

Powinno to wytworzyć prędkość około 20 km/s zanim dotrze do Urana, dając czas podróży około 6 lat.

Samo rzemiosło składa się z trzech części. Pierwszym z nich jest moduł E-sail z panelami słonecznymi i bębnami do przedłużenia przewodów. Drugi to główny korpus statku z chemicznymi silnikami odrzutowymi do dokonywania korekt trajektorii na trasie i w pobliżu Urana, a także sprzętem komunikacyjnym umożliwiającym kontakt z Ziemią.

Ostatnią częścią jest moduł wejściowy, który jest uwalniany do atmosfery Urana, gdzie dokonuje różnych pomiarów naukowych, które są przesyłane z powrotem na Ziemię za pośrednictwem głównego statku, który działa jak przekaźnik.

Janhunen i spółka twierdzą, że ten projekt byłby również odpowiedni do podróży do innych gazowych gigantów z niewielkimi modyfikacjami.

To ambitny pomysł, nie tylko dlatego, że pomysł E-Sail nigdy nie został wypróbowany na taką skalę. Jeden mały satelita o nazwie ESTCube-1 testuje obecnie ten pomysł, a Unia Europejska prowadzi obecnie projekt badawczy, który ma go dalej testować. Inny fiński satelita przetestuje tę zasadę bardziej szczegółowo w tym roku, ale tego typu misja z pewnością będzie wymagała więcej pracy.

Niemniej jednak przewaga żagli elektrycznych nad procami grawitacyjnymi jest oczywista. Oprócz tego, że są szybsze, można je uruchomić niemal w dowolnym momencie, z niewielkimi różnicami w czasie podróży. Dla kontrastu, procy mogą działać tylko wtedy, gdy bogowie grawitacji są w zgodzie.

To, czego Janhunen i spółka nie dyskutują, to koszt takiej misji, co, szczerze mówiąc, jest trudne do określenia na tym etapie projektowania. Zaletą misji typu Cassini lub Galileo jest to, że statki te działają przez lata wokół swoich docelowych planet, wysyłając z powrotem ogromne skarby danych, aczkolwiek przy ogromnych kosztach. Wadą jest to, że wszystko jest stracone, jeśli statek kosmiczny zostanie w jakiś sposób utracony.

W przeciwieństwie do tego misja E-sail wysyła z powrotem kilka minut danych ze swojego ognistego wejścia w atmosferę. To z pewnością cenne, ale uzasadnienie musiałoby być znacznie tańsze.

Tak więc dobre zrozumienie względnych kosztów tego rodzaju misji będzie kluczowe dla określenia, czy E-Sails ma przed sobą przyszłość w eksploracji zewnętrznego Układu Słonecznego.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1312.6554 : Misja sondy szybkiego wejścia na e-żagiel Urana

ukryć