Urāna misijai ierosināts jauns kosmosa kuģa piedziņas veids

Cilvēce ir nosūtījusi tikai nedaudzas kosmosa kuģu uz ārējo Saules sistēmu aiz asteroīdu joslas. Bija Pionieri un Voyagers, kas atstāja Zemi 1970. gados. Galileo misija devās uz Jupiteru 1989. gadā un Cassini-Huygens uz Saturnu 1997. gadā. Visbeidzot, New Horizons misija atstāja Zemi 2006. gadā un pašlaik virzās uz Plutonu un Kuipera joslu.

Viena no šo misiju problēmām ir milzīgais laiks un izmaksas. Galileo bija 6 gadi, lai sasniegtu Jupiteru un izmaksāja aptuveni 1,6 miljardus dolāru, savukārt Cassini-Huygens nokļūšanai Saturnā prasīja 7 gadus un maksāja gandrīz tikpat daudz.

Tagad Somijas vadītā komanda ierosina misiju uz Urānu, ko darbina jauna eksotiska piedziņas forma, kas pašlaik tiek pārbaudīta Zemes orbītā. Šī dzinējspēks ir darbināms ar saules enerģiju, tāpēc tai nav nepieciešams kuģa degviela. Un tas var nosūtīt zondi uz Urānu aptuveni tajā pašā laikā, ko Galileo izmantoja, lai nokļūtu Jupiterā, kas atrodas mazāk nekā uz pusi tālāk. Taču šādas misijas izmaksas vēl nav skaidras.

Viena no problēmām zondēm, kas apmeklē ārējo Saules sistēmu, ir ģenerēt ātrumu, kas nepieciešams, lai tur nokļūtu pret Saules gravitācijas spēku. Piemēram, sākotnējais Galileo misijas plāns bija izmantot kosmosa kuģi, lai novietotu zondi un tās pastiprinātāju raķeti Zemes orbītā. Pastiprinātājs bija paredzēts, lai mazāk nekā divu gadu laikā nosūtītu zondi tieši uz Jupiteru.

Taču pēc Challenger katastrofas NASA nolēma, ka nebūtu saprātīgi novietot neapgaismotu raķeti atspoles kravas nodalījumā. Un tā kā neviena cita raķete nevarēja pacelt Galileo un tā pastiprinātāju, NASA bija jāatrod cits veids, kā tur nokļūt. Līdz ar to slingshot pieeja.

Ierosinātajā Urāna misijā ir izmantota pavisam cita pieeja, kuras pamatā ir elektriskās buras jeb E-buras koncepcija, ko 2006. gadā ierosināja somu inženieris Peka Janhunens (kurš arī ir jaunā Urāna priekšlikuma vadītājs). E-bura būtiski atšķiras no parastās saules buras, kas ģenerē vilci no fotonu spiediena, kas ietriecās burā.

Turpretim E-bura balstās uz lādētām daļiņām, piemēram, protoniem un alfa daļiņām saules vējā. Ideja ir radīt elektrisko lauku ap kosmosa kuģi, kas novirza šīs jonizētās daļiņas un rada spēku, kas paātrina kuģi visā tā ceļojuma laikā.

Bura sastāv no vadošu vadu komplekta, kas stiepjas radiāli no kosmosa kuģa kā spieķi uz riteņa. Elektrisko lauku ģenerē, izmantojot saules enerģiju. Un ar 540 vatiem burai vajadzētu radīt aptuveni 0,5 ņūtonus, paātrinot kuģi par aptuveni 1 mm/s^2.

Tam vajadzētu radīt ātrumu aptuveni 20 km/s, līdz tas sasniedz Urānu, un brauciena laiks ir aptuveni 6 gadi.

Pati amatniecība ir veidota trīs daļās. Pirmais ir E-sail modulis ar saules paneļiem un stiprinājuma spolēm, lai pagarinātu vadus. Otrais ir kuģa galvenais korpuss ar ķīmiskiem dzinējiem trajektorijas korekcijai ceļā un atrodoties tuvu Urānam, kā arī sakaru iekārtas kontaktam ar Zemi.

Pēdējā daļa ir ieejas modulis, kas tiek izlaists Urāna atmosfērā, kur tas veic dažādus zinātniskus mērījumus, lai pārraidītu atpakaļ uz Zemi, izmantojot galveno kuģi, kas darbojas kā relejs.

Janhunens un kolēģi saka, ka šis dizains būtu piemērots arī braucieniem uz citiem gāzes gigantiem ar nelielām modifikācijām.

Tā ir ambicioza ideja, jo īpaši tāpēc, ka E-Sail ideja nekad nav tikusi izmēģināta līdzīgā mērogā. Viens neliels satelīts ar nosaukumu ESTCube-1 pašlaik pārbauda šo ideju, un Eiropas Savienībai ir nepārtraukts pētniecības projekts, lai to pārbaudītu tālāk. Vēl viens Somijas satelīts šogad detalizētāk pārbaudīs principu, taču šāda veida misijai noteikti būs nepieciešams vairāk darba.

Neskatoties uz to, E-buru priekšrocības salīdzinājumā ar gravitācijas katalizatoriem ir skaidras. Papildus tam, ka tie ir ātrāki, tos var arī palaist gandrīz jebkurā laikā ar nelielām ceļojuma laika izmaiņām. Turpretim katapulti var iet tikai tad, kad gravitācijas dievi atrodas vienā virzienā.

Tas, ko Janhunens un kolēģi neapspriež, ir šādas misijas izmaksas, kuras, lai būtu godīgi, šajā projektēšanas posmā ir grūti noteikt. Cassini vai Galileo tipa misijas priekšrocība ir tāda, ka šie kuģi gadiem ilgi darbojas ap savām mērķa planētām, nosūtot atpakaļ milzīgus datu apjomus, lai gan par milzīgām izmaksām. Trūkums ir tas, ka viss tiek zaudēts, ja kosmosa kuģis kaut kā tiek pazaudēts.

Turpretim E-sail misija nosūta atpakaļ dažu minūšu datus no tās ugunīgās ienākšanas atmosfērā. Tas noteikti ir vērtīgi, taču, lai to pamatotu, tam vajadzētu būt ievērojami lētākam.

Tāpēc laba izpratne par šāda veida misiju relatīvajām izmaksām būs ļoti svarīga, lai noteiktu, vai E-Sails ir nākotne ārējās Saules sistēmas izpētē.

Atsauce: arxiv.org/abs/1312.6554 : Ātrās e-buras Urāna iekļūšanas zondes misija

paslēpties