Если мы упустим этот шанс, следующего, возможно, придётся ждать ещё 11 000 лет.
Команда исследователей описала, как новая двигательная установка — «прямой термоядерный двигатель» — позволит нам достичь Седны уже в этом столетии. Учитывая сильно вытянутую орбиту этой карликовой планеты, это может быть наш лучший шанс на многие тысячи лет.
В 2003 году исследователи, финансируемые NASA, обнаружили объект, который на тот момент стал самым далёким из всех открытых в нашей Солнечной системе. Карликовая планета, названная Седной в честь инуитской богини моря, была найдена на расстоянии более 12,9 миллиарда километров от Земли. Это потенциально делает её внутренним объектом гипотетического «облака Оорта», окружающего нашу Солнечную систему.
«Седна отличается от других вышеупомянутых объектов своей сильно вытянутой орбитой и гораздо большим радиусом афелия», — объясняется в научной статье 2021 года, посвящённой этой теме. Там же добавляется, что состав её поверхности также имеет сходство с объектами пояса Койпера.
«Первооткрыватели предположили, что Седна образовалась в Солнечной системе на раннем этапе её эволюции, а её орбита изменилась из-за динамических эффектов, последовавших за формированием Солнца в плотном звёздном скоплении. Согласно другим версиям, орбита Седны изменилась в результате сближения со звездой (например, со звездой Шольца, прошедшей около 70 тысяч лет назад на расстоянии 52 тысяч а.е. от Солнца), либо Седна была захвачена у звезды с малой массой или у коричневого карлика в межзвёздном пространстве».
Считается, что внутренний край облака Оорта начинается на расстоянии около 2 000–5 000 астрономических единиц (а.е.) от Солнца (одна а.е. — это расстояние от Земли до Солнца) и заканчивается где-то между 10 000 и 100 000 а.е. от Солнца.
На момент открытия Седна находилась примерно в 13 миллиардах километров от Солнца.
«С такого расстояния Солнце кажется настолько маленьким, что его можно полностью закрыть головкой булавки», — заявил доктор Майк Браун, адъюнкт-профессор планетарной астрономии в Калифорнийском технологическом институте, в сообщении NASA после обнаружения объекта.
Однако её необычайно вытянутая орбита может уводить её гораздо дальше. Проведя несколько наблюдений и рассчитав траекторию карликовой планеты, астрономы выяснили, что она совершает 11 000-летнее путешествие, удаляясь на расстояние до 936 а.е., или около 140 миллиардов километров. Астрономы обнаружили Седну вблизи её перигелия — точки максимального сближения с Солнцем.
«В последний раз, когда Седна была так близко к Солнцу, Земля только выходила из ледникового периода, — добавил Браун. — Когда она вернётся в следующий раз, мир снова может стать совершенно другим местом».
Это даёт человечеству небольшое окно возможностей для изучения потенциального объекта облака Оорта. Но это действительно небольшое окно, учитывая, что объект всё ещё находится очень, очень далеко. В июле 2076 года он максимально сблизится с Солнцем, но всё равно будет находиться на расстоянии около 76,37 а.е. от него.
Мы уже отправляли космические аппараты за пределы этого расстояния (привет, «Вояджер-1» и «Вояджер-2»), но на это ушли десятилетия. В новой статье, которая ещё не прошла научное рецензирование, команда рассматривает новые концепции, способные доставить миссию к объекту до того, как он начнёт медленно удаляться от нас на тысячи лет.
«Учитывая её орбитальный период в 11 тысяч лет, учёные предлагают миссии к запуску в ближайшие годы (около 2030 года), включая гравитационный манёвр, который позволил бы достичь Седны к моменту её максимального сближения в 2075 году», — объясняет команда в своей статье.
«Рассматриваемые методы включают химические двигатели с гравитационными манёврами у Венеры, Земли, Юпитера и Нептуна, а также манёвр Оберта вблизи Солнца. В этой работе мы представляем возможности исследования Седны с помощью миссий с альтернативными двигательными установками: с использованием термоядерного прямого двигателя (Direct Fusion Drive, DFD) и солнечного паруса с термической десорбцией покрытия».
Считается, что обе эти системы, хотя и находятся на экспериментальной стадии, имеют свои преимущества перед традиционными двигательными установками.
«Из-за ограничений традиционных методов инновационные двигательные системы имеют решающее значение для достижения далёких целей, таких как Седна, — пишет команда. — Химические двигатели, обеспечивая высокую тягу при запуске, страдают от низкой эффективности и требуют большой массы топлива для длительных миссий: космический аппарат „Вояджер-1“, запущенный в 1977 году, двигался с крейсерской скоростью 17 км/с (3,57 а.е. в год)».
Очевидное преимущество солнечных парусов заключается в том, что миссия может быть длительной, поскольку тяга создаётся за счёт «постоянного мягкого давления солнечного света», а не расхода топлива. Эта концепция разрабатывается NASA для потенциального использования в спутниках для наблюдения за космической погодой, миссиях по разведке околоземных астероидов и, возможно, в пилотируемых исследовательских полётах. Прямые термоядерные двигатели, которые пока находятся на ранней стадии разработки, но могут быть испытаны уже в 2027 году, также имеют свои преимущества.
«Компактный и чистый, каждый двигатель DFD мощностью 1–10 МВт будет производить как энергию, так и тягу, обладая высокой удельной мощностью (малой массой), — объясняют в Princeton Satellite Systems. — Прямое создание тяги в термоядерном двигателе чрезвычайно эффективно, что сокращает время полёта и расширяет возможности для широкого спектра космических миссий: роботизированных полётов к внешним планетам, пилотируемых миссий на Луну или Марс, а также миссий в ближнее межзвёздное пространство».
Проанализировав оба типа двигателей, команда обнаружила, что они легко могут доставить космический аппарат к карликовой планете в пределах имеющегося окна. Они выяснили, что DFD может сократить время в пути на 50% по сравнению с традиционными двигательными системами.
«Результаты показывают, что DFD может достичь Седны примерно за 10 лет с активной работой двигателя в течение 1,5 лет, в то время как солнечный парус с гравитационным манёвром у Юпитера может завершить путешествие за 7 лет», — заключила команда, добавив, что для DFD «эффективным решением для ещё большего сокращения времени полёта была бы оценка профиля с постоянной тягой; однако недостатком этого станет потребность в дополнительном топливе, что приведёт к уменьшению массы полезной нагрузки на 1/3».
Хотя оба варианта могут доставить груз к Седне, необходимо учитывать компромиссы. DFD может добраться туда быстрее, но при использовании режима постоянной тяги потребуется больше топлива, что уменьшит массу научного оборудования, которое можно доставить к объекту. Тем не менее, команда считает, что даже в этом случае можно доставить полезную нагрузку в 1500 кг менее чем за 10 лет.
В то же время миссия с солнечным парусом сможет доставить меньшую полезную нагрузку массой около 1,5 кг, которая может включать такие приборы, как спектрометры, магнитометры и высокочувствительные камеры. Хотя такая миссия будет дешевле и менее сложной, чем аппарат с DFD, полезная нагрузка, доставленная с помощью DFD, будет гораздо более комплексной.
Предложения по миссиям к Седне уже находятся в разработке. Будем надеяться, что одна из них скоро будет запущена, пока мы не упустили эту уникальную возможность, выпадающую раз в 11 000 лет, — посетить объект, который, возможно, прибыл из далёкого облака Оорта.
Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv.
Читайте также: Термоядерный двигатель довезет за два года до Титана
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.