Astronomen denken aan vluchten naar gigantische ijsplaneten

Inhoudsopgave:

Astronomen denken aan vluchten naar gigantische ijsplaneten
Astronomen denken aan vluchten naar gigantische ijsplaneten
Anonim

Wat zou een vlucht naar een gigantische ijsplaneet kunnen zijn? Je kunt het onaantrekkelijke oppervlak van Uranus' maan Miranda verkennen, of de vreemde massieve ringen van Neptunus verkennen. Onlangs hebben planetaire wetenschappers een hypothetische vlucht ontworpen naar een van de ijzige planeten in ons zonnestelsel.

Als je de kans zou krijgen om je geliefde vlucht naar Uranus of Neptunus te simuleren, hoe zou die er dan uitzien?

Zou je het onaantrekkelijke oppervlak van Uranus' maan Miranda willen verkennen? Of misschien de vreemde en massieve ringen van Neptunus? Of de verbazingwekkende interactie van deze planeten met de zonnewind?

Maar waarom één doel kiezen als je alles tegelijk kunt doen?

Onlangs ontwierpen planetaire wetenschappers een hypothetische vlucht naar een van de gigantische ijsplaneten in ons zonnestelsel. Ze kwamen erachter wat een droomruimteschip zou moeten zijn dat naar Uranus vliegt, rekening houdend met de nieuwste innovaties en de meest geavanceerde technologieën.

"We wilden technologieën bedenken die onze horizon echt verbreden", zegt Mark Hofstadter, senior fellow bij het Jet Propulsion Laboratory en California Institute of Technology in Pasadena. "Het is niet gek om te denken dat ze over 10 jaar verschijnen." Hofstadter is de auteur van een interne studie van het Jet Propulsion Laboratory, die hij op 11 december deelde tijdens de herfstbijeenkomst van de American Geophysical Union.

Sommige innovaties zijn natuurlijke incarnaties van bestaande technologieën. Hofstadter heeft het over kleine en lichte hardware en computerchips. Door gebruik te maken van de meest geavanceerde systemen is het mogelijk om gewicht te besparen en veel ruimte aan boord van het ruimtevaartuig vrij te maken. "De raket kan een bepaalde massa in de ruimte brengen", zegt hij, "en daarom maakt elke bespaarde kilo constructie het mogelijk om aanvullende wetenschappelijke instrumenten te leveren."

Nucleaire ionenmotor

Het droomruimtevaartuig bevat twee gevestigde technologieën in de ruimte die samen een volledig nieuwe motor hebben opgeleverd, een elektrische energiecentrale op basis van radio-isotopen (ESRP).

Een ruimteschip werkt net als elke andere machine. De batterij levert energie om de systemen aan boord van stroom te voorzien en de motor te starten. De brandstof gaat door de motor, waar een chemische reactie plaatsvindt en een reactieve kracht wordt gegenereerd die het schip voortstuwt.

In het droomruimteschip wordt de batterij aangedreven door het radioactieve verval van plutonium, de geprefereerde energiebron tijdens het vliegen in het buitenste zonnestelsel, waar weinig zonlicht is. Voyager 1, Voyager 2, Cassini en New Horizons hadden allemaal een radio-isotoopkrachtbron, maar gebruikten hydrazinebrandstof in een chemische motor die hen snel naar de verre uithoeken van het zonnestelsel voortstuwde.

De ionenmotor gebruikt xenongas als brandstof. Xenon is geïoniseerd. Het elektrische veld versnelt de xenon-ionen en ze verlaten het ruimtevaartuig in de vorm van uitlaatgas. De ruimtevaartuigen Deep Space 1 en Don gebruikten dit type motor, maar ze haalden hun kracht uit grote zonnepanelen die het beste werken in het binnenste zonnestelsel, waar het grootste deel van de ruimtevaart plaatsvindt.

Xenongas is zeer stabiel. Het ruimtevaartuig kan grote hoeveelheden ervan vervoeren in containers onder druk. Hierdoor kan de vluchtduur worden verlengd."ESUR geeft ons de mogelijkheid om alle gebieden van het gigantische ijssysteem te verkennen: ringen, satellieten en zelfs de magnetosfeer eromheen", zegt Hofstadter. - We kunnen vliegen waar we willen. We kunnen er zoveel tijd doorbrengen als we nodig hebben. Dit geeft ons een grote handelingsvrijheid."

onbemand ruimtevaartuig

Een droomruimteschip waarop ESUR is geïnstalleerd, kan 10 keer langzamer langs de ringen, manen en de planeet zelf vliegen dan een apparaat met een conventionele chemische verbrandingsmotor. Terwijl het met lage snelheden reist, kan het droomschip scherpe beelden met een hoge resolutie en een lange belichtingstijd vastleggen. Maar om alle mogelijkheden van de ionenmotor te kunnen gebruiken, heeft het ruimtevaartuig navigatie-automatisering aan boord nodig.

"We weten niet precies waar de satelliet van Uranus is en waar het ruimtevaartuig is [in relatie tot deze maan]", zei Hofstadter. De meeste satellieten van deze planeet zijn alleen van ver zichtbaar en details over hun grootte en banen zijn onbekend. "Vanwege deze onzekerheid moet je altijd een goede afstand houden van het object waar je naar kijkt om er niet tegenaan te botsen", voegde hij eraan toe.

"Maar als er vertrouwen is dat het ruimtevaartuig de locatie van de satelliet met behulp van de camera zal zien en zijn baan zal corrigeren, dan kun je dicht bij de satelliet komen en er niet tegenaan botsen", merkte de wetenschapper op. "Je kunt veel dichterbij komen dan wanneer je een flyby vanaf de aarde voorbereidt, want in dit geval is de communicatievertraging meer dan vijf uur."

Er was nog geen autonome navigatieapparatuur van dit niveau op ruimtevaartuigen. NASA's Curiosity terreinwagen heeft een beperkte mogelijkheid om een traject tussen twee punten uit te zetten. En het OSIRIS-Rex interplanetaire station zal gevaren kunnen detecteren en de bemonstering kunnen stoppen.

Het droomschip zal meer op een onbemand voertuig lijken. Hij zal bijvoorbeeld weten dat hij rond de satelliet van Uranus, Ophelia, zal moeten vliegen. Hij zal zichzelf een laag traject boven het oppervlak voorbereiden om interessante plaatsen te bezoeken, zoals het territorium van chaos. Ook zal dit schip manoeuvreren en rond onverwachte obstakels vliegen, zoals scherpe kliffen en rotsen. Als hij iets interessants mist, heeft hij genoeg brandstof om nog een pass te maken.

Trio van afdalingsvoertuigen

Met extra ruimte dankzij compacte elektronica en de mogelijkheid om langzaam en laag boven het oppervlak te vliegen, dat zal worden geleverd door ESUR en een autonoom navigatiesysteem, zal het droomschip in staat zijn om afdalingsvoertuigen aan boord te nemen die kunnen worden viel zonder problemen op het oppervlak van Uranus-satellieten.

"We hebben een vlucht ontworpen met drie kleine afdalingsvoertuigen die op elk van de satellieten kunnen worden geland", zei Hofstadter. De afmetingen, vormen en mogelijkheden van deze apparaten kunnen van alles zijn, van eenvoudige camera's tot een complete set instrumenten om zwaartekracht, bodemsamenstelling en zelfs seismische activiteit te meten.

Het droomruimtevaartuig zal alle 27 manen van Uranus kunnen overzien, van de grootste Titania tot de kleinste Cupido, waarvan de diameter slechts 18 kilometer is. Het team kan dan beslissen hoe de lander het beste kan worden gebruikt.

"We hoeven niet van tevoren te beslissen op welke satellieten we ze willen laten landen", zegt Hofstadter. “We kunnen wachten tot we er zijn. We kunnen alle voertuigen op één satelliet laten landen, waardoor een klein seismisch netwerk ontstaat om maanaardbevingen te zoeken en de binnenkant ervan te bestuderen. Of misschien besluiten we dat het beter is om deze voertuigen op drie verschillende satellieten te laten landen."

Kers op de taart

Wetenschappers die intern onderzoek hebben gedaan, geven toe dat het simpelweg onrealistisch is om al deze innovatieve technologieën in één vlucht op te nemen. Het zal zeer riskant en duur zijn, zegt Hofstadter. Bovendien zou de in de ruimte geteste technologie die aan boord van de Cassini, New Horizons en Juno werd gebruikt, heel goed fascinerende wetenschappelijke ontdekkingen kunnen doen op de ijsreuzen. En innovatie zal deze hardware aanvullen.

NASA bereidt zich momenteel niet voor op vluchten naar Uranus en Neptunus. In 2017 spraken Hofstadter en zijn collega's met klem over de noodzaak om naar een van de ijsreuzen te vliegen, en nu hopen ze dat de technologieën van de toekomst iemand zullen inspireren om een voorstel voor zo'n vlucht te ontwikkelen.

"Het is bijna als de kers op een taart," zei hij. "We zeiden dat als je nieuwe technologieën toepast, je veel nieuwe dingen kunt doen, en dit zal zorgen voor groot wetenschappelijk succes."

Aanbevolen: