Под парусом к Урану — Мир Знаний

Под парусом к Урану

Европейские ученые предложили необычную концепцию межпланетного зонда для исследования газовых гигантов Солнечной системы. Новый аппарат сможет достичь далекого Урана быстрее, чем Galileo добрался до Юпитера, покрыв при этом почти вдвое большее расстояние.

К настоящему времени в далекие внешние области Солнечной системы, лежащие за Главным поясом астероидов, человечество отправило лишь несколько аппаратов. Среди них можно упомянуть дальние зонды Pioneer, стартовавшие еще в 1970-х, миссию Galileo, которая отправилась к Юпитеру в 1989 году, и Cassini-Huygens, которая исследует Сатурн с его многочисленными кольцами и спутниками. Наконец, в 2006 году в полет отправился зонд New Horizons, цель которого — Плутон и другие ледяные объекты пояса Койпера.

Проблемы таких проектов понятны и неспециалисту: время и деньги. Galileo добирался до Юпитера шесть лет и обошелся NASA в 1,6 млрд долларов. На Cassini-Huygens потрачено примерно столько же, и прошло целых семь лет, прежде чем аппарат достиг Сатурна. Станция New Horizons пролетит близ Плутона только в 2015 году.

3026c54d0e0ea249c622846c9479f8e7_resized_width_ff6a7c00bd30654ee3a7c9af92d71be6_500_q95Неудивительно, что заметный интерес профессионалов привлекла идея, высказанная недавно европейскими учеными и разработчиками. Авторы ее предлагают совершенно оригинальный проект дальнего межпланетного зонда, который использовал бы для движения не обычные двигатели — скажем, ионные, — а солнечный парус. И хотя стоимость подобной системы пока неясна, вторую проблему — проблему времени — она во многом решит.

Действительно, любому зонду, который направляется в дальние пределы Солнечной системы, приходится преодолевать притяжение не только Земли, но и самой звезды. К примеру, первоначально планировалось, что зонд Galileo вместе с разгонным блоком будет на первом этапе доставлен на околоземную орбиту на борту космического челнока, и лишь затем года за два доберется до Юпитера.

ЦЕЛЬ: УРАН

Предпоследняя с краю планета, Уран относится к великанам Солнечной системы: по размерам он занимает третье после Юпитера и Сатурна место, а по массе — четвертое, уступая также Нептуну. И Нептун, и Уран заметно отличаются от горячих гигантов, состоящих, в основном, из водорода и гелия. Они богаты водным льдом в необычных для Земли модификациях, отчего обе планеты относят сегодня к группе ледяных гигантов. Зато атмосфера Урана является рекордсменкой по температуре: холод здесь достигает внушительных-224 °С.

Как и у других планет-гигантов, у Урана имеется собственная система колец, глобальное магнитное поле и почти три десятка спутников. Но в отличие от них (да и вообще от всех нормальных планет), Уран словно лежит на боку. В результате, двигаясь вокруг Солнца, он оказывается повернут к ней то одним полюсом, то другим, то экватором, а то средними широтами. Словом, будущему зонду тут будет к чему присмотреться!

Однако после катастрофы шаттла Challenger в 1986 году в NASA не решились размещать в челноке столь опасный и дорогостоящий груз с необходимым запасом топлива. Вместе с тем, подходящей для запуска тяжелой ракеты-носителя не имелось тогда (да и сегодня нет) ни у одной страны мира. Поэтому, чтобы доставить аппарат к далекому Юпитеру, потребовалось использовать трюк — гравитационный маневр, при котором для дополнительного разгона используется притяжение одного из тел, лежащих на пути зонда. Это упростило задачу, но в разы увеличило время перелета.

В отличие от Galileo, аппарат, использующий «электрический парус», таких хитростей не потребует. Сама идея такого движителя была предложена сравнительно недавно — в 2006 году. Автором ее выступил финский инженер Пекка Янхунен, который «засветился» и в числе разработчиков проекта нового космического зонда. Чтобы понять суть его предложений, вспомним о близкой идее солнечного паруса.

Принцип состоит в использовании давления потока частиц, который непрерывно исходит от нашего Солнца: если мы оснастим космический зонд подходящим парусом, он будет подгонять его совершено бесплатно, и почти так же, как устойчивый морской ветер когда-то гнал вперед парусные корабли знаменитых путешественников. Несмотря на то, что самой идее солнечного паруса уже не один десяток лет, до сих пор технические сложности не позволяют использовать его на практике, и разработка подобных систем ограничивается редкими испытаниями, с разной степенью успеха проходящими на Земле и околоземной орбите.

В отличие от солнечного паруса, «электрический» полагается не на давление испускаемых Солнцем фотонов и альфа-частиц, а на их заряд. Идея состоит в том, чтобы превратить в парус сам космический аппарат: если мы создадим вокруг него электрическое поле, ориентировав его положительный полюс к Солнцу, то частицы будут отталкиваться от него, придавая зонду ускорение в противоположном направлении.

Для этого аппарат будет «утыкан» тонкими проводами, радиально расходящимися от него в стороны, как спицы от колесного обода. Солнечные батареи обеспечат достаточную энергию — всего 540 Вт — что, по расчетам авторов концепции, придаст 560-килограммовому зонду ускорение около 1 мм/с², так что в районе орбиты Урана он будет иметь скорость уже в 20 км/с. Всего же аппарат будет состоять из трех модулей: один станет «электрическим парусом» (включая солнечные батареи и провода для генерации электромагнитного поля), второй — основной — будет оснащен системами навигации и связи, а также небольшими корректирующими двигателями для управления полетом. Наконец, третьей частью станет спускаемый модуль, который совершит нырок в плотную атмосферу Урана и проведет здесь необходимые измерения, передав данные на основной модуль, с которого они будут отосланы уже прямиком на Землю. Такая концепция, по мнению авторов, подойдет для изучения атмосфер и других газовых гигантов, в том числе Сатурна и Юпитера.

Идея, конечно, многообещающая, если забыть про тот печальный факт, что «электрический парус» до сих пор остается во многом теоретической концепцией. Пока что его возможности апробирует лишь небольшой эстонский спутник ESTCube-1, запущенный весной прошлого года, и для использования такого паруса в дорогостоящей дальней миссии потребуется немало исследований и новых испытаний.

Однако сомнений в том, что эта работа будет проделана, нет. Преимущества «электрического паруса» перед гравитационными маневрами очевидны: это не только экономия времени, но и возможность проводить запуски практически в любое время, не ориентируясь полностью на взаимное расположение Земли и небесных тел, притяжение которых планируется использовать.

Вам понравится

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Поделиться записью в соц. сетях