Инженеры аэрокосмической отрасли предложили необычный способ существенно снизить стоимость беспилотной миссии по изучению Нептуна. Для этого нужно использовать атмосферу Тритона, крупнейшего спутника ледяного гиганта, для торможения.
Готово ли какое-нибудь космическое агентство рискнуть в рамках все еще очень дорогой миссии, проносящейся над гигантским спутником для совершения нестандартного маневра, пока неизвестно, но это, по крайней мере, привело к многочисленным дискуссиям по поводу данной концепции.
Нептун и другие объекты внешней Солнечной системы
В настоящее время у человечества серьезные трудности с изучением внешней части Солнечной системы с помощью космических аппаратов. Например, у Юпитера есть орбитальный аппарат NASA «Юнона», еще один — ESA JUICE — летит к нему, а миссия NASA Europa Clipper будет запущена в следующем году. Порой непросто уследить за всеми миссиями на Марс, и даже к Меркурию летит зонд ESA/JAXA BepiColombo. Миссия DAVINCI, нацеленная на изучение Венеры, стартует в 2029 году.
Однако у Сатурна, Урана и Нептуна не только нет постояльцев в лице рукотворных зондов, но и даже пролетающие мимо аппараты не навестят их минимум до 2034 года.
Ученые-планетологи продолжают находить интересные вещи в старых данных зонда NASA «Вояджер-2», предоставляя аргументы в пользу отправки орбитального аппарата хотя бы к одному из ледяных гигантов. К сожалению, их призывы пока остаются без ответа. Основная причина в том, что миссия орбитального аппарата существенно дороже, чем мимолетное посещение далеких миров.
Однако кандидат наук Джейкоб Брисби и доктор Джеймс Лайн из Университета Теннесси в Ноксвилле, штат Теннесси, США, в своем недавнем препринте предложили инновационное решение.
«Вояджер-2» посетил системы всех четырех планет-гигантов с помощью технологий 1970-х годов, но это было реализовано лишь благодаря тому, что зонду не приходилось тормозить. Чтобы выйти на орбиту вокруг далекой планеты, нужно либо лететь туда очень медленно, как это делает JUICE, либо нести с собой много топлива, чтобы можно было совершить резкое торможение, когда цель будет достигнута. Последний вариант особенно дорог, поскольку дополнительное топливо увеличивает вес, а значит и затраты на запуск.
Альтернативное решение
Брисби и Лайн задались вопросом, есть ли другой способ затормозить без необходимости нагружать аппарат дополнительным топливом. Атмосфера для этого вполне подходит, и это подтвердит любой парашютист.
Спутник Сатурна Титан часто называют единственным спутником Солнечной системы, имеющим атмосферу, но это не совсем так. Все более или менее крупные спутники имеют атмосферы, но в подавляющем большинстве случаев они чрезвычайно разрежены.
Атмосфера Тритона примерно в 100 000 раз тоньше, чем у Титана, но потенциально этого достаточно, чтобы обеспечить необходимый эффект замедления, при условии, что корабль развернет парашют или что-то подобное для максимального увеличения сопротивления.
Идея имеет дополнительный потенциал, поскольку Тритон — единственный крупный спутник с ретроградной орбитой, вращающийся в направлении, противоположном направлению вращению планеты и большинства спутников меньшего размера. Это бы облегчало приближение зонда к системе, движущейся в том же направлении, что и Тритон, сводя к минимуму их относительные скорости и, следовательно, нагрузку, которую атмосфера будет оказывать на аппарат.
В прошлом году NASA испытало расширяемую аэрооболочку LOFTID, которая успешно вошла в земную атмосферу и, выпустив парашюты, мягко приземлилась в Тихом океане, примерно в 750 километрах от Гавайских островов. Данная технология продемонстрировала способность космических аппаратов использовать очень разреженную атмосферу для торможения без фатального перегрева. Брисби и Лайн в своем моделировании опирались на конструкцию LOFTID, говоря об этом своей статье, которая пока не прошла проверку.
Моделирование показывает, что теоретически возможно использовать погружение в верхние слои атмосферы Тритона, чтобы замедлить космический аппарат до точки, в которой он «запрется» в гравитационном колодце Нептуна. Однако реализовать это не так просто: для начала нужно прибыть в нужную точку на орбите Тритона, приблизиться к спутнику под правильным углом и пикировать на соответствующую высоту. Чем выше будет начальная скорость космического аппарата, тем сложнее будет осуществить качественное торможение. Если тормозить слишком долго, то зонд сгорит, а если не удастся сбросить скорость до нужного уровня, то он просто покинет систему Нептуна.
Даже используя такой метод, Брисби и Лайн ожидают, что путь к Нептуну займет 15 лет, но это все равно намного быстрее (и дешевле), чем альтернативные подходы. В конце концов, JUICE потребуется почти восемь лет, чтобы достичь Юпитера, а это всего лишь одна седьмая расстояния от Земли до Нептуна.
