Gli astronomi pensano ai voli verso pianeti ghiacciati giganti

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Gli astronomi pensano ai voli verso pianeti ghiacciati giganti
Gli astronomi pensano ai voli verso pianeti ghiacciati giganti
Anonim

Quale potrebbe essere un volo verso un gigantesco pianeta di ghiaccio? Puoi esplorare la superficie poco attraente della luna Miranda di Urano o esplorare gli strani anelli massicci di Nettuno. Recentemente, scienziati planetari hanno progettato un ipotetico volo verso uno dei pianeti ghiacciati del nostro sistema solare.

Se avessi l'opportunità di simulare il tuo amato volo verso Urano o Nettuno, come sarebbe?

Esploreresti la superficie poco attraente della luna di Urano Miranda? O forse gli strani e massicci anelli di Nettuno? O l'incredibile interazione di questi pianeti con il vento solare?

Ma perché scegliere un unico obiettivo quando puoi fare tutto in una volta?

Recentemente, gli scienziati planetari hanno progettato un ipotetico volo verso uno dei giganti pianeti di ghiaccio del nostro sistema solare. Hanno capito cosa dovrebbe essere un'astronave da sogno che vola su Urano, tenendo conto delle ultime innovazioni e delle tecnologie più avanzate.

"Volevamo creare tecnologie che ampliassero davvero i nostri orizzonti", ha affermato Mark Hofstadter, senior fellow presso il Jet Propulsion Laboratory e il California Institute of Technology di Pasadena. "Non è da pazzi pensare che appariranno tra 10 anni". Hofstadter è l'autore di uno studio interno del Jet Propulsion Laboratory, che ha condiviso l'11 dicembre alla riunione autunnale dell'American Geophysical Union.

Alcune innovazioni sono incarnazioni naturali di tecnologie esistenti. Hofstadter parla di hardware e chip per computer piccoli e leggeri. Utilizzando i sistemi più avanzati, è possibile ridurre il peso e liberare molto spazio a bordo del veicolo spaziale. "Il razzo può portare una certa massa nello spazio", afferma, "e quindi ogni chilogrammo di costruzione risparmiato consente di fornire ulteriori strumenti scientifici".

Motore a ioni nucleari

La navicella dei sogni contiene due tecnologie consolidate nello spazio che, combinate, hanno prodotto un motore completamente nuovo chiamato centrale elettrica basata su radioisotopi (ESRP).

Un'astronave funziona come qualsiasi altra macchina. La batteria fornisce energia per alimentare i sistemi di bordo e avviare il motore. Il carburante viaggia attraverso il motore, dove avviene una reazione chimica e viene generata una forza reattiva che spinge la nave.

Nell'astronave dei sogni, la batteria è alimentata dal decadimento radioattivo del plutonio, che è la fonte di energia preferita quando si vola nel sistema solare esterno, dove c'è poca luce solare. Voyager 1, Voyager 2, Cassini e New Horizons avevano tutti una fonte di energia radioisotopica, ma usavano il carburante dell'idrazina in un motore chimico che li spingeva rapidamente fino ai confini del sistema solare.

Il motore a ioni utilizza il gas xeno come combustibile. Lo xeno è ionizzato. Il campo elettrico accelera gli ioni xeno e lasciano il veicolo spaziale sotto forma di gas di scarico. Le astronavi Deep Space 1 e Don hanno utilizzato questo tipo di motore, ma hanno ottenuto la loro energia da grandi pannelli solari che funzionano meglio nel sistema solare interno, dove si svolge la maggior parte dei viaggi nello spazio.

Il gas xeno è molto stabile. La navicella può trasportarne grandi quantità in contenitori pressurizzati. Ciò consente di prolungare la durata del volo."ESUR ci offre l'opportunità di esplorare tutte le aree del gigantesco sistema di ghiaccio: anelli, satelliti e persino la magnetosfera che li circonda", ha affermato Hofstadter. - Possiamo volare dove vogliamo. Possiamo passare lì tutto il tempo di cui abbiamo bisogno. Questo ci dà una grande libertà di azione".

Astronave senza equipaggio

Un'astronave da sogno con ESUR installato su di essa può sorvolare gli anelli, le lune e il pianeta stesso 10 volte più lentamente di un dispositivo con un motore a combustione chimica convenzionale. Durante il viaggio a bassa velocità, la nave dei sogni può catturare immagini nitide, ad alta risoluzione e a lunga esposizione. Ma per poter utilizzare tutte le capacità del motore a ioni, la navicella necessita dell'automazione della navigazione a bordo.

"Non sappiamo esattamente dove si trova il satellite di Urano e dove si trova la navicella spaziale [in relazione a questa luna]", ha detto Hofstadter. La maggior parte dei satelliti di questo pianeta sono visibili solo da lontano e i dettagli sulle loro dimensioni e orbite sono sconosciuti. "A causa di questa incertezza, devi sempre mantenere una buona distanza dall'oggetto che stai guardando per non schiantarti contro di esso", ha aggiunto.

"Ma se c'è la certezza che il veicolo spaziale vedrà la posizione del satellite con l'aiuto della telecamera e correggerà la sua orbita, allora puoi avvicinarti al satellite e non schiantarti contro di esso", ha osservato lo scienziato. "Puoi avvicinarti molto di più rispetto a quando stai preparando un sorvolo dalla Terra, perché in questo caso il ritardo nella comunicazione è superiore a cinque ore".

Prima non c'erano apparecchiature di navigazione autonoma di questo livello su veicoli spaziali. Il veicolo fuoristrada Curiosity della NASA ha una capacità limitata di tracciare una traiettoria tra due punti. E la stazione interplanetaria OSIRIS-Rex sarà in grado di rilevare i pericoli e interrompere il campionamento.

La nave dei sogni sarà più simile a un veicolo senza equipaggio. Ad esempio, saprà che dovrà sorvolare il satellite di Urano, Ofelia. Si preparerà una traiettoria bassa sopra la superficie per visitare luoghi interessanti, come il territorio del caos. Inoltre, questa nave manovrerà, volando intorno a ostacoli inaspettati come scogliere e rocce taglienti. Se perde qualcosa di interessante, avrà abbastanza carburante per fare un altro passaggio.

Trio di veicoli da discesa

Avendo guadagnato spazio aggiuntivo grazie all'elettronica compatta, oltre alla capacità di volare lentamente e a bassa quota, che sarà fornita dall'ESUR e da un sistema di navigazione autonomo, la nave dei sogni sarà in grado di imbarcare veicoli di discesa che possono essere caduto sulla superficie dei satelliti di Urano senza problemi.

"Abbiamo progettato un volo con tre piccoli veicoli di discesa che potrebbero essere atterrati su qualsiasi satellite", ha detto Hofstadter. Le dimensioni, le forme e le capacità di questi dispositivi possono essere qualsiasi cosa, da semplici telecamere a un set completo di strumenti per misurare la gravità, la composizione del suolo e persino la sismicità.

La navicella dei sogni sarà in grado di rilevare tutte le 27 lune di Urano, dalla più grande Titania al più piccolo Cupido, il cui diametro è di soli 18 chilometri. Il team può quindi decidere come utilizzare al meglio il lander.

"Non dobbiamo decidere in anticipo su quali satelliti farli atterrare", ha detto Hofstadter. “Possiamo aspettare di arrivare lì. Possiamo far atterrare tutti i veicoli su un satellite, creando una piccola rete sismica per cercare i terremoti lunari e studiarne l'interno. O forse decideremo che è meglio far atterrare questi veicoli su tre satelliti diversi".

Ciliegina sulla torta

Gli scienziati che hanno condotto ricerche interne ammettono che è semplicemente irrealistico includere tutte queste tecnologie innovative in un unico volo. Sarà molto rischioso e costoso, afferma Hofstadter. Inoltre, la tecnologia testata nello spazio utilizzata a bordo di Cassini, New Horizons e Juno potrebbe fare affascinanti scoperte scientifiche sui giganti di ghiaccio. E l'innovazione completerà questo hardware.

La NASA non si sta attualmente preparando per i voli su Urano e Nettuno. Nel 2017, Hofstadter e i suoi colleghi hanno parlato con insistenza della necessità di volare su uno dei giganti di ghiaccio, e ora sperano che le tecnologie del futuro ispirino qualcuno a sviluppare una proposta per un tale volo.

"È quasi come la ciliegina su una torta", ha detto. "Abbiamo detto che se applichi nuove tecnologie, puoi fare molte cose nuove e questo garantirà un grande successo scientifico".

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