Físicos americanos descreveram o conceito de uma missão espacial que permitirá a um veículo em uma vela solar responder rapidamente à detecção de objetos interestelares cruzando nosso sistema em um raio de 10 unidades astronômicas do Sol e voar em direção a eles a uma velocidade de mais de 6 unidades astronômicas por ano. Como os autores relatam em uma pré-impressão em arXiv.org, isso potencialmente permitirá que alguém se aproxime de tais corpos e obtenha informações sobre o tamanho, composição e origem de objetos com uma duração total de missão de menos de cinco anos.
No outono de 2017, os astrônomos descobriram o primeiro objeto interestelar macroscópico já observado a visitar o sistema solar - o asteróide Oumuamua. Dois anos depois, a lista de tais corpos foi reabastecida com o cometa Borisov. O estudo de objetos interestelares - em particular, sua composição (em comparação com a composição dos corpos no sistema solar) e os mecanismos que lhes conferem aceleração - permitirá um melhor entendimento da estrutura e formação de nosso sistema estelar e seus arredores. Embora hoje apenas dois corpos interestelares que visitaram a vizinhança do Sol sejam conhecidos de forma confiável, alguns modelos prevêem que, em média, vários desses objetos devem voar perto da estrela (a distâncias da ordem das unidades astronômicas) a cada ano.
No entanto, é difícil estudá-los de perto no âmbito de uma missão espacial - a descoberta de um corpo interestelar e o momento de sua aproximação mais próxima ao Sol são separados, em regra, por apenas alguns meses. Levando em consideração o tempo adicional que será gasto para determinar a trajetória do corpo e preparar o lançamento, é quase impossível chegar perto dele usando uma espaçonave convencional. Também é bastante difícil alcançar o objeto interestelar na trajetória de saída - as velocidades de Oumuamua e do cometa de Borisov eram de cinco e seis e meia unidades astronômicas por ano, respectivamente (enquanto o veículo interestelar mais rápido, Voyager 1, tem uma velocidade de cerca de três unidades astronômicas por ano.).
Físicos liderados por Slava Turyshev, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, descreveram um conceito para uma missão espacial que permitirá que você se aproxime de objetos interestelares usando uma vela solar - um dispositivo que permite que você se mova e manobre devido à pressão da radiação eletromagnética. Anteriormente, uma ideia semelhante já foi apresentada por um engenheiro do MIT no quadro da competição Conceitos Inovadores Avançados da NASA, mas então ele não forneceu cálculos detalhados e estimativas quantitativas das capacidades da missão.
No primeiro estágio da missão (bem antes da descoberta de um objeto interestelar), a espaçonave é removida da zona de gravidade predominante da Terra e entra na órbita do sol. Então, manobrando com o auxílio de uma vela solar, o navio entra em uma trajetória espiral ou circular perto da estrela e fica lá esperando a abertura de um corpo interestelar - o dispositivo não precisa de combustível e, portanto, mesmo uma longa espera não será muito caro.
Devido à localização próxima ao Sol (e, portanto, a alta pressão da luz), quando um objeto interestelar é detectado, o dispositivo será capaz de deixar a órbita de espera em um curto espaço de tempo (na ordem de várias semanas) e prosseguir para a segunda fase da missão - dirigir-se ao corpo celeste.
Considerando as diferentes relações entre a área da vela solar e a massa do veículo (este parâmetro caracteriza a aceleração da pressão de radiação, que cresce em proporção direta à área e inversamente proporcional à massa) e os raios das órbitas circulares de espera, os autores calculou a velocidade do veículo com a qual este último sairia do sistema solar se após a manobra se movesse apenas sob a influência da radiação e da gravidade do sol. Como limite inferior para esse valor, os pesquisadores definiram cinco unidades astronômicas por ano - ou seja, a julgar pelas duas observações disponíveis, a velocidade típica de objetos interestelares.
Dependência da velocidade do veículo resultante da razão entre a área da vela e a massa para diferentes raios da órbita de "espera"
De acordo com os resultados dos cálculos, para realizar as velocidades exigidas, será suficiente colocar um aparelho com uma relação área de vela para massa de cerca de 60 metros quadrados por quilograma em uma órbita com raio da ordem de 0,2 unidades astronômicas. Ao mesmo tempo, a duração total da missão é estimada pelos físicos em não mais que cinco anos, e a distância máxima de interceptação de um corpo interestelar é de cerca de 10 unidades astronômicas. Segundo os cientistas, já levando em conta as tecnologias atuais, isso permite, se necessário, equipar o aparelho com dezenas de quilos de carga - por exemplo, montar uma vela com a área necessária (milhares de metros quadrados) a partir de vários fragmentos. Uma estadia de longo prazo a uma curta distância do Sol também é fundamentalmente viável - por exemplo, as velas Kapton não derreterão em distâncias de até 0,15 unidades astronômicas.
Os autores observam que os detalhes da missão espacial permitem muitas variações: por exemplo, para economizar dinheiro, veículos leves podem ser inicialmente lançados juntamente com outra missão interplanetária (ou lunar), e enquanto esperam por um objeto interestelar, eles podem rastrear o clima espacial ou realizar outras medições heliofísicas.
Além disso, vários dispositivos podem ser usados simultaneamente - desta forma é possível fornecer a observação de vários corpos interestelares no futuro em um lançamento, ou mesmo usar navios aos pares - em um dos cenários possíveis, o primeiro dispositivo é usado para colidir com um corpo celeste e forma uma nuvem de destroços e o segundo - para cruzar esta nuvem, recolher o material e, com a ajuda de manobras posteriores, entregá-lo à Terra.