Os astrônomos pensam em voos para planetas gelados gigantes

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Os astrônomos pensam em voos para planetas gelados gigantes
Os astrônomos pensam em voos para planetas gelados gigantes
Anonim

O que poderia ser um vôo para um planeta gigante de gelo? Você pode explorar a superfície pouco atraente da lua de Urano, Miranda, ou explorar os estranhos anéis massivos de Netuno. Recentemente, cientistas planetários projetaram um vôo hipotético para um dos planetas gelados em nosso sistema solar.

Se você tivesse a oportunidade de simular seu estimado voo para Urano ou Netuno, como seria?

Você exploraria a superfície pouco atraente da lua de Urano, Miranda? Ou talvez os estranhos e massivos anéis de Netuno? Ou a incrível interação desses planetas com o vento solar?

Mas por que escolher um único objetivo quando você pode fazer tudo de uma vez?

Recentemente, cientistas planetários projetaram um vôo hipotético para um dos gigantescos planetas de gelo em nosso sistema solar. Eles descobriram o que deveria ser uma nave espacial dos sonhos voando para Urano, levando em consideração as últimas inovações e as tecnologias mais avançadas.

“Queríamos criar tecnologias que realmente ampliassem nossos horizontes”, disse Mark Hofstadter, pesquisador sênior do Laboratório de Propulsão a Jato e do Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena. "Não é loucura pensar que eles aparecerão em 10 anos." Hofstadter é autor de um estudo interno do Jet Propulsion Laboratory, que ele compartilhou em 11 de dezembro na reunião de outono da American Geophysical Union.

Algumas inovações são encarnações naturais de tecnologias existentes. Hofstadter fala sobre hardware e chips de computador pequenos e leves. Utilizando os sistemas mais avançados, é possível reduzir o peso e liberar muito espaço a bordo da espaçonave. "O foguete pode colocar uma certa massa no espaço", diz ele, "e, portanto, cada quilo de construção economizado permite que instrumentos científicos adicionais sejam fornecidos."

Motor de íon nuclear

A espaçonave dos sonhos contém duas tecnologias bem estabelecidas no espaço que, combinadas, produziram um motor completamente novo chamado usina de energia elétrica baseada em radioisótopos (ESRP).

Uma nave espacial funciona como qualquer outra máquina. A bateria fornece energia para alimentar os sistemas de bordo e dar partida no motor. O combustível viaja pelo motor, onde ocorre uma reação química e é gerada uma força reativa que impulsiona o navio.

Na espaçonave dos sonhos, a bateria é alimentada pela decomposição radioativa do plutônio, que é a fonte de energia preferida ao voar no sistema solar externo, onde há pouca luz solar. Voyager 1, Voyager 2, Cassini e New Horizons tinham uma fonte de energia de radioisótopos, mas usavam combustível hidrazina em um motor químico que rapidamente os impulsionou para os confins do sistema solar.

O motor iônico usa gás xenônio como combustível. O xenônio é ionizado. O campo elétrico acelera os íons xenônio, e eles deixam a espaçonave na forma de gás de exaustão. As espaçonaves Deep Space 1 e Don usavam esse tipo de motor, mas obtinha sua energia de grandes painéis solares que funcionam melhor no sistema solar interno, onde ocorre a maior parte das viagens espaciais.

O gás xenônio é muito estável. A espaçonave pode transportar grandes quantidades dele em contêineres pressurizados. Isso permite que a duração do voo seja estendida.“ESUR nos dá a oportunidade de explorar todas as áreas do sistema de gelo gigante: anéis, satélites e até mesmo a magnetosfera que os cerca”, disse Hofstadter. - Podemos voar para onde quisermos. Podemos passar lá o tempo que precisarmos. Isso nos dá grande liberdade de ação."

Nave espacial não tripulada

Uma espaçonave de sonho com ESUR instalada pode voar além dos anéis, luas e do próprio planeta 10 vezes mais devagar do que um dispositivo com um motor de combustão química convencional. Ao viajar em baixas velocidades, a nave dos sonhos pode capturar imagens nítidas, de alta resolução e de longa exposição. Mas, para usar todos os recursos do motor iônico, a espaçonave precisa de automação de navegação a bordo.

“Não sabemos exatamente onde está o satélite de Urano e onde está a espaçonave [em relação a esta lua]”, disse Hofstadter. A maioria dos satélites deste planeta são visíveis apenas de longe, e detalhes sobre seu tamanho e órbitas são desconhecidos. “Por causa dessa incerteza, você deve sempre manter uma boa distância do objeto que está olhando para não bater nele”, acrescentou.

“Mas se houver confiança de que a espaçonave verá a localização do satélite com a ajuda da câmera e corrigirá sua órbita, então você pode se aproximar do satélite e não colidir com ele”, observou o cientista. "Você pode chegar muito mais perto do que quando está preparando um sobrevôo da Terra, porque neste caso o atraso de comunicação é de mais de cinco horas."

Não havia nenhum equipamento de navegação autônomo deste nível em espaçonaves antes. O veículo todo-o-terreno Curiosity da NASA tem uma capacidade limitada de traçar uma trajetória entre dois pontos. E a estação interplanetária OSIRIS-Rex será capaz de detectar perigos e interromper a amostragem.

O navio dos sonhos será mais como um veículo não tripulado. Por exemplo, ele saberá que terá que voar ao redor do satélite de Urano, Ofélia. Ele irá preparar para si uma trajetória baixa acima da superfície para visitar lugares interessantes, como o território do caos. Além disso, este navio manobrará, voando em torno de obstáculos inesperados, como penhascos e rochas afiadas. Se ele perder algo interessante, terá combustível suficiente para fazer outra passagem.

Trio de veículos de descida

Tendo ganho espaço adicional graças à eletrônica compacta, bem como a capacidade de voar devagar e baixo acima da superfície, que será fornecida pela ESUR e um sistema de navegação autônomo, a nave dos sonhos poderá levar a bordo veículos de descida que podem ser caiu na superfície dos satélites de Urano sem problemas.

“Projetamos um vôo com três pequenos veículos de descida que poderiam pousar em qualquer um dos satélites”, disse Hofstadter. Os tamanhos, formas e capacidades desses dispositivos podem ser qualquer coisa, desde câmeras simples até um conjunto completo de instrumentos para medir a gravidade, composição do solo e até mesmo a sismicidade.

A espaçonave dos sonhos será capaz de pesquisar todas as 27 luas de Urano, desde a maior Titânia até o menor Cupido, cujo diâmetro é de apenas 18 quilômetros. A equipe pode então decidir a melhor forma de usar o módulo de pouso.

“Não precisamos decidir com antecedência em quais satélites pousá-los”, disse Hofstadter. “Podemos esperar até chegarmos lá. Podemos pousar todos os veículos em um satélite, criando uma pequena rede sísmica para pesquisar terremotos lunares e estudar seu interior. Ou talvez decidamos que é melhor pousar esses veículos em três satélites diferentes."

Cobertura no bolo

Cientistas que realizaram pesquisas internas admitem que é simplesmente irreal incluir todas essas tecnologias inovadoras em um único voo. Será muito arriscado e caro, diz Hofstadter. Além disso, a tecnologia testada no espaço usada a bordo do Cassini, New Horizons e Juno poderia muito bem fazer descobertas científicas fascinantes sobre os gigantes de gelo. E a inovação complementará este hardware.

A NASA não está preparando voos para Urano e Netuno. Em 2017, Hofstadter e seus colegas falaram insistentemente sobre a necessidade de voar para um dos gigantes do gelo e agora esperam que as tecnologias do futuro inspirem alguém a desenvolver uma proposta para tal vôo.

“É quase como a cereja do bolo”, disse ele. "Dissemos que, se você aplicar novas tecnologias, poderá fazer muitas coisas novas e isso garantirá um grande sucesso científico."

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