NASA har bedt forskere om at vurdere, hvordan man designer og flyver robotrumsprober til Uranus og Neptun, den sidste af solsystemets klassiske planeter, der endnu ikke er kredset, hvilket sandsynligvis sikrer, at de enorme iskolde verdener er tæt på toppen af rumagenturets opgaveliste i de kommende årtier.
ledet Jet Propulsion Laboratory, vil undersøgelsen se på ideer til orbitere, der kunne sendes Uranus og Neptun i slutningen af 2020 ‘erne eller begyndelsen af 2030’ erne og studere den gigantiske planets strukturer, sammensætning og omfattende månesystemer.
et fokus i undersøgelsen vil være at designe en fælles rumfartøjsplatform, der kunne udvikles i to eksemplarer og lanceres til Uranus og Neptun for omkring 2 milliarder dollars hver, ifølge Jim Green, leder af NASAs planetary science division.
men Green sagde, at forskere skulle se på nedskalerede koncepter, der kunne udvikles til mindre omkostninger.
“vi ønsker at identificere potentielle koncepter på tværs af et spektrum af prispoint,” sagde Green mandag på et møde i en NASA-sponsoreret videnskabsarbejdsgruppe, der er afsat til forskning i ydre planeter. “En af vores (hindringer) for at få missioner til at ske, er den enorme pris, det tager for at kunne komme ud til det ydre solsystem.”
undersøgelsen er det første bureaukratiske skridt i en flerårig indsats, der involverer uafhængige omkostninger og tekniske vurderinger, videnskabelig fagfællebedømmelse og føderal budgettering, før en mission til en af de iskolde gigantiske planeter går fra tegnebrættet til virkeligheden, sagde Green.
resultaterne fra undersøgelsen vil blive præsenteret for et panel af forskere siddende af National Research Council i begyndelsen af 2020 ‘ erne. Årti for at kortlægge de øverste prioriteter for det næste 10 år med planetarisk videnskabsforskning, producerer en rapport, der rangerer missionskoncepter til overvejelse af NASA-beslutningstagere.
rumagenturets politik er at følge decadal-undersøgelsens anbefalinger.
en mission til Uranus eller Neptun vil sandsynligvis være en multibillion dollar flagskibsklasse mission i formen af NASAs Cassini orbiter, der flyver rundt om Saturn og en nyligt godkendt sonde til gentagne gange at flyve af Jupiters iskolde måne Europa.
NASAs budget for planetarisk videnskab kan kun støtte udviklingen af en sådan dyr mission ad gangen, så kun lavt niveau arbejde på et opfølgende flagskibsprojekt er overkommeligt, indtil Europa-missionen afgår jorden i 2022.
“det er klart, at det ikke bliver let at være i stand til, selv efter at vi har fået Europa under vores bælte, faktisk at udføre den næste store mission, men vi er nødt til at gøre fremskridt for at forstå vores videnskabsprioriteter og se på dette på en måde, der vil forberede os til det næste årti, men også udnytte nye teknologier og kapaciteter, der er kommet op (siden den sidste decadal-undersøgelse),” sagde Green mandag.
den sidste decadal-undersøgelsesrapport, der blev udstedt i 2011, satte NASAs førende planetariske videnskabsmål som en Mars-prøveafkastningsmission og en sonde til Europa.
NASAs næste Mars rover-sæt til lancering i 2020 vil indsamle og opbevare stenprøver til hentning og vende tilbage til Jorden ved en fremtidig mission, der opfylder det første skridt i en multi-mission odyssey for at bringe prøver tilbage fra den røde planets overflade. Og NASA godkendte formelt Europa flyby-sonden tidligere i år for at vurdere den iskolde månes beboelighed.
en Uranus orbiter var tredje i køen i 2011 decadal survey, men NASAs budget vil holde missionen jordet indtil mindst slutningen af 2020 ‘ erne. Det betyder, at NASAs ultimative godkendelse af missionen afhænger af, at den klarer sig godt i Den næste decadal vurdering af National Research Council.
det vil sandsynligvis være imod stærk opbakning til en robotmission dedikeret til Saturns måne Titan, som har hav og floder af flydende kulbrinter som metan, og en anden flagskibsmission til Mars for at hente prøverne indsamlet af 2020-roveren.
en lander-eller rover-mission til Venus kan også få støtte i den næste decadal-rapport. Overfladen af den kvælende Sky-indhyllet verden er ikke blevet udforsket siden Sovjet-æraens lander missioner i 1980 ‘ erne.
NASA forventes at anmode om lignende konceptuelle undersøgelser af andre førende kandidater til fremtidige flagskibsmissioner på vej ind i den næste decadal undersøgelse, men Uranus og Neptun er først i partiet.
Orbiters for Uranus og Neptun vil næsten helt sikkert stole på atombatterier drevet af plutonium, og den amerikanske regerings finansiering af yderligere produktion af rumkvalitets plutonium sikrer, at sådanne projekter vil have de strømressourcer, de har brug for, sagde Green.
ingeniører pakker pellets af plutonium-238, isotopen skræddersyet til elektricitet i rummet, til radioisotopgeneratorer. Det naturlige forfald af plutonium-238 producerer varme, som overføres gennem termoelektriske par for at generere elektricitet.
“det ville være efter 2023, når vi kommer ind i det næste årti, at vi ville overveje at bruge radioisotopkraft til disse missioner, hvis de overlever dekadalprocessen, som jeg er sikker på, at de vil,” sagde Green mandag.
atomkraft er påkrævet til sonder i Solsystemets fjernområder, hvor sollys er utilstrækkeligt til solarrays. NASAs nye horisonter mission til Pluto, Cassini-missionen ved Saturn og Curiosity rover på Mars er i øjeblikket afhængige af plutonium-strømkilder.
Uranus kredser omkring 1,8 milliarder miles fra solen, mere end tre gange længere end Jupiter, og Neptun er placeret 2,8 milliarder miles væk.
andre mål for JPL-undersøgelsen inkluderer vurdering af, hvordan Uranus-og Neptune-forskningsprober kunne drage fordel af avancerede sensorteknologier, såsom kompakt instrumentering og kameraer i høj opløsning. Green sagde, at undersøgelsen også vil undersøge, hvordan NASAs kraftfulde Rumlanceringssystem, der overvejes til lanceringen af Europa-missionen i 2022, kunne give mulighed for større, mere dygtige og mindre risikable missioner til Uranus og Neptun, der kunne gøre turen i en brøkdel af tiden mulig, hvis sonderne brugte en mindre raket.
“der er denne underjordiske stemning, som vi har brug for for at komme tilbage til det ydre solsystem, men det er bare så svært,” sagde Heidi Hammel, en planetarisk astronom, der er administrerende vicepræsident for Association of Universities for Research in Astronomy. “Vi arbejder på teknologi for at gøre det ikke så svært og så dyrt.”
NASA fik også JPL til opgave at identificere måder, hvorpå internationale partnere kunne deltage i missionerne og etablere et videnskabsdefinitionsteam for Uranus og Neptun.
nogle forskere ser Uranus og Neptun som det logiske næste skridt i den strategiske udforskning af solsystemet, og orbitere til en eller begge de store planeter kunne ankomme omkring et halvt århundrede efter deres første møder af NASAs Voyager 2-sonde.
“den planetariske decadal sætter en Uranus-mission meget høj,” fortalte Green journalister i Juli i en briefing under Plutos nye horisonter. “Selvom det er gigantiske planeter — Uranus og Neptun — har de mange store kompositionsforskelle fra de store gasgiganter — der primært er hydrogen og helium — som er Saturn og Jupiter. Vi kalder dem — Uranus og Neptun — isgiganter, fordi de har en masse ammoniak og andet materiale.”
forskere mener, at Uranus og Neptun hovedsagelig består af sten og is med en tæt, lagdelt atmosfære. Forskere er ikke sikre på, hvor de fik så meget is, men nogle eksperter mener, at Uranus og Neptun blev bombarderet med frosne primordiale genstande fra Kuiper Belt, en ring af frigid proto-verdener ud over Neptun, der indeholder Pluto og snesevis af flere dværgplaneter i nationestørrelse.
overraskende opdagelser af de nye horisonter flyby af Pluto, afslører den diminutive iskolde verden for at vise tegn på tilsyneladende glaciale strømme og løbende geologisk aktivitet, har fornyet opmærksomhed på de mest uudforskede fjernkanter af solsystemet, såsom Kuiperbæltet.
“vores nye grænse er den ydre del af solsystemet,” sagde Green.
i det mindste nogle af de ydre gigantiske planeters måner, såsom Neptuns Triton, er sandsynligvis intakte rester fra det gamle Kuiperbælte, der blev fanget for milliarder af år siden.
“hvis vi ønsker at gå tilbage til et Kuiper-Bælteobjekt (efter nye horisonter), behøver vi muligvis ikke gå ind i Kuiper-bæltet for at få det,” sagde Green i Juli. “Vi vil måske gå til Neptun for at besøge Triton, som er tættere. Selvom Neptun er en pokkers af en afstand væk, det er stadig ikke så langt som nogle af Kuiper bælte objekter.”
“jeg tror, at videnskabssagen for en fremtidig mission til en — eller begge-af isgiganterne er stærk, og jeg forventer, at de vil være godt placeret i den næste decadal-undersøgelse,” sagde Mark Hofstadter, en planetarisk videnskabsmand, der ledede studier til en Uranus-mission i slutningen af 2000 ‘ erne.
“meddelelsen i går fra Jim Green betyder, at den næste decadal vil være bedre positioneret til at identificere en realistisk og dygtig mission og dens omkostninger,” fortalte Hofstadter Spaceflight nu.
en planetgeolog ved Universitetet i St. Louis, et andet besøg i Uranus eller Neptun ville være fascinerende, fortæller han Spaceflight nu.
men McKinnon, der i øjeblikket analyserer friske data om Pluto fra nye horisonter, bringer en ofte overset bekymring blandt forskere, der arbejder på sonder til fjerne destinationer: det tager årtier at designe, bygge og flyve en sådan mission efterfulgt af flere års dataknusning.
“en isgigantmission, formodentlig en orbiter, er desværre over horisonten for så vidt angår min levetid, så jeg hilser dem, der vil leve for at se det!”
e-mail forfatteren.
Følg Stephen Clark på kvidre: @StephenClark1.