NASA on pyytänyt tiedemiehiä arvioimaan, miten suunnitella ja lentää robottimaisia avaruusluotaimia Uranukselle ja Neptunukselle, viimeisille aurinkokunnan vielä kiertämättömille klassisille planeetoille, jotka todennäköisesti varmistavat, että valtavat jäiset maailmat ovat lähivuosikymmeninä lähellä avaruusjärjestön tehtävälistan kärkeä.
johti Jet Propulsion Laboratory, tutkimuksessa tarkastellaan ideoita kiertoradoille, jotka voitaisiin lähettää Uranus ja Neptunus 2020-luvun lopulla tai 2030-luvun alussa ja tutkitaan jättiläisplaneetan rakenteita, koostumusta ja laajoja kuujärjestelmiä.
tutkimuksen yhtenä painopisteenä on suunnitella yhteinen avaruusalusalusta, joka voitaisiin kehittää kahtena kappaleena ja laukaista Uranukseen ja Neptunukseen noin 2 miljardilla dollarilla kummallekin, Nasan planetary science-osaston johtaja Jim Green kertoo.
mutta Green sanoi, että tutkijoiden pitäisi tarkastella skaalautuvia käsitteitä, joita voitaisiin kehittää halvemmalla.
”haluamme tunnistaa potentiaalisia käsitteitä hintapisteiden kirjosta”, Green sanoi maanantaina Nasan rahoittaman ulkoplaneettojen tutkimukseen keskittyneen tiedetyöryhmän kokouksessa. ”Yksi meidän (esteistämme) tehdä tehtäviä on se valtava hintalappu, joka tarvitaan ulompaan aurinkokuntaan pääsemiseksi.”
tutkimus on ensimmäinen byrokraattinen askel monivuotisessa ponnistuksessa, johon kuuluu riippumattomia kustannuksia ja teknisiä arviointeja, tieteellistä vertaisarviointia ja liittovaltion budjetointia ennen kuin tehtävä yhdelle jäiselle jättiläisplaneetalle siirtyy piirustuspöydältä todellisuuteen, Green sanoi.
tutkimuksen tulokset esitellään kansallisen tutkimusneuvoston istuttamalle tutkijapaneelille 2020-luvun alussa. NRC: n komitea kokoontuu kerran vuosikymmenessä kartoittamaan planeettatieteellisen tutkimuksen 10 seuraavan vuoden ensisijaiset tavoitteet ja laatimaan raportin, jossa Nasan päättäjien harkittavaksi asetetaan mission concepts.
avaruusjärjestö noudattaa decadal Surveyn suosituksia.
Uranukseen tai Neptunukseen suuntautuva tehtävä on todennäköisesti miljardien dollarien lippulaivaluokan tehtävä Saturnuksen ympäri lentävän Nasan Cassini-Orbiterin ja hiljattain hyväksytyn luotaimen muotilla toistuvasti Jupiterin jäisen Europa-Kuun ohi lentävä luotain.
Nasan planeettatieteen budjetilla voidaan tukea vain yhden tällaisen kalliin tehtävän kehittämistä kerrallaan, joten vain matalan tason työ seurantalippuprojektissa on edullista, kunnes Europa-operaatio lähtee maasta vuonna 2022.
” on selvää, ettei ole helppoa kyetä, vaikka saamme Europan vyöllemme, todella suorittamaan seuraavaa suurta tehtävää, mutta meidän on edistyttävä ymmärtääksemme tieteen prioriteettimme ja tarkastellaksemme tätä tavalla, joka valmistaa meitä seuraavalle vuosikymmenelle, mutta myös hyödyntämään uusia teknologioita ja kykyjä, jotka ovat tulleet esiin (edellisen dekadaalin tutkimuksen jälkeen)”, Green sanoi maanantaina.
viimeinen vuonna 2011 julkaistu decadal-tutkimusraportti asetti Nasan merkittävimmiksi planeettatieteellisiksi tavoitteiksi Mars-näytteen paluulennon ja luotaimen Europalle.
Nasan seuraava vuonna 2020 laukaistava Mars-mönkijä kerää ja varastoi kivinäytteitä noudettavaksi ja palautettavaksi maahan tulevalla tehtävällä, joka toteuttaa ensimmäisen vaiheen monitehtävän Odysseiassa tuodakseen takaisin näytteitä punaisen planeetan pinnalta. NASA hyväksyi virallisesti Europa fly by-luotaimen aiemmin tänä vuonna arvioidakseen jäisen Kuun asuinkelpoisuutta.
Uranus-luotain oli vuoden 2011 dekadaalitutkimuksessa kolmantena, mutta Nasan budjetti pitää tehtävän lentokiellossa ainakin 2020-luvun lopulle saakka. Se tarkoittaa, että NASAn lopullinen hyväksyntä lennolle riippuu siitä, miten se pärjää seuraavassa dekadaalisessa arviossa National Research Councilissa.
todennäköisesti vastassa on vahva tuki Saturnuksen Titan-kuulle omistetulle robottitehtävälle, jossa on meriä ja jokia nestemäisistä hiilivedyistä kuten metaanista, ja toiselle lippulaivamatkalle Marsiin hakemaan 2020-Mönkijän keräämiä näytteitä.
laskeutuja tai rover mission to Venus saattaa saada kannatusta myös seuraavassa decadalin raportissa. Pilvipeitteisen maailman pintaa ei ole tutkittu sitten neuvostoaikaisten laskeutumislentojen 1980-luvulla.
Nasan odotetaan pyytävän vastaavia käsitteellisiä tutkimuksia muista johtavista haastajista tuleviin lippulaivalentoihin, jotka suuntautuvat seuraavaan dekadaalitutkimukseen, mutta Uranus ja Neptunus ovat ensimmäisinä.
Uranuksen ja Neptunuksen kiertoradat tulevat lähes varmasti turvautumaan plutoniumin avulla toimiviin ydinparistoihin, ja Yhdysvaltain valtion rahoitus avaruustason plutoniumin lisätuotannolle takaa, että tällaisilla hankkeilla on tarvitsemansa voimavarat, Green sanoi.
insinöörit pakkaavat radioisotooppigeneraattoreihin pellettejä plutonium-238: sta, avaruuden sähköntuotantoon räätälöidystä isotoopista. Plutonium-238: n luonnollinen hajoaminen tuottaa lämpöä, joka siirtyy lämpösähköisten parien kautta tuottamaan sähköä.
”se olisi vuoden 2023 jälkeen, kun pääsemme seuraavalle vuosikymmenelle, että harkitsisimme radioisotooppivoiman käyttöä noihin tehtäviin, jos ne selviävät dekadaalisesta prosessista, minkä olen varma”, Green sanoi maanantaina.
ydinvoimaa tarvitaan aurinkokunnan kaukaisten alueiden luotaimissa, joissa auringonvalo ei riitä aurinkopaneeleille. NASAn New Horizons-luotain Plutoon, Cassini-luotain Saturnukseen ja Curiosity-mönkijä Marsiin nojaavat tällä hetkellä plutoniumin voimanlähteisiin.
Uranus kiertää noin 1,8 miljardin mailin päässä Auringosta, yli kolme kertaa kauempana kuin Jupiter, ja Neptunus sijaitsee 2,8 miljardin mailin päässä.
JPL-tutkimuksen muita tavoitteita on arvioida, miten Uranus-ja Neptunus-tutkimusluotaimet voisivat hyötyä edistyneistä sensoriteknologioista, kuten kompaktista instrumentoinnista ja korkearesoluutioisista kameroista. Green sanoi, että tutkimuksessa tutkitaan myös sitä, miten Nasan tehokas Avaruuslaukaisujärjestelmä, jota harkitaan Europa mission laukaisuun vuonna 2022, voisi mahdollistaa isommat, kyvykkäämmät ja vähemmän riskialttiit lennot Uranukseen ja Neptunukseen, jotka voisivat tehdä matkan murto-osassa ajasta toteuttamiskelpoisen, jos luotaimet käyttäisivät pienempää rakettia.
”on olemassa sellainen maanalainen tunne, että meidän on päästävä takaisin ulompaan aurinkokuntaan, mutta se on vain niin vaikeaa”, sanoi Heidi Hammel, planeettatähtitieteilijä, joka on tähtitieteen tutkimuksen liiton varatoimitusjohtaja. ”Kehitämme teknologiaa, jotta se ei olisi niin vaikeaa ja kallista.”
NASA antoi myös JPL: lle tehtäväksi kartoittaa tapoja, joilla kansainväliset kumppanit voisivat osallistua operaatioihin, ja perustaa uranukselle ja Neptunukselle tieteen määrittelytiimin.
jotkut tutkijat pitävät Uranusta ja Neptunusta loogisena seuraavana askeleena aurinkokunnan strategisessa tutkimisessa, ja kiertoradat yhdelle tai kummallekin valtavalle planeetalle saattoivat saapua noin puoli vuosisataa sen jälkeen, kun Nasan Voyager 2-luotain oli kohdannut ensimmäisen kerran.
”planeetan dekadaali asettaa Uranuksen tehtävän hyvin korkealle”, Green kertoi toimittajille heinäkuussa tiedotustilaisuudessa New Horizons-lennon Pluton ohilennon aikana. ”Vaikka nämä ovat jättiläisplaneettoja-Uranus ja Neptunus — niillä on paljon suuria koostumuseroja verrattuna suuriin kaasujättiläisiin — jotka ovat pääasiassa vetyä ja heliumia — jotka ovat Saturnus ja Jupiter. Kutsumme niitä-Uranus – ja Neptunus-jääjättiläisiksi, koska niissä on paljon ammoniakkia ja muuta materiaalia.”
tutkijat uskovat Uranuksen ja Neptunuksen koostuvan enimmäkseen kivestä ja jäästä, jossa on tiheä, kerrostunut ilmakehä. Tutkijat eivät ole varmoja, mistä he saivat niin paljon jäätä, mutta jotkut asiantuntijat uskovat, että Uranusta ja Neptunusta pommitettiin jäätyneillä alkukappaleilla Kuiperin vyöhykkeeltä, Neptunuksen takaisten jääkylmien protomaailmojen renkaasta, joka sisältää Pluton ja kymmeniä muita maankokoisia kääpiöplaneettoja.
New Horizonsin yllättävät Pluton ohilennot, jotka paljastavat pienen jäisen maailman näyttävän merkkejä näennäisistä jäätikkövirtauksista ja jatkuvasta geologisesta toiminnasta, ovat herättäneet jälleen huomiota aurinkokunnan enimmäkseen tutkimattomilla kaukaisilla reunoilla, kuten Kuiperin vyöhykkeellä.
”Uusi rajamme on aurinkokunnan Uloin osa”, Green sanoi.
ainakin osa uloimmista jättiläisplaneettojen kuista, kuten Neptunuksen Triton, ovat todennäköisesti koskemattomia jäänteitä muinaiselta Kuiperin vyöhykkeeltä, jotka on kaapattu miljardeja vuosia sitten.
”jos haluamme palata Kuiperin vyöhykkeen kappaleeseen (New Horizonsin jälkeen), meidän ei välttämättä tarvitse mennä Kuiperin vyöhykkeelle hakemaan sitä”, Green sanoi heinäkuussa. ”Haluamme ehkä mennä Neptunukseen tapaamaan Tritonia, joka on lähempänä. Vaikka Neptunus on hiton kaukana, se ei silti ole yhtä kaukana kuin osa Kuiperin vyöhykkeen kohteista.”
”uskon, että tiede on vahva, ja odotan heidän olevan hyvissä asemissa seuraavassa dekadaalitutkimuksessa”, sanoi Mark Hofstadter, planeettatutkija, joka johti tutkimuksia Uranus — tehtävää varten 2000 — luvun lopulla.
”Jim Greenin eilinen ilmoitus tarkoittaa, että seuraava dekadaali pystyy paremmin tunnistamaan realistisen ja kyvykkään tehtävän ja sen kustannukset”, Hofstadter kertoi Spaceflight Now-lehdelle.
William McKinnon, planetaarinen geologi Washingtonin yliopistosta St. Louis, toinen vierailu Uranukseen tai Neptunukseen olisi kiehtovaa, hän kertoo Spaceflight Now-lehdelle.
mutta McKinnon, joka parhaillaan analysoi tuoreita tietoja Plutosta New Horizonsista, tuo esiin kaukokohteisiin luotaimilla työskentelevien tiedemiesten usein huomaamatta jääneen huolen: tällaisen tehtävän suunnittelu, Rakentaminen ja lentäminen kestää vuosikymmeniä, minkä jälkeen tietojen murskaaminen jatkuu vielä vuosia.
” jääjättiläislento, oletettavasti kiertorata, on valitettavasti elinaikani puolesta horisontin takana, joten tervehdin niitä, jotka saavat elää sen näkemiseksi!”
lähetä kirjoittajalle sähköpostia.
seuraa Stephen Clarkia Twitterissä: @StephenClark1.