Итальянские и американские ученые разработали два подхода, которые позволят гипотетическому зонду совершить стремительное путешествие к одному из самых удаленных и слабоизученных объектов Солнечной системы – транснептуновому телу Седна. По оценкам специалистов, благодаря этим инновационным технологиям, аппарат сможет достичь Седны за семь или десять лет.
Находится область, простирающаяся за орбиту Плутона, в отдалённых районах нашей Солнечной системы Седна — один из наиболее таинственных объектов, с которыми сталкивались ученые. Он представляет собой первый представитель нового класса небесных тел — седноидов — транснептуновый объект с очень удаленной орбитой (некоторые специалисты считают Седну классифицируется как карликовая планета. Эти объекты никогда не приближаются к Солнцу на расстояние менее 50 астрономических единиц.
Орбита Седны, одного из наиболее известных крупных тел Солнечной системы, характеризуется наибольшим вытяжением. Этот объект движется вокруг Солнца по сильно вытянутой траектории, простирающейся от 76 до 937 астрономических единиц. Благодаря этому Седна находится практически вне зоны гравитационного воздействия крупных планет. Изучение ее траектории имеет решающее значение для понимания структуры самых удаленных областей Солнечной системы.
По мнению астрономов, необычная, «экстремальная» орбита Седны может указывать на то, что этот объект является первым из известных представителей внутренней части облака Оорта — огромной сферической оболочки, состоящей из ледяных глыб, образовавшейся 4,5–4,6 миллиарда лет назад.
Исследование Седны могло бы предоставить ученым ценные сведения о ранних этапах формирования Солнечной системы и механизме ее возникновения. Согласно одной из версий, образование Седны связано с гравитационными воздействиями. В прошлом сближения молодого Солнца с другими звездами могли вызвать гравитационные возмущения, которые «вывели» часть планетезималей на отдаленные орбиты, где впоследствии сформировалось внутреннее облако Оорта и, в частности, седноиды.
Для совершения полного оборота вокруг Солнца Седне требуется свыше 11 000 лет. В настоящее время она движется к светилу и достигнет точки максимального сближения — перигелия — в период с 2075 по 2076 год. В этот момент расстояние между ней и Солнцем будет минимальным и составит 76,19 астрономических единиц, что примерно в три раза превышает расстояние до Нептуна. Затем Седна начнет удаляться от Солнца.
Седна представляет собой крайне привлекательный объект для научных исследований, который интересует многих специалистов. Однако существует серьезное препятствие: как достичь этого уникального мира за приемлемый срок, опираясь на современные технологии? Хотя традиционные химические двигатели и ионные ускорители и позволяют осуществить подобную миссию, полет к Седне на аппарате, использующем эти технологии, займет очень много времени – не одно десятилетие.
Инженеры из международной команды, возглавляемой Еленой Анконой из Политехнического университета Бари (Италия), разработали два подхода к достижению Седны, предусматривающие время полета в семь и 10 лет. Оба предложенных варианта основаны на использовании перспективных технологий, которые могут существенно изменить методы межпланетных путешествий.
Direct Fusion Drive – это концептуальная разработка, которая пока не имеет практической реализации. Её работа основана на принципе, согласно которому термоядерная реакция не только генерирует тягу, но и одновременно производит электроэнергию. Термоядерная реакция характеризуется выделением значительного количества энергии, которую можно преобразовать в электрический ток.
Предполагается, что мощность системы составит 1,6 мегаватта, и она будет функционировать в режиме непрерывного тягового импульса. Это означает, что основная часть траектории к Седне будет проходить при постоянной тяге. Такой мощности будет достаточно не только для осуществления полета, но и для выполнения ключевого маневра — вывода на орбиту вокруг Седны.
Альтернативным решением является солнечный парус, функционирующий за счет термической десорбции. Такой парус, в отличие от традиционных солнечных парусов, использующих давление солнечного света для движения, генерирует тягу за счет испарения молекул с его поверхности под воздействием тепла. Для повышения скорости запланирован гравитационный маневр вблизи Юпитера, в котором его гравитационное поле будет использовано для ускорения зонда. Основным достоинством данной конструкции является высокая скорость и отсутствие необходимости в топливе.
Результаты сравнения оказались неожиданными. Полет до Седны на аппарате массой тонну с использованием двигателя прямого термоядерного синтеза займет около 10 лет, из которых 1,6 года будет отведено на разгон. Солнечный парус позволит выполнить задачу быстрее — всего за семь лет. Это объясняется возможностью непрерывного ускорения и отсутствием необходимости в большом количестве топлива.
Вероятно, тяги паруса окажется недостаточно для торможения и выхода на орбиту Седны. Поэтому миссия будет заключаться лишь в пролете мимо этого небесного тела. Однако, корабль, оснащенный двигателем прямого термоядерного синтеза, сможет выйти на орбиту и провести детальное изучение космического объекта.
Выбор между этими вариантами зависит от того, что важнее: скорость получения данных или их детализация. Быстрый пролет позволит получить лишь минимальный объем информации. Более масштабная орбитальная миссия позволит создать карту поверхности, провести анализ состава и, вероятно, выявить наличие спутников.
Оба подхода пока существуют лишь в виде концепций, однако обладают различным потенциалом. Двигатель прямого термоядерного синтеза нуждается в значительных прорывах в технологиях удержания и управления реакцией. Несмотря на перспективные расчеты, пока нет гарантии возможности создания подобной системы.
Солнечный парус, использующий эффект термической десорбции, представляется более перспективным решением. Данная технология развивается на основе существующих решений для солнечных парусов, однако предполагает необходимость точного расчета траекторий и разработку новых материалов, которые будут устойчивы к высоким температурам и способны эффективно высвобождать вещества для создания тяги.
В ближайшие годы инженеры планируют тщательно разработать концепцию миссии, провести оценку рисков и определить необходимые ресурсы. Запуск космического аппарата возможен только в определенный период, когда Седна достигнет максимального сближения с Солнцем. Успешная реализация проекта может стать важной вехой в изучении отдаленных областей Солнечной системы.
Более детальную информацию о применяемых технологиях можно найти в статье, опубликованной на сайте электронного архива научных статей Корнеллского университета.