Новые двигатели могут обеспечить полет к планете Сэдн, считают инженеры

Новости МирТесен

Итальянские и американские ученые представили два варианта, позволяющих гипотетическому аппарату совершить стремительное путешествие к одному из наиболее удаленных и недостаточно изученных объектов Солнечной системы – Седне, транснептуновому телу, расположенному за орбитой Плутона. По оценкам специалистов, благодаря этим инновационным технологиям зонд сможет достичь Седны за семь или десять лет.

В отдаленных областях нашей Солнечной системы, за пределами орбиты Плутона, находится Седна — один из самых таинственных объектов, открытых наукой. Он является первым представителем нового типа небесных тел – седноидов, транснептуновый объект с очень удаленной орбитой (некоторые специалисты считают (Седну классифицируют как карликовую планету). Эти объекты никогда не приближаются к Солнцу на расстояние менее 50 астрономических единиц.

В Солнечной системе Седна выделяется своей сильно вытянутой орбитой. Ее траектория описывает расстояние от 76 до 937 астрономических единиц, что указывает на практически полное отсутствие гравитационного воздействия со стороны крупных планет. Изучение ее движения имеет важное значение для понимания структуры самых удаленных областей Солнечной системы.

Астрономы полагают, что необычная орбита Седны может свидетельствовать о том, что она является первым идентифицированным объектом внутренней части облака Оорта— гигантской сферической оболочки из ледяных тел, возникшей 4,5–4,6 миллиарда лет назад.

Исследование объекта Седна могло бы предоставить ученым ценную информацию о процессах, происходивших в эпоху формирования Солнечной системы, и объяснить механизм ее возникновения. Согласно одной из существующих теорий, образование Седны связано с гравитационными взаимодействиями. В давние времена сближения молодого Солнца с другими звездами могли вызвать гравитационное воздействие, направившее часть протопланетных тел на отдаленные орбиты, где впоследствии сформировалось внутреннее облако Оорта и объекты типа Седны.

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.

Группа международных инженеров под руководством Елены Анконы из Политехнического университета Бари (Италия) разработала два подхода, позволяющих достичь Седны за семь и десять лет соответственно. В обоих случаях исследователи рассматривают перспективные технологии, способные кардинально изменить методы межпланетных путешествий.

В качестве первого подхода рассматривается двигатель прямого термоядерного синтеза (Direct Fusion Drive). Данная технология представляет собой концептуальную разработку, которая на данный момент не получила практической реализации. В основе принципа её работы лежит идея использования термоядерной реакции для одновременного создания тяги и генерации электроэнергии. Термоядерный процесс сам по себе характеризуется выделением колоссального количества энергии, которую можно преобразовать в электрический ток.

По оценкам разработчиков, мощность такой системы составит 1,6 мегаватта, при этом она будет функционировать в режиме непрерывного тягового импульса. Это означает, что основная фаза путешествия к Седне будет проходить с постоянным ускорением. Предусмотрено, что этих мощностей будет достаточно не только для осуществления межпланетного перелета, но и для выполнения ключевого маневра – выхода на орбиту вокруг Седны.

Альтернативным вариантом является использование солнечного паруса, функционирующего по принципу термической десорбции. В отличие от традиционных солнечных парусов, которые используют давление света, в данном случае движение обеспечивается молекулами, испаряющимися с поверхности под воздействием тепла и создающими тяговую силу. Для достижения дополнительного ускорения планируется использование гравитационного маневра вблизи Юпитера, при котором его мощная гравитация будет служить своеобразной «‎рогаткой». Ключевым преимуществом такого паруса 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.

Однако существует определенное ограничение: вероятно, тяги паруса будет недостаточно для замедления и выхода на околоорбитальную траекторию вокруг Седны. В результате миссия ограничится лишь пролетом мимо этого небесного тела. Корабль, оснащенный двигателем прямого термоядерного синтеза, напротив, 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 разработок солнечных парусов, но требует точного расчета траекторий и создания новых материалов, способных выдерживать высокие температуры и эффективно выделять вещества для обеспечения тяги.

В перспективе нескольких лет специалисты планируют всестороннюю доработку идеи миссии, включая анализ потенциальных опасностей и требуемых ресурсов. Старт космического аппарата допустим только в определенный период времени, когда Плутон будет находиться на минимальном расстоянии от Солнца. В случае положительного вердикта проект может обозначить важный этап в изучении отдаленных областей нашей Солнечной системы.

Более подробная информация о применяемых технологиях представлена в статье, опубликованной на сайте электронного архива научных статей Корнеллского университета.