NASA Team X, входящая в состав Лаборатории реактивного движения, предлагает пересмотреть ключевые аспекты запланированной миссии Orbilander, направленной на изучение возможности существования жизни на Энцеладе – ледяном спутнике Сатурна, считающемся одним из наиболее вероятных кандидатов для обнаружения жизни в Солнечной системе.
Энцелад отличается захватывающими шлейфами, выбрасываемыми из южной полярной области. Согласно научным моделям, они формируются из-за приливного воздействия, которое деформирует океан, скрытый под ледяной поверхностью спутника. Жидкость из подповерхностного океана пробивается наружу через ледяную корку и выбрасывается в космическое пространство в результате криовулканизма.
По мнению исследователей из JPL, изучение и анализ этих выбросов может предоставить наиболее эффективный метод для выявления органических соединений в океане Энцелада.
Приоритет Энцелада
Национальная академия наук, инженерии и медицины (NASEM) признала полет посадочного и орбитального аппаратов для исследования плюмов Энцелада вторым по значимости проектом в рамках Десятилетнего обзора планетарных наук и астробиологии на 2023-2032 годы, определяющего приоритеты освоения космоса на следующее десятилетие. Миссия Orbilander будет включать космический аппарат, оборудованный как посадочным, так и орбитальным модулями. Согласно обзору, изучение Энцелада позволит не только определить, существует ли жизнь за пределами Земли, но и выяснить, почему жизнь не возникает в средах, которые, как представляется, потенциально пригодны для ее возникновения.
Альфред Нэш из JPL руководит командой Team X в рамках нового исследования, целью которого является совершенствование проекта Orbilander. В рамках исследования предложена дата запуска обновленного космического аппарата — ноябрь 2038 года. Запуск будет осуществлен с помощью тяжелой ракеты Falcon Heavy Expendable, оснащенной разгонным блоком Star 48. Перелет к Сатурну займет около 7,5 лет, после чего последует годичный этап сближения с луной, включающий шестимесячный период на быстрой орбите.
Предложение NASA
В процессе движения космический аппарат проведет сбор образцов шлейфа в двенадцати точках, после чего перейдет к этапу плавного уменьшения высоты и скорости, который займет 2,6 года. Затем в течение 3,5 месяцев аппарат восемь раз возьмет пробы шлейфа на меньшей высоте. После этого Orbilander спустится на наименьшую высоту орбиты – 50 км над поверхностью Энцелада – и приступит к годичной разведывательной миссии, направленной на поиск подходящей площадки для посадки.
В заключение, посадочный модуль совершит посадку на поверхность для проведения двухлетнего сбора и анализа образцов, с целью изучения ледяной коры и затвердевшего плюмажа.
В случае нехватки финансирования, команда разработала альтернативный, более бюджетный вариант реализации миссии. Этот запасной план, или «план Б», предполагает лишь пролет для сбора дополнительных данных о возможности существования жизни на лунном океане. Однако, упрощенный подход потребует использования ограниченного набора инструментов, меньших объемов образцов и более высокой скорости их сбора, что может повысить вероятность потери или ухудшения биологических данных.
Создание работоспособного космического аппарата
Энцелад находится на значительном удалении от Солнца, что делает невозможным использование солнечной энергии. Поэтому космический аппарат будет использовать ядерный источник питания – радиоизотопный термоэлектрический генератор (РТГ), технологию, зарекомендовавшую себя в таких миссиях, как Galileo к Юпитеру и марсоход Curiosity. Для функционирования РТГ необходим плутоний-238, однако NASA обладает ограниченным запасом этого изотопа.
Разработчики стремились к максимальной эффективности, анализируя способы снижения размеров, энергопотребления, массы и стоимости Orbilander. Хотя некоторые из рассматриваемых технологий пока находятся в разработке, предполагается, что они будут готовы в течение пяти лет. В результате внесенных конструктивных изменений масса космического аппарата значительно снизилась, что позволило использовать всего один радиоизотопный термоэлектрический генератор (РТГ), в то время как для миссии Cassini потребовалось три.
Управление положением космического аппарата будет реализовано посредством двухтопливных двигателей на холодном газе, что заменит традиционные реактивные колеса. Интеллектуальная система посадки будет контролировать все этапы спуска – от орбиты до приземления на поверхность. Кроме того, в конструкции использованы архитектура распределенного питания и система отслеживания пиковой мощности, что позволит поддерживать стабильную мощность в 30 вольт при одновременном снижении веса кабеля. Благодаря этим изменениям удалось уменьшить массу космического аппарата на 846 кг и сократить прогнозируемые затраты на 900 миллионов долларов.