Міжзоряний зонд: місія, яка поб’є рекорди Voyager

Лабораторія прикладної фізики університету Джонса Гопкінса (APL) опублікувала проєкт міжзоряного дослідника зонда, призначеного для вивчення далеких куточків Сонячної системи. У разі схвалення, місія буде запущена у другій половині 2030-х і відійде від Сонця майже втричі далі, ніж легендарні апарати Voyager.

Дослідники далеких рубежів Сонячної системи

На сьогодні у Сонячній системі є три космічні апарати, що досліджують її далекі рубежі. Це пара апаратів Voyager, а також зонд New Horizons. На жаль, уже в найближчому майбутньому вони припинять роботу через зменшення кількості енергії, що виробляється їхніми радіоізотопними термоелектрогенераторами (РІТЕГами).

Ілюстрація, що демонструє положення апаратів Voyager 1 та Voyager 2. Джерело: NASA/JPL-Caltech

За останніми оцінками, у Voyager у запасі залишається приблизно п’ять років, після чого енергії РІТЕГів перестане вистачати для підтримки роботи навіть одного наукового інструменту. Щодо New Horizons, то очікується, що він зможе залишатися на зв’язку десь до середини-кінця 2030-х. Однак оскільки апарат рухається з меншою швидкістю, ніж Voyager, він просто не встигне досягти міжзоряного простору до моменту припинення своєї роботи.

Отже, до кінця наступного десятиліття людство позбудеться всіх «очей та вух» на межі Сонячної системи. З метою подолання майбутнього розриву команда інженерів з APL, у надрах якої свого часу був розроблений New Horizons, запропонувала дуже амбітний проєкт спеціалізованого зонда, призначеного для вивчення геліосфери (так називається область, в якій домінує плазма, що випускається Сонцем) і міжзоряного простору.

Як розігнати міжзоряний зонд

Головна проблема, пов’язана з проєктом міжзоряного зонда, криється у часі польоту. Voyager 1 знадобилось 35 років, щоб вийти за межі геліосфери. За таких термінів польоту, на той час, коли земний посланець дістанеться до міжзоряного простору, навіть у найкращому разі всі його розробники вже вийдуть на пенсію.

Схема будови Сонячної системи та її околиць. Джерело: Johns Hopkins APL/Steve Gribben

Щоби впоратися з цією проблемою, автори проєкту запропонували використовувати комбінацію з надважкої ракети SLS у її найпотужнішій конфігурації Block 2 (очікується, що вона буде введена в експлуатацію після 2029 року) та гравітації найбільшої планети Сонячної системи. Розроблений в надрах APL план польоту передбачає запуск зонда в 2036 році з наступним прольотом Юпітера для додаткового прискорення. Це дозволить розігнати апарат до швидкості, що становить приблизно 7,2 а. о. (1,08 млрд км) на рік. Для порівняння, Voyager 1 щорічно віддаляється від Сонця на 3,5 а. о. (0,52 млрд км). На такій швидкості зонд досягне межі міжзоряного простору приблизно за 17 років.

Наукові цілі міжзоряного зонда

Міжзоряний зонд має дати відповіді на три основні питання:

  • Якою є глобальна природа геліосфери?
  • Як Сонце та наша галактика впливають на динаміку процесів у геліосфері?
  • Яка природа та характеристики найближчого міжзоряного простору?

Серед додаткових завдань місії також пошук відповіді на питання про зв’язок астросфер (аналогів геліосфер в інших зір) і потенційної життєздатності планетних систем. Міжзоряний зонд також зможе провести наукові виміри у Юпітера та інших попутних об’єктів Сонячної системи.

Влаштування міжзоряного зонда

Проєкт APL передбачає будівництво апарата загальною масою 860 кг (це можна порівняти з масою зондів Voyager), що отримує енергію від двох РІТЕГів. Для підтримки зв’язку із Землею буде використовуватися 5-метрова антена, здатна забезпечити швидкість передання даних на рівні 10 мегабіт на тиждень на відстані 1000 а. о. — за умови будівництва на Землі потужних радіотелескопів наступного покоління.

Концепт міжзоряного зонда. Джерело: Johns Hopkins APL/Steve Gribben

Наукове навантаження зонда складатиметься з десяти наукових інструментів, розбитих на шість основних блоків. Серед них спектрограф, спектрометр, магнітометр, прилади вивчення заряджених частинок, галактичних променів і міжзоряного пилу.

Розрахунковий термін роботи міжзоряного зонда має становити щонайменше 50 років. За цей проміжок часу він встигне подолати дистанцію майже 400 а. о. (60 млрд км). Для порівняння, вже неодноразово згаданий Voyager 1 зараз перебуває на відстані 157 а. о. (23,5 млрд км) від Сонця. При цьому автори проєкту вважають, що зонд зможе протриматися значно довше і збереже працездатність на відстані близько 1000 а. о. (150 млрд км).

Схема будови міжзоряного зонда та його можливого наукового навантаження. Джерело: Johns Hopkins APL/Steve Gribben

За оцінками APL, вартість реалізації їхнього проєкту складе 1,67 млрд доларів без урахування пускових витрат. Підтримка роботи міжзоряного зонда вартуватиме NASA 230 млн доларів за кожне десятиліття.

Перспективи міжзоряного зонда

Треба розуміти, що поки йдеться лише про перспективний проєкт. Він може як з часом отримати зелене світло від NASA, так і бути покладений на полицю. На жаль, така доля вже спіткала його кількох попередників, на кшталт проєкту TAU (Thousand Astronomical Units).

Ракета SLS на стартовому майданчику. Джерело: NASA/Kim Shiflett

Дві ключові проблеми, які можуть перешкодити реалізації концепції міжзоряного зонда, пов’язані з ракетою SLS та РІТЕГами. Річ у тім, що SLS є дуже дорогим носієм. Вартість його запуску оцінюється в 2 млрд доларів, що перевищує вартість міжзоряного зонда. Поки що немає гарантії, що NASA погодиться піти на такі витрати. Крім того, наразі всі запуски SLS до кінця десятиліття віддані під програму Artemis. Теоретично, автори проєкту допускають використання для запуску іншої, дешевшої ракети. Але це помітно збільшить час польоту.

Інша проблема пов’язана з РІТЕГами. Зараз NASA відчуває дефіцит плутонію-238, що використовується в них. Нещодавно США відновили виробництво цього ізотопу, але потрібен час, щоб накопичити його значні запаси.

Але, попри всі перераховані вище обставини, автори проєкту налаштовані оптимістично щодо перспектив його реалізації. За їхніми словами, міжзоряний зонд здатний змінити наші уявлення про Сонячну систему та навколишній простір, а також стати першим кроком людства на шляху до сусідніх зірок.

Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!

Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine

Невдале дослідження виявило дивну особливість Чумацього Шляху
Наступна місія до Плутона відбудеться не раніше 2050 року
Водні планети на орбітах білих карликів добре підходять для пошуку життя
Телескоп у Південній Америці зазнімкував космічного коропа коі
Астрономи відкрили чотири мінінептуни
Гігантський Магелланів телескоп став на крок ближчий до будівництва
Ракетний ступінь великим планом: японський супутник здійснив історичне зближення з космічним сміттям
Міжзоряний ремонт завершено: Voyager 1 відновив передачу всіх наукових даних
Важливий експеримент: NASA відправила у космос відео та фото з домашніми улюбленцями
Астрономи відкрили у пари зір дивовижні паралельні диски