Ученые планируют совершить аэроторможение, чтобы выйти на орбиту Урана
Разработка предлагаемой миссии UOP, включая аэробрейкинг на самом Уране.
Достижение ледяных гигантов требует значительного времени — путь к Урану может занять до 13 лет, даже с использованием гравитационного маневра возле Юпитера. Тем не менее, в настоящее время разрабатывается несколько идей, направленных на ускорение этого процесса, особенно с учетом возросшего интереса к отправке зондов к этим планетам.
Одной из таких идей является использование системы аэроторможения, которая позволит замедлить зонд по мере его приближения к цели.
В новой статье, написанной Эндрю Гомесом-Дельрио и его соавторами из Лаборатории имени Лэнгли NASA, описывается, как предлагаемая миссия орбитального аппарата и зонда Uranus (UOP) может использовать ту же технологию аэроторможения, что и «Кьюриосити», что позволит значительно повысить как скорость, так и грузоподъемность миссии.
Использование системы аэроторможения для миссий к ледяным гигантам обладает несколькими преимуществами. Во-первых, как уже упоминалось, она способна значительно сократить необходимое время путешествия до цели.
Некоторые оценки предполагают, что время в пути может сократиться вдвое, но, по крайней мере, это позволит сэкономить годы на пути к Урану. Во-вторых, это увеличивает долю полезной нагрузки, которая может быть использована для основной миссии, а не для топлива, необходимого для достижения цели. Третье преимущество заключается в уменьшении размеров и сложности системы двигателей.
Все эти достоинства делают систему аэроторможения привлекательным дополнением любой миссии к Урану. Но в чем же подвох? Разработка такой системы обычно занимает годы и требует миллионов долларов. Однако, согласно статье, в этом нет необходимости: инженеры проекта могут просто немного модифицировать систему аэроторможения, использованную для успешной доставки лаборатории научных исследований на Марс — ныне известной как «Кьюриосити» — на поверхность Красной планеты.
Несмотря на кажущуюся разницу в характере этих двух миссий, система аэроторможения может быть, по сути, одинаковой. Формально она известна как система тепловой защиты (TPS).
Его основным компонентом является конформный углеродный аблятор с фенольной пропиткой (CPICA), материал, широко используемый в теплозащитных экранах из-за его низкой плотности и теплопроводности. Несмотря на свою пористость, он является одним из лучших материалов для защиты космических аппаратов от тепла, возникающего при повторном входе в атмосферу планеты.
В данном случае речь идет о прохождении через атмосферу планеты. Целью зонда к Урану не является остановка в атмосфере, а прохождение через нее с использованием замедляющего эффекта, который она оказывает на космический аппарат, как своего рода тормоз.
В типичном сценарии TPS либо спускается вместе с самим космическим аппаратом после достаточного замедления, либо сбрасывается, когда аппарат направляется к поверхности другой планеты. В случае UOP TPS будет сброшена перед тем, как зонд войдет в стабильную орбиту вокруг планеты.
Однако система аэроторможения — это лишь одна часть общей термической защиты космического аппарата, и статья доктора Гомеса-Дельрио рассматривает несколько других систем, таких как современные виды изоляции и теплопроводные трубы, которые отводят тепло от нескольких радиоизотопных термоэлектрических генераторов к остальному оборудованию миссии.
Кроме того, статья предоставляет детальный анализ работы этих систем на различных этапах миссии, таких как облет Венеры и ее «гибернационный круиз».
Как и во всех подобных миссиях, вес является ключевым определяющим фактором, и система аэроторможения позволит существенно сократить массу за счет уменьшения потребности в топливе и ненужных внешних топливных баках.
Снижение веса также открывает возможности для различных конфигураций аппарата, включая такие, которые позволят UOP собирать данные в фазе круиза или выпускать несколько малых атмосферных зондов следующего поколения (SNAP).
Тем не менее, впереди еще долгий путь, поскольку проект UOP по-прежнему испытывает нехватку финансирования, несмотря на то, что он является миссией высшего приоритета согласно последнему Обзору планетарных исследований. Учитывая общую нехватку средств, существует реальная вероятность того, что сама миссия может так и не состояться.
Тем не менее, в это время проекты, подобные тому, который стал основой для данной статьи и был профинансирован грантом NASA для начинающих специалистов, будут продолжать развивать концепцию миссии в надежде, что однажды она сможет исследовать одну из самых интересных планет нашей солнечной системы.
