Les astronomes pensent à des vols vers des planètes glacées géantes

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Les astronomes pensent à des vols vers des planètes glacées géantes
Les astronomes pensent à des vols vers des planètes glacées géantes
Anonim

Que pourrait être un vol vers une planète de glace géante ? Vous pouvez explorer la surface peu attrayante de Miranda, la lune d'Uranus, ou explorer les étranges anneaux massifs de Neptune. Récemment, des planétologues ont conçu un vol hypothétique vers l'une des planètes glacées de notre système solaire.

Si vous aviez la possibilité de simuler votre vol chéri vers Uranus ou Neptune, à quoi ressemblerait-il ?

Souhaitez-vous explorer la surface peu attrayante de Miranda, la lune d'Uranus ? Ou peut-être les anneaux étranges et massifs de Neptune ? Ou l'interaction étonnante de ces planètes avec le vent solaire ?

Mais pourquoi choisir un seul objectif quand on peut tout faire à la fois ?

Récemment, des planétologues ont conçu un vol hypothétique vers l'une des planètes de glace géantes de notre système solaire. Ils ont compris ce que devrait être un vaisseau spatial de rêve volant vers Uranus, en tenant compte des dernières innovations et des technologies les plus avancées.

« Nous voulions proposer des technologies qui élargissent vraiment nos horizons », a déclaré Mark Hofstadter, chercheur principal au Jet Propulsion Laboratory et au California Institute of Technology à Pasadena. "Ce n'est pas fou de penser qu'ils apparaîtront dans 10 ans." Hofstadter est l'auteur d'une étude interne du Jet Propulsion Laboratory, qu'il a partagée le 11 décembre lors de la réunion d'automne de l'American Geophysical Union.

Certaines innovations sont des incarnations naturelles des technologies existantes. Hofstadter parle de matériel et de puces informatiques petits et légers. En utilisant les systèmes les plus avancés, il est possible de réduire le poids et de libérer beaucoup d'espace à bord de l'engin spatial. "La fusée peut mettre une certaine masse dans l'espace", dit-il, "et donc chaque kilogramme de construction économisé permet de fournir des instruments scientifiques supplémentaires."

Moteur nucléaire à ions

Le vaisseau spatial de rêve contient deux technologies bien établies dans l'espace qui, combinées, ont produit un tout nouveau moteur appelé centrale électrique basée sur des radio-isotopes (ESRP).

Un vaisseau spatial fonctionne comme n'importe quelle autre machine. La batterie fournit de l'énergie pour alimenter les systèmes embarqués et démarrer le moteur. Le carburant circule dans le moteur, où une réaction chimique a lieu et une force réactive est générée qui propulse le navire.

Dans le vaisseau spatial de rêve, la batterie est alimentée par la désintégration radioactive du plutonium, qui est la source d'énergie préférée lorsque l'on vole dans le système solaire externe, où il y a peu de lumière solaire. Voyager 1, Voyager 2, Cassini et New Horizons avaient tous une source d'alimentation radio-isotopique, mais utilisaient du carburant à base d'hydrazine dans un moteur chimique qui les a rapidement propulsés aux confins du système solaire.

Le moteur ionique utilise du gaz xénon comme carburant. Le xénon est ionisé. Le champ électrique accélère les ions xénon et ils quittent le vaisseau spatial sous forme de gaz d'échappement. Les vaisseaux spatiaux Deep Space 1 et Don utilisaient ce type de moteur, mais ils tiraient leur puissance de grands panneaux solaires qui fonctionnent mieux dans le système solaire interne, où se déroule la plupart des voyages spatiaux.

Le gaz xénon est très stable. Le vaisseau spatial peut en transporter de grandes quantités dans des conteneurs pressurisés. Cela permet d'allonger la durée du vol.« ESUR nous donne l'opportunité d'explorer toutes les zones du système glaciaire géant: anneaux, satellites et même la magnétosphère qui les entoure », a déclaré Hofstadter. - Nous pouvons voler où nous voulons. Nous pouvons y passer autant de temps que nécessaire. Cela nous donne une grande liberté d'action."

Vaisseau spatial sans pilote

Un vaisseau spatial de rêve avec ESUR installé dessus peut survoler les anneaux, les lunes et la planète elle-même 10 fois plus lentement qu'un appareil équipé d'un moteur à combustion chimique conventionnel. En voyageant à basse vitesse, le navire de rêve peut capturer des images nettes, haute résolution et à longue exposition. Mais pour utiliser toutes les capacités du moteur ionique, le vaisseau spatial a besoin d'une automatisation de la navigation à bord.

"Nous ne savons pas exactement où se trouve le satellite d'Uranus et où se trouve le vaisseau spatial [par rapport à cette lune]", a déclaré Hofstadter. La plupart des satellites de cette planète ne sont visibles que de loin, et les détails sur leur taille et leurs orbites sont inconnus. "En raison de cette incertitude, vous devez toujours garder une bonne distance de l'objet que vous regardez pour ne pas vous écraser dessus", a-t-il ajouté.

"Mais s'il est certain que le vaisseau spatial verra l'emplacement du satellite à l'aide de la caméra et corrigera son orbite, alors vous pouvez vous approcher du satellite et ne pas vous écraser dessus", a noté le scientifique. "Vous pouvez vous rapprocher beaucoup plus que lorsque vous préparez un survol depuis la Terre, car dans ce cas, le délai de communication est supérieur à cinq heures."

Il n'y avait aucun équipement de navigation autonome de ce niveau sur les engins spatiaux auparavant. Le véhicule tout-terrain Curiosity de la NASA a une capacité limitée à tracer une trajectoire entre deux points. Et la station interplanétaire OSIRIS-Rex pourra détecter les aléas et arrêter les prélèvements.

Le navire de rêve ressemblera davantage à un véhicule sans pilote. Par exemple, il saura qu'il devra voler autour du satellite d'Uranus, Ophélie. Il se préparera une trajectoire basse au-dessus de la surface pour visiter des lieux intéressants, tels que le territoire du chaos. De plus, ce navire manœuvrera en contournant des obstacles inattendus tels que des falaises et des rochers abrupts. S'il rate quelque chose d'intéressant, il aura assez de carburant pour faire une autre passe.

Trio de véhicules de descente

Ayant gagné de l'espace supplémentaire grâce à une électronique compacte, ainsi que la capacité de voler lentement et bas au-dessus de la surface, qui sera fournie par ESUR et un système de navigation autonome, le navire de rêve pourra embarquer à bord des véhicules de descente pouvant être tombé à la surface des satellites Uranus sans aucun problème.

"Nous avons conçu un vol avec trois petits véhicules de descente qui pourraient être atterris sur n'importe lequel des satellites", a déclaré Hofstadter. Les tailles, les formes et les capacités de ces appareils peuvent être n'importe quoi, des simples caméras à un ensemble complet d'instruments pour mesurer la gravité, la composition du sol et même la sismicité.

Le vaisseau spatial de rêve pourra sonder les 27 lunes d'Uranus, de la plus grande Titania à la plus petite Cupidon, dont le diamètre n'est que de 18 kilomètres. L'équipe peut alors décider de la meilleure façon d'utiliser l'atterrisseur.

"Nous n'avons pas à décider à l'avance sur quels satellites les atterrir", a déclaré Hofstadter. « On peut attendre d'y être. Nous pouvons faire atterrir tous les véhicules sur un satellite, créant un petit réseau sismique pour rechercher des tremblements de terre lunaires et étudier ses entrailles. Ou peut-être déciderons-nous qu'il vaut mieux faire atterrir ces véhicules sur trois satellites différents."

Glaçage sur le gateau

Les scientifiques qui ont mené des recherches internes admettent qu'il est tout simplement irréaliste d'inclure toutes ces technologies innovantes dans un seul vol. Ce sera très risqué et coûteux, dit Hofstadter. De plus, la technologie testée dans l'espace utilisée à bord du Cassini, du New Horizons et du Juno pourrait bien faire des découvertes scientifiques fascinantes sur les géantes de glace. Et l'innovation viendra compléter ce matériel.

La NASA ne prépare pas actuellement de vols vers Uranus et Neptune. En 2017, Hofstadter et ses collègues ont parlé avec insistance de la nécessité de voler vers l'un des géants de la glace, et maintenant ils espèrent que les technologies du futur inspireront quelqu'un à développer une proposition pour un tel vol.

"C'est presque comme la cerise sur un gâteau", a-t-il déclaré. "Nous avons dit que si vous appliquez de nouvelles technologies, vous pouvez faire beaucoup de nouvelles choses, et cela garantira un grand succès scientifique."

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