Инженеры предлагают окружить Уран кольцом микроспутников
Исследовательских миссий во внешнюю часть Солнечной системы до сих пор не хватает, несмотря на то, что в наборе публикаций «Десятилетний обзор планетарных наук на 2013–2022 гг.» они были указаны как высокоприоритетные. Более того, многие планеты во внешней части Солнечной системы даже ни разу не облетел зонд. В частности, для одной из них — Урана — мы вынуждены полагаться на данные «Вояджера-2», полученные приборами, созданными более 50 лет назад, или на земные наблюдения. Ни то, ни другое решение не позволяет по-настоящему понять странную физику, происходящую с этой планетой, которая, по сути, лежит на боку. И хотя уже было предложено множество архитектур миссий для изучения этой планеты, всегда интересно взглянуть на новую, когда она появляется.
Команда из Стэнфорда предложила новую концепцию под названием Sustained CubeSat Activity Through Transmitter Electromagnetic Radiation (SCATTER). Она получила грант Института перспективных концепций NASA на дальнейшее развитие этой идеи. Некоторое время назад они выпустили доклад, с которым стоит ознакомиться.
Одно из главных препятствий, которое необходимо преодолеть при исследовании Урана, — это способ обеспечения космического зонда энергией. Он находится слишком далеко, чтобы солнечные батареи могли принести пользу, поэтому единственным приемлемым вариантом является радиоизотопный тепловой генератор (РТГ). Они использовались в таких миссиях, как зонды «Вояджер», и с тех пор постепенно совершенствовались. Однако у них слишком большие габариты, что делает их непрактичными для небольших спутников.
Уран также обладает динамичной средой, которую трудно наблюдать только с одного спутника. Его магнитное поле –, а это одна из наиболее интересных частей Урана — меняется практически ежедневно. Один орбитальный зонд не сможет обнаружить необходимые изменения в этой системе, поскольку в любой момент времени он может собрать данные о магнитном поле только в одной точке.
Лучше было бы иметь несколько зондов с датчиками, размещённых по всей системе Урана. Тогда они могли бы наблюдать динамическое изменение магнитного поля с разных пространственных точек обзора. Но такая многозондовая система будет непомерно дорогой для отправки на Уран спутников с собственным РТГ.
Поэтому доктор Сигрид Клоуз и её команда из Стэнфорда решили попробовать решить эту проблему с помощью другой перспективной технологии — передачи энергии по лучу. Недавно уже сообщалось об успешном испытании спутника, передающего электроэнергию на Землю в рамках первого в своём роде эксперимента. Однако законы физики не ограничивают передачу энергии со спутника на наземную станцию. Такая же технология может дистанционно питать любое устройство в любой точке Солнечной системы.
Система, разработанная доктором Клоуз и её командой, основана на идее базовой станции с мощным РТГ, которая затем запускает серию небольших спутников типа CubeSat с датчиками по всей системе Урана. Базовая станция будет служить источником энергии и узлом связи для CubeSat по всей системе. Она будет вырабатывать энергию с помощью РТГ и передавать её на CubeSat по лучу. CubeSat, в свою очередь, будут следить за окружающей средой и передавать данные о магнитных полях и других электромагнитных излучениях на базовую станцию, которая затем может передать их на Землю с помощью своей более надёжной системы связи.
Кроме того, CubeSat могут использовать энергию, передаваемую им с базовой станции, для навигации. Развернув солнечный парус, CubeSat смогут использовать давление излучения, создаваемое лучом со станции, для перемещения по системе Урана, которая, помимо огромной планеты, содержит не менее 27 различных лун.
Понимание фундаментальной физики, лежащей в основе силового луча и парусной двигательной установки, стало предметом доклада д-ра Клоуз и её коллег, опубликованного на форуме AIAA SCITECH в 2022 году. В первую очередь интерес представлял вопрос о том, какой размер CubeSat будет идеальным для этой миссии. Они остановились на кубсате 0,5U размером 10 см х 10 см х 5 см и массой около 500 г. Такая конфигурация позволила найти оптимальный компромисс между манёвренностью и возможностью передачи энергии.
Это лишь одна из множества концепций, предложенных для следующей миссии к Урану, и, несмотря на то, что проект был завершён ещё в 2021 году, пока неясно, ведутся ли в его рамках какие-либо активные исследования. Тем не менее до запуска придётся пройти ещё много этапов. В статье предлагается запуск в 2043–2045 годах, а прибытие к планете — в 2054 году, так что времени на доработку архитектуры миссии ещё достаточно. Но пока что даже распространение новой концепции имеет смысл, независимо от того, увидит ли миссия свет.
