Художественная иллюстрация Седны. Источник: NASA/JPL-Caltech
Во внешних пределах нашей Солнечной системы, далеко за орбитой Плутона, находится Седна, один из самых загадочных объектов, когда-либо обнаруженных. Эта красноватая карликовая планета движется по такой экстремальной орбите, что ей требуется более 11 000 лет, чтобы совершить один оборот вокруг Солнца. Теперь учёные предлагают новую миссию по достижению этого далёкого мира с помощью революционной двигательной технологии.
Однако Седна представляет собой нечто большее, чем просто ещё один далёкий камень. Это новый класс орбитальных объектов — седноиды, и его экстремальная орбита позволяет предположить, что он может быть первым известным представителем внутреннего облака Оорта. Изучение Седны может раскрыть секреты формирования ранней Солнечной системы и гравитационных воздействий, которые её сформировали.
Его поверхность — одна из самых красных среди объектов Солнечной системы, что указывает на сложный химический состав, который может дать представление об органических соединениях во внешних областях. На нынешнем расстоянии от Солнца температура никогда не превышает −240 °C, что делает его одним из самых холодных мест в нашей Солнечной системе.
Ожидается, что этот далёкий мир пройдёт через перигелий своей орбиты, ближайшую к Солнцу точку, в 2075–2076 годах, а затем будет медленно удаляться от Солнца. Когда Седна достигнет ближайшей к Солнцу точки на расстоянии 76,19 а. е. (примерно в 76 раз дальше, чем Земля от Солнца), она всё равно будет невероятно далека, почти в три раза дальше Нептуна. После этого короткого мгновения Седна снова отправится в долгий путь во тьму и не вернётся в эту область в течение сотен лет.
Снимок Седны, сделанный космическим телескопом «Хаббл». Фото: NASA
В новом исследовании, опубликованном на сервере препринтов arXiv, рассматриваются два передовых технологических подхода, которые позволили бы достичь Седны в рамках этого узкого временного интервала. Первый из них предполагает использование двигателя прямого термоядерного синтеза (DFD) — концептуального ядерного термоядерного двигателя, предназначенного для создания тяги и выработки электроэнергии. Для DFD исследователи предполагают использование системы мощностью 1,6 МВт с постоянной тягой и удельным импульсом, что представляет собой огромный скачок в развитии современных двигательных технологий.
Второй подход предполагает использование оригинальной вариации технологии «солнечного паруса». Вместо того чтобы полностью полагаться на давление солнечного излучения, эта концепция использует тепловую десорбцию. Это процесс, при котором молекулы или атомы, прилипшие к поверхности, высвобождаются при нагревании этой поверхности, и именно этот процесс обеспечивает движение. Ему будет способствовать гравитационный манёвр вокруг Юпитера, использующий огромное гравитационное поле планеты в качестве гравитационной катапульты.
Анализ показывает неожиданные результаты для этих двух совершенно разных технологий. Результаты исследования, проведённого командой под руководством Елены Анконы из Политехнического университета Бари в Италии, указывают на то, что DFD может достичь Седны примерно за 10 лет, из которых 1,5 года будут потрачены на движение. Солнечные паруса, с другой стороны, при поддержке гравитации Юпитера могут завершить путешествие за семь лет. Превосходное время полёта на солнечном парусе обусловлено его способностью непрерывно ускоряться без использования тяжёлого топлива, в то время как термоядерный двигатель позволяет выйти на орбиту, а не просто пролететь мимо.
Эта разница в скорости подчёркивает фундаментальные компромиссы в освоении дальнего космоса. Благодаря разным характеристикам DFD позволит выйти на орбиту, в то время как для солнечного паруса предусмотрен только пролёт мимо. Орбитальная миссия позволит провести расширенное исследование Седны, составить карту её поверхности, проанализировать состав и, возможно, обнаружить спутники или другие объекты. Пролёт мимо, хотя и будет быстрее, позволит лишь мельком взглянуть на объект.
Схема прямого термоядерного двигателя. Автор: WikiHelper2135
Обе предложенные технологии сталкиваются со значительными препятствиями в процессе разработки. На данный момент DFD остаётся в основном концепцией, требующей прорывов в области сдерживания и контроля термоядерного синтеза, которые ускользали от нас на протяжении десятилетий. Моделирование компании показывает, что эта технология может доставить космический аппарат массой около 1000 кг на Плутон за четыре года, но достижение таких показателей в реальности пока остаётся под вопросом.
Усовершенствованный солнечный парус с тепловой десорбцией представляет собой более эволюционный подход, основанный на проверенных принципах солнечного паруса и дополненный новыми возможностями. Использование этой технологии, основанной на точно рассчитанных гравитационных усилиях и инновационных материалах, сопряжено с определёнными трудностями, но может оказаться более осуществимым в ближайшей перспективе.
Однако время для достижения Седны во время её нынешнего приближения к Земле стремительно сокращается. Сможет ли человечество справиться с этой задачей, зависит от нашей готовности инвестировать в революционные двигательные технологии и идти на риск, связанный с расширением границ космических путешествий.