APL опубликовала проект межзвездного исследователя

Лаборатория прикладной физики университета Джонса Хопкинса (APL) представила проект межзвездного исследователя – зонда, предназначенного для изучения дальних уголков Солнечной системы. В случае одобрения, миссия будет запущена во второй половине 2030-х годов и удалится от Солнца почти в три раза дальше, чем легендарные аппараты «Вояджер».

На сегодняшний день в Солнечной системе есть три функционирующих космических аппарата, исследующих ее дальние рубежи. Это пара аппаратов «Вояджер», а также зонд «Новые горизонты». К сожалению, уже в обозримом будущем они прекратят свою работу из-за уменьшения количества энергии, вырабатываемой их радиоизотопными термоэлектрогенераторами (ритэгами).

По последним оценкам, у «Вояджеров» в запасе остается порядка пяти лет, после чего энергии ритэгов перестанет хватать для поддержания работы даже одного научного инструмента. Что касается «Новых горизонтов», то ожидается, что он сможет оставаться на связи где-то до середины-конца 2030-х. Однако поскольку аппарат движется с меньшей скоростью, нежели «Вояджеры», он попросту не успеет достичь межзвездного пространства до момента прекращения своей работы.

Таким образом, к концу следующего десятилетия человечество лишится всех «глаз и ушей» на границе Солнечной системы. С целью преодоления грядущего разрыва команда инженеров из APL (именно в ее недрах в свое время были спроектировани «Новые горизонты») предложила весьма амбициозный проект специализированного зонда, предназначенного для изучение гелиосферы (так называется область, в которой доминирует испускаемая Солнцем плазма) и межзвездного пространства.

Основная проблема, связанная с проектом межзвездного зонда, кроется во времени полета. «Вояджеру-1» потребовалось 35 лет, чтобы выйти за пределы гелиосферы. При таких сроках полета к тому моменту, когда земной посланец доберется до межзвездного пространства, все его создатели в лучшем случае уже выйдут на пенсию.

Чтобы решить эту проблему, авторы проекта предложили использовать комбинацию из сверхтяжелой ракеты SLS в ее наиболее мощной конфигурации Block 2 (ожидается, что она будет введена в эксплуатацию после 2029 года) и гравитации крупнейшей планеты Солнечной системы. Разработанный в недрах APL план полета предполагает запуск зонда в 2036 году с последующим пролетом Юпитера для дополнительного ускорения. Это позволит разогнать аппарат до скорости, составляющей примерно 7,2 а. е. (1,08 млрд км) в год . Для сравнения, «Вояджер-1» ежегодно удаляется от Солнца на 3,5 а. е. На такой скорости зонд достигнет границы межзвездного пространства примерно за 17 лет.

Межзвездный зонд должен будет дать ответы на три основных вопроса:

• Какова глобальная природа гелиосферы?
• Как Солнце и наша галактика влияют на динамику процессов в гелиосфере?

• Какова природа и характеристики ближайшего межзвездного пространства?

В число дополнительных задач миссии также входит поиск ответа на вопрос о связи астросфер (аналогов гелиосфер у других звезд) и потенциальной обитаемости планетных систем. Межзвездный зонд также сможет провести научные измерения у Юпитера и иных попутных объектов Солнечной системы.

Проект APL предполагает строительство аппарата общей массой 860 кг, получающего энергию от двух ритэгов. Для поддержания связи с Землей будет использоваться 5-метровая антенна, способная обеспечить скорость передачи данных на уровне 10 мегабит в неделю на расстоянии в 1000 а. е. (при условии строительства на Земле радиотелескопов следующего поколения).

Научная нагрузка зонда будет состоять из десяти научных инструментов, разбитых на шесть основных блоков. В их числе спектрограф, спектрометр, магнитометр, приборы для изучения заряженных частиц, галактических лучей и межзвездной пыли.

Расчетное время работы межзвездного зонда должно составить не менее 50 лет. За этот промежуток он успеет удалиться на расстояние почти в 400 а. е. Для сравнения, уже упомянутый Voyager 1 сейчас находится на дистанции в 157 а. е. от Солнца. При этом, авторы проекта полагают, что зонд сможет продержаться значительно дольше и сохранит работоспособность на расстоянии, близком к 1000 а. е.  По оценкам APL, стоимость реализации их проекта составит 1.67 млрд долларов без учета пусковых расходов. Поддержание работы межзвездного зонда будет обходиться NASA в 230 млн долларов за каждое десятилетие.

Надо понимать, что пока что речь идет лишь о перспективном проекте. Он может как со временем получить зеленый свет от NASA, так и быть положен на полку. К сожалению, такая участь уже постигла его нескольких предшественников.

Две ключевые проблемы, которые могут помешать реализации концепции межзвездного зонда, связаны с ракетой SLS и ритэгами. Дело в том, что SLS является весьма дорогим носителем. Стоимость его запуска оценивается в 2 млрд долларов, что превышает стоимость самого межзвездного зонда. Пока что нет никакой гарантии, что NASA согласится пойти на такие затраты. Кроме того, на данный момент, все запуски SLS до конца десятилетия отданы под программу Artemis. В теории, авторы проекта допускают использование для запуска и другой, более дешевой ракеты. Но это заметно увеличит время полета.

Другая проблема связана с ритэгами. В настоящее время NASA испытывает дефицит используемого в них плутония-238. Недавно США возобновили производство этого изотопа, но потребуется время, чтобы накопить его значительные запасы.

Но, несмотря на все вышеперечисленные обстоятельства, авторы проекта испытывают оптимизм в отношении перспектив его реализации. По их словам, межзвездный зонд способен изменить наши представления о Солнечной системе и окружающем ее пространстве, а также стать первым шагом человечества на пути к соседним звездам.