Dalam sedikit lebih dari satu tahun, satu dekad baru akan bermula, dan dengan itu aliran idea yang sama sekali baru untuk misi NASA akan dibuka, beberapa yang lebih dekat - seperti Marikh, beberapa yang lebih jauh. Ada yang sangat jauh. Sebilangan orang menjangkakan bahawa era perjalanan robot ke dunia yang tidak hanya berjuta-juta - berbilion kilometer dari kita akan terbuka untuk kita. Ini termasuk Uranus dan Neptunus (planet yang kami kunjungi masing-masing pada tahun 1986 dan 1989), serta ratusan badan ais di luar wilayah yang dikenali sebagai tali pinggang Kuiper.
Kuiper Belt adalah rumah bagi Pluto dan ribuan dunia lain dengan pelbagai saiz. Sebilangan besar badan di sana terdiri dari blok bangunan sistem suria kita, lama dahulu dikawal ke kawasan berais yang jauh. Kunjungan ke Kuiper Belt dapat memberi kita petunjuk untuk pertanyaan mengenai bagaimana planet kita dan jirannya terbentuk, mengapa terdapat begitu banyak air dan misteri lain.
Di sempadan sistem suria
Uranus dan Neptune juga menyimpan banyak misteri sendiri. Semakin banyak kita belajar mengenai sistem planet, semakin sering kita melihat bahawa kebanyakan dunia tidak sebesar Musytari dan tidak sekecil Bumi. Sebilangan besar dari mereka cenderung serupa dengan Uranus dan Neptunus, "raksasa ais" yang diberi nama untuk keadaan es air eksotik yang terletak jauh di bawah lapisan awan. Mempelajari Uranus dan Neptunus bukan sahaja dapat membantu kita memahami planet-planet di sistem suria kita - ia akan membantu kita memahami planet-planet yang berputar di sekitar bintang lain.
Sebilangan besar misi ini bergantung pada masa. Tinjauan Decadal yang akan datang - "tinjauan sepuluh tahun" NASA ketika agensi itu menghantar kapal angkasa pada tahun 2020 dan 2030-an - dapat membuat atau memusnahkan rancangan jangka panjang ini untuk meneroka sistem suria luar.
Kajian Decadal: Bagaimana Kajian Decadal akan maju
Video promosi:
Mulai tahun 2020, kumpulan dari Akademi Sains Nasional (dengan penyertaan beberapa pihak berkepentingan dari komuniti angkasa) akan berkumpul dan menyusun senarai sasaran penyelidikan keutamaan. Para saintis akan menawarkan pilihan mereka dalam bentuk cadangan bertulis yang dikenali sebagai "kertas putih" (baca: kertas putih).
Dari cadangan-cadangan ini, sebuah konsensus umum akan muncul mengenai apa yang harus menjadi keutamaan. Matlamat ini berfungsi sebagai penanda aras bagi penawaran misi jarak jauh dalam kategori New Frontiers (New Horizons dan Juno berada dalam kategori ini). NASA terlebih dahulu menyusun senarai misi yang dicadangkan, dan kemudian menyempitkannya secara beransur-ansur kepada satu atau dua finalis. Setelah finalis mendapat lampu hijau, pasukan di belakang mereka dapat mula merancang dan merancang - dan memerlukan bertahun-tahun.
Semua ini dapat menjadikannya sukar untuk masuk ke dalam tetingkap tertentu di mana mungkin untuk menjelajahi Uranus atau Neptunus, serta melihat objek dari tali pinggang Kuiper. Inilah sebabnya mengapa carta tepat berisiko.
Mengunjungi gergasi ais
Salah satu kumpulan, khususnya, mempertimbangkan pilihan misi untuk mengunjungi Uranus dan Neptunus pada masa yang sama. Iterasi terakhir merangkumi terbang Uranus dan orbit Neptunus. Diketuai oleh Mark Hofstadter dan Amy Simon, saintis merancang untuk melihat sisi Uranus yang berbeza daripada Voyager 2 yang diperhatikan pada tahun 1986 dan mengkaji Neptunus dan bulan terbesarnya, Triton. Triton berputar ke belakang, yang mungkin disebabkan oleh fakta bahawa ia pernah menjadi objek terbesar di tali pinggang Kuiper - sebelum Neptune menarik Triton ke arahnya sendiri, mengeluarkan banyak satelit asalnya.
Simon mengatakan misi ini harus dikerahkan lebih dari 15 tahun, termasuk waktu perjalanan dan penyelidikan. Ini disebabkan berapa lama bahagian kenderaan dapat bertahan di ruang angkasa dengan kepastian relatif. Walaupun kapal angkasa dapat hidup lebih lama, 15 tahun adalah minimum di mana seseorang dapat memastikan bahawa misi itu akan memenuhi tugas ilmiahnya dengan sepenuhnya. Tetapi bagaimana memastikan perjalanan itu tidak membuang banyak sumber daya dalam fasa penyelidikan semasa? Salah satu cara untuk mempercepat kapal angkasa adalah dengan menggunakan daya graviti planet untuk mempercepat.
"Biasanya, untuk sampai di sana dalam waktu kurang dari 12 tahun, mereka terbang mengelilingi planet, biasanya termasuk Bumi dan Venus," kata Simon. Dalam senario seperti itu, anda terjun ke graviti planet dengan baik, dengan harapan ada kesan katapel yang akan mempercepat kapal anda dan menjimatkan bahan bakar sebanyak mungkin. Musytari juga digunakan oleh pilihan terbaik, kerana ia adalah yang paling besar dan dapat mempercepat kapal angkasa.
New Horizons, misalnya, menggunakan bantuan Musytari untuk menjangkau Pluto. Cassini menggunakan empat penerbangan yang terpisah untuk memecut dengan Saturnus setelah dilancarkan dari Bumi, menerima pecutan dari Venus dua kali, kembali ke Bumi, dan akhirnya, lompatan terakhir dari Musytari.
Simon mengatakan bahawa untuk sampai ke Uranus dengan jadwal yang ketat, kapal terbang Saturnus dapat digunakan - misalnya, melalui jendela antara 2024 dan 2028, untuk menangkap raksasa gas di tempat yang tepat dalam orbit 29 tahunnya. Misi seperti ini akan memerlukan pemikiran pantas oleh piawaian NASA - biasanya misi dirancang sepuluh tahun sebelum dilancarkan, kemudian dirancang, dirancang dan dilancarkan dalam masa lima tahun - jadi anda harus bergantung pada tetingkap seterusnya, Jupiter flyby antara tahun 2029 dan 2032, diikuti dengan jalan keluar ke Neptune. Peluang seterusnya akan muncul tidak lebih awal dari sepuluh tahun dari sekarang.
Misi ke Uranus dapat menggunakan propelan dan enjin tradisional untuk sampai ke titik pecutan dengan lebih cepat - sama ada roket Atlas V atau roket Berat Delta IV. Tetapi kerana Neptune begitu jauh dan lintasan yang tepat tidak sesuai dengan yang kita mahukan, misi ke planet ini akan bergantung pada Sistem Pelancaran Angkasa, roket generasi seterusnya NASA dengan muatan yang meningkat (dan bahkan belum terbang). Sekiranya tidak siap tepat pada waktunya, kita harus bergantung pada teknologi generasi seterusnya: tenaga elektrik solar, yang menggunakan tenaga suria untuk menyalakan gas terion untuk mempercepat kenderaan. Hingga kini, ia hanya digunakan pada kapal angkasa Dawn dalam misi ke Barat dan Ceres dan dua misi ke asteroid kecil.
"Bahkan dalam hal tenaga suria, mesin kimia masih diperlukan jika tenaga suria menjadi tidak efektif dan untuk pengereman di orbit," kata Simon.
Oleh itu, jadualnya agak padat. Tetapi jika kita bergerak dengan lebih aktif, kedua-dua misi ini dapat berfungsi dengan tujuan yang berbeza: untuk menjangkau dunia tali pinggang Kuiper yang belum diterokai.
Besar tidak diketahui
Makalah lain, yang ditulis oleh tiga anggota pasukan New Horizons, mengkaji kemungkinan untuk kembali ke tali pinggang Kuiper setelah berjaya berjalan kaki ke Pluto. "Kami melihat betapa menariknya dan ingin mengetahui apa lagi yang ada di luar sana," kata Tiffany Finley, ketua jurutera di Southwest Research Institute (SWRI) dan pengarang bersama sebuah artikel yang diterbitkan dalam Journal of Spacecraft and Rockets.
Kuiper Belt mengandungi sisa-sisa ais dari pembentukan sistem suria, dan benda-benda di dalamnya termasuk berbagai jenis bahan yang berbeza. Contohnya, Pluto sedikit lebih besar daripada Eris. Tetapi Pluto terbuat dari ais, jadi jisimnya kurang. Sebahagian besarnya terdiri daripada batu karang, jadi lebih padat. Beberapa dunia kelihatan terdiri daripada metana, sementara yang lain mengandungi banyak ammonia. Di suatu tempat di halaman belakang sistem suria kita, terdapat banyak planet kerdil dan dunia kecil yang memegang titik penting untuk pemahaman kita tentang bagaimana planet muncul - dan sama ada sistem planet lain mungkin seperti kita.
Para saintis menggunakan kekangan yang sempit: mereka mengehadkan misi hingga 25 tahun dan melihat 45 objek tali pinggang Kuiper yang paling terang, membandingkannya dengan senario berlainan flyby planet. Jupiter, secara mengejutkan, telah menemui sebahagian besar sasaran dalam senarai itu. Tetapi tingkap Jupiter dibuka 12 tahun sekali, menjadikan misi Jupiter bergantung pada masa. Penerbangan Saturnus yang ringkas menyediakan senarai sasaran tali pinggang Kuiper yang cukup bagus.
Tetapi apabila anda memasangkan dunia ini dengan Uranus atau Neptunus, anda berpeluang menemui fakta baru mengenai planet misteri kita, paling jauh dan bahkan beberapa planet kerdil dalam satu gerakan.
Kesan katapel akan membantu menjangkau dunia ini, pertama dari Musytari, dan kemudian dari planet lain. Setiap planet ini sejajar dengan Musytari di tingkap sempit pada 2030-an, dan sesuai dengan bahagian yang berbeza pada dekad itu. Sebagai contoh, untuk masuk ke senarai dunia di jalan dengan Neptunus, anda perlu sampai ke Musytari pada awal 2030-an, dan untuk sampai ke tali pinggang Kuiper melalui Uranus memerlukan pelancaran pada pertengahan 2030-an. Musytari dan Zuhal sejajar tepat pada waktunya untuk melakukan katapel ke tali pinggang Kuiper pada akhir 2030-an.
Senarai tujuan menawarkan banyak kemungkinan menarik. Varuna, dunia memanjang yang telah memperoleh bentuk ini kerana kadar putarannya yang pantas, sangat sesuai untuk terbang di sekitar Jupiter-Uranus. Neptune, seperti yang telah disebutkan, memberikan gambaran ringkas mengenai Eris. Misi melalui Musytari-Saturnus akan memungkinkan pengamatan Sedna, sebuah planet kerdil besar dengan orbit yang dapat menunjukkan jalan menuju planet sepuluh yang belum ditemui. Jupiter-Saturnus membolehkan anda berhenti di salah satu planet kerdil yang paling menarik: Haumea.
Seperti Varuna, Haumea berbentuk telur, sementara kebanyakan planet kerdil besar di tali pinggang Kuiper biasanya berbentuk bulat. Tetapi Haumea mendapat bentuk ini dari tabrakan kuno yang memberinya dua bulan, sistem cincin dan ekor yang terbuat dari serpihan. Apabila asteroid mempunyai komposisi yang serupa, mereka disebut "keluarga perlanggaran." Haumea menghasilkan satu-satunya keluarga perlanggaran yang diketahui di tali pinggang Kuiper.
Apa sahaja yang kita pilih, kita tidak akan mempunyai banyak masa. Oleh itu, jika kita ingin melihat cincin Haumea atau bahkan cahaya merah yang asing dari Sedna, kerja perlu dimulakan secepat mungkin. Dunia ini sangat kecil sehingga hanya ada satu cara untuk mengetahui rahsia mereka: untuk mendapatkannya.
Ilya Khel
