Как можно успешно собрать и доставить образцы с Меркурия и Венеры на Землю? Именно на этот вопрос пытается ответить недавнее исследование, представленное на 56-й Лунной и планетарной научной конференции. В нём двое исследователей из Калифорнийского технологического института (Caltech) обсуждают, как будущие миссии смогут успешно осуществлять возврат образцов с двух самых внутренних планет нашей Солнечной системы. Это исследование может помочь учёным, инженерам и планировщикам миссий лучше понять новые методы проведения миссий по возврату образцов по всей Солнечной системе, особенно из труднодоступных регионов.
Здесь обсуждается это выдающееся исследование с Тэнг И (Тони) Япом — аспирантом Калифорнийского технологического института (Caltech) и ведущим автором работы. В беседе затрагиваются мотивация исследования, ключевые выводы, следующие шаги в разработке миссий по возврату образцов, а также важность возвращения образцов с Меркурия и Венеры.
Итак, какова была мотивация этого исследования?
Яп рассказал:
«Это исследование стало результатом семинара, организованного Институтом космических исследований Кека (Keck Institute for Space Studies, KISS) при Caltech, посвящённого возврату образцов со всего Солнечного системы. В нём приняли участие эксперты в области гео- и космохимии, орбитальной динамики, планетных миссий и других направлений (включая молодых учёных вроде меня), чтобы обсудить наиболее приоритетные научные цели, которые можно достичь благодаря возврату образцов с различных тел Солнечной системы, а также какие технологии необходимо разработать, чтобы такие миссии стали возможными».
В рамках исследования учёные обсудили плюсы и минусы получения образцов с Меркурия и Венеры, особо отметив отсутствие метеоритов, происходящих из внутренней части Солнечной системы. Все обнаруженные на Земле метеориты имеют происхождение за пределами её орбиты — в основном из главного пояса астероидов, с Марса и из пояса Койпера. Исследователи подчеркнули, что вместе с отсутствием метеоритов из внутренней Солнечной системы существует и недостаток знаний о строительных материалах планет — как углеродистых, так и неуглеродистых — и о том, какие вещества могли существовать во внутренней Солнечной системе в ранний период её формирования, миллиарды лет назад.
Кроме того, учёные обосновали необходимость возврата образцов как с Меркурия, так и с Венеры, ссылаясь на прошлые и текущие миссии, такие как MESSENGER (NASA, миссия к Меркурию), активную миссию BepiColombo (Европейское космическое агентство, также к Меркурию), а также на предлагаемые будущие миссии NASA к Венере — DAVINCI и VERITAS.
Итак, каковы основные выводы этого исследования?
«У нас нет ни одного образца в виде метеорита с Меркурия и Венеры», — говорит Яп. — «Строительные блоки этих двух планет происходят из самой внутренней части Солнечной системы, и нам необходимо понять, как они выглядят в геохимическом плане, чтобы лучше понять эволюцию ранней Солнечной системы примерно 4,6 миллиарда лет назад, а также выяснить, представляют ли они недостающий компонент, который поможет объяснить состав Земли. Миссия по возвращению образцов с Меркурия возможна при условии разработки ядерного теплового двигателя — хотя пока неясно, когда эта технология будет готова к применению. Что касается Венеры, то миссия по возврату образцов оттуда, похоже, в настоящее время технически неосуществима, даже с ядерной тягой (в основном из-за большой массы планеты; крайне сложно сесть на поверхность и вернуться обратно на Землю). Сейчас рассматриваются технологии, основанные на использовании аэростатов (представьте себе лабораторию, плавающую в облачном слое Венеры)».
Получение одобрения на запуск космической миссии — это, как правило, долгий и трудоёмкий процесс, который может занимать от нескольких лет до десятилетий, переходя от стадии предложения к полностью готовой к запуску и функционирующей миссии. Чтобы упростить этот процесс, NASA использует систему уровней готовности технологий (Technology Readiness Levels, TRL), которая позволяет оценить каждый этап разработки миссии, включая лабораторные и полевые испытания всех систем и подсистем. Каждый уровень включает в себя множество тестов, оценок, доработок, новых испытаний и повторных проверок — до тех пор, пока космический аппарат наконец не будет готов к полёту.
Например, хотя «Маринер-10» от NASA стал первым космическим аппаратом, который провёл детальное исследование Меркурия в 1975 году, прошло ещё 23 года, прежде чем был предложен следующий аппарат для полёта к ближайшей к Солнцу планете. Это связано с тем, что путешествие так близко к Солнцу представляет серьёзную опасность из-за его огромной гравитации, которая может притянуть любой космический аппарат, подлетевший слишком близко. Поэтому для замедления аппарата до необходимой скорости, позволяющей выйти на орбиту Меркурия, используются множественные гравитационные манёвры и пролёты мимо планет.
Космический аппарат MESSENGER был предложен в 1998 году, запущен в 2004-м, но на орбиту Меркурия вышел только в 2011 году.
Итак, каковы следующие шаги по разработке будущих миссий для возврата образцов с Меркурия и Венеры? И в чём заключается важность возврата этих образцов?
Яп говорит:
«Нужно продвигать разработку ядерной тяги и технологий аэростатов! Вдохновлять научное сообщество смотреть внутрь, на Меркурий и Венеру, а не только наружу, на гигантские планеты и их спутники. Усиливать научную аргументацию в пользу возврата образцов с этих планет — например, как извлечь максимум пользы даже из одного грамма породы, соскобленного или пробуренного с их поверхности».
Яп продолжает:
«Меркурий и Венера потенциально могут помочь решить одну из главных и давних задач в космохимии: отследить строительные блоки Земли. Парадоксально, но мы до сих пор не знаем, как “собрать” Землю из известных нам материалов — нет такой комбинации метеоритов, которая бы давала состав Земли».