На внешних границах нашей Солнечной системы, далеко за орбитой Плутона, находится Седна, один из самых загадочных объектов, когда-либо обнаруженных. Эта карликовая планета движется по такой экстремальной орбите, что ей требуется более 11 000 лет, чтобы совершить один оборот вокруг Солнца. В настоящее время ученые продумывают миссию к Седне, стремясь достичь этого далекого мира, используя одну из новейших технологий космического движения.
Седна, как пишут авторы интернет-издания PhysOrg, Седна "представляет собой нечто большее, чем просто еще один далекий камень". Это новый орбитальный класс объектов, седноиды, и его орбита предполагает, что он может быть первым известным членом облака Оорта, которое расположено на самом краю Солнечной системы. Понимание Седны может раскрыть секреты раннего формирования Солнечной системы и гравитационных влияний, которые ее сформировали.
Поверхность Седны является одной из самых красных среди объектов Солнечной системы (она является даже более красной чем поверхность "красной планеты" Марса), что предполагает наличие сложного химического состава. Также отметим, что температура на Седне никогда не превышает −240°C, что делает ее одним из самых холодных мест в нашей Солнечной системе.
Ожидается, что этот далекий мир пройдет через перигелий своей орбиты, ближайшую к Солнцу точку, в 2075–2076 годах, а затем будет удаляться от нашего светила. Когда Седна достигнет своего наибольшего сближения в 76,19 а. е. (примерно в 76 раз больше расстояния Земли от солнца), она все еще будет невероятно далека, почти в три раза дальше Нептуна. После этого короткого момента Седна снова начнет свой долгий путь обратно, не возвращаясь к состоянию сравнительной близости к Солнцу в течении сотен лет.
Новое исследование осуществимости, размещенное на сервере препринтов arXiv , рассмотрело два подхода, которые помогли бы достичь Седны в этом узком временном окне возможностей. Первый касается прямого термоядерного привода (direct fusion drive, DFD), концептуального термоядерного двигателя, предназначенного для как для создания тяги, так и для производства электроэнергии.
Второй подход включает в себя вариацию технологии солнечного паруса. Вместо того, чтобы полностью полагаться на давление солнечного излучения, эта концепция использует термическую десорбцию. Термическая десорбция в контексте солнечных парусов - это механизм создания тяги, основанный на испарении вещества с поверхности паруса под воздействием тепла, в данном случае, тепла от Солнца. В отличие от традиционных солнечных парусов, которые используют давление солнечного света, парус с термической десорбцией испускает атомы или молекулы с нагретой поверхности, создавая тягу. Этому будет способствовать гравитационный маневр вокруг Юпитера, использующий огромное гравитационное поле планеты как гравитационную рогатку.
Анализ показывает удивительные результаты относительно этих двух совершенно разных технологий. Результаты статьи, написанной группой под руководством Елены Анконы (Elena Ancona) из Политехнического университета Бари в Италии, показывают, что с помощью технологии DFD может достичь Седны примерно за 10 лет. С другой стороны, солнечные паруса, поддерживаемые гравитацией Юпитера, могут завершить путешествие за семь лет. Превосходство солнечного паруса обусловлено его способностью непрерывно ускоряться без перевозки тяжелого топлива, в то время как термоядерный двигатель дает преимущество, позволяя вывести космический аппарат на орбиту, а не просто пролететь мимо.
Таким образом, DFD позволит выйти на орбиту Седны, тогда как для солнечного паруса предполагается только пролет. Орбитальная миссия позволит провести расширенное исследование Седны, составить карту ее поверхности, проанализировать ее состав и, возможно, обнаружить луны или другие особенности. Пролет, хотя и быстрее, даст лишь краткий снимок.
Обе предложенные технологии сталкиваются со значительными препятствиями в разработке. Прямой термоядерный привод пока остается в значительной степени концептуальным. Моделирование показывает, что эта технология теоретически может доставить космический корабль массой около 1000 кг к Плутону за четыре года.
Продвинутый солнечный парус с термической десорбцией представляет собой более эволюционный подход, основанный на проверенных принципах солнечного паруса, но с добавлением новых возможностей. Однако окно для достижения Седны в ходе ее текущего приближения весьма короткое, решать надо быстро.
Изображение: Photo by Guillermo Ferla on Unsplash