Prvi deo: Sonde za istraživanje spoljnjeg solarnog sistema na nuklearni pogon
Drugi deo: kineska sonda na Neptun
U junu 2022. ESA-ina sonda 'JUICE' poleteće prema Jupiteru. 'JUICE' (JUpiter ICy moons Explorer) obećava otkrivanje tajni jovijanskih ledenih meseci, posebno Ganimeda i Kalista. Međutim, moraćemo da pričekamo do oktobra 2029. dok 'JUICE' ne stigne do Jupitera. Zašto? Pa zato što nemamo nijednu raketu koji je dovoljno snažna da lansira sondu od 4,8 tona na direktan put do gasovitog diva. 'JUICE' će morati da izvede dve gravitacione asistencije sa Zemljom, jednu s Venerom i jednu s Marsom da bi stigao do Jupitera. Dok čekamo snažnije lansirne sisteme – gledamo u 'Starship' – da li bi smo mogli da barem poboljšamo pogon kako bismo skratili vreme letova?
Možda će ovako da se u budućnosti ide na međunarodni astrokamp Letenka.
Za misije na spoljnje planete, posebno na Uran i Neptun, predlaže se upotreba stepena na električni pogon sa jonskim ili plazmenim motorima. Međutim, šta je s termalnim nuklearnim raketnim pogonom[1]? Ova vrsta pogona, poznata i po skraćenici na engleskom jeziku, NTP (Nuclear Thermal Propulsion), kombinuje visoki potisak sa visokom efikasnošću (odnosno visokom specifičnim impulsom). Prema nedavnoj studiji, istraživači Saroj Kumar, Dale Thomas i Jason Cassibry veruju da bi se vreme leta sonde od 4,4 tone do Jupitera moglo da skrati sa sedam na samo dve godine. Potrebno je samo opremiti gornji NTP stepen nuklearnim motorom tipa NERVA sa tečnim vodonikom kao pogonskim gorivom (vodonik je najbolje gorivo za NTP sistem jer njegova vrlo niska molekularna masa omogućava česticama izlazak iz komore za sagorevanje vrlo velikom brzinom, povećavajući efikasnost motora). Motor bi imao težinu od 2,5 tone, a pokretalo bi ga 12,7 tona tečnog vodonika. Težina čitavog gornjeg stepena sa korisnim teretom iznosila bi 21,8 tona, što bi omogućilo da bude lansiran (naprimer) budućom raketom 'Vulcan Heavy', ili nekom sličnom.
Koncept gornjeg stepenasa nuklearnim motorom za istraživanje spoljnjeg solarnog sistema. Rezervoar tečnog vodonika bi imao prečnik od 5 metara a dužinu od 9,4 metara (Kumar et al.).
Trajektorija ESA-ine sonde 'JUICE' sa četiri gravitacione asistencije pre stizanja do cilja (ESA).
Direktna trajektorija sonde od 4,4 tone sa gornjim NTP stepenom (Kumar et al.)
Ako je sonda manja – naprimer tipa 'New Frontiers' – ovaj stepen bi mogao da omogućiti direktna putovanja na Jupiter za manje od godinu dana. Nuklearni reaktor stepena bi bio lansiran deaktiviran, pa, prema tome, u slučaju nesreće tokom lansiranja ne bi mogao da stvara probleme sa ekološkim zagađenjem. Uz to, da bi izbegla moguće sukobe sa zelenima, raketa bi odnela stepen i njegov korisni teret na parkirnu orbitu visoku hiljadu kilometara. Na taj način, ako se ne aktivira – ili se aktivira ali ne uspe da napusti nisku orbitu – stepen bi ostao u orbiti više od jednog stoleća, više nego dovoljno vremena da se spasi ili smesti u još višu orbitu. Nuklearni motor bi imao potisak od oko 67 kilonjutna, približno 20% od onog predviđenog za standardni motor NERVA projekta. Stepen bi radio samo tokom početne faze ispuštanja gasova dok se pogonsko gorivo ne potroši, pa iako bi se tečni vodonik mogao da traje satima – ili danima – ne bi trebao da radi nekoliko godina, kao što je slučaj kod jonskih stepeni.
Delovi nuklearnog motora (NASA/Aerojet Rocketdyne).
Vreme trajanja misija na spoljnje planete korišćenjem NTP u funkciji težine i postignute brzine bega. (Šta je C3 pronađi ovde).
Trenutno NASA i Pentagon imaju nekoliko projekata koji se bave razvojem nuklearnog termalnog motora (ili, bolje rečeno, oživljavanjem ove tehnologije). Iako se o upotrebi NTP stepena razmišlja od 1960-ih do današnjih dana, gotovo uvek je bio vezan za misije s posadom na Mars. Ali, kao što vidimo, takođe bi bilo moguće iskoristiti ovaj pogon u bespilotnim misijama ka spoljnjim granicama Sunčevog sistema. U tim slučajevima ne bi imalo potrebe razvijati tako složene i teške motore i stepene kao one za putničke misije na Mars i dopuštali bi da misije ka Kajperovom pojasu ne postanu višegeneracijske avanture poput gradnji srednjevekovnih katedrala.
Projekat putničkog broda za Mars sa nuklearnim pogonom.
Jedan od ruskih projekata nekog budućeg nuklearnog međuplanetnog broda. Do realizacije će još mnogo vode morati da protekne Volgom, možda i sva voda na planeti i to nekoliko puta...
DRUGI DEO: KINESKA NUKLEARNA SONDA ZA NEPTUN
Sa Marsovom misijom 'Tianwen-1', Kina je napravila prvi korak van Mesečeve orbite – ili drugi, ako računamo prolazak pored asteroida Toutatis sondom 'Chang'e 2'[2]. Ali šta je s spoljnjim Sunčevim sistemom? Formalno, Kina planira samo jednu misiju na džinovske planete u sledećih nekoliko godina. To je sonda koja bi trebala da poleti 2029. i da stigne do Jupitera 2036. O ovoj sondi je poznato malo podataka, osim činjenice da je to predlog na kome se radi. Nedavno smo saznali da će ova sonda – ili deo nje – nastaviti svoje putovanje i stići do Neptuna 2049. godine. Pored ove sonde, znamo da Kina proučava različite predloge misija ka spoljnjim delovoma Sunčevog sistema, iako ništa ne garantuje da će oni biti odobreni. Naprimer, pre nekoliko godina videli smo predlog za lansiranje dve sonde za proučavanje međuzvezdanog medijuma[3].
Predlog kineske nisije 'IHP' sa dve sonde. Da bi dosegle makar 100 AJ u razumnom vremenskom roku, sonde će izvesti seriju granitacionih manevara. 'IHP-1' bi poleteo 2024. i izveo bi dva proleta pored Zemlje (2025. i 2027.) i jedan pored Jupitera (2029.). Heliopauzu (100 AJ) će doseći otprilike 2049. 'IHP-2' će biti lansiran gotovo desetljeće kasnije, a nakon preleta Jupitera 2033. godine, stići će do Neptuna 2038. Naučna zajednica već godinama traži sondu za proučavanje jednog od ledenih divova, pa će 'IHP-2' iskoristite priliku i poneti instrumente za proučavanje Neptunovog sistema, uključujući atmosfersku sondu. Pogon bi bio možda jonski a možda i nuklearni, sa reaktorom od 10 kW.
Kineska nuklearna sonda za proučavanje Neptuna bi najpre morala da kao i američke sonde proleti pored Jupitera.
Ono što je zanimljivo u vezi s ovom misijom jeste da bi sonde verovatno nosile nuklearne reaktore sposobne da generišu oko 10 kilovati snage koja bi se koristila za pogon električnog sistema s jonskim (ksenonskim) ili plazmenim motorima. Ali stvar se nije tu zaustavila. Nedavno smo videli novi predlog sonde koja bi takođe koristila 10-kilovatni nuklearni reaktor, ali bi ovog puta njen cilj bio Neptun. Sonda bi imala težinu od preko tri tone, a poletela bi oko 2030. pomoću rakete 'Dugi marš CZ-5', najmoćnije kineske rakete u službi. Nekoliko proletanja pored Zemlje i jedan pored Jupitera bili bi iskorišćeni kao gravitaciona pomoć kako bi se stiglo do Neptuna. Sonda bi koristila svoj jonski pogonski sistem za jednogodišnje usporavanje, nakon čega bu ušla u orbitu oko Neptuna. Predlog nam govori da bi sonda imala vek trajanja od najmanje 15 godina.
Kineske planetarne sonde u narednim godinama: misija 'Tanwen 1', misija za donošenje uzoraka Marsa (dve sonde), misija 'Zheng He'za donošenje uzoraka s obližnjeg asteroida i posetu kometi, te misija na Jupiter i Neptun (https: //mp.weixin. qq.com/s/6kScmnP29EEMY9iqvfdrgw).
Ti podaci sugerišu da je ova sonda zapravo ona ista koju smo videli gore i da bi trebala da poleti 2029. i dosegne Neptun 2046. Kada stigne do najudaljenije planete Sunčevog sistema, sonda će se latiti proučavanja atmosfere i magnetosfere Neptuna, njegovih tajanstvenih meseci, s posebnim naglaskom na Triton, zarobljeni objekt Kajperovog pojasa i kandidata za globalni okean. Možda će sonda nositi nekakvu subsondu – penetrator? orbiter? – za detaljno proučavanje Tritona. Kako bi se zajamčila komunikacija, sondi će trebati velika antena, iako snaga emisije ne bi predstavljala problem zahvaljujući nuklearnom reaktoru. Ovaj predlog da nuklearna sonda proučava Neptun nije prvi. Početkom ovog stoleća NASA je predložila slanje sonde s nuklearnim reaktorom na Neptun kao dio projekta 'Prometheus', koji je bio otkazan 2005. godine.
Elementi nuklearnog reaktora sonde (konus je radijator) (www.guancha.cn).
Ovaj koncept sonde za Neptun razvilo je nekoliko autora sa različitih kineskih univerziteta, CAST(Kineska akademija svemirske tehnologije), SAST (Šangajska akademija svemirske tehnologije letenja), CIAE(Kineski institut za atomsku energiju) ili Akademija Kineskih nauka. Ukratko, govorimo o glavnim akterima kineskog svemirskog programa, pa, ako vas netko pita, ne, to više nije običan powerpoint. Upravo suprotno. Činjenica da je ovaj projekat objavljen u javnosti znači da u najmanju ruku uživa blagoslov političkih vlasti i da je već u fazi preliminarnog konstruisanja. Slike sonde koje mogu da se pronađu nalikuju dizajnu predloženih međuzvezdanih sondi, iako se ne zna je li to zato što su iskorišćene prosto u estetske svrhe ili postoji stvarni odnos.
Projekat 'Prometheus'
Ovi predlozi kineske sonde sugerišu da kineski program za izgradnju kosmičkog nuklearnog reaktora mora da budr u relativno naprednom stanju. Uzimajući u obzir da nismo videli predloge za sonde opremljene radioizotopskim generatorima (RTG), moguće je da je Kina dala prednost izgradnji kosmičkih nuklearnih reaktora u odnosu na RTG (generatori ove vrste koje je Kina koristila u svojim lunarnim sondama isporučila ih je Rusija). Očito su fisioni nuklearni reaktori snažniji, ali imaju i veći broj tehničkih problema povezanih s njima. Možda je Kina odlučila iskoristiti svoje iskustvo u tehnologiji fisionih reaktora i odustala od skupog procesa sintetizovanja plutonijuma-238 za RTG, izotopa koji se može koristiti samo u generatorima i koji nema vojnu primenu (RTG-ovi se mogu praviti i sa drugim izotopima, poput polonijuma-210 ili americijuma-241, ali Pu-238 ima nekoliko prednosti u odnosu na ove konkurente). Ili možda pratimo ove predloge jer je proizvodnja fisionih reaktora na bazi uranijuma relativno brza, dok je sinteza velikih količina Pu-238 postupak koji zahteva mnogo godina. Za sada ne znamo...
Dimenzije glavne antene za komunikaciju (www.guancha.cn).
Pored Kine, i Rusija i Sjedinjene Države takođe imaju aktivne programe za razvoj kosmičkih nuklearnih reaktora. U slučaju Rusije, ona pokušava da koristi ovu tehnologiju za nukleani tegljač i vojne misije, dok je SAD žele da (normalno, pored vojnih zahteva) stvore misije na Mesec, Mars ili šire. S druge strane, bude li odobrena ova kineska misija, a uzimajući u obzir da NASA još nije odobrila sondu za Neptun, biće to prva misija koja će posetiti ledenog diva otkako ga je 'Voyager 2' nadleteo 1989. Krajnje je vreme da mu se vratimo.
Reference:
[1] O ovoj temi sam pisao u više navrata i sigurno na našem serveru ima podosta priča o tome ('DRACO': termonuklearni motor Pentagona, Zašto 'Philae' nije koristila nuklearni pogon?, Projekat 'Prometheus', Rusi na Marsu, 'Kilopower': nuklearni reaktor za Nasine misije na druge planete, Nuklearni Satana, Nuklearni rover za Titan itd.), mada je moja omiljena tema nuklearno gorivo za međuplanetne sonde, o čemu sam napisao neke po meni moje najinteresantnije priče. I njih ima na serveru.
[2] Sonda je 2010. ušla u orbitu oko Meseca i pripremila teren za sledeću misiju sa lenderom i roverom. Nakon 10 meseci sonda je napustila orbitu i krenula ka Lagranžovoj tački L2 sistema Zemlja-Sunce. U aprilu 2012. sonda je proletela na samo 3,2 km od asteroida (4179) Toutatis i onda nastavila dalje u deep space. Vratiće nam se tek 2027.
[3] Kina je 'iskoristila' Nasinu Jupiterovu sondu 'Junonu' kako bi 'uvežbavala' hvatanje i analiziranje signala koji stižu s velike daljine. Korišćena je potpuno nova kineska komunikaciona mreža.
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
