스페이스 클럽 뉴 호라이즌 비행 5 년 후 과학자들은 명왕성의 다음 임무를 평가

[인공위성]

NASA의 New Horizons 우주선이 2015 년 7 월 14 일 Pluto 시스템을 통과하면서 찍은 Pluto (오른쪽 아래)와 Charon (왼쪽 위)의 향상된 컬러 이미지 합성.이 이미지는 Pluto와 Charon의 놀라운 차이점을 강조합니다. Pluto와 Charon의 색상과 밝기는 표면 특성을 직접 비교하고 Charon의 극적 빨강 지형과 명왕성 적도 빨강 지형의 유사성을 강조하기 위해 동일하게 처리되었습니다. 명왕성과 카론은 대략 정확한 상대 크기로 표시되지만, 실제 분리는 비례하지 않습니다. 학점 : NASA / Johns Hopkins University 응용 물리 연구소 / 남서부 연구소

5 년 전, NASA의 뉴 호라이즌 (New Horizons) 우주선은 플루토 (Fluto)가 발사 한 고속 만남으로 인류가 먼 세상을 한눈에 볼 수 있도록 빙하와 빙하의 산을 발견했습니다. 과학자들은 이제 돌아가는 방법을 계획하고 있습니다.

뉴 호라이즌은 2015 년 7 월 14 일 플루토에서 7,800 마일 (12,550 킬로미터) 내에서 빠른 궤도로 지구를 떠난 지 9 년이 지난 지금까지 우주선이 그 당시까지 가장 빠른 비행 속도를 보인 비행을했습니다.

이 임무는 수많은 이미지를 찍어 명왕성에 대한 예기치 않은 지질 학적 활동, 강화 된 수빙으로 이루어진 험준한 산맥, 태양계에서 가장 큰 빙하 인 얼어 붙은 메탄을 함유 한 사 구장을 보여줍니다.

뉴 호라이즌의 임무는 해왕성 궤도 너머의 작고 얼음이 많은 고리 인 카이퍼 벨트를 처음으로 방문하는 것입니다. 2019 년 1 월 1 일, 카이퍼 벨트에서 가장 큰 세계인 명왕성을 지나쳐 플루토늄 구동 우주선이 태양에서 더 멀리 여행하고 땅콩 모양의 Arrokoth 물체로 날아갔습니다.

Arrokoth는 명왕성보다 10 억 마일 떨어져 있으며 과학자들은 22 마일 길이 (36 킬로미터)의 물체를 구성하는 두 개의 로브가 45 억년 전에 태양계가 태어난 직후에 서로 가까이 형성되었을 가능성을 시사하고 있다고 주장합니다. 상대적으로 느린 속도로 합쳐졌습니다. 이로 인해 Arrokoth는 수십억 년 동안 변하지 않은 주요 세계가되었습니다.

New Horizons는 외부 태양계에 계속 깊숙이 들어가서 Kuiper Belt의 다른 물체를 장거리 관찰하고 태양으로부터 먼 거리에서 태양풍의 거동을 측정합니다.

NASA의 뉴 호라이즌 (New Horizons) 임무의 수석 수사관 인 Alan Stern은“태양계는 말 그대로 Pluto와 함께 마지막으로 최고를 저장했다고 생각합니다. 물론, 나는 우리 모두 뉴 호라이즌에있을 때 약간 편견적이지만 NASA가 1962 년에 시작한 행성 정찰의 첫 번째 시대를 완성하는 더 아름답고 과학적으로 더 풍부한 방법을 생각할 수 없다 행성을 처음 방문한 금성.”

몇 시간 만에 뉴 호라이즌은 명왕성의 산들과 얼음의 흐름을 선명하게 보았고, 잔잔한 분위기를 관찰했으며, 최대 동반자 카론을 포함하여 명왕성의 다섯 달을 촬영했습니다.

Stern은“모든 Pluto 시스템 데이터를 다시 전송하는 데 16 개월이 걸렸지 만 2016 년 말까지 귀중한 데이터 전체가 지구상에 존재했습니다. "이러한 데이터를 분석하기위한 5 년의 노력 끝에 Pluto와 그 달에 대한 우리의 인식과 이해는 계속 증가하고 있습니다."

우주 용암 램프와 마찬가지로 명왕성 얼음 표면의 대부분은 오래된 표면 얼음을 더 신선한 재료로 대체하는 대류라는 프로세스로 끊임없이 갱신되고 있습니다. NASA의 New Horizons 미션의 과학자들은 최신 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 비공식적으로 이름이 지정된 Sutonik Planitia의 명왕성 표면이 지질 학적으로 젊고 대류라는 과정으로 인해 뒤집힌 얼음 "세포"로 덮여 있음을 보여줍니다. 위의 장면은 약 400 마일 (400 킬로미터)입니다. 크레딧 : NASA / JHUAPL / SWRI

뉴 호라이즌 스 (New Horizons)가 조사한 데이터에 따르면, 명왕성은 아마도 예상치 못한 발견 인 지하수에 액체 물이있을 가능성이 높다고 지적했다. 스푸트니크 플래 니티 아 (Sputnik Planitia)라는 빙하로 가득 찬 유역에는 대류라는 과정에서 뒤집히는 얼음 세포가 포함되어 있는데, 이는 명왕성 표면의 일부가 활발한 지질 과정을 통해 재생되고 있다는 증거입니다.

뉴 호라이즌은 또한 명왕성 중앙에 깊은 구덩이가있는 두 개의 산봉우리를 발견했습니다. 그들은 화산이 명왕성에서 분출되었다는 신호일 수 있지만, 뜨거운 용암을 분출하는 대신에, 매끄럽고 점성이있는 물의 흐름을 배출했을 것입니다.

그러나 뉴 호라이즌은 명왕성을 간략히 살펴 보았으며 과학자들은 먼 세계를 공전하는 또 다른 임무를 열망하고 있습니다. 이러한 임무는 수십억 달러가 소요될 것이며 NASA는 향후 10 년 안에이 기관이 개발해야 할 로봇 행성 임무에 대한 국립 과학, 공학 및 의학의 권고를 기다리고있다.

NASA의 정책은 2022 년에 보고서를 생성 할 것으로 예상됩니다. NASA의 정책은 정부 기관이 다음에 추진해야 할 주력 급 행성 과학 임무에 대한 10 월 조사의 권장 사항을 따르는 것입니다.

2011 년에 발표 된 마지막 행성 10 년 조사 보고서에서 가장 중요한 두 가지 우선 순위는 지구로 돌아 가기 위해 샘플을 수집하는 화성 샘플 반환 임무와 목성의 얼음 달 유로파를 방문하는 궤도입니다. 이 개념들은 이달 말 발사 예정인 NASA의 인내 로버 (Perseverance rover)가되어 화성 샘플을 수집 한 후 2020 년 후반에 미국과 유럽의 공동 임무를 시작하여 표본을 지구로 가져 왔습니다.

유로파 미션 컨셉은 결국 유로파 클리퍼 미션이되었으며 NASA는 2024 년부터 발사를 위해 개발 중입니다.

NASA는 다음 10 년간의 조사 패널이 검토 할 수 있도록 11 개의 행성 임무 개념 연구에 자금을 지원했습니다. 이 목록에는 로봇 식 착륙선 머큐리, 주력 금성 임무, 달의 지질학 연구를위한 프로브 네트워크, 달 표면을 가로 질러 1,000 마일 이상을 주행 할 수있는 오래 지속되는 달 탐사선, 화성, 소행성, 토성의 임무가 포함됩니다. 달 Enceladus, 해왕성 및 달 Triton 및 명왕성.

Southwest Research Institute의 New Horizons 과학 팀 멤버 인 Carly Howett는 명왕성으로 날아갈 수있는 잠재적 궤도에 대한 개념 연구를 이끌었습니다. 발사 비용을 포함하지 않은 것으로 추정되는 약 30 억 달러의 미션 컨셉은 고전 신화에서 명왕성의 아내이자 언더 월드의 여왕 인 페르세포네 (Persephone)로 명명되었습니다.

Howett은 6 월 1 일 소행성, 혜성 및 Kuiper Belt에 대한 연구 관심이있는 과학자 커뮤니티 인 NASA의 소체 평가 그룹 (Small Bodies Assessment Group)의 프리젠 테이션에서“우리는 돌아가서 Pluto 시스템과 Kuiper 벨트를 탐색하고 싶습니다. "물론 New Horizons는 2015 년에 명왕성 시스템을 탐색하는 데 큰 역할을했습니다. 저는 그 임무를 수행하고있었습니다. 그러나 그것은 단지 한 번의 만남이었습니다."

궤도를 달리는 사람은 뉴 호라이즌보다 명왕성을 더 많이 볼 수 있으며 시간이 지남에 따라 명왕성의 표면과 대기의 변화를 추적 할 수 있습니다.

이 차트는 NASA의 New Horizons 우주선과 제안 된 Persephone 미션의 크기 비교를 보여줍니다. 크레딧 : NASA / JHUAPL / SWRI

Howett은 Pluto 궤도를 도는 임무를 개발하는 데 가장 큰 어려움이 있다고 말했다.

그녀는 5 ​​월 27 일 페르세포네 미션 컨셉트 연구에서“우리가했던 많은 궤적과 그 경로를 살펴 보았다”고 말했다.“악기의 대부분은 이미 사용되었다… 우리의 가공과 많은 시간은 어떻게 거기에 도착하고 어떻게 운영 하는지를 보는데 소비되었습니다.”

New Horizons는 비행 임무 였으므로 명왕성에 도달했을 때 속도를 늦출 필요가 없었습니다. 궤도에 진입하기 위해서는 우주선이 명왕성의 중력이 그것을 포착 할 수있을 정도로 속도를 줄여야합니다.

이 요구 사항은 페르세포네 (Persephone) 개념과 같은 명왕성 궤도가 명왕성에 도달하는 데 9 년 이상 걸린 뉴 호라이즌 (New Horizons)보다 느린 속도로 비행해야 함을 의미합니다.

Howett은 6 월 1 일에 "가장 빠른 시간에 Pluto 시스템에 들어 가려고하는 것은 어려운 문제입니다."라고 Plett는 말합니다. "Pluto가 멀리 떨어져 있기 때문에 빨리 가려고합니다. 그러나 빨리 갈수록 속도를 늦출 필요가 있습니다. 따라서 발사 방법과 속도, 속도를 늦춰야하는 속도 사이에 이러한 절충점이 있습니다.”

여러 대학과 연구 기관의 과학자들을 포함하는 Howett 팀이 개설 한 페르세포네 (Persephone) 개념은 전기 추진 시스템을 위해 최대 11 개의 과학기구와 큰 크세논 연료 탱크를 운반 할 것입니다. 기존의 로켓 엔진보다 효율적인 플라즈마 스러 스터는 우주선이 명왕성 주위의 궤도를보다 효율적으로 제동 한 다음 최소 3 년간의 과학적 관측을 위해 명왕성과 달 주위의 궤도를 조정합니다.

플라즈마 스러 스터는 우주선이 쿠이 퍼 벨트 물체를 타고 플루토로가는 도중에 비행 할 수있게했으며, 잠재적으로 플루토가 확장 된 임무를 수행하면서 다른 목표물을 방문 할 가능성이 있다고 호넷은 말했다.

복잡한 카메라 제품군, 레이더, 분광계 및 기타 센서와 전기 추진 시스템의 높은 전력 수요는 현재까지 로봇 우주 우주 임무의 전력 요구량을 능가 할 것입니다. Howett에 따르면 New Horizons는 RTG라고 불리는 플루토늄이 연료를 공급하는 단일 발전기를 보유하고 있지만 Persephone과 같은 임무에는 4-5 개의 플루토늄 발전기가 필요하다고합니다.


명왕성이 태양과 너무 멀어서 우주선이 태양 전지판으로 전기를 생산할 수 없습니다.

Howett은“이것은 거대한 우주선입니다.

탐사선을 명왕성으로 비행하는 가장 쉬운 방법은 태양계의 가장 큰 행성 인 목성의 강한 중력을 사용하여 우주선을 외부 태양계로 발사하는 것입니다. 뉴 호라이즌의 임무는 목성과 같은“중력 지원”기동을 사용했으며, 미래의 명왕성 궤도도 목성에 의해 흔들릴 것입니다.

즉, 미션 플래너는 지구와 명왕성을 기준으로 목성의 위치를 ​​고려해야합니다. 2032 년 이후 목성은보다 불리한 정렬로 이동합니다.

Howett은“기본적으로 20 년 이내에 Pluto 시스템을 사용하려면 2032 년 이전에 출시해야합니다.

2033 년에 다음 발사 기회에서 임무가 시작되면 명왕성에 도달하는 데 거의 30 년이 걸렸습니다. Howett이 제시 한 도표에 따르면, 여행 시간은 2040 년대에 20 년만에 다시 접근 할 것입니다.

그녀는“목성이 20 ~ 25 년 정도의 순서로 도착할 수있을 정도로 목성이 단계를 시작하기까지 약 10 년을 기다려야한다”고 말했다. "Pluto 시스템을 이용하려면 2032 년 전에 발사해야합니다. 그렇지 않으면 10 년의 비행 시간이 부과됩니다."

2020 년 7 월 14 일, New Horizons 우주선은 지구에서 45 억 마일 (70 억 킬로미터) 이상 떨어져있었습니다. 크레딧 : NASA / JHUAPL / SWRI

또한,이 긴 여행 시간은 명왕성 궤도가 거대한 로켓에서 발사된다고 가정합니다. Howett은 페르세포네 연구의 우주선 개념은 확대 된 상위 스테이지와 진화 된 스트랩 온 부스터를 갖춘 새로운 버전의 NASA 우주 발사 시스템에서 발사해야한다고 NASA는 SLS 블록 2라고 부른다.

보다 기본적인 구성을 사용하는 첫 번째 SLS 테스트 비행은 현재 2021 년 하반기에 예정되어 있습니다. 4 엔진 상위 스테이지가 확대 된 SLS는 몇 년 후 데뷔 할 수 있지만 진화 된 부스터가있는 SLS 블록 2는 예상되지 않습니다. 가장 빠른 2020 년대 말까지 비행.

SLS 블록 2조차도 그 자체로는 속임수를 쓰지 못했습니다. 유나이티드 런치 얼라이언스의 켄타 우어 무대와 같이 고 에너지 상위 스테이지는 플루토 궤도 선에 추가적인 부스트를 주어야합니다.

Howett은“우리는 Centaur 킥 스테이지와 함께 SLS Block 2의 종류를 필요로합니다. "이것은 기본적으로 우리가 찾을 수있는 가장 큰 킥 스테이지로 비행 할 수있는 가장 큰 로켓입니다."

스페이스 클럽(Space Club)