211service.com
Ny form for fremdrift af rumfartøjer foreslået til Uranus-mission
Menneskeheden har kun sendt en håndfuld rumfartøjer til det ydre solsystem ud over asteroidebæltet. Der var pionererne og Voyagers, der forlod Jorden i 1970'erne. Galileo-missionen gik til Jupiter i 1989 og Cassini-Huygens til Saturn i 1997. Endelig forlod New Horizons-missionen Jorden i 2006 og er i øjeblikket på vej mod Pluto og Kuiperbæltet.
Et problem med disse missioner er den rene tid og omkostninger. Galileo tog 6 år at nå Jupiter og kostede omkring 1,6 milliarder dollars, mens Cassini-Huygens tog 7 år at komme til Saturn og kostede næsten lige så meget.
Nu foreslår et finsk ledet hold en mission til Uranus drevet af en eksotisk ny form for fremdrift, der i øjeblikket bliver testet i kredsløb om Jorden. Denne fremdrift er soldrevet og kræver derfor ikke drivmiddel om bord. Og den kan sende en sonde til Uranus på omtrent samme tid, som Galileo tog for at komme til Jupiter, som er mindre end halvt så langt væk. Men omkostningerne ved en sådan mission er endnu ikke klarlagt.
Et problem for sonder, der besøger det ydre solsystem, er at generere den nødvendige hastighed for at komme dertil, mod solens tyngdekraft. Den oprindelige plan for Galileo-missionen var for eksempel at bruge rumfærgen til at placere sonden og dens boosterraket i kredsløb om jorden. Boosteren blev designet til at sende sonden direkte til Jupiter på mindre end to år.
Men i kølvandet på Challenger-katastrofen besluttede NASA, at det ikke ville være fornuftigt at placere en uoplyst raket i lastrummet på rumfærgen. Og da ingen anden raket kunne løfte Galileo og dens booster, måtte NASA finde en anden måde at komme dertil. Derfor slangebøssetilgangen.
Den foreslåede Uranus-mission tager en helt anden tilgang baseret på konceptet om et elektrisk sejl eller E-sejl, som blev foreslået af den finske ingeniør Pekka Janhunen i 2006 (som også er lederen for det nye Uranus-forslag). Et E-sejl er væsentligt forskelligt fra et konventionelt solsejl, som genererer fremdrift fra trykket fra fotoner, der rammer sejlet.
Derimod er E-sejlet afhængig af ladede partikler som protoner og alfapartikler i solvinden. Ideen er at generere et elektrisk felt omkring rumfartøjet, som afbøjer disse ioniserede partikler og genererer en kraft, der accelererer fartøjet under hele dets rejse.
Sejlet består af et sæt ledende ledninger, der strækker sig radialt fra rumfartøjet som eger på et hjul. Det elektriske felt genereres ved hjælp af solenergi. Og med 540 Watt skulle sejlet generere omkring 0,5 Newton, der accelererer fartøjet med omkring 1 mm/s^2.
Det skulle producere en hastighed på omkring 20 km/s, når det når Uranus, hvilket giver en rejsetid på omkring 6 år.
Selve håndværket er designet i tre dele. Den første er E-sail-modulet med solpaneler og tøjrul til at forlænge ledningerne. Den anden er hoveddelen af fartøjet med kemiske thrustere til at lave banejusteringer undervejs og mens de er tæt på Uranus, samt kommunikationsudstyr til kontakt med Jorden.
Den sidste del er et indgangsmodul, der frigives til Uranus atmosfære, hvor det foretager forskellige videnskabelige målinger til transmission tilbage til Jorden via hovedfartøjet, der fungerer som et relæ.
Janhunen og co siger, at dette design også ville være velegnet til rejser til andre gasgiganter med mindre ændringer.
Det er en ambitiøs idé, ikke mindst fordi E-Sail idéen aldrig er blevet prøvet i en skala som denne. En lille satellit kaldet ESTCube-1 tester i øjeblikket ideen, og EU har et igangværende forskningsprojekt for at teste den yderligere. En anden finsk satellit vil teste princippet mere detaljeret i år, men der vil helt sikkert være behov for mere arbejde til en mission af denne type.
Ikke desto mindre er fordelene ved E-sejl i forhold til gravitationsslynger tydelige. Ud over at være hurtigere kan de også lanceres på næsten ethvert tidspunkt med kun mindre variationer i rejsetiden. Derimod kan slangebøsser kun gå, når gravitationsguderne er på linje.
Hvad Janhunen og co ikke diskuterer, er omkostningerne ved en sådan mission, som for at være retfærdig er svære at fastlægge på dette stadium af et design. Fordelen ved en mission af Cassini- eller Galileo-typen er, at disse fartøjer opererer i årevis omkring deres målplaneter og sender enorme mængder data tilbage, omend med enorme omkostninger. Ulempen er, at alt går tabt, hvis rumfartøjet på en eller anden måde går tabt.
I modsætning hertil sender E-sail-missionen et par minutters data tilbage fra dets brændende indtog i atmosfæren. Det er helt sikkert værdifuldt, men det skulle være væsentligt billigere at retfærdiggøre.
Så en god forståelse af de relative omkostninger ved denne slags missioner vil være afgørende for at afgøre, om E-Sails har en fremtid i udforskningen af det ydre solsystem.
Ref: arxiv.org/abs/1312.6554 : Hurtig E-Sail Uranus Entry Probe Mission