Орбитальный аппарат и зонд Урана
 Мозаика изображений Урана и пяти его главных спутников, сделанных «Вояджером-2». | |
| Тип миссии | Урана Орбитальный аппарат |
|---|---|
| Оператор | НАСА |
| Продолжительность миссии | Круиз: 13,4 года. Фаза науки: 4,5 года [1] |
| Свойства космического корабля | |
| Стартовая масса | 7235 кг (15950 фунтов) [1] |
| Сухая масса | 2756 кг (6076 фунтов) [1] |
| Масса полезной нагрузки | 60,5 кг (133 фунта) плюс атмосферный датчик 19,7 кг (43 фунта) [1] |
| Размеры | Высота: 7,1 м (23 фута) Диаметр: менее 5 м (16 футов) [1] |
| Власть | Mod1 Next-Generation 735 Вт (0,986 л.с.) от 3 радиоизотопных термоэлектрических генераторов [1] |
| Начало миссии | |
| Дата запуска | не ранее 2031 года [1] [2] |
| Ракета | Расходный материал Falcon Heavy (предлагается) [1] |
| Запуск сайта | Космического центра Кеннеди Стартовый комплекс 39А (предлагается) [1] |
| Облет Земли (гравитационная помощь) | |
| Ближайший подход | не ранее 2033 года |
| Расстояние | 450 км (280 миль) |
| Облет Юпитера (гравитационная помощь) | |
| Ближайший подход | не ранее 2035 года |
| Расстояние | 370 000 км (230 000 миль) |
| Орбитальный аппарат Урана | |
| Орбитальное введение | не ранее 2044 года |
| Атмосферный зонд Урана | |
| Вход в атмосферу | не ранее 2045 года |
Крупные стратегические научные миссии Отдел планетарных наук | |
Орбитальный аппарат и зонд Урана — это концепция орбитальной миссии по изучению Урана и его спутников . [1] Орбитальный аппарат также развернет атмосферный зонд для исследования атмосферы Урана . Эта концепция разрабатывается как потенциальная стратегическая научная миссия НАСА . крупная Научная фаза продлится 4,5 года и будет включать в себя многочисленные пролёты каждой из главных лун .
Концепция миссии была выбрана в качестве миссии флагманского класса с наивысшим приоритетом в ходе Десятилетнего исследования планетарных наук 2023–2032 годов , опередив Энцелад Орбиландер . [3] [4] Также рассматривалась концепция Нептуна миссии орбитального корабля «Нептун Одиссея» , которая могла бы решить многие из тех же научных целей, касающихся ледяных гигантов , но по логистическим и финансовым причинам предпочтение было отдано миссии на Уран.
Первоначальное предложение было нацелено на запуск в 2031 году с использованием Falcon Heavy одноразовой ракеты-носителя с гравитационной поддержкой на Юпитере , что позволило бы достичь Урана в 2044 году. Однако в 2023 году НАСА объявило, что из-за дефицита производства плутония запуск запланирован на середину-конец 2030-х годов. было бы более вероятно. [2]
Фон
[ редактировать ]«Вояджер-2» — единственный космический зонд , посетивший систему Урана , завершивший облет 24 января 1986 года. В Планетарном научном обзоре за 2011–2022 годы было рекомендовано отправить орбитальный аппарат флагманского класса к ледяному гиганту с приоритетом того, что впоследствии станет Марсом. 2020 года Ровер и Europa Clipper . [5] [6] [7] Ледяные гиганты в настоящее время считаются обычным типом экзопланет , что ускоряет необходимость дальнейшего изучения ледяных гигантов в Солнечной системе . [8] Ледяные гиганты Уран и Нептун рассматривались как уникальные, но в равной степени привлекательные научные цели, но по логистическим и экономическим соображениям предпочтение было отдано орбитальному аппарату Урана и атмосферному зонду. [5] [7] Орбитальный аппарат Урана логически следует за миссиями орбитального аппарата класса Флагман, предпринятыми на Юпитере и Сатурне ( Галилео и Кассини соответственно).
В 2017 году, перед исследованием 2023–2032 годов, комитет сузил двадцать концепций миссий до трех сценариев для Урана и четвертого для Нептуна. [8] [9] [10] [11] Некоторые считают, что миссия на Нептун имеет большую научную ценность. [12] потому что Тритон , вероятно, захваченный объект пояса Койпера и океанский мир , является более привлекательной целью астробиологии , чем спутники Урана (хотя Ариэль и Миранда, в частности, являются возможными океанскими мирами). [13] Было также исследование, в котором рассматривалась концепция миссии орбитального корабля Урана уровня New Frontiers , если будет одобрена миссия класса Флагман к Нептуну. [14] Тем не менее, опять же из-за финансовых и логистических соображений, включая наличие ракеты-носителя и доступные окна запуска, Десятилетний обзор планетарной науки 2023–2032 годов рекомендовал орбитальный аппарат и зонд Урана вместо аналогичного предложения для Нептуна, Neptune Odyssey . [3] [4]
Ключевые научные вопросы
[ редактировать ]Орбитальный аппарат в паре с атмосферным зондом будет решать множество научных вопросов по всем аспектам системы Урана: [3]
Происхождение, интерьер и атмосфера
[ редактировать ]- Как функционирует атмосферная циркуляция , от недр до термосферы , в ледяном гиганте?
- Какова трехмерная структура атмосферы погодного слоя?
- Когда, где и как образовался Уран, как он развивался как термически, так и пространственно, включая миграцию, и как он приобрел ретроградное наклонение ?
- Каков объемный состав Урана и его зависимость от глубины?
- Имеет ли Уран дискретные слои или разреженное ядро , и может ли это быть связано с его формированием и наклоном ?
- Какова истинная скорость вращения Урана , равномерно ли он вращается и насколько сильны ветры ?
Магнитосфера
[ редактировать ]- Какой динамо- процесс создает сложное магнитное поле Урана ?
- Каковы источники плазмы и динамика магнитосферы Урана и как она взаимодействует с солнечным ветром , верхней атмосферой Урана и поверхностями спутников?
Спутники и кольца
[ редактировать ]- Какова внутренняя структура и соотношение камня и льда у больших спутников Урана и какие спутники обладают значительными внутренними источниками тепла или возможными океанами ?
- Как состав и свойства спутников Урана ограничивают их формирование и эволюцию?
- Какую геологическую историю и процессы фиксируют поверхности и как они могут информировать население внешних объектов Солнечной системы? Какие доказательства экзогенных взаимодействий демонстрируют поверхности?
- Каков состав, происхождение и история колец Урана и внутренних малых спутников, и какие процессы сформировали их нынешнюю конфигурацию?
Детали миссии
[ редактировать ]
Атмосферный зонд этой миссии будет изучать вертикальное распределение молекул, образующих облака, тепловую стратификацию и скорость ветра в зависимости от глубины. В проекте миссии 2010 года предусматривался зонд массой 127 кг (280 фунтов), что вдвое меньше, чем у атмосферного зонда Галилео . [7] Более позднее исследование конструкции показало, что результаты могут быть значительно улучшены за счет добавления второго зонда, масса которого может составлять всего 30 кг (66 фунтов) и диаметр около 0,5 м (20 дюймов). [15]
Инструменты орбитального аппарата
[ редактировать ]В базовой концепции орбитальный аппарат предлагается нести следующие инструменты, а также возможные дополнительные инструменты, если они окажутся в пределах ограничений по массе, мощности и стоимости: [1]
| Инструмент | Инструмент наследия | Миссия наследия |
|---|---|---|
| Магнитометр | МЕССЕНДЖЕР Магнитометр | МЕССЕНДЖЕР |
| Узкоугольная камера | Аппарат для разведки дальнего действия (LORRI) | Новые горизонты |
| Тепловая инфракрасная камера | Прорицатель | Лунный разведывательный орбитальный аппарат |
| Ленгмюровский зонд и волны | MAVEN Зонд Ленгмюра и волны (LPW) | МАВЕН |
| Магнитометр с поисковой катушкой | Магнитометр поисковой катушки TRACERS (MSC) | ТРЕЙСЕРЫ |
| Плазменный спектрометр с быстрой визуализацией | Спектрометр энергетических частиц и плазмы MESSENGER (EPPS) | МЕССЕНДЖЕР |
| Электростатические анализаторы | Электроны солнечного ветра, альфа и протоны (SWEAP) | Солнечный зонд Паркер |
| Детектор энергетических заряженных частиц | И-Ло | Солнечный зонд Паркер |
| Спектрометр видимого-ближнего инфракрасного диапазона и широкоугольная камера | Л'Ральф | Люси |
| Радионаучный эксперимент | Ультрастабильный генератор | нет (часть системы связи космического корабля) |
Приборы для зондирования атмосферы
[ редактировать ]В рамках базовой концепции предполагается, что атмосферный зонд будет нести 4 научных прибора. [1]
| Инструмент | Инструмент наследия | Миссия наследия |
|---|---|---|
| Масс-спектрометр с двойным фокусом | Орбитальный спектрометр Rosetta для ионного и нейтрального анализа (ROSINA) | Розетта |
| Инструмент структуры атмосферы | Гюйгенс Инструмент структуры атмосферы (HASI) | Гюйгенс |
| Орто-Пара Н 2 Детектор | (в разработке) [8] | никто |
| Радионаучный эксперимент | Ультрастабильный генератор | нет (часть системы связи зонда) |
См. также
[ редактировать ]- Предложения миссии на Уран
- МУЗА
- Oceanus (предложение класса New Frontiers 2010-х годов)
- ОДИН
- Uranus Pathfinder (предложение ESA M-класса 2010-х годов)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л Саймон, Эми; Ниммо, Фрэнсис; Андерсон, Ричард К. (7 июня 2021 г.). «Путешествие к системе ледяного гиганта: орбитальный аппарат и зонд Урана» . Концепция планетарной миссии для Десятилетнего планетарного исследования 2023–2032 гг . НАСА . Проверено 1 мая 2022 г.
- ^ Jump up to: а б Фауст, Джефф (3 мая 2023 г.). «Доступность плутония ограничивает планы будущих планетарных миссий» . Космические новости . Проверено 03 мая 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с Происхождение, миры и жизнь: Десятилетняя стратегия планетологии и астробиологии на 2023–2032 гг. (Под ред. Предварительной публикации). Пресса национальных академий. 2022. с. 800. дои : 10.17226/26522 . ISBN 978-0-309-47578-5 . S2CID 248283239 . Проверено 30 апреля 2022 г.
- ^ Jump up to: а б Фауст, Джефф (19 апреля 2022 г.). «Десятилетие планетарной науки одобряет возвращение образцов с Марса и миссии на внешние планеты» . Космические новости . Проверено 19 апреля 2022 г.
- ^ Jump up to: а б «Видения и путешествия планетарной науки на десятилетие 2013–2022 гг.» . Проверено 20 апреля 2021 г.
- ^ Крис Гебхардт (20 ноября 2013 г.). «Новые варианты миссии SLS изучаются с помощью новой большой верхней ступени» . НАСАКосмический полет.
- ^ Jump up to: а б с Хаббард, Уильям Б. (3 июня 2010 г.). «SDO-12345: Десятилетнее исследование ледяных гигантов» (PDF) . Пресса национальных академий . Национальная академия наук . Архивировано (PDF) из оригинала 6 мая 2021 года . Проверено 22 июня 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с «Отчет об исследовании ледяных гигантов до десятилетия (июнь 2017 г.)» (PDF) . Проверено 13 февраля 2024 г.
- ↑ Пришло время снова исследовать Уран и Нептун — и вот как НАСА могло бы это сделать . Лорен Граш, «Грань» . 16 июня 2017 г.
- ^ Возвращение к ледяным гигантам: исследование НАСА рассматривает миссии на Уран и Нептун . Джейсон Дэвис. Планетарное общество . 21 июня 2017 г.
- ^ НАСА завершает исследование концепций будущей миссии «Ледяной гигант», заархивировано 6 августа 2020 г. в Wayback Machine . НАСА ТВ . 20 июня 2017 г.
- ^ Мур, Джефф; Спилкер, Линда; Боуман, Джефф; Кейбл, Морган; Эджингтон, Скотт; Хендрикс, Аманда; Хофштадтер, Марк; Херфорд, Терри; Мандт, Кэтлин; МакИвен, Альфред; Пэти, Кэрол; Быстрей, Линнэ; Раймер, Эбигейл; Саянаги, Кунио; Шмидт, Бритни; Спилкер, Томас (2021). «Стратегия исследования внешних планет на 2023–2032 годы: цели и приоритеты» . Бюллетень ААС . 53 (4): 371. arXiv : 2003.11182 . Бибкод : 2021BAAS...53д.371М . дои : 10.3847/25c2cfeb.1f297498 . S2CID 214641023 . Проверено 20 апреля 2021 г.
- ^ Хендрикс, Аманда Р.; Херфорд, Терри А.; Бардж, Лаура М.; Бланд, Майкл Т.; Боуман, Джефф С.; Бринкерхофф, Уильям; Буратти, Бонни Дж.; Кейбл, Морган Л.; Кастильо-Рогез, Джули; Коллинз, Джеффри К.; Диньега, Серина; Герман, Кристофер Р.; Хейс, Александр Г.; Хёлер, Тори; Хоссейни, Сона; Хоуэтт, Карли Дж.А.; МакИвен, Альфред С.; Нейш, Кэтрин Д.; Невё, Марк; Нордхейм, Том А.; Паттерсон, Дж. Уэсли; Паттофф, Д. Алекс; Филлипс, Синтия; Роден, Алисса; Шмидт, Бритни Э.; Певица, Келси Н.; Содерблом, Джейсон М.; Вэнс, Стивен Д. (2019). «Дорожная карта НАСА к океанским мирам» . Астробиология . 19 (1): 1–27. Бибкод : 2019AsBio..19....1H . doi : 10.1089/ast.2018.1955 . ПМК 6338575 . ПМИД 30346215 . S2CID 53043052 .
- ^ ДЕЛО ОБ ОРБИТЕРЕ УРАНА , Марк Хофштадтер и др.
- ^ К.М. Саянаги, Р.А. Диллман, А.А. Саймон и др . « Концепция малого атмосферного зонда следующего поколения (SNAP) », LPI 2083 (2018): 2262. Полная версия статьи: Space Sci Rev , 216, 72 (10 июня 2020 г.) Концепция малого атмосферного зонда следующего поколения (SNAP) для Обеспечьте будущие миссии с несколькими зондами: практический пример Урана . Проверено 22 июня 2020 г.
