Орбитальный аппарат и зонд «Уран»
 Мозаика изображений Урана и его 5 основных спутников, полученных Вояджером-2 | |
| Тип миссии | Орбитальный аппарат Урана |
|---|---|
| Оператор | НАСА |
| Продолжительность миссии | Круиз: 13,4 года Научная фаза: 4,5 года [1] |
| Свойства космического корабля | |
| Стартовая масса | 7235 кг (15950 фунтов) [1] |
| Сухая масса | 2756 кг (6076 фунтов) [1] |
| Масса полезной нагрузки | Орбитальный аппарат: 60,5 кг (133 фунта) Атмосферный зонд: 19,7 кг (43 фунта) [1] |
| Размеры | 7,1 × 5,0 × 5,0 м (23,3 × 16,4 × 16,4 фута) [1] |
| Власть | 735 Вт (0,986 л.с.) от 3 радиоизотопных термоэлектрических генераторов нового поколения Mod1 [1] |
| Начало миссии | |
| Дата запуска | Не ранее 2031 года [1] [2] |
| Ракета | Предложено: Falcon Heavy (расходуемый) [1] |
| Стартовая площадка | Кеннеди LC-39A [1] |
| Пролет Земли (гравитационный маневр) | |
| Ближайший подход | Не ранее 2033 года |
| Расстояние | 450 км (280 миль) |
| Пролет Юпитера (гравитационный маневр) | |
| Ближайший подход | Не ранее 2035 года |
| Расстояние | 370 000 км (230 000 миль) |
| Орбитальный аппарат Урана | |
| Орбитальная вставка | Не ранее 2044 года |
| Атмосферный зонд Урана | |
| Вход в атмосферу | Не ранее 2045 года |
Крупные стратегические научные миссии Отдел планетарной науки | |
Орбитальный аппарат и зонд Урана — это концепция миссии орбитального аппарата для изучения Урана и его лун . [1] Орбитальный аппарат также развернет атмосферный зонд для изучения атмосферы Урана . Концепция разрабатывается как потенциальная крупная стратегическая научная миссия для NASA . Научная фаза продлится 4,5 года и будет включать в себя несколько пролетов мимо каждой из основных лун .
Концепция миссии была выбрана в качестве флагманской миссии с наивысшим приоритетом в рамках Планетарного научного десятилетнего обзора 2023–2032 годов , опередив Enceladus Orbilander . [3] [4] Также рассматривалась концепция миссии на орбите Нептуна , Neptune Odyssey , которая должна была решить многие из тех же научных задач, касающихся ледяных гигантов , но по логистическим и стоимостным причинам предпочтение было отдано миссии к Урану.
Первоначальное предложение предполагало запуск в 2031 году с использованием одноразовой ракеты-носителя Falcon Heavy с гравитационным маневром на Юпитере , что позволило бы прибыть к Урану в 2044 году. Однако в 2023 году НАСА объявило, что из-за дефицита производства плутония запуск будет более вероятным в середине или конце 2030-х годов. [2]
Фон
Voyager 2 — единственный космический зонд , посетивший систему Урана , совершив пролет 24 января 1986 года. Планетарный научный обзор 2011–2022 годов рекомендовал миссию орбитального аппарата класса «Флагман» к ледяному гиганту с приоритетом после того, что станет марсоходом Mars 2020 и Europa Clipper . [5] [6] [7] Ледяные гиганты теперь считаются распространенным типом экзопланет , что обусловливает 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 орбитальному аппарату и атмосферному зонду Урана было отдано предпочтение по логистическим и стоимостным причинам. [5] [7] Орбитальный аппарат Урана логически последовал бы за миссиями орбитальных аппаратов класса «Флагман», предпринятыми к Юпитеру и Сатурну ( Galileo и Cassini соответственно).
В 2017 году, перед обзором 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 к Нептуну имеет большую научную ценность [12], поскольку Тритон , вероятно, захваченный объект пояса Койпера и океанический мир , является более убедительной целью для астробиологии, чем луны Урана (хотя Ариэль и Миранда, в частности, являются возможными океаническими мирами). [13] Было также исследование, в котором рассматривалась концепция миссии орбитального аппарата уровня New Frontiers к Урану, если бы была отдана предпочтение миссии класса Flagship к Нептуну. [14] Тем не менее, опять же из-за соображений стоимости и логистики, включая доступность ракет-носителей и доступные окна запуска, Планетарный научный десятилетний обзор 2023–2032 годов рекомендовал орбитальный аппарат и зонд Uranus Orbiter вместо аналогичного предложения для Нептуна, Neptune Odyssey . [3] [4]
Ключевые научные вопросы
Орбитальный аппарат в паре с атмосферным зондом будет решать различные научные вопросы по всем аспектам системы Урана: [3]
Происхождение, интерьер и атмосфера
- Как функционирует атмосферная циркуляция от внутренних слоев до термосферы в ледяном гиганте?
- Какова трехмерная структура атмосферы погодного слоя?
- Когда, где и как образовался Уран, как он эволюционировал как в термическом, так и в пространственном отношении, включая миграцию, и как он приобрел ретроградное наклонение ?
- Каков основной состав Урана и его зависимость от глубины?
- Имеет ли Уран дискретные слои или разреженное ядро , и может ли это быть связано с его образованием и наклоном ?
- Какова истинная скорость вращения Урана , равномерно ли он вращается и насколько сильны ветры ?
Магнитосфера
- 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 поверхностью спутников?
Спутники и кольца
- Каковы внутренние структуры и соотношение горных пород и льда на крупных лунах Урана и какие луны обладают значительными внутренними источниками тепла или возможными океанами ?
- Каким образом состав и свойства спутников Урана ограничивают их формирование и эволюцию?
- Какую геологическую историю и процессы регистрируют поверхности и как они могут информировать внешние популяции ударников солнечной системы? Какие доказательства экзогенных взаимодействий демонстрируют поверхности?
- Каковы состав, происхождение и история колец Урана и внутренних малых лун, и какие процессы сформировали их нынешнюю конфигурацию?
Подробности миссии
Элемент атмосферного зонда этой миссии будет изучать вертикальное распределение молекул, формирующих облака, термическую стратификацию и скорость ветра в зависимости от глубины. Проект миссии 2010 года предусматривал зонд весом 127 кг (280 фунтов), что меньше половины веса атмосферного зонда Galileo . [7] Более позднее проектное исследование показало, что результаты могут быть значительно улучшены путем добавления второго зонда, который может быть всего лишь 30 кг (66 фунтов) по массе и около 0,5 м (20 дюймов) в диаметре. [15]
Орбитальные приборы
В базовой концепции орбитальный аппарат предполагается нести следующие приборы, а дополнительные приборы возможны, если они окажутся в пределах ограничений по массе, мощности и стоимости: [1]
| Инструмент | Инструмент наследия | Миссия наследия |
|---|---|---|
| Магнитометр | Магнитометр MESSENGER | ПОСЛАННИК |
| Узкоугольная камера | Тепловизор дальнего действия (LORRI) | Новые горизонты |
| Тепловая инфракрасная камера | Прорицатель | Лунный разведывательный орбитальный аппарат |
| Зонд Ленгмюра и волны | Зонд Ленгмюра и волны MAVEN (LPW) | МЭВЕН |
| Поисковая катушка магнитометра | Поисковая катушка магнитометра TRACERS (MSC) | ТРАССЕРЫ |
| Спектрометр плазмы с быстрым изображением | Спектрометр энергичных частиц и плазмы MESSENGER (EPPS) | ПОСЛАННИК |
| Электростатические анализаторы | Электроны солнечного ветра альфа и протоны (SWEAP) | Солнечный зонд Паркер |
| Детектор энергетических заряженных частиц | ЭПИ-Ло | Солнечный зонд Паркер |
| Спектрометр для получения изображений в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах и широкоугольная камера | L'Ralph | Люси |
| Радионаучный эксперимент | Сверхстабильный генератор | нет (часть системы связи космического корабля) |
Приборы для измерения атмосферных параметров
Предполагается, что атмосферный зонд будет нести 4 научных прибора в качестве части базовой концепции. [1]
| Инструмент | Инструмент наследия | Миссия наследия |
|---|---|---|
| Масс-спектрометр с двойным фокусом | Спектрометр орбитального аппарата Rosetta для анализа ионов и нейтралов (ROSINA) | Розетта |
| Инструмент для исследования структуры атмосферы | Прибор для исследования структуры атмосферы Гюйгенса (HASI) | Гюйгенс |
| Детектор Орто-Пара Н2 | (в разработке) [8] | никто |
| Радионаучный эксперимент | Сверхстабильный генератор | нет (часть системы связи зонда) |
Смотрите также
- Предложения по миссии Урана
- МУЗА
- Oceanus (предложение класса New Frontiers 2010-х годов)
- ОДИНУС
- Uranus Pathfinder (предложение ESA M-Class 2010-х годов)
Ссылки
- ^ abcdefghijkl Саймон, Эми; Ниммо, Фрэнсис; Андерсон, Ричард К. (7 июня 2021 г.). «Путешествие в систему ледяного гиганта: орбитальный аппарат и зонд Урана». Концепция планетарной миссии для Десятилетнего обзора планетарной науки 2023–2032 гг . НАСА . Получено 1 мая 2022 г.
- ^ ab Foust, Jeff (2023-05-03). «Доступность плутония ограничивает планы будущих планетарных миссий». SpaceNews . Получено 2023-05-03 .
- ^ abc Origins, Worlds, and Life: A Decadal Strategy for Planetary Science and Astrobiology 2023-2032 (Предварительное издание). National Academies Press. 2022. стр. 800. doi : 10.17226/26522. ISBN 978-0-309-47578-5. S2CID 248283239 . Получено 30 апреля 2022 г. .
- ^ ab Foust, Jeff (19 апреля 2022 г.). «Планетарная наука decadal одобряет возвращение образцов с Марса, миссии к внешним планетам». SpaceNews . Получено 19 апреля 2022 г. .
- ^ ab "Visions and Voyages for Planetary Science in the Decade 2013–2022" . Получено 20 апреля 2021 г. .
- ^ Крис Гебхардт (20 ноября 2013 г.). «Новые возможности миссии SLS исследуются с помощью новой большой верхней ступени». NASASpaceFlight.
- ^ abc Хаббард, Уильям Б. (3 июня 2010 г.). "SDO-12345: Исследование ледяных гигантов за десятилетие" (PDF) . National Academies Press . Национальная академия наук . Архивировано (PDF) из оригинала 6 мая 2021 г. . Получено 22 июня 2020 г. .
- ^ abc "Отчет о миссии по исследованию ледяных гигантов до начала десятилетия (июнь 2017 г.)" (PDF) . Получено 13 февраля 2024 г. .
- ^ Пришло время снова исследовать Уран и Нептун — и вот как это может сделать NASA. Лорен Граш, The Verge . 16 июня 2017 г.
- ^ Возвращаясь к ледяным гигантам: исследование НАСА рассматривает миссии к Урану и Нептуну. Джейсон Дэвис. Планетарное общество . 21 июня 2017 г.
- ^ NASA завершает изучение концепций будущей миссии «Ледяной гигант». Архивировано 06.08.2020 на Wayback Machine . NASA TV . 20 июня 2017 г.
- ^ Мур, Джефф; Спилкер, Линда; Боуман, Джефф; Кейбл, Морган; Эджингтон, Скотт; Хендрикс, Аманда; Хофштадтер, Марк; Херфорд, Терри; Мандт, Кэтлин; Макьюэн, Альфред; Пати, Кэрол; Квик, Линна; Раймер, Эбигейл; Саянаги, Кунио; Шмидт, Бритни; Спилкер, Томас (2021). «Стратегия исследования внешних планет 2023–2032: цели и приоритеты». Бюллетень AAS . 53 (4): 371. arXiv : 2003.11182 . Bibcode : 2021BAAS...53d.371M. doi : 10.3847/25c2cfeb.1f297498 . S2CID 214641023. Получено 20 апреля 2021 г.
- ^ Хендрикс, Аманда Р.; Херфорд, Терри А.; Барж, Лора М.; Блэнд, 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 JA; Макьюэн, Альфред С.; Нейш, Кэтрин Д.; Невё, Марк; Нордхайм, Том А.; Паттерсон, Г. Уэсли; Паттофф, Д. Алекс; Филлипс, Синтия; Роден, Алисса; Шмидт, Бритни Э.; Сингер, Келси Н.; Содерблом, Джейсон М.; Вэнс, Стивен Д. (2019). «Дорожная карта NASA к океанам». Астробиология . 19 (1): 1– 27. Bibcode : 2019AsBio..19....1H. doi : 10.1089/ast.2018.1955 . PMC 6338575. PMID 30346215. S2CID 53043052 .
- ^ АРГУМЕНТЫ В ПОЛЬЗУ ОРБИТАЛЬНОГО АППАРАТА УРАНА, Марк Хофштадтер и др.
- ^ KM Sayanagi, RA Dillman, AA Simon и др . «Концепция малого атмосферного зонда следующего поколения (SNAP)», LPI 2083 (2018): 2262. Длинная версия статьи: Space Sci Rev , 216, 72 (10 июня 2020 г.) Концепция малого атмосферного зонда следующего поколения (SNAP) для обеспечения будущих многозондовых миссий: пример исследования Урана. Получено 22 июня 2020 г.
