Dalam lebih dari setahun, dekade baru akan dimulai, dan dengan itu aliran ide yang sama sekali baru untuk misi NASA akan terbuka, beberapa lebih dekat - seperti Mars, beberapa lebih jauh. Beberapa sangat jauh. Beberapa orang berharap bahwa era perjalanan robotik ke dunia yang tidak hanya jutaan - milyaran kilometer dari kita akan terbuka untuk kita. Ini termasuk Uranus dan Neptunus (planet yang kami kunjungi pada tahun 1986 dan 1989), serta ratusan badan es di luar wilayah yang dikenal sebagai Sabuk Kuiper.
Sabuk Kuiper adalah rumah bagi Pluto dan ribuan dunia lain dengan berbagai ukuran. Sebagian besar tubuh di sana terdiri dari blok bangunan tata surya kita, yang dulu dikawal ke daerah es yang jauh. Kunjungan ke Sabuk Kuiper dapat memberi kita petunjuk untuk pertanyaan tentang bagaimana planet kita dan tetangganya terbentuk, mengapa ada begitu banyak air dan misteri lainnya.
Di perbatasan tata surya
Uranus dan Neptunus juga menyimpan banyak misteri sendiri. Semakin banyak kita belajar tentang sistem planet, semakin sering kita melihat bahwa kebanyakan dunia tidak sebesar Jupiter dan tidak sekecil Bumi. Banyak dari mereka cenderung memiliki ukuran yang serupa dengan Uranus dan Neptunus, "raksasa es" yang dinamai untuk keadaan eksotis es air yang terletak jauh di bawah lapisan awan. Mempelajari Uranus dan Neptunus tidak hanya akan membantu kita memahami planet-planet di tata surya kita - ini akan membantu kita memahami planet-planet yang berputar mengelilingi bintang lain.
Banyak dari misi ini bergantung pada waktu. Survei Decadal mendatang - "survei sepuluh tahun" NASA tentang kapan badan tersebut mengirimkan pesawat ruang angkasa pada tahun 2020-an dan 2030-an - dapat membuat atau menghancurkan rencana jangka panjang untuk menjelajahi tata surya bagian luar.
Survei Dekad: Bagaimana Survei Dekadl akan berkembang
Video promosi:
Mulai tahun 2020, kelompok dari National Academy of Sciences (dengan partisipasi beberapa pemangku kepentingan dari komunitas luar angkasa) akan berkumpul dan menyusun daftar target penelitian prioritas. Ilmuwan akan menawarkan pilihannya dalam bentuk rekomendasi tertulis yang dikenal dengan “white paper” (baca: white paper).
Dari rekomendasi ini, akan muncul konsensus umum tentang apa yang seharusnya menjadi prioritas. Sasaran ini berfungsi sebagai tolok ukur untuk persembahan misi jarak menengah dalam kategori Perbatasan Baru (New Horizons dan Juno termasuk dalam kategori ini). NASA pertama-tama menyusun daftar misi yang diusulkan, dan kemudian mempersempitnya secara bertahap menjadi satu atau dua finalis. Setelah finalis mendapatkan lampu hijau, tim di belakang mereka dapat mulai merencanakan dan merancang - dan itu membutuhkan waktu bertahun-tahun.
Semua ini dapat membuat sulit untuk masuk ke jendela tertentu yang memungkinkan untuk menjelajahi Uranus atau Neptunus, serta melihat objek dari sabuk Kuiper. Inilah sebabnya mengapa grafik yang akurat berisiko.
Mengunjungi raksasa es
Salah satu kelompok, khususnya, mempertimbangkan opsi misi untuk mengunjungi Uranus dan Neptunus pada waktu yang sama. Iterasi terakhir termasuk penerbangan Uranus dan orbit Neptunus. Dipimpin oleh Mark Hofstadter dan Amy Simon, para ilmuwan berencana untuk melihat sisi Uranus yang berbeda dari yang diamati Voyager 2 pada tahun 1986 dan mempelajari Neptunus dan bulan terbesarnya, Triton. Triton berputar ke belakang, yang mungkin disebabkan fakta bahwa ia pernah menjadi objek terbesar di sabuk Kuiper - sebelum Neptunus menarik Triton ke arahnya sendiri, mengeluarkan banyak satelit aslinya.
Simon mengatakan misi ini harus dilaksanakan selama 15 tahun, termasuk waktu perjalanan dan penelitian. Hal ini disebabkan oleh berapa lama masing-masing bagian kendaraan dapat bertahan di luar angkasa dengan relatif pasti. Sementara pesawat ruang angkasa dapat hidup lebih lama, 15 tahun adalah minimumnya, selama itu orang dapat yakin bahwa misi akan memenuhi tugas ilmiahnya sepenuhnya. Tetapi bagaimana memastikan bahwa perjalanan tersebut tidak menghabiskan terlalu banyak sumber daya dalam fase penelitian saat ini? Salah satu cara untuk mempercepat pesawat ruang angkasa adalah dengan menggunakan gaya gravitasi planet untuk berakselerasi.
“Biasanya, untuk sampai ke sana dalam waktu kurang dari 12 tahun, mereka terbang mengelilingi planet, biasanya termasuk Bumi dan Venus,” kata Simon. Dalam skenario seperti itu, Anda terjun ke gravitasi planet dengan baik, mengharapkan efek ketapel yang akan mempercepat pesawat Anda dan menghemat bahan bakar sebanyak mungkin. Jupiter juga digunakan oleh opsi terbaik, karena merupakan yang paling masif dan dapat sangat mempercepat pesawat ruang angkasa.
New Horizons, misalnya, menggunakan bantuan Jupiter untuk mencapai Pluto. Cassini menggunakan empat penerbangan terpisah untuk berakselerasi dengan Saturnus setelah peluncuran dari Bumi, menerima percepatan dari Venus dua kali, kembali ke Bumi, dan akhirnya, lompatan terakhir dari Jupiter.
Simon mengatakan bahwa untuk mencapai Uranus dengan jadwal yang ketat, penerbangan melintas di Saturnus dapat digunakan - misalnya, di jendela antara tahun 2024 dan 2028, untuk menangkap raksasa gas di tempat yang tepat dalam orbitnya selama 29 tahun. Misi semacam itu akan membutuhkan pertimbangan cepat oleh standar NASA - biasanya misi direncanakan sepuluh tahun sebelum peluncuran, kemudian direncanakan, dirancang, dan diluncurkan dalam lima tahun - jadi Anda harus bergantung pada jendela berikutnya, penerbangan terbang Jupiter antara tahun 2029 dan 2032, diikuti oleh jalan keluar. ke Neptunus. Kesempatan berikutnya akan muncul tidak lebih dari sepuluh tahun dari sekarang.
Sebuah misi ke Uranus dapat menggunakan propelan dan mesin tradisional untuk mencapai titik akselerasi lebih cepat - baik itu roket Atlas V atau roket Delta IV Heavy. Tetapi karena Neptunus sangat jauh dan lintasan yang tepat tidak sejajar sesempurna yang kita inginkan, misi ke planet ini akan bergantung pada Sistem Peluncuran Luar Angkasa, roket generasi mendatang NASA dengan muatan yang meningkat (dan bahkan belum terbang). Jika belum siap pada waktunya, kita harus mengandalkan teknologi generasi berikutnya: penggerak listrik tenaga surya, yang memanfaatkan energi matahari untuk menyalakan gas terionisasi guna mempercepat kendaraan. Sampai sekarang, itu hanya digunakan di pesawat ruang angkasa Dawn dalam misi ke Barat dan Ceres dan dua misi ke asteroid kecil.
“Bahkan dalam kasus listrik tenaga surya, mesin kimia masih dibutuhkan jika energi matahari menjadi tidak efektif dan untuk pengereman di orbit,” kata Simon.
Jadi, jadwalnya cukup padat. Tetapi jika kita bergerak lebih aktif, kedua misi ini dapat memiliki tujuan yang berbeda: mencapai dunia sabuk Kuiper yang belum dijelajahi.
Tidak diketahui besar
Makalah lain, yang ditulis oleh tiga anggota tim New Horizons, membahas kemungkinan kembali ke sabuk Kuiper setelah perjalanan penyelidikan yang sukses ke Pluto. “Kami melihat betapa menariknya itu dan ingin tahu apa lagi yang ada di luar sana,” kata Tiffany Finley, kepala insinyur di Southwest Research Institute (SWRI) dan rekan penulis artikel yang diterbitkan di Journal of Spacecraft and Rockets.
Sabuk Kuiper berisi sisa-sisa es dari pembentukan tata surya, dan objek di dalamnya mencakup berbagai macam bahan yang berbeda. Pluto, misalnya, berukuran sedikit lebih besar dari Eris. Tapi Pluto terbuat dari es, jadi massanya lebih sedikit. Eris sebagian besar terdiri dari bebatuan, jadi lebih padat. Beberapa dunia tampaknya terdiri dari metana, sementara yang lain mengandung banyak amonia. Di suatu tempat di halaman belakang tata surya kita, ada banyak planet kerdil dan dunia kecil yang menyimpan poin-poin penting untuk pemahaman kita tentang bagaimana planet muncul - dan apakah sistem planet lain mungkin seperti milik kita.
Para ilmuwan menggunakan batasan sempit: mereka membatasi misi hingga 25 tahun dan memeriksa 45 objek sabuk Kuiper paling terang, membandingkannya sehubungan dengan berbagai skenario planetary flyby. Yang mengejutkan, Jupiter telah menemukan sebagian besar target dalam daftar. Tapi jendela Jupiter terbuka setiap 12 tahun sekali, membuat misi Jupiter bergantung pada waktu. Penerbangan sederhana Saturnus memberikan daftar target sabuk Kuiper yang cukup bagus.
Tetapi ketika Anda memasangkan dunia ini dengan Uranus atau Neptunus, Anda mendapat kesempatan untuk menemukan fakta baru tentang planet terjauh kita yang misterius dan bahkan beberapa planet katai dalam satu gerakan.
Efek ketapel akan membantu mencapai dunia-dunia ini, pertama dari Jupiter, dan kemudian dari planet lain. Masing-masing planet ini sejajar dengan Jupiter di jendela sempit di tahun 2030-an, dan cocok dengan bagian-bagian berbeda pada dekade itu. Misalnya, untuk mendapatkan daftar dunia di jalur Neptunus, Anda harus sampai ke Jupiter pada awal tahun 2030-an, dan untuk mencapai sabuk Kuiper melalui Uranus akan membutuhkan peluncuran pada pertengahan tahun 2030-an. Jupiter dan Saturnus sejajar tepat waktu untuk ketapel ke sabuk Kuiper pada akhir 2030-an.
Daftar tujuan menawarkan banyak kemungkinan menarik. Varuna, dunia memanjang yang telah mendapatkan bentuk ini karena kecepatan rotasinya yang cepat, sangat cocok untuk terbang di sekitar Jupiter-Uranus. Neptunus, seperti yang telah disebutkan, memberikan gambaran sekilas tentang Eris. Misi melalui Jupiter-Saturnus akan memungkinkan pengamatan dari Sedna, planet kerdil besar dengan orbit yang dapat menunjukkan jalan ke planet sepuluh yang belum ditemukan. Jupiter-Saturnus memungkinkan Anda berhenti di salah satu planet katai yang paling menarik: Haumea.
Seperti Varuna, Haumea berbentuk telur, sedangkan sebagian besar planet kerdil besar di sabuk Kuiper biasanya berbentuk bulat. Tapi Haumea mendapatkan bentuk ini dari tabrakan kuno yang menghasilkan dua bulan, sistem cincin dan ekor yang terbuat dari puing-puing. Jika asteroid memiliki komposisi yang serupa, mereka disebut "keluarga tabrakan". Haumea menghasilkan satu-satunya keluarga tabrakan yang diketahui di sabuk Kuiper.
Apapun yang kita pilih, kita tidak akan punya banyak waktu. Oleh karena itu, jika kita ingin melihat cincin Haumea atau bahkan cahaya merah alien Sedna, pekerjaan harus dimulai secepat mungkin. Dunia-dunia ini begitu kecil sehingga hanya ada satu cara untuk mengetahui rahasia mereka: dengan mencapainya.
Ilya Khel
