Ekstrasoliarinių objektų gaudytojas galėtų persekioti kitą Oumuamua ar Borisovą ir iš tikrųjų grąžinti pavyzdį
O kas, jei turėtume galimybę persekioti tarpžvaigždinius objektus, einančius per mūsų Saulės sistemą, pavyzdžiui, Oumuamua ar Borisovo kometą? Toks erdvėlaivis turi būti pasirengęs iškeliauti akimirksniu, gebantis padidinti greitį ir greitai pakeisti kryptį.
Tai yra naujos misijos koncepcijos, vadinamos Extrasolar Object Interceptor ir Sample Return erdvėlaiviu, idėja. Ji gavo tiriamąjį finansavimą iš NASA Inovatyvių pažangių koncepcijų (NIAC) programa.
„Šių objektų pavyzdžių sugrąžinimas gali iš esmės pakeisti mūsų požiūrį į visatą ir mūsų vietą joje“, – sako Christopheris Morrisonas, inžinierius iš Ultra Safe Nuclear Corporation-Tech (USNC-Tech), kuris pateikė pasiūlymą NIAC.
Morrisono ir jo komandos pasiūlyta koncepcija yra radioizotopinis-elektrinis varomasis erdvėlaivis, kuris remiasi Chargeable Atomic Battery (CAB) technologija – energijos sistema, kurią USNC sukūrė komerciniam naudojimui. Baterijos yra kompaktiškos ir jų energijos tankis yra milijoną kartų didesnis nei naujausių cheminių baterijų, taip pat iškastinio kuro.
'Radioizotopai turi maždaug tiek pat visos energijos, saugomos kiekviename atome', - paaiškino Morrisonas. „Kaip greitai jie tą energiją išskiria, priklauso nuo pusinės eliminacijos periodo. Pu-238 pusinės eliminacijos laikas yra 88 metai, todėl puikiai tinka ilgoms misijoms į išorinę saulės sistemą. CAB baterijos, kurias mes kuriame USNC-Tech, turi trumpesnį pusinės eliminacijos laiką ir turi didesnį galios tankį. NIAC naudojame radioizotopą, kurio pusinės eliminacijos laikas yra penkeri metai, o galios tankis daugiau nei 30 kartų didesnis nei plutonio-238 (Pu-238).
Menininko įspūdis apie NASA erdvėlaivį „New Horizons“, susidūrusį su į Plutoną panašų objektą tolimoje Kuiperio juostoje. Autoriai: NASA/JHUAPL/SwRI/Alexas Parkeris
Pu-238 yra įprasta NASA pasirinkta branduolinė galia savo erdvėlaiviui. Jis buvo naudojamas daugiau nei dviejose dešimtyse labai sėkmingų JAV kosminių misijų, tokių kaip „New Horizons“ ir „Curiosity“ bei „Perseverance Mars“ marsaeigiai, skirtiems jų radioizotopinėms energijos sistemoms (RPS).
Tačiau Pu-238 susiduria su tam tikrais iššūkiais. Pu-238 galima pagaminti tik ribotą kiekį (šiuo metu tik 14 uncijų (400 gramų) kiekvienais metais, o per ateinančius kelerius metus bus galima pasiekti 50 uncijų (1500 g). To vos pakanka, kad būtų patenkinti būsimi NASA misijos poreikiai pagrindinėms programoms.
Mažesnės programos ir komercinės įmonės susiduria su iššūkiais ne tik dėl tiekimo trūkumo, bet ir dėl to, kad Pu-238 yra laikomas specialia branduoline medžiaga, kuri kelia susirūpinimą dėl ginklų neplatinimo. CAB technologijos radioizotopai yra komercinio pobūdžio, iš tikrųjų daugelis jų plačiai naudojami medicinos pramonėje vėžio gydymo terapijoje.
Plutonio-238 kuras (keramikos pavidalu) švyti natūralaus skilimo šiluma apsauginiame cilindriniame grafito apvalkale, kai NASA marsaeigiuose Aidaho Energetikos departamente surenkami elektros energijos sistemos šilumos šaltiniai. Nacionalinė laboratorija. Autoriai: NASA/DOE
'CAB baterijos kartu su elektriniu varikliu būtų labai paprastos sistemos', - sakė Morrisonas 'Universe Today'. „Visa tai yra patikrinta technologija. Tikroji naujovė, kuria pasinaudojame, yra dabartinė reguliavimo aplinka. Iki 2019 m. nebuvo teisinės bazės, leidžiančios komercinėms įmonėms naudoti branduolinę energiją. Dabar tai oficialiai sankcionuota“.
Prezidento atmintinė NPSN-20 2019 m. nurodė Transporto departamentui, o ypač Federalinei aviacijos administracijai, sukurti pakopinę reguliavimo sistemą, kuri leistų komercinėms įmonėms paleisti branduolinius erdvėlaivius.
Morrisono pasiūlyme paaiškinama, kad „CAB yra lengviau ir pigiau gaminti nei Pu-238, o saugos atvejį labai pagerina CAB radioaktyviųjų medžiagų inkapsuliavimas tvirtoje karbido matricoje. Ši technologija yra pranašesnė už dalijimosi sistemas, nes dalijimosi sistemoms reikia kritinės masės, o radioizotopų sistemos gali būti daug mažesnės ir tinka mažesnėms paleidimo sistemoms, todėl sumažėja sąnaudos ir sudėtingumas.
CAB varomo erdvėlaivio, praminto „Extrasolar Express“, degalų masė yra šiek tiek mažesnė nei viena tona. „SpaceX“ „Falcon 9“, priešingai, gali iškelti į orbitą daugiau nei 20 tonų. Kas būtų daroma su visa papildoma erdve paleidimo raketoje?
Morrisonas paaiškina: „Galime iškeisti dalį šios masės į papildomą greičio padidinimą toliau nuo Žemės. Be to, dalis papildomos masės gali būti panaudota saugumui padidinti, įtraukiant didelį tvirtą skydą, apsaugantį radioizotopą ir užtikrinantį, kad jis nebus paleistas net blogiausio paleidimo atveju. Patekęs į aukštą orbitą skydas gali būti išmestas, o erdvėlaivis gali netrukdomas keliauti vykdydamas savo misiją.
Ne Saulės objektai dabar scenoje
Menininko įspūdis apie Oumuamua. Remiantis naujais tyrimais, objektas sudarytas iš molekulinio vandenilio ledo, o tai paaiškina jo cigarą primenančią formą. Kreditas: ESO/M. Kornmesser
Prieš tai, kai mūsų Saulės sistemoje išsiveržė du neįprasti ir intriguojantys tarpžvaigždiniai objektai ( Oumuamua 2017 metais ir Borisovas 2019 m.) astronomai plačiai nesusimąstė, kad klajojantys įsilaužėliai iš kitų žvaigždžių sistemų gali reguliariai praeiti pro šalį. Dabar mokslininkai apskaičiavo, kad vidutiniškai septyni tokie objektai kasmet praskrieja Žemės orbitoje . Sužinoti daugiau apie šiuos objektus yra viliojanti perspektyva, nes šiuo metu viskas, ką galime padaryti, yra stebėti juos su teleskopais, kai jie lekia pro mus.
„Atrodo, kad šie objektai yra gana arti mūsų“, – sakė Morrisonas, – „sukurti misiją pasivyti yra ne atstumo, o greičio klausimas. Tai keičia lygtį, o ne daugumą misijų, kurioms reikia ilgaamžiškumo. Tai tik greičio problema, nes galite ją perimti, paimti mėginį ir grįžti į Žemę tol, kol turitedelta vkad įvykdytume misiją“.
Morrisonas paaiškino galimą Extrasolar Object Interceptor misijos planą ir mėginio grąžinimą: paleiskite erdvėlaivį Interceptor link Jupiterio ir palaukite, kol bus aptiktas tinkamas ekstrasaulinis objektas.
„Gali tekti palaukti metus ar daugiau, – sakė jis, – bet kad ir kaip būtų, greičiausiai teks pakeisti plokštumą, nes šie objektai nepatenka į mūsų ekliptinę plokštumą. Idėja yra skristi link Jupiterio, tikėkimės, kad atsidursite geroje vietoje, kad būtų galima padaryti timpa aplink Jupiterį, kad pasiektumėte tą pačią plokštumos orientaciją kaip ir objektas.
Menininko koncepcija apie erdvėlaivį „Dawn“, atvykstantį į Vestą. Vaizdo kreditas: NASA / JPL-Caltech
Erdvėlaivis savo dydžiu ir mase gali būti panašus į „Dawn“ misiją, kuri taip pat naudojo elektrinį varymą. Tačiau vietoj milžiniškų „Dawn“ saulės baterijų CAB suteiktų pakankamai energijos, kad būtų sukurtas greitas erdvėlaivis. „Interceptor“ reikės didelių šilumos atmetimo radiatorių, kurie (kaip ir „Dawn“ saulės baterijos) būtų didžiausia erdvėlaivio dalis.
Pavyzdžio grąžinimo dalies detalės vis dar tobulinamos, bet galbūt kažkas panašaus į TAGSAM mėginių gavimo sistema, naudojama OSIRIS-REx misijoje.
„Aš laikau save labiau „skotu“ kuriant šią „Interceptor“ misiją, bet norėčiau gauti Spoką, kuris padėtų išsiaiškinti mokslinę dalį“, – svarstė Morrisonas.
CAB gaminamos naudojant neradioaktyvias medžiagas, o po to „įkraunamos“ radiacijos lauke, kad būtų sukurtas specifinis radioizotopas. Morrisonas teigė, kad yra daug skirtingų dominančių radioizotopų (pavyzdžiui, Cobalt-60 ir Thulium-170), o technologija gali būti pritaikyta siekiant patenkinti kliento energijos tankio ir eksploatavimo trukmės poreikius. Daugelis CAB technologijos potencialių klientų yra antžeminės įmonės, ieškančios povandeninių ar požeminių programų.
„Micro Modular Reactor“ (MMR™) sistema yra 4-osios kartos branduolinės energijos sistema, tiekianti saugią, švarią ir ekonomišką elektros energiją ir šilumą atokioms kasykloms, pramonei ir bendruomenėms. Tai pirmaujantis SMR projektas Kanadoje ir pirmoji pasaulyje vadinamoji „skilimo baterijos“ koncepcija. Kreditas: USNC
„Ši technologija artimiausiu metu pradedama naudoti vatų masto mėnulio šildymo programoms, tačiau NIAC pasiūlymas yra sportiškesnė technologijos versija.
NIAC programa teigia, kad ji puoselėja vizionieriškas idėjas, kurios galėtų pakeisti būsimas NASA misijas, sukurdamos proveržius, kartu įtraukdamos novatorius ir verslininkus kaip partnerius. Net jei „Extrasolar Object Interceptor“ ir „Sample Return“ niekada nebus „tikra“ misija, Morrisonas ir USNC toliau dirbs, kad jų CAB taptų perspektyviu energijos šaltiniu tiek Žemei, tiek kosmosui.
„Esu labai dėkingas, kad gavome NIAC finansavimą, – sakė Morrisonas, – mūsų įmonė jau investuoja savo pinigus į šią technologiją. Norėtume, kad CAB būtų „Duracell“ ateities baterija viskam, kas atrodo neįmanoma – pavyzdžiui, ilgalaikėms kosminėms misijoms ar atokiose Žemės aplinkose.
USNC pažangios branduolinės šiluminės varomosios sistemos projektavimo koncepcija palengvinti greitą transportavimą į Mėnulį ir Marsą. Kreditas: USNC
Be CAB baterijų, USNC kompanija kuria ir kitas branduolines technologijas. „CAB naudojami radioizotopai yra karštos uolienos, kurios ilgą laiką gamina pastovią šilumą. Dalijimosi reaktorius yra kitokio tipo branduolinė technologija, kurią galima įjungti ir išjungti, aukštyn ir žemyn“, – aiškina Chrisas. USNC kuria nedidelį modulinį dalijimosi reaktorių, skirtą naudoti Kanados Arktyje, ir šis projektas yra pagrindinis bendrovės pastangų tikslas.
„Kanada kasmet išleidžia šimtus milijonų dyzelinui generatoriams, kad jie galėtų maitinti savo mažus miestelius atokiuose regionuose, – sakė Morrisonas, – ir jie tikrai nori pereiti prie mažų modulinių reaktorių naudojimo.
Pasirodo, kad elektros energijos sistemos, kurios gerai veikia atokiose Žemės vietose, yra tinkamos ir atokiose erdvės vietose. UNSC-Tech, kurioje dirba Morrison, yra USNC dukterinė įmonė, orientuota į aviacijos ir kosmoso pramonę ir pažangias antžemines sistemas. „USNC-Tech“ kartu su NASA ir DARPA kuria dalijimosi varomosios jėgos technologiją, taip pat Mėnulio ir Marso reaktorių, pavadintą „Pylono reaktoriumi“.
„USNC-Tech kuria „LEGO“ kaladėles, skirtas kosminėms branduolinėms technologijoms. Kosminėse misijose būtų naudojamos tos pačios pagrindinės antžeminės technologijos, išdėstytos kitokia konfigūracija, kad naujose vietose padarytų drąsių dalykų“, – aiškino Morrisonas. „Tačiau „Extra Solar Express NIAC“ tikriausiai yra mano mėgstamiausias.
Pagrindinio vaizdo antraštė:Menininko pavaizduotas Extrasolar Object Perceptor. Kreditas: Christopheris Morrisonas