Selama beberapa dekade, kita hanya bisa membayangkan seperti apa tampilan permukaan Pluto. Sekarang, kita memiliki yang asli.
Gambar dan data dari flyby misi New Horizons dari Pluto pada Juli 2015 menunjukkan kepada kita dunia yang secara mengejutkan menakjubkan dan aktif secara geologis. Para ilmuwan telah menggunakan kata-kata seperti 'ajaib,' menakjubkan 'dan' wonderland ilmiah 'untuk menggambarkan pandangan jarak dekat yang telah lama ditunggu-tunggu dari Pluto yang jauh.
Meskipun para ilmuwan masih menganalisis data dari New Horizons, ide-ide mulai merumuskan tentang mengirim pesawat ruang angkasa lain ke Pluto, tetapi dengan misi pengorbit jangka panjang alih-alih terbang cepat.
“Misi selanjutnya yang sesuai untuk Pluto adalah pengorbit, mungkin dilengkapi dengan pendarat jika kita memiliki cukup dana untuk melakukan keduanya,” penyelidik utama Cakrawala Baru Alan Stern mengatakan kepada Space Magazine pada bulan Maret.
Minggu ini, Stern telah berbagi di media sosial bahwa tim sains New Horizons bertemu. Namun, secara terpisah, kelompok lain mulai berbicara tentang kemungkinan misi berikutnya ke Pluto.
Beberapa adegan dari lokakarya Pluto Follow On Mission di Houston kemarin. #TheFutureIsBright # Back2Pluto #PlutoFlyby pic.twitter.com/wrLZztHL01
- AlanStern (@AlanStern) 25 April 2017
Mendapatkan pesawat ruang angkasa ke wilayah luar tata surya kita secepat mungkin memberikan tantangan, terutama karena mampu memperlambat cukup untuk memungkinkan masuk ke orbit di sekitar Pluto. Untuk cakrawala Baru yang cepat dan ringan, misi orbital tidak mungkin dilakukan.
Sistem propulsi apa yang memungkinkan misi pengorbit Pluto dan / atau pendarat?
Beberapa ide sedang dilontarkan.
Sistem Peluncuran Antariksa
Satu konsep mengambil keuntungan dari Space Launch System (SLS) NASA yang besar dan baru, yang saat ini sedang dikembangkan untuk memungkinkan misi manusia ke Mars. NASA menggambarkan SLS sebagai "dirancang untuk fleksibel dan dapat dikembangkan dan akan membuka kemungkinan baru untuk muatan, termasuk misi ilmiah robot." Bahkan versi Blok 1 pertama dapat meluncurkan 70 metrik ton (versi selanjutnya mungkin dapat mengangkat hingga 130 metrik ton.) Blok 1 akan ditenagai oleh penguat roket kembar lima segmen dan empat mesin propelan cair, dengan usulan 15% lebih dorong saat diluncurkan daripada roket Saturn V yang mengirim astronot ke Bulan.
Tetapi misi pengorbit ke Pluto mungkin bukan penggunaan terbaik SLS sendirian.
Dibutuhkan banyak bahan bakar untuk mempercepat kendaraan ke kecepatan yang cukup cepat untuk sampai ke Pluto dalam jumlah waktu yang wajar. Sebagai contoh, New Horizons adalah pesawat ruang angkasa tercepat yang pernah diluncurkan, menggunakan roket Atlas V yang dilengkapi dengan booster tambahan, ia melakukan pembakaran besar ketika New Horizons meninggalkan orbit Bumi. Pesawat ruang angkasa ringan melaju menjauh dari Bumi dengan kecepatan 36.000 mil per jam (sekitar 58.000 km / jam), kemudian menggunakan bantuan gravitasi dari Jupiter untuk meningkatkan kecepatan New Horizons hingga 52.000 mph (83.600 km / jam), menempuh hampir satu juta mil ( 1,5 juta km) sehari dalam perjalanan 3 miliar mil (4,8 miliar km) ke Pluto. Penerbangan itu memakan waktu sembilan setengah tahun.
“Untuk memasuki orbit Pluto, kendaraan [seperti SLS] harus meningkatkan kecepatan yang sama, lalu berbalik dan melambat selama setengah perjalanan untuk tiba di Pluto dengan kecepatan bersih nol relatif terhadap planet ini,” jelas Stephen Fleming , seorang investor di beberapa startup alt-space termasuk XCOR Aerospace, Planetary Resources, dan NanoRacks. "Sayangnya, karena tirani persamaan roket, Anda harus membawa semua bahan bakar / propelan untuk melambat bersama Anda saat peluncuran ... yang berarti mempercepat pengorbit DAN semua bahan bakar pada fase awal. Itu membutuhkan lebih banyak bahan bakar secara logaritma untuk pembakaran awal, dan ternyata BANYAK bahan bakar. ”
Fleming mengatakan kepada Space Magazine bahwa menggunakan SLS multi-miliar dolar untuk meluncurkan pengorbit Pluto, Anda akan meluncurkan seluruh muatan penuh propelan hanya untuk mempercepat dan memperlambat pengorbit Pluto kecil.
"Itu misi yang luar biasa mahal," katanya.
Propulsi RTG-Ion
Pilihan yang lebih baik mungkin menggunakan sistem propulsi teknologi gabungan. Stern menyebutkan sebuah penelitian NASA yang memandang menggunakan SLS sebagai kendaraan peluncuran dan untuk mendorong pesawat ruang angkasa ke arah Pluto, tetapi kemudian menggunakan mesin ion bertenaga RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator) untuk kemudian mengerem untuk kedatangan orbit.
Sebuah RTG menghasilkan panas dari peluruhan alami plutonium-238 tingkat non-senjata, dan panas diubah menjadi listrik. Mesin ion RTG akan menjadi sistem propulsi ion yang lebih kuat daripada mesin ion listrik tenaga surya saat ini di pesawat ruang angkasa Dawn, yang sekarang mengorbit Ceres, di sabuk asteroid, plus itu akan memungkinkan operasi di tata surya luar, jauh dari Matahari. Mesin ion bertenaga nuklir ini akan memungkinkan pesawat ruang angkasa melambat dan masuk ke orbit.
"SLS akan mendorong Anda untuk terbang ke Pluto," kata Stern, "dan itu benar-benar akan memakan waktu dua tahun untuk melakukan pengereman dengan propulsi ion."
Stern mengatakan waktu penerbangan untuk misi semacam itu ke Pluto adalah tujuh setengah tahun, dua tahun lebih cepat dari New Horizons.
Propulsi Fusion
Tetapi opsi yang paling menarik adalah usulan Pluto Orbiter dan Lander yang diusulkan yang saat ini sedang dalam penelitian Fase 1 di NASA's Innovative Advanced Concepts (NIAC).
Proposal menggunakan mesin Direct Fusion Drive (DFD) yang memiliki tenaga dan tenaga di satu perangkat terintegrasi. DFD memberikan daya dorong tinggi untuk memungkinkan waktu penerbangan sekitar 4 tahun ke Pluto, ditambah kemampuan mengirim massa besar ke orbit, mungkin antara 1000 hingga 8000 kg.
DFD didasarkan pada reaktor fusi Princeton Field-Reversed Configuration (PFRC) yang telah dikembangkan selama 15 tahun di Laboratorium Fisika Plasma Princeton.
Jika sistem propulsi ini bekerja sesuai rencana, ia dapat meluncurkan pengorbit Pluto dan pendarat (atau mungkin penjelajah), dan memberikan daya yang cukup untuk mempertahankan pengorbit dan semua instrumennya, serta mengirimkan banyak daya ke pendarat. Itu akan memungkinkan kendaraan permukaan untuk mengembalikan video ke pengorbit karena itu akan memiliki kekuatan yang sangat besar, menurut Stephanie Thomas dari Princeton Satellite Systems, Inc., yang memimpin penelitian NIAC.
“Konsep kami secara umum diterima sebagai,‘ wow, itu terdengar sangat keren! Kapan saya bisa mendapatkannya? '"Thomas memberi tahu Space Magazine. Dia mengatakan dia dan timnya memilih prototipe Pluto pengorbit dan misi pendarat dalam proposal mereka karena itu adalah contoh yang bagus dari apa yang dapat dilakukan dengan roket fusi.
Sistem fusi mereka menggunakan array linier kecil dari kumparan solenoid, dan bahan bakar pilihan mereka adalah deuterium helium 3, yang memiliki produksi neutron yang sangat rendah.
"Ini cocok di pesawat ruang angkasa, itu cocok untuk kendaraan peluncuran," Thomas menjelaskan dalam pembicaraan simposium NIAC (ceramahnya dimulai sekitar 17:30 di video terkait). “Tidak ada lithium, atau bahan berbahaya lainnya, ini menghasilkan sangat sedikit partikel yang merusak. Ini tentang ukuran minivan atau truk kecil. Sistem kami lebih murah dan lebih cepat untuk dikembangkan daripada proposal fusi lainnya. "
Tim Princeton telah mampu menghasilkan pulsa 300 milidetik dengan percobaan pemanasan plasma mereka, urutan besarnya lebih baik daripada sistem lainnya.
"Rintangan terbesar adalah fusi itu sendiri," katanya. "Kita perlu membangun eksperimen yang lebih besar untuk menyelesaikan membuktikan metode pemanasan baru, yang akan membutuhkan urutan sumber daya yang lebih besar daripada yang telah diterima proyek dari Departemen Energi sejauh ini," kata Thomas melalui email. "Namun, itu masih kecil dalam skema besar proyek teknologi canggih, sekitar $ 50 juta."
Thomas mengatakan bahwa DARPA telah menghabiskan lebih banyak pada banyak inisiatif teknologi yang akhirnya dibatalkan. Dan itu juga jauh lebih sedikit daripada teknologi fusi lain yang diperlukan untuk tahap penelitian yang sama, karena mesin kami sangat kecil dan memiliki konfigurasi kumparan yang sederhana. " (Thomas mengatakan telah melihat anggaran untuk ITER, proyek penelitian fusi nuklir internasional dan rekayasa, yang saat ini berjalan lebih dari $ 20 miliar).
"Sederhananya, kita tahu metode kita memanaskan elektron dengan sangat baik dan dapat melakukan ekstrapolasi pada ion pemanas, tetapi kita perlu membangun dan membuktikannya," katanya.
Thomas dan timnya saat ini bekerja pada teknologi "keseimbangan pabrik" - subsistem yang akan diperlukan untuk mengoperasikan mesin di ruang angkasa, dengan asumsi metode pemanasan berfungsi sebagaimana diprediksi saat ini.
Dalam hal misi Pluto sendiri, Thomas mengatakan tidak ada rintangan khusus pada pengorbit itu sendiri, tetapi itu akan melibatkan peningkatan beberapa teknologi untuk mengambil keuntungan dari jumlah daya yang sangat besar yang tersedia, seperti komunikasi optik.
"Kita bisa mendedikasikan puluhan atau lebih kW daya untuk laser komunikasi, bukan 10 watt, [seperti misi saat ini]," katanya. “Fitur unik lain dari konsep kami adalah mampu mengirimkan banyak daya ke pendarat. Ini akan memungkinkan kelas baru instrumen sains planet seperti latihan yang kuat. Teknologi untuk melakukan ini ada tetapi instrumen spesifik perlu dirancang dan dibangun. Teknologi tambahan yang akan dibutuhkan yang sedang dikembangkan di berbagai industri adalah radiator ruang ringan, kabel superkonduktor generasi baru, dan penyimpanan kriogenik jangka panjang untuk bahan bakar deuterium. "
Thomas mengatakan penelitian NIAC mereka berjalan dengan baik.
"Kami terpilih untuk studi NIAC Tahap II, dan sedang dalam negosiasi kontrak sekarang," katanya. "Kami sedang sibuk bekerja pada model kesetiaan yang lebih tinggi dari dorongan mesin, merancang komponen lintasan, dan mengukur berbagai subsistem, termasuk gulungan superkonduktor," katanya. "Perkiraan kami saat ini adalah bahwa mesin 1 hingga 10 MW tunggal akan menghasilkan daya dorong antara 5 dan 50 N, pada sekitar 10.000 detik impuls spesifik."
Laser Listrik ke Pluto
Kemungkinan propulsi futuristik lainnya adalah sistem berbasis laser yang diusulkan oleh Yuri Milner untuk proposal Breakthrough Starshot, di mana kubus kecil dapat tersentak oleh laser di Bumi, pada dasarnya pesawat ruang angkasa "bug zapping" untuk mencapai kecepatan luar biasa (mungkin jutaan mil / km per jam) ) untuk mengunjungi tata surya luar atau di luar.
"Tidak terlalu penting bagi kita untuk menggunakan teknologi semacam ini, karena kita harus menunggu puluhan tahun hanya untuk ini untuk dikembangkan," kata Stern. "Tetapi jika Anda bisa mengirim pesawat ruang angkasa ringan dan murah dengan kecepatan seperti sepersepuluh kecepatan cahaya berdasarkan laser dari Bumi. Kami dapat mengirim pesawat ruang angkasa kecil ini ke ratusan atau ribuan objek di Sabuk Kuiper, dan Anda akan berada di sana dalam waktu dua setengah hari. Anda bisa mengirim pesawat ruang angkasa melewati Pluto setiap hari. Itu akan sangat mengubah permainan. ”
Masa Depan Realistis
Tetapi bahkan jika semua orang setuju pengorbit Pluto harus dilakukan, tanggal paling awal untuk misi semacam itu adalah antara awal tahun 2020 dan awal 2030-an. Tapi itu semua tergantung pada rekomendasi yang diajukan oleh survei dekadal komunitas ilmiah berikutnya, yang akan menyarankan misi paling prioritas untuk Divisi Planetary Science NASA.
Survei Decadal ini adalah "roadmap" 10 tahun yang menetapkan prioritas sains dan memberikan panduan tentang ke mana NASA harus mengirim pesawat ruang angkasa dan jenis misi apa yang seharusnya. Survei Decadal terakhir diterbitkan pada 2011, dan itu menetapkan prioritas sains planet hingga 2022. Yang berikutnya, untuk 2023-2034, kemungkinan akan diterbitkan pada 2022.
Misi New Horizons adalah hasil dari saran dari Decadal Survey planetary sains 2003, di mana para ilmuwan mengatakan mengunjungi sistem Pluto dan dunia di luar adalah tujuan prioritas utama.
Jadi, jika Anda memimpikan pengorbit Pluto, terus bicarakan.
