Новая концепция перехвата межзвездного объекта 3I/ATLAS с использованием маневра Солнечного Оберта

США - Информационное агентство Эхбари

Новая концепция перехвата межзвездного объекта 3I/ATLAS с использованием маневра Солнечного Оберта

Прибытие межзвездного объекта 3I/ATLAS в нашу Солнечную систему вызвало значительный научный интерес, что привело к появлению множества предложений о миссиях по сближению для его детального изучения. Являясь третьим известным межзвездным объектом (ISO), обнаруженным на сегодняшний день, потенциальные научные результаты от прямого наблюдения огромны и обещают революционные открытия о небесных телах за пределами нашего Солнца. Однако присущие сложности в разработке архитектуры миссии для перехвата межзвездной кометы весьма существенны. Среди этих препятствий – уровень технологической готовности (TRL) предлагаемых двигательных установок, варьирующихся от обычных химических ракет до более продвинутых концепций, таких как двигатели с направленной энергией (DEP).

Исторически сложилось так, что предложения миссий в основном концентрировались на химических ракетах, запускаемых с Земли. Примеры включают миссию НАСА "Янус" и "Кометный перехватчик" Европейского космического агентства (ESA), а также использование существующих миссий, таких как зонд "Юнона", путем корректировки их траекторий для сближения с объектом. В недавнем значительном событии исследователи из Инициативы по межзвездным исследованиям (i4is) представили новый подход в опубликованной статье. Они предлагают отказаться от миссии прямого трансфера, которая стартовала бы с Земли в ближайшее время. Вместо этого их исследование демонстрирует возможность перехвата 3I/ATLAS миссией, запущенной в 2035 году, с использованием непрямого маневра Солнечного Оберта.

Исследование возглавил Адам Хибберд, инженер-программист и исследователь в области астронавтики в i4is, владелец Hibberd Astronautics Ltd. К нему присоединились Т. Маршалл Юбенкс, главный научный сотрудник Space Initiatives Inc. и генеральный директор Asteroid Initiatives LLC., а также Андреас Хайн, доцент аэрокосмической инженерии Люксембургского университета и главный научный сотрудник Междисциплинарного центра по безопасности, надежности и доверию. Их убедительное исследование было принято к публикации в престижном "Журнале Британского межпланетного общества" (JBIS).

Основные препятствия для прямой миссии по сближению с 3I/ATLAS связаны со сложной небесной механикой объекта, его чрезвычайно высокой гелиоцентрической скоростью и относительно поздним временем его первоначального обнаружения. Орбитальная механика фактически исключает миссию сближения, которая полагается исключительно на бортовую двигательную установку для уравнивания скорости кометы, что необходимо для длительного изучения объекта вблизи. Следовательно, миссия пролета является более практичной альтернативой. Однако высокая скорость и позднее обнаружение 3I/ATLAS делают проблематичной даже прямую миссию пролета, поскольку оптимальное окно запуска уже прошло до идентификации объекта.

Хибберд подробно описал эти проблемы в электронном письме Universe Today: "Для прямой миссии объект 3I/ATLAS был обнаружен слишком поздно, уже пройдя внутреннюю часть орбиты Юпитера со скоростью, превышающей 60 км/с. Оказалось, что это произошло после оптимальной даты запуска для прямой миссии по его перехвату. В одной из статей даже указывалось на трудности для космического аппарата 'Comet Interceptor', если бы он уже находился в точке Лагранжа L2 Солнце-Земля, когда был обнаружен 3I/ATLAS."

Именно здесь в игру вступают опыт Хибберда и разработанное им программное обеспечение Optimum Interplanetary Trajectory Software (OITS). Он использовал OITS, инструмент, предназначенный для оценки осуществимости как прямых, так и непрямых миссий, нацеленных на ISO. OITS имеет проверенный послужной список успешного решения сложных траекторий миссий, включая маневры Солнечного Оберта, в частности, в предыдущем исследовании i4is для проекта "Лира", целью которого было перехватить 'Оумуамуа, первый обнаруженный ISO. Интегральной частью проекта "Лира" и других миссий, использующих OITS, является стратегическое использование гравитационных маневров (GA) и маневров Оберта.

Гравитационные маневры включают использование гравитации планеты или луны в качестве "пращи" для увеличения скорости. Маневр Оберта, напротив, включает космический аппарат, находящийся под гравитационным влиянием массивного тела (Солнца). Он ожидает максимального сближения с Солнцем (перигелий), прежде чем произвести запуск двигателей. Это применение тяги в перигелии использует эффект Оберта, значительно увеличивая гелиоцентрическую скорость космического аппарата. Этот импульс может либо позволить космическому аппарату достичь скорости ухода из Солнечной системы, либо обеспечить необходимую скорость для сближения с удаленным ISO.

Хибберд далее пояснил стратегию Солнечного Оберта: "Вариант Солнечного Оберта разработан для случаев, когда межзвездный объект прошел свой перигелий и быстро удаляется от Солнца. Он признает тот факт, что для перехвата такого объекта космическим аппаратом требуется огромная скорость, и использует так называемый 'эффект Оберта' для генерации этой скорости. Когда космический аппарат приближается к Солнцу, гравитационное притяжение Солнца увеличивает его скорость до достижения перигелия. Затем космический аппарат запускает свои твердотопливные двигатели в этой оптимальной точке, чтобы максимизировать 'эффект пращи' и ускорить зонд до целевого объекта, в данном случае 3I/ATLAS."

Моделирование с использованием OITS подтвердило возможность перехвата 3I/ATLAS с помощью маневра Солнечного Оберта. Однако моделирование определило конкретное окно запуска: 2035 год. Этот год был определен как оптимальный для достижения необходимого выравнивания между Землей, Юпитером и 3I/ATLAS, минимизируя требования к двигательной установке, производительности ракеты-носителя и времени полета. Расчетная продолжительность полета составляет примерно 50 лет, хотя Хибберд отмечает возможность ее незначительного сокращения.

Хотя 50-летнее путешествие может показаться долгим, научные результаты считаются революционными. Межзвездные объекты являются остатками формирования планетных систем в других звездных системах. Их изучение предлагает уникальную возможность понять чужие колыбели планет без огромных затрат времени и средств на путешествие к этим далеким звездам. Хотя двигатели с направленной энергией исследуются для будущих межзвездных миссий, их текущий уровень TRL, вероятно, еще десятилетиями будет недоступен для практического применения. А пока миссия, использующая современные технологии и маневр Солнечного Оберта, может достичь аналогичных научных целей в сопоставимые сроки. Такая миссия-перехватчик может предоставить бесценные данные о планетных системах за пределами нашей собственной, даже если прямое межзвездное путешествие остается отдаленной перспективой.

Информационное агентство Эхбари