A külső Naprendszerbe irányuló felfedező küldetések még mindig nagyon hiányoznak, annak ellenére, hogy a 2013-2022 közötti bolygótudományi évtizedes felmérés (Planetary Science Decadal Survey) kiemelten kezeli őket. Valójában a külső Naprendszer számos bolygóját még soha nem kereste meg szonda. Különösen egy bolygó, az Uránusz esetében a Voyager 2 adataira kell hagyatkoznunk, amelynek műszereit több mint 50 évvel ezelőtt tervezték, vagy a földi megfigyelésekre. Egyik megoldás sem képes igazán megérteni a furcsa fizikát, ami ezen a lényegében az oldalán fekvő bolygón zajlik. És bár már rengeteg javasolt küldetés-architektúra született, hogy megnézzük, mindig szórakoztató megnézni egy-egy újat, amikor felbukkan. Egy stanfordi csapat egy új koncepcióval állt elő, amelynek neve Sustained CubeSat Activity Through Transmitter Electromagnetic Radiation (SCATTER). Az ötlet továbbfejlesztésére a NASA Institute for Advanced Concepts ösztöndíjat kapott. Nemrég kiadtak egy tanulmányt, amibe érdemes beleásni magunkat itt.
Az Uránusz felfedezésének egyik legnagyobb akadálya az, hogy hogyan lehetne az ottani küldetést energiával ellátni. Túl messze van ahhoz, hogy a napelemek ténylegesen hasznosak legyenek, így az egyetlen más járható út a rádióizotópos hőgenerátor (RTG). Ezeket olyan küldetéseken használták, mint a Voyager-szondák, és azóta fokozatosan továbbfejlesztették őket. Ezek azonban nagyok és terjedelmesek, így kisebb műholdak esetében nem praktikusak.
Az Uránusz környezete ráadásul olyan dinamikus, hogy egyetlen műholdról nehéz lenne megfigyelni. Mágneses mezeje, az uráni rendszer egyik legizgalmasabb része, szinte naponta változik. Egyetlen orbitális szonda nem lenne képes érzékelni a szükséges változásokat ebben a rendszerben, mivel egy adott időpontban csak egyetlen térbeli adatpontot tudna gyűjteni a mágneses mezőről.
Jobb lenne, ha több szondát helyeznénk el érzékelőkkel az egész Uránrendszerben. Így különböző térbeli kilátópontokból figyelhetnék a mágneses mező dinamikus változását. De bármilyen ilyen többszondás rendszert megfizethetetlenül drága lenne saját RTGS-ükkel az Uránuszra küldeni.
Ezért Dr. Sigrid Close és csapata a Stanfordon úgy döntöttek, hogy egy másik feltörekvő technikával próbálják megoldani a problémát – az energiasugárzással. Nemrégiben beszámoltunk egy sikeres tesztről, amelynek során egy energiaszatellitet sugároztak vissza energiát a Földre egy első kísérlet keretében. A fizika törvényei azonban semmi sem korlátozzák a műholdról a földi állomásra történő teljesítménysugárzást. Ugyanez a technológia a Naprendszerben bárhol lévő bármely eszköz távoli áramellátására alkalmas.
A Dr. Close és csapata által kifejlesztett rendszer egy nagy teljesítményű RTG-vel ellátott bázisállomás ötletén alapult, amely aztán egy sor kisebb, érzékelőkkel ellátott CubeSat-ot bocsátana ki az Urán-rendszerben. A bázisállomás ezután energiaforrásként és kommunikációs csomópontként szolgálna a CubeSat-ok számára az egész rendszerben. Az RTG segítségével energiát termelne, és azt energiasugárzással továbbítaná a CubeSat-oknak. A CubeSat-ok pedig figyelnék a helyi környezetet, amelyben találhatók, és olyan adatokat továbbítanának a bázisállomásra, mint a mágneses mezők és egyéb EM-sugárzás, amely aztán a sokkal robusztusabb kommunikációs rendszer segítségével továbbítaná azokat a Földre.
A CubeSat-ok továbbá potenciálisan a bázisállomásról rájuk sugárzott energiát is felhasználhatják a navigációhoz. Egyfajta napvitorla alkalmazásával a CubeSat-ok az energiasugár által biztosított sugárnyomás segítségével kanyaroghatnának az Urán-rendszerben, amely a hatalmas bolygón kívül legalább 27 különböző holdat tartalmaz.
Az energiasugárzás és a vitorla meghajtási rendszere mögött meghúzódó alapvető fizika megértése állt Dr. Close és munkatársai 2022-ben az AIAA SCITECH Forumon közzétett jelentésének középpontjában. Elsősorban az érdekelt, hogy milyen méretű CubeSat lenne ideális a küldetéshez. Egy 0,5U Cubesat mellett állapodtak meg, amely körülbelül 10 cm x 10 cm x 5 cm méretű és körülbelül 500 g súlyú. Ez a konfiguráció hozta a legjobb kompromisszumot a mozgékonyság és az energiaátvitel képessége között.
Ez csak egy a rengeteg koncepció közül, amelyet a következő Uránusz-misszióra javasoltak, és annak ellenére, hogy már 2021-ben elkészült, nem világos, hogy aktív kutatás folyik-e a projekttel kapcsolatban. Az indulásig azonban még rengeteg lépés van hátra. A dokumentum 2043-2045 közötti indítási ablakot javasol, a bolygóra való érkezés pedig 2054-ben várható, így még bőven van idő a küldetés felépítésének további konkretizálására. De egyelőre még az újszerű koncepció terjesztése is megéri, függetlenül attól, hogy a küldetés valaha is napvilágot lát-e.
További érdekes információk:
EXPLORING URANUS THROUGH SCATTER (SUSTAINED CUBESAT/CHIPSAT ACTIVITY THROUGH TRANSMITTED ELECTROMAGNETIC RADIATION)
Supporting Uranus Exploration with Deployable ChipSat Probes
Ten Interesting Facts About Uranus
What Mission Could Detect Oceans at Uranus’ Moons?
