Седна в представлении художника
Статья в журнале Advances in Space Research вышла за авторством исследователей отдела космической динамики и математической обработки информации ИКИ РАН Владислава Зубко и Александра Суханова.
Почему именно Седна так заинтересовала ученых?
Седна – карликовая планета Солнечной системы, которая находится в так называемой области между поясом Койпера (области, расположенной между 30 до 55 астрономических единиц (а. е.) от Солнца) и внутренней границей облака Оорта (гипотетической сферической области Солнечной системы, которая предположительно находится от Солнца на расстоянии от 50 до 100 тысяч а.е., то есть, светового года).
Диаметр Седны оценивается приблизительно в 1000 км (это примерно в два раза меньше, чем у Плутона). Особенность Седны — исключительно вытянутая орбита, полный оборот по которой занимает более 10 тысяч лет. В афелии, самой дальней от Солнца точке своей орбиты, Седна уходит от него на расстояние около 1000 а.е., а в перигелии приближается «всего» на 76 а.е. Для сравнения, у Плутона те же параметры составляют 49,3 а.е. и 29,5 а.е. Но к Плутону уже летали американские «Новые горизонты»…
Сейчас Седна приближается к перигелию. Ближайшую к Солнцу точку орбиты она должна пройти в 2075 году.
– Похоже, именно у нынешнего человечества есть редкая возможность отправить к этому телу космический аппарат и дождаться результата, – считают авторы статьи. – В следующий раз планета подойдет так близко к Солнцу лишь через 10 тысяч лет. Встреча с Седной может дать нам по-настоящему уникальную информацию о том веществе, из которого строилась наша Солнечная система миллиарды лет назад.
Конечно, даже несмотря на перигелий, расстояние до Седны будет огромным. Но человечеству уже под силу отправить туда космический аппарат, считают ученые.
При этом мы можем дождаться даже результатов такой миссии! – говорят авторы проекта, – ведь полет до Седны должен занять не более 50 лет (а по одному из вариантов – менее 18 лет).
Баллистики предлагают в качестве отправной точки – запуск миссии в период с 2029-го по 2037 годы. В межпланетных полётах, чтобы решить проблему набора нужной скорости, часто используются так называемые гравитационные маневры. Проходя вблизи больших планет, космический аппарат как бы «заимствует» часть их орбитальной энергии и меняет свою скорость и направление полёта так, как нужно создателям. В результате гравитационного маневра можно набрать требуемую скорость, расходуя очень мало топлива. Но подобные схемы накладывают сильные ограничения на время старта — планеты должны находиться в «правильной» конфигурации.
Ученые рассмотрели несколько схем гравитационных маневров с использованием Венеры, Земли, Юпитера, Сатурна и Нептуна. Для каждого сценария оценивалась прибавка к скорости, которую может получить аппарат при пролетах, и время, за которое он достигнет конечной цели — Седны.
Оказалось, что наиболее благоприятен для старта 2029 год. При разумных ограничениях на общие затраты топлива и облётах Венеры, Земли и Юпитера время полёта до Седны может составить менее 18 лет. При старте миссии в 2031 и 2034 годах наименьшее время полёта к Седне составит соответственно 26 и 23 года. Старт в 2034 году предоставляет еще одну возможность: в дополнение к облётам Венеры, Земли и Юпитера может быть использован облёт Нептуна на близком расстоянии.
Вот один из сценариев миссии, предложенный сотрудниками ИКИ РАН. Старт аппарата – 29 октября 2029 года, прибытие к Седне – 25 октября 2059 года. Предусмотрены гравитационные маневры у Венеры, Земли, Юпитера, а также одно включение двигателей для изменения орбиты во время движения.
Но возможный сценарий миссии определяется не только скоростью и затратами топлива, приходится учитывать и многие другие факторы. Например, при пролете вблизи Юпитера его мощные радиационные пояса могут повредить бортовую электронику, поэтому необходимо либо снабдить аппарат дополнительной радиационной защитой, либо обеспечить пролёт Юпитера на достаточно большом расстоянии.
Сценарий миссии не предусматривает выхода на орбиту вокруг Седны — это потребовало бы недопустимо больших затрат топлива. Аппарат пролетит вблизи карликовой планеты подобно зонду «Новые горизонты», пролетевшему мимо Плутона в 2015 году и исследовавшему эту планету с пролетной траектории. Кстати, похожим же образом, с пролетной траектории была исследован и комета Галлея в 1986 году. В той миссии использовались советские аппараты «Вега».
Направляясь к Седне, аппарат также может сблизиться с некоторыми астероидами из Главного пояса и попутно исследовать их. В числе кандидатов для сближения оказались такие крупные астероиды как Массалия (145,5 км в диаметре) и Психея (253,2 км), их пролет возможен при запуске соответственно в 2029 и 2034 годах.
