Szupergyors űrszonda hozhat mintát egy Naprendszeren átszáguldó csillagközi objektumról

A NASA szupersebességű űrszondát tervez egy jövőbeli, csillagközi térből érkező természetes kis égitest közeli vizsgálatára, illetve a felszínéről anyagminta vételére, majd a minta Földre történő visszahozására.

A Naprendszerben a Neptunusz közepes naptávolságáig elérő képzeletbeli gömbön belül a becslések szerint állandóan mintegy tízezer olyan kis égitest tartózkodik, amelyek a csillagközi térből érkeztek. Ezek a Tejútrendszer valamelyik csillaga körül alakultak ki, majd évmilliókkal ezelőtt egyszer kikerültek onnan, és elkezdték bolyongásukat a csillagközi térben. A belső Naprendszeren egyébként mintegy 7-10 csillagközi eredetű kis égitest haladhat át évente. A Naprendszerbe tévedt ilyen kis égitestek zöme csak átszáguld bolygórendszerünkön, mint például az elsőnek azonosított kis égitest, az 1I/’Oumuamua, illetve a valódi üstökös-tulajdonságokat mutató 2I/Borisov is.

Az alábbi kép az aszteroida kinézetű ‘Oumuamua kis égitest művészi ábrázolását mutatja.

A kiterjedt kómát és porcsóvát mutató 2I/Borisov üstököst a Hubble-űrtávcső (HST) is megfigyelte.

Már az eddig megfigyelt, és a belső Naprendszeren átszáguldó két csillagközi kis égitest is előrevetíti az ilyen égitestek sokféleségét, fizikai és kémiai tulajdonságaik változatosságát, amelyek a kialakulási helyükre és körülményeikre utalnak. Meglátogatásukkal, sőt belőlük anyagmintát véve és azokat földi laboratóriumokban vizsgálva a valószínű születési helyük behatárolása is lehetővé válhat.

Most egy ilyen űrprogram megvalósítása céljából a NIAC (NASA Innovative Advanced Concepts), vagyis a NASA új, előremutató csúcstechnológiájú programja keretében a SpaceX vállalattal együttműködésben az USNC-Space (Ultra Safe Nuclear Concept – Space, vagyis Ultra-biztonságos Nukleáris Technika Program – Űrtevékenység) munkatársai egy olyan űrszondás misszió előkészítésén dolgoznak, amely a jövőben egy csillagközi térből a Naprendszerbe érkező kis égitest közeli tanulmányozását és a felszínéről anyagminta vételét, annak a Földre történő elhozatalát tűzi ki célul. Az űrprogram neve “Extrasolar Object Interceptor and Sample Return Mission”, azaz “Naprendszeren kívüli objektum szoros megközelítése és a minta visszahozatala küldetés”. Van egy rövidebb, nem hivatalos neve is: “Extrasolar Express”.

Az űrszonda radioizotópos-elektromos meghajtású lenne, ami lényegében egy ionhajtóműhöz hasonló. Azonban eddig az ionhajtóművet a NASA a belső Naprendszerben napelemek által átalakított energiával működtette (pl. Deep Space 1, Dawn szondák), de az új, csillagközi objektumot “elfogó vadásznak” már radioizotópos energiaellátás kell a tervezett nagy naptávolságban történő működéshez.

A NASA USNC-Space vállalkozása egy 500 kg tömegű, 20 kW elektromos teljesítményű szondát tervez. A radioizotópos elemek fajlagos (teljesítmény-egységre eső) tömege 5-8 kg/kW lenne. Ilyen meghajtással 100 km/s “delta V” sebességváltozást képes adni a szondának ahhoz, hogy az elérhesse a Naprendszerbe tévedt nagy sebességű csillagközi látogatót. A “delta V” a szonda egységnyi tömegére vonatkozó impulzusa, és sebesség dimenziójú.

Az űrszonda energiaellátását és meghajtását egy új technológia, a Chargeable Atomic Battery (CAB), vagyis tölthető atomelem (akkumulátor) adja, amely könnyebben, olcsóbban és nagyobb mennyiségben állítható elő, mint a plutónium-238 (Pu-238), amit eddig a Naptól távolra indított űrszondákban alkalmaztak. Bár a Pu-238 nagy előnye, hogy a felezési ideje 88 év, ami hosszú időtartamú űrmissziókat tesz lehetővé (Pioneer-10 és 11, Voyager-1 és 2, New Horizons), de az űreszközök igényeihez képest csak nagyon nehezen állítható elő. A programban társult SpaceX hordozórakétájával egyébként akár 20 tonna hasznos terhet lehet pályára állítani, míg a csillagközi objektumra vadászó szonda üzemanyaggal és hasznos terhével is 1 tonna alatt marad.

A CAB akkumulátorokban nem radioaktív anyagok vannak, amelyeket radioaktív besugárzással aktiválhatnak, vagyis “bekapcsolhatók”, és így adott radioizotópok keletkeznek, amelyek az energiatermelő fűtőelemek lesznek. Christopher Morrison, a NIAC-Space vezetője szerint az 5,7 év felezési idejű kobalt-60 (Co-60) és a 128,6 nap felezési idejű thullium-170 (Tm-170) alkalmazhatók a CAB-ekben. Ezek a Pu-238-hoz képest jóval rövidebb felezési idejű izotópok a mintegy 10 éves küldetésre tervezett NASA szondában jól alkalmazhatóak, és egyszerűbben kezelhetők. A besugárzás megszüntetésével ki is lehet kapcsolni a rendszert, vagyis egy űrbéli (űrszonda) vagy akár földi alkalmazás során egy adott eszköz energiaellátása, meghajtása ki/bekapcsolható.

Mivel a csillagközi térből a Naprendszerbe érkező objektumok nagy sebességgel és várhatóan a Föld pályasíkjához (ekliptika) képest nagy szöggel hajló pályákon mozognak, ezért a Jupiter nagy tömegvonzását fogják felhasználni ahhoz, hogy a szondát a csillagközi vándorhoz irányítsák. Tehát az űrszonda először a Jupitert érné el, és mint a korábbi űrszondák, az óriásbolygó tömegvonzását kihasználva a célobjektum felé venné útját. A szonda nagy sebessége lehetővé tenné, hogy elérje a csillagközi látogatót. Az is lehetséges, hogy a szonda leparkolna a Jupiter pályájához közel, és csak az alkalmas csillagközi objektum felfedezése után indulna el nagy sebességgel a Jupiter közelébe, onnan pedig módosított pályán a csillagközi kis égitesthez. A misszió teljes időtartama a starttól a minta Földre való elhozataláig a tervek szerint mintegy tíz év lenne.

Mivel a NASA Extrasolar Object Interceptor szondája az OSIRIS-REx szondához hasonlóan gyűjt mintát a célobjektumról, emlékeztetőül az alábbi képen a NASA OSIRIS-REx űrszondáját mutatjuk be a “Touch-and-Go” (“Érintsd meg és menj tovább!”) manőver során. Egyébként az OSIRIS-REx a Bennu kisbolygóról gyűjtött mintákkal 2021. május 10. óta már úton van a Föld felé, és a tervek szerint 2023. szeptember 24-én a visszatérő kapszulában a minták megérkeznek a Földre.

A NIAC Extrasolar Object Interceptor küldetés előkészítésének első fázisa 2021-ben kiválasztásra került, és az előzetes tervezése elkezdődött. A szonda indításának tervezett időpontja ma még nem ismert.

Az USNC-Tech által egyébként elsősorban űrkutatási célokra kifejlesztett
innovatív CAB technológia a holdi és marsi eszközökön (pl. marsi “Pylon reaktor”) kívül földi célokra is alkalmazható.

Megemlítjük, hogy az Európai Űrügynökség (ESA) magyar részvétellel
megvalósítandó Comet Interceptor űrmissziója elsődlegesen a Naprendszer Oort-felhőjéből érkező, dinamikailag új üstökösök közelében történő elrepülésre hivatott, de nem zárható ki, hogy a Föld pályájának közelébe kerülő, a csillagközi térből érkezett kis égitest lehet a célpontja. Az ESA szonda a tervek szerint a 2020-as évek végén indulna útnak.

A hír a GINOP-2.3.2-15-2016-00003 “Kozmikus hatások és kockázatok” projekt témaköréhez kapcsolódik.

Forrás: csillagászat .hu