Die New Horizons-Mission der NASA hat uns viel über Pluto, den Eiszwergplaneten, beigebracht. Aber das Raumschiff raste so schnell an Pluto vorbei, dass wir nur hochauflösende Bilder von einer Seite des Planeten erhielten, der sogenannten „Begegnungsseite“. New Horizons gab uns einen großen Sprung im Verständnis, aber in gewisser Weise stellte es mehr Fragen als es beantwortete.
Der nächste Schritt ist eindeutig ein Orbiter, und jetzt beginnt die NASA ernsthaft über einen nachzudenken.
Die NASA hat das Southwest Research Institute (SwRI) finanziell unterstützt, um mit der Entwicklung der Idee zu beginnen. SwRI hat die Aufgabe, "die wichtigen Eigenschaften, Durchführbarkeit und Kosten einer möglichen zukünftigen Pluto-Orbiter-Mission" zu untersuchen.
Es ist alles andere als sicher. Diese Studie ist eine von zehn Studien, die von der NASA im Vorfeld der nächsten Planetary Science Decadal Survey genehmigt wurden. Die Studie wird Entwurfsanforderungen für einen Orbiter und seine Nutzlast entwickeln, einige vorläufige Kostenschätzungen vornehmen und die Risiken für neue Technologien bewerten, die für die Mission benötigt werden. Die Ergebnisse dieser Studie werden an die Planetary Decadal Study der National Academy geliefert, die im Jahr 2020 beginnt.
New Horizons besuchte Pluto, bevor er tiefer in den Kuipergürtel vordrang und 2014 MU69 besuchte, ein Kuipergürtelobjekt (KBO), das auch als Ultima Thule bekannt ist. Das Raumschiff kann sogar ein drittes KBO besuchen. Der vorgeschlagene Pluto Orbiter würde einen ähnlichen Weg einschlagen.
"Wir freuen uns, diese Gelegenheit zu nutzen, um die dekadischen Umfrageüberlegungen mit dieser Studie zu informieren", sagte Dr. Carly Howett von SwRI, die die Bemühungen leitet. "Unser Missionskonzept ist es, ein einzelnes Raumschiff für zwei Jahre in die Umlaufbahn von Pluto zu schicken, bevor wir uns losreißen, um mindestens einen KBO- und einen anderen KBO-Zwergplaneten zu besuchen."
Die frühere Arbeit des SwRI an einem Pluto-Orbiter legte den Grundstein für diese Studie. Im Jahr 2018 nutzte SwRI ihre eigenen Forschungsgelder, um die Idee für eine Orbital-Tour zu entwickeln, die Pluto untersuchen und dann weiter in den Kuipergürtel hinausgehen kann.
"... es ist möglich, Schwerkrafthilfen von Plutos größtem Mond, Charon, zu verwenden, um der Pluto-Umlaufbahn zu entkommen und in den Kuipergürtel zurückzukehren ..."
Dr. Alan Stern, Southwest Research Institute
"In einer von SwRI finanzierten Studie, die dieser neuen von der NASA finanzierten Studie vorausging, entwickelten wir eine Orbital-Tour des Pluto-Systems, die zeigte, dass die Mission mit geplanten Trägerraketen und vorhandenen elektrischen Antriebssystemen möglich war", sagte Dr. Alan Stern, Hauptforscher von SwRI der New Horizons Mission sowie der SwRI-finanzierten Studie. „Wir haben auch gezeigt, dass es möglich ist, Schwerkrafthilfen von Plutos größtem Mond, Charon, zu verwenden, um der Pluto-Umlaufbahn zu entkommen und in den Kuipergürtel zurückzukehren, um weitere KBOs wie MU69 und mindestens einen weiteren Zwergplaneten im Vergleich zu Pluto zu erkunden. ”
Die Haupthürde bei einer Orbiter-Mission nach Pluto ist das Treibmittel. Es braucht viel Treibmittel, um Pluto zu umkreisen und seine Monde, seine Atmosphäre, seine Wechselwirkungen mit Sonnenwind und andere Aspekte des Pluto-Systems zu untersuchen. Die Studie von 2018 zeigte jedoch, dass ein Pluto-Orbiter Schwerkrafthilfen von Plutos Satelliten Charon verwenden konnte, um Pluto mehrere Jahre lang zu untersuchen, und dieselbe Schwerkraftunterstützung verwenden konnte, um tiefer in den Kuipergürtel vorzudringen. Dies ähnelt der Verwendung des großen Mondtitans Saturn durch die Cassini-Mission.
"Das ist bahnbrechend", sagte Stern über die Studie von 2018. „Früher dachten die NASA und die planetarische Wissenschaftsgemeinschaft, der nächste Schritt bei der Erforschung des Kuipergürtels wäre die Wahl zwischen einer Untersuchung von Pluto und seinen Monden oder einer Untersuchung kleinerer Objekte des Kuipergürtels und eines anderen Zwergplaneten Vergleich mit Pluto. Die planetarische Wissenschaftsgemeinschaft diskutierte, was der richtige nächste Schritt war. Unsere Studien zeigen, dass Sie beides in einer einzigen Mission tun können: Es ist ein Game Changer. "
Der Plan für 2018 sah auch eine Begegnung mit Charon, Plutos größtem Satelliten, sowie anderen Mondfliegen vor.
Tiffany Finley ist Software-Leiterin in der Abteilung für Weltraumwissenschaften und -technik von SwRI. "Diese Tour ist alles andere als optimiert, kann jedoch fünf oder mehr Vorbeiflüge von jedem der vier kleinen Monde von Pluto durchführen und gleichzeitig die Polar- und Äquatorregionen von Pluto anhand von Flugzeugwechseln untersuchen", sagte Finley. "Der Plan sieht auch eine umfassende Begegnung mit Charon vor, bevor er in Plutos Atmosphäre eintaucht, um Proben zu entnehmen, bevor das Fahrzeug Charon ein letztes Mal verwendet, um für neue Aufgaben in den Kuipergürtel zu fliehen", sagte sie.
Die Studie von 2018 zeigte auch, dass ein Pluto-Orbiter dasselbe Xenonionen-Antriebssystem wie die Dawn-Mission verwenden kann, um zu anderen Objekten des Kuipergürtels zu reisen. Es zeigte sich auch, dass der Orbiter eine Umlaufbahn um einen anderen Zwergplaneten im Kuipergürtel betreten konnte.
"Wer hätte gedacht, dass eine einzige Mission mit bereits verfügbaren elektrischen Antriebsmotoren all dies tun könnte?" Stern sagte über die Studie von 2018. „Nachdem unser Team gezeigt hat, dass die planetarische Wissenschaftsgemeinschaft nicht zwischen einem Pluto-Orbiter oder Vorbeiflügen anderer Körper im Kuipergürtel wählen muss, sondern beides haben kann, nenne ich diese kombinierte Mission den‚ Goldstandard 'für zukünftige Pluto und Erkundung des Kuipergürtels. “
Es gibt mehrere Hindernisse, mit denen sich ein Pluto Orbiter befassen muss. Eines ist die Datenkommunikation. New Horizons verfügte nur über 16 GB Datenspeicher und benötigte 16 Monate, um alle Daten vom Pluto-Vorbeiflug zurück zur Erde zu übertragen. Für einen Orbiter funktioniert das offensichtlich nicht. Es ist einfach, den Datenspeicher zu erhöhen, aber es wird ein viel leistungsfähigeres Datenübertragungssystem benötigt.
Dies ist ein gutes Zeichen dafür, dass die NASA beschlossen hat, eine detailliertere Studie zum Pluto Orbiter-Vorschlag des SwRI zu finanzieren. SwRI verfügt über eine langjährige Erfahrung im Missionsmanagement, einschließlich Juno, New Horizons und IBEX. Sie haben auch Technologien und Instrumente für mehrere NASA- und ESA-Missionen entwickelt.
Dank New Horizons wissen wir, dass Pluto viel komplexer ist als wir dachten. Wir wissen, dass die Oberfläche von Pluto weitaus aktiver ist, als wir es uns vorgestellt haben. Wir wissen, dass Pluto eine Atmosphäre hat, und wir denken, dass Pluto einmal Flüssigkeit auf seiner Oberfläche hatte. Pluto kann auch einen unterirdischen Ozean haben, der möglicherweise mit Plutos sogenanntem Herzen, der Tombaugh-Region, verbunden ist.
New Horizons gab uns wirklich nur eine Momentaufnahme von Pluto. Es ist ein äußerst verlockender Schnappschuss, aber der Vorbeiflug dauerte nur etwa 24 Stunden und es gibt noch viel mehr zu lernen.
Mehr:
- Pressemitteilung: SwRI TO PLAN PLUTO ORBITER MISSION
- Pressemitteilung 2018: SwRI TEAM MACHT DURCHBRUCH, UM PLUTO ORBITER MISSION ZU STUDIEREN
- NASA: Ein Jahr später: Die 10 besten Entdeckungen von New Horizons bei Pluto
