NASAが冥王星探査機のミッションを検討中

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NASAのニューホライズンミッションは、氷の小惑星である冥王星について多くのことを教えてくれました。しかし、宇宙船は冥王星をすごく速く飛んできて、惑星の一方の側、いわゆる「遭遇側」の高解像度画像しか得られませんでした。 New Horizonsは理解に大きな飛躍をもたらしましたが、ある意味で、回答よりも多くの質問をしました。

次のステップは明らかにオービターであり、NASAはこれを真剣に検討し始めています。

NASAはSouthwest Research Institute（SwRI）にアイデアの開発を開始するための資金を提供しました。 SwRIは、「将来起こり得る冥王星探査機ミッションの重要な属性、実現可能性、およびコスト」を調査する任務を負っています。

確かなことにはほど遠い。この研究は、次回の惑星科学10年調査に先立ってNASAによって承認された10件のうちの1件です。この調査では、オービターとそのペイロードの設計要件を作成し、予備的なコスト見積もりを行い、ミッションに必要な新しいテクノロジーのリスクを評価します。この研究の結果は、2020年に始まる全米アカデミーの惑星10年間研究に配信されます。

ニューホライズンズは、冥王星を訪れた後、カイパーベルトを深く掘り下げ、ウルティマトゥーレとしても知られるカイパーベルトオブジェクト（KBO）である2014 MU69を訪れました。宇宙船は3番目のKBOを訪問するかもしれません。提案された冥王星オービターは、同様の道をたどります。

「この調査で10年間の調査の審議に情報を提供するこの機会に興奮しています」と、この取り組みを率いるSwRIのカーリーハウエット博士は述べました。「私たちのミッションのコンセプトは、1機の宇宙船を地球の2年間、冥王星の周回軌道に乗せて、少なくとも1つのKBOと1つの他のKBO準惑星を訪問することです。」

冥王星オービターに関するSwRIの以前の研究は、この研究の基礎を築きました。 2018年、SwRIは独自の研究資金を使用して、冥王星を調査してからカイパーベルトにさらに進むことができる軌道ツアーのアイデアを開発しました。

「…冥王星の最大の月であるカロンの重力アシストを使用して、冥王星の軌道を脱出し、カイパーベルトに戻ることができます...」
サウスウェスト研究所、アラン・スターン博士

「この新しいNASA資金による研究に先行するSwRI資金による研究では、計画された能力ロケットと既存の電気推進システムでミッションが可能であることを示す、冥王星システムの軌道ツアーを開発しました」とSwRIの主任研究員のアラン・スターン博士は述べたNew Horizonsミッションのほか、SwRIが資金提供した研究の「また、冥王星の最大の月であるカロンからの重力アシストを使用して、冥王星の軌道を脱出し、カイパーベルトに戻って、MU69のようなより多くのKBOと冥王星と比較するための少なくとも1つの準惑星を探索することが可能であることも示しました。」

冥王星へのオービターミッションの主要なハードルは推進剤です。冥王星の周りを周回し、その月、大気、太陽風の相互作用、および冥王星システムの他の側面を研究するには、多くの推進剤が必要です。しかし、2018年の研究では、冥王星のオービターが冥王星の衛星カロンからの重力アシストを使用して、冥王星を数年間研究し、同じ重力アシストを使用してカイパーベルトにさらに深く進入できることが示されました。これは、カッシーニミッションが土星の大きな月のタイタンを使用した方法に似ています。

「これは画期的なことです」とスターン氏は2018年の調査について語った。「以前は、NASAと惑星科学界は、カイパーベルトの探査における次のステップは、冥王星とその月の研究を「深く行く」か、より小さなカイパーベルトオブジェクトと別の矮小惑星を調べることによって「広くなる」かを選択することだと考えていました冥王星との比較。惑星科学のコミュニティは、次の正しいステップについて議論しました。私たちの調査では、1つのミッションで両方を実行できることが示されています。それはゲームチェンジャーです。」

2018年の計画では、冥王星の最大の衛星であるCharonや他の月面フライバイに接近することもできました。

Tiffany Finleyは、SwRIの宇宙科学およびエンジニアリング部門のソフトウェアリーダーです。「このツアーは最適化には程遠いですが、平面の変化を使用して冥王星の極地と赤道地域を調べながら、冥王星の4つの小さな月のそれぞれに5つ以上のフライバイを作成することができます」とフィンリーは語った。「また、この計画では、プルートの大気に浸ってから、カロンを最後にもう一度使ってカイパーベルトに逃げ込んでから新しい任務を行う前に、カロンとの広範囲にわたる接近を可能にします」と彼女は言った。

2018年の研究では、冥王星オービターがドーンミッションと同じキセノンイオン推進システムを使用して、他のカイパーベルトオブジェクトに移動できることもわかりました。それはまた、オービターがカイパーベルトの別の矮小惑星の周りの軌道に入ることができることを示しました。

「すでに利用可能な電気推進エンジンを使用する単一の任務がこれをすべて行うことができると誰が考えたでしょうか？」スターンは2018年の研究について語った。「私たちのチームは、惑星科学コミュニティが冥王星探査機またはカイパーベルト内の他の天体のフライバイのどちらかを選択する必要がないことを示しましたが、両方を持つことができるので、私はこの複合ミッションを将来の冥王星の「ゴールドスタンダード」と呼びますそしてカイパーベルトの探査。」

冥王星探査機が対処しなければならないいくつかの障害があります。 1つはデータ通信です。 New Horizonsのデータストレージは16 GBしかなく、データをすべて冥王星のフライバイから地球に送信するのに16か月かかりました。これは明らかにオービターには機能しません。データストレージを増やすことは簡単ですが、より強力なデータ転送システムが必要になります。

NASAがSwRIの冥王星探査機の提案に関するより詳細な研究に資金を提供することを決定したことは良い兆候です。 SwRIは、Juno、New Horizons、IBEXなどのミッション管理の実績が豊富です。彼らはまた、複数のNASAおよびESAミッションのための技術と機器を開発しました。

ニューホライズンのおかげで、冥王星は思ったよりはるかに複雑であることがわかります。冥王星の表面は想像以上に活発であることがわかっています。私たちは冥王星が大気を持っていることを知っています、そして私たちは冥王星がかつてその表面に液体を持っていたと思います。冥王星には地下海もあり、おそらく冥王星のいわゆる心臓、トンボー地域に関連している可能性があります。