«Безвозмездный» полет к Сатурну: исследователи выдвинули концепцию необычной миссии

По расчетам, это позволит всего за три года тщательно исследовать пять спутников газового гиганта, включая известный Энцелад.Расположение некоторых крупных спутников СатурнаИсточник: Kevin Gill из Лос-Анджелеса, Калифорния, США

Инженеры в области аэрокосмических технологий из Италии и Объединенных Арабских Эмиратов разработали оригинальную концепцию зонда для изучения спутников Сатурна. Они представили свою идею в недавней публикации.

Суть заключается в том, чтобы космический аппарат не просто быстро пролетал мимо небесных тел, а продолжительное время находился рядом с ними и оценивал их с различных ракурсов. При этом предлагается минимизировать расход топлива на перемещение по системе газового гиганта, используя вместо этого естественную, «бесплатную» силу — гравитацию планеты и её спутников.

В качестве примера ученые привели известную миссию «Кассини», которая за 13 лет изучения Сатурна облетела 9 его спутников. Наиболее подробные наблюдения были проведены за Титаном (спутником с плотной атмосферой и метановыми океанами): зонд пролетел мимо него 117 раз. 23 раза он прошел мимо знаменитого спутника с подледным океаном и мощными гейзерами — белоснежного Энцелада.

Тем не менее, Мимас удалось наблюдать лишь один раз и с расстояния 9500 километров, хотя он вызывает большой интерес: у него также подозревают наличие подповерхностного океана.

Спутник Сатурна МимасИсточник: NASA

Тем не менее, авторы новой концепции подчеркивают, что даже частые и многочисленные пролеты не совсем соответствуют требованиям планетологов: по итогам таких наблюдений создается все же «обрывочная» картина. Конечно, можно установить орбиту вокруг спутника, но это потребует значительных топливных затрат и сильно ограничит миссию в плане ее целей.

Именно эти сложности и решает предложенная инженерами идея. Они предлагают запустить зонд к спутникам Сатурна по маршруту: Рея, Диона, Тефия, Энцелад и Мимас. По расчетам, аппарат сможет оставаться возле каждого из них как минимум почти сутки, а в случае Реи — целых четыре с половиной дня подряд. В общей сложности облет всех пяти лун займет три с небольшим года, а на это потребуется всего 232 килограмма топлива, в отличие от 700 килограммов, как у «Кассини».

«Кассини» использовал в основном тягу мощного химического двигателя. Для нового зонда предусмотрены гораздо более экономичные ионные электродвигатели на ксеноне или криптоне. Но главное — изощренная траектория полета позволяет максимально эффективно использовать великолепный прием, без которого практически не обходится ни одна межпланетная миссия — так называемый гравитационный маневр. Его суть состоит в том, что приближение космического аппарата к планете на нужное расстояние под нужным углом приводит к его внезапному ускорению и перенаправлению: гравитация действует как невидимая «праща».

Как указывают инженеры, благодаря этому новому зонду на подлете к Сатурну не потребуется тормозить и расходовать топливо: вместо этого он окажется у Титана и позволит гравитации этой массивной луны замедлить его и удержать в системе газового гиганта.

Затем с помощью, по сути, микроимпульсов ионными двигателями малой тяги аппарат направит себя к приближающейся Рее и установится рядом с ней в очень комфортной точке — так называемой точке Лагранжа: там, где гравитация Сатурна и спутника уравновешивают друг друга, что позволяет находиться там сколько угодно. Для перемещения к следующей луне снова ненадолго включаются двигатели, и зонд «паркуется» уже в ее точке Лагранжа.