Avrupa iniş aracı, Europa Clipper’ın maliyetinin çok daha azına buz çekirdeği getirebilir

Maliyet, uzay keşif görevlerinin geliştirilmesinde önemli bir itici güçtür. Bir görevin maliyetini düşürebilecek herhangi bir yeni teknoloji veya numara, onu görev planlayıcıları için çok daha çekici hale getirir. Bu nedenle, NASA’nın araştırmalarının çoğu daha ucuz görevlere olanak sağlayan teknolojilere gider.

Örneğin, birkaç yıl önce NASA’nın İleri Kavramlar Enstitüsü (NIAC) bir proje ExoTerra Resource’dan Michael VanWoerkom tarafından Europa’dan örnek dönüşünü destekleyebilecek bir iniş görevi geliştirmek için. Bu görevi diğer Europa görevi mimarilerinden farklı kılan şeyin ne olduğunu inceleyelim.

Nano Icy Moons Propellant Harvester (NIMPH) görevi, önemli bir sonuç için üç ana gelişmeye dayanmaktadır: genel görev maliyetinde 10 kat azalma. Bu azalan maliyet esas olarak tek bir olgudan kaynaklanmaktadır: görevin ağırlığı, benzer görevlerin gerektireceği gibi SLS yerine Atlas V tarafından fırlatılabileceği eşiğin altına düşmüştür.

SLS ile fırlatılan bir Europa iniş aracı için tahmini görev maliyeti yaklaşık 5 milyar dolardı ve bu da NASA veya diğer herhangi bir kurum için diğer görevlerden önemli fedakarlıklar yapılmadan aşırı pahalı hale getiriyordu. ExoTerra, birkaç ağırlık azaltma teknolojisi kullanarak görev fiyat etiketini 500 milyon dolara düşürebileceklerini tahmin ediyor; bu, hükümet uzay programlarından birinden destek almak için çok daha makul bir miktar.

Üç farklı teknoloji bu ağırlığın ve maliyetin düşmesini sağlayacaktır. Birincisi, başlangıçta DART’ta kullanılmak üzere tasarlanmış güneş enerjili tahrik (SEP) sistemi olacaktır. İkincisi, mikro yerinde kaynak kullanımı (µISRU) sistemi olacaktır ve üçüncüsü, iniş aracı ile yörünge aracı arasında bir güç ışınlama sistemi olacaktır.

Öncelikle her birinin nasıl katkıda bulunduğunu anlamak için genel görev mimarisine bakalım. NIMPH’de, birleşik bir yörünge iniş aracı Dünya yörüngesine girmek için bir Atlas V roketi kullanacaktır. Daha sonra, başlangıçta DART asteroit yönlendirme testinde kullanılmak üzere bir güneş elektrikli tahrik sistemi (SEP) tasarlandı.

DART görevi sırasında kullanılmamış olsa da, NEXT iyon iticisi fırlatılan uzay aracının bir parçasıydı ve bazı teknik zorluklara maruz kalmasına rağmen uzay aracının hedefine ulaşmasını sağlayabilirdi. Benzer, hafif bir SEP sistemi NIMPH’yi Jüpiter sistemine götürebilirdi, ancak aynı zamanda iniş aracı örneği topladıktan sonra Dünya’ya geri götürebilirdi.

İniş aracının buzlu aydan bu örneği nasıl geri alabileceği bir sonraki büyük teknolojik adımın, yani µISRU sisteminin odak noktasıdır. NIMPH’nin mimarisi, itici güç olarak yerel buzun kullanılmasını gerektirir. Bir iniş aracı, ayaklarının altındaki buzu kelimenin tam anlamıyla süblimleştirir, ortaya çıkan su buharını emer, oksijen ve hidrojene ayırmak için elektrolize eder ve sonra 1 kg’lık bir buz çekirdeği örneğini yörüngeye geri getirmek için kullanmak üzere depolamak için sıvılaştırır.

Tüm bunları yapmak için güç gerekir ve radyoizotop termal jeneratörü veya benzer yaygın olarak kullanılan güç üretim sistemine sahip bir iniş aracı aşırı ağır olurdu. Öyleyse, neden SEP sistemi için gereken devasa güneş dizisini kullanıp bu gücün bir kısmını iniş aracına ışınlamıyoruz? Bu, Jüpiter sisteminde yaklaşık 2 kW güç ürettiği tahmin edilen güç ışınlama sisteminin arkasındaki konsepttir ve bunun yaklaşık 1,8 kW’ı doğrudan iniş aracına ışınlanabilir.

Çekirdek toplandıktan ve µISRU sistemi tarafından toplanan suyu kullanan özel olarak tasarlanmış bir LOx-LH2 motoru kullanılarak güvenli bir şekilde uzaya geri fırlatıldıktan sonra, iniş aracı yörünge aracıyla buluşur. SEP sistemi geri döner ve iniş aracını Dünya yörüngesine geri gönderir, burada bir kez daha ayrılır ve standart bir yeniden giriş modülünün içinde Dünya yüzeyine geri döner.

Tüm bu görev mimarisinin bazı nüansları var. Örneğin, SEP sistemi Jüpiter sisteminde tam kapasitede çalışmaz, bu yüzden yörünge aracını pozisyona sokmak için çok daha küçük bir LOx/Metan tahrik sistemine ihtiyaç vardır. Ek olarak, iniş aracının bacaklarını Europan buzuna gömülü bırakması gerekebilir, çünkü yakıt toplamak için kullandığı süblimleşme işlemi onları muhtemelen yerlerine gömecektir.

Bu tür herhangi bir görev fırlatılmaya hazır hale gelmeden önce tüm bu sistemlerde bol miktarda geliştirme çalışması tamamlanmalıdır. Ve büyük olasılıkla, bilimsel anlayışa duyulan ihtiyacın bir kısmı, bu yılın ilerleyen zamanlarında 4,25 milyar dolara fırlatılması planlanan Europa Clipper göreviyle karşılanacaktır. Bu, daha yetenekli NIMPH görev tasarımının orijinal itici gücü olan 10 kat masraftan çok da uzak değildir.

Ve NIMPH bir Faz II NIAC hibesi almış olsa da, bulduğumuz kadarıyla daha fazla geliştirme için seçilmedi. Yani, şimdilik, kütle tasarrufu sağlayan teknolojilerin bu yeni kombinasyonu yakın zamanda buzlu bir Europan örneği sunmayacak – ama belki bir gün sunacaktır.