2028’e kadar fırlatılırsa, bir uzay aracı 26 yıl içinde ‘Oumuamua’yı yakalayabilir

Ekim 2017’de yıldızlararası nesne ‘Oumuamua güneş sistemimizden geçti ve ardında birçok soru bıraktı. Sadece türünün gözlemlenen ilk nesnesi olmakla kalmadı, aynı zamanda güneş sistemimizden fırlarken elde edilen sınırlı veri astronomları, hepsinin kafasını kaşıdı. Bugün bile, bu yıldızlararası ziyaretçinin yanından geçmesinden yaklaşık beş yıl sonra bile, bilim adamları onun gerçek doğası ve kökenleri hakkında hâlâ emin değiller. Sonunda, ‘Oumuamua’dan gerçek cevaplar almanın tek yolu ona yetişmek.

İlginçtir ki, masada tam da bunu yapabilecek görevler için birçok teklif var. Yıldızlararası nesnelerle (ISO’lar) buluşmak ve onları incelemek için gelişmiş tahrik teknolojisine dayanan Yıldızlararası Araştırmalar Enstitüsü’nün (i4is) bir önerisi olan Project Lyra’yı düşünün. En son araştırmalarına göre, misyon konsepti 2028’de başlatılsa ve karmaşık bir Jüpiter Oberth manevrası (JOM) gerçekleştirseydi, 26 yıl içinde ‘Oumuamua’yı yakalayabilecekti.

30 Ekim 2017’de, ‘Oumuamua’nın tespit edilmesinden iki haftadan kısa bir süre sonra, Yıldızlararası Araştırmalar Girişimi (i4is) Lyra Projesi’ni başlattı. Bu konsept çalışmasının amacı, ‘Oumuamua ile buluşma misyonunun mevcut veya yakın vadeli teknolojileri kullanarak mümkün olup olmadığını belirlemekti. O zamandan beri, i4is ekibi nükleer-termal tahrik (NTP) ve 20 yıl içinde Alpha Centauri’ye ulaşmak için bir yıldızlararası görev konsepti olan Breakthrough Starshot’a benzer bir lazer yelkenli kullanarak ISO’yu yakalamayı düşünen çalışmalar yürüttü.

Çalışmalarında tanımladıkları gibi, yakın vadeli teknolojileri kullanarak 1I/’Oumuamua’ya ulaşmak için daha önce önerilen yöntemlerin çoğu, bir güneş Oberth manevrası (SOM) gerektirir. Mükemmel bir örnek, Max Planck Astronomi Enstitüsü’nden (MPIA) araştırmacı Coryn Bailer-Jones’un önerisi olan Sundiver’dır. Bir önceki makalesinde Universe Today’e anlattığı gibi, bu kavram hafif bir yelkenle çok yüksek bir hız elde etmek için güneşin radyasyon basıncına dayanır.

“Oberth etkisinin ilkesi, Sundiver durumunda, yörüngede olduğunuz bedene, yani güneşe göre en hızlı hareket ettiğinizde desteğinizi uygulamaktır” dedi. “Yörüngenizde güneşe ne kadar yakın olursanız, o kadar hızlı olursunuz. Oberth etkisinden yararlanmak için güneşe mümkün olduğunca yaklaşmanız gerekir.”

SOM ve diğer Oberth manevralarının kalbinde, 1970’lerin başından beri güneş sistemini keşfetmek için kullanılan yerçekimi yardımı olarak bilinen bir teknik var. Bu teknik, uzay aracı, “yardım” sağlayan ikinci bir gövde (tipik olarak büyük bir gezegen) ve uzay aracının yolunun kontrol edildiği merkezi gövde dahil olmak üzere üç gövdenin yerçekimi kuvvetinin kullanılmasını içerir.

i4is araştırmacısı Adam Hibberd, “Project Lyra: A Mission to 1I/’Oumuamua, solar Oberth manevrası” başlıklı bu son Lyra çalışmasının baş yazarıydı. i4is’e katılmadan önce Hibberd, Optimum Gezegenler Arası Yörünge Yazılımını (OITS) geliştiren bir havacılık mühendisiydi. ‘Oumuamua tespit edildiğinde, hedeflenen hedef olarak bu ISO ile OITS’i kullanmaya karar verdi. Lyra Projesi’ni öğrendikten kısa bir süre sonra onlara ve araştırma çabalarına katıldı.

Universe Today’e e-posta yoluyla açıkladığı gibi, güneş Oberth manevrası (SOM), güneş sisteminden çıkmak için hızdaki (diğer bir deyişle darbeler) üç ayrı değişikliğe dayanır. Bunlar şunları içerir:

1. Dünya’da, uzay aracının güneşten en uzak mesafesini (aphelion) artırmak için,
2. Aphelion’da yavaşlamak ve güneşe yaklaşmak,
3. Güneşe en yakın noktada (günberi), uzay aracı en hızlı şekilde hareket ederken, ekstra bir destek elde etmek için

“Bu üç-impuls senaryosu, 1959’da Theodore Edelbaum tarafından keşfedildi, ancak SOM terimi sıkışmış gibi görünüyor. Güneş sisteminden yüksek hızlar üretmek için yakıt açısından en uygunudur. Bu tam olarak bir ISO’yu yakalamak için gereken şeydir. ISO günberiyi geçti ve güneşten hızla uzaklaşıyor.

“Ancak, bu teorik kurulum Jüpiter’i göz ardı ediyor. Bu nedenle, buna küçük bir değişiklik olarak, 2. adımda ters Jüpiter yerçekimi yardımı ile yavaşlarsak, o zaman daha da az yakıtla kaçış sağlayabiliriz. Bunun nedeni SOM’dur. yüksek hızlar üretmede o kadar verimli ki, ISO’lara yönelik misyonları araştırmak için kullanıldı.”

SOM’a alternatifler arayan Hibbert ve meslektaşları, Jüpiter’in güçlü yerçekimini birleştirecek, zamanla test edilmiş bir rota kullanmayı düşündüler. Bunun için motivasyonlarının bir kısmı, bir güneş yerçekimi yardım manevrasının sunduğu doğal zorluklardı. Bu manevra kağıt üzerinde harika görünse de daha önce hiç uygulanmadı ve bu nedenle düşük teknoloji hazırlık düzeyi (TRL) derecesine sahip.

Dahası, uzay aracı 3. adımda perihelion’a ulaştığında (3 ila 10 güneş yarıçapı arasında) ne kadar ısıtmanın gerçekleşeceği sorunu var. Bu sorunlar, “Yıldızlararası Sonda: İnsanlığın Yıldızlararası Uzaya Yolculuğu” başlıklı yakın tarihli bir NASA Güneş ve Uzay Fiziği konsept çalışmasında ele alındı. Bu çalışma, (diğerlerinin yanı sıra) yıldızlararası bir araştırma için kavramları içeren Güneş ve Uzay Fiziği 2023–2032 Decadal Araştırması için yapılmıştır. Ek D2.2’de, çalışma bir güneş Oberth manevrası bağlamında termal korumaya değinmektedir:

“Belirli bir güneş mesafesi için bir kalkan tasarımının gerekli olduğu önceki görevlerden farklı olarak, Yıldızlararası Sonda görevi, bir uzay aracının güneşe gerçekçi bir şekilde ne kadar yaklaşabileceğini görmektir. Güneş mesafesi azaldıkça, umbra açısı artar ve uzay aracının boyutu artar. kalkan, uzay aracına göre önemli ölçüde büyür.

“Kavramsal bir tasarım çabası, tam tasarımın tüm malzeme tasarımı, fabrikasyon ve test sınırlamalarını içeremeyeceğinden, izin verilen güneş mesafesinin nihai önerisi, tasarımın çok zordan imkansıza doğru hareket ettiği yere göre yapılır.”

Parker Solar Probe’un fazlasıyla gösterdiği gibi, güneşe yaklaşmak, aşırı ısı ve radyasyonla başa çıkabilen bir ısı kalkanı gerektirir. Parker örneğinde, bu kalkan yaklaşık 2,44 metre (8 ft) çapındadır ve yaklaşık 72,5 kg (160 lbs) ağırlığındadır. Lyra için bir ısı kalkanının boyutu ve kütlesi aynı olmasa da, bir güneş ısı kalkanının ışık yelkeni için çok fazla ek kütle ile sonuçlanacağı adil bir bahis.

Alternatif olarak, Hibberd ve ekibi, Dünya’dan fırlatılacak, Venüs ve Dünya’nın etrafında dönecek, bir derin uzay manevrası (DSM) yürütecek, tekrar Dünya’nın yanında sallanacak ve ardından Jüpiter’i kullanarak bir yerçekimi yardımı alacak bir Jüpiter Oberth manevrası (JOM) önerdi. yerçekimsel. Bu, VE-DSM-EJ kısaltması veya daha yaygın olarak kullanılan VEE-GA—Venüs, Dünya, Dünya, Yerçekimi Yardımı ile özetlenir. Hibberd’in belirttiği gibi, bu manevranın bir SOM’a göre birkaç avantajı olacaktır, bunların arasında:

“[It] ağır bir ısı kalkanı gerektirmez ve ayrıca aşağıdakilere ihtiyaç duymaz: a) Jüpiter’den güneş Oberth’e yaklaşık 5,2 astronomik birimlik (au) fazladan bir seyahat mesafesi, [and] b) Jüpiter’in ek bir 5.2 au’luk yörüngesi etrafında bir başka yolculuk. Hem (a) hem de (b), bir Jüpiter Oberth manevrası için gerekli olmayan bir SOM için zaman alacaktır.”

“JOM, Lyra Projesi’nin mevcut veya yakın vadeli teknolojiyi kullanarak seçenekler bulma görevinin anahtarı olan bir keşiftir, esasen, SOM’dan farklı olarak daha önce denenmemiş herhangi bir donanım veya manevra gerektirmez. (a) ve (b) yukarıda belirtilenleri gerektirmemekten zamandan tasarruf—JOM tarafından üretilen daha düşük kaçış hızları, görev süresinin daha uzun olması gerektiği anlamına gelir.”

Hibberd ve ekibinin belirlediği bir diğer avantaj, uzay aracının varış hızıydı; bu hız, bir SOM’a dayalı olandan çok daha yavaş olurdu—18 km/s (64.800 km/sa; 40.265 mph) ve 30 km/s (108.000 km/s) h; 67.108 mil). Bu, uzay aracına yaklaşma ve ayrılma sırasında ‘Oumuamua’yı analiz etmesi için daha fazla zaman verecektir. 2028’deki bir fırlatma penceresine dayanarak, bir Project Lyra uzay aracının 2054 yılına kadar ‘Oumuamua’ya yetişebileceğini belirlediler.

‘Oumuamua’nın bize ulaşabileceğimiz en yakın yıldızlararası malzeme olduğu düşünülürse, bir buluşma görevinin bilimsel getirileri ölçülemez olacaktır. Bir buluşma görevinin nispeten düşük maliyeti için, insanlık, yüzyılın ortalarında diğer yıldız sistemlerinde neler olup bittiğine dair ilk bakışını elde edebilir. Daha da önemlisi, Oumuamua, yıllar önce Dünya’nın tarihi geçişini yaptığında ortaya çıkan birçok soruyu nihayet çözmek için bir şans olacaktı.

Azot buzdağı mıydı? Uzaylılar mıydı? Tamamen başka bir şey miydi? Kartlarımızı doğru oynarsak, yüzyılın ortalarına kadar tüm bu soruların yanıtlarını öğrenmiş olacağız.