Ледяные гиганты нашей Солнечной системы, Уран и Нептун, по большей части остались за бортом планетарных исследований. В то время как все другие планеты, включая даже пониженный в должности Плутон, были объектами специальных миссий, ледяные гиганты — нет. Фактически, единственным космическим кораблем, который когда-либо пролетал мимо Урана и Нептуна, был «Вояджер-2» в конце 1980-х годов.
Но отсутствие специальных миссий связано не с тем, что это несущественные миры, в которых нет ничего, что могло бы нас научить о природе. Это потому, что это сложно. Конечно, далекий Плутон посетили с особым визитом, но это был всего лишь пролетный полет. Отправка орбитальных аппаратов на далекие планеты затруднена, поскольку для выхода на орбиту им нужны двигатели и топливо. Им также нужно двигаться медленнее, поэтому прибытие миссии занимает больше времени. И еще есть тот факт, что солнечная энергия находится не так уж далеко от Солнца.
Это не значит, что мы никогда его не отправим. Это просто объясняет, почему их до сих пор не включили в игру по планетарным исследованиям. Уран и Нептун — удивительные миры, которые заслуживают более тщательного изучения. Атмосферные зонды, вероятно, станут первым шагом.
Тот факт, что у них не было специальных миссий, не означает, что мы не изучали ледяных гигантов. Мы довольно много знаем об их внутренней структуре и составе атмосферы. Достаточно, чтобы мы могли смоделировать их и то, как могут выглядеть зонды, отправленные в их атмосферу, и как они могут управлять теплом.
Это то, что ЕКА сделало в рамках усилий по моделированию атмосферных зондов, которые мы, несомненно, однажды отправим на эти планеты.
Моделирование ЕКА проводилось на двух объектах: в гиперзвуковой плазменной туннеле T6 «Сталкер» в Оксфордском университете в Великобритании и в плазменных аэродинамических трубах Группы диагностики высокоэнтальпийных потоков Университета Штутгарта в Германии. Оба этих объекта предназначены для тестирования и понимания того, как зонды путешествуют через различные планетарные атмосферы.
Одной из трудностей моделирования входа зонда в атмосферу ледяных гигантов является скорость. Туннель T6 Stalker достиг скорости 19 км/сек и является самой быстрой аэродинамической трубой в Великобритании. Это только начало, но зонды ледяных гигантов будут двигаться еще быстрее, а это значит, что в будущем будет больше симуляций.
Тем временем моделирование все еще может генерировать ценные данные. «Туннель способен измерять как конвекционный, так и радиационный тепловой поток и критически обеспечивает необходимые скорости потока для воспроизведения входа ледяного гиганта со следами CH4», — сказал инженер по аэротермодинамике ЕКА Луис Уолпот.
Уран и Нептун похожи на Юпитер и Сатурн, но есть существенные различия. Пара ледяных гигантов содержит более тяжелые элементы в сверхкритических жидких океанах значительно ниже поверхностных облаков. Эти океаны составляют значительную часть массы планет. Обе планеты также содержат в своих атмосферах метан, из-за чего они кажутся синими. Это означает, что атмосферные зонды столкнутся с рядом серьезных проблем.
«Проблема заключается в том, что любой зонд будет подвергаться воздействию высоких давлений и температур и, следовательно, потребует высокоэффективной системы тепловой защиты, чтобы выдержать попадание в атмосферу в течение полезного периода времени», — объяснил Уолпот. Такое моделирование поможет инженерам понять проблемы и понять, как спроектировать и изготовить зонд, способный выдержать проникновение.
«Чтобы приступить к разработке такой системы, нам необходимо сначала адаптировать существующие европейские испытательные мощности, чтобы воспроизвести состав атмосферы и соответствующие скорости», — сказал Уолпот.
И НАСА, и ЕКА рассматривают возможность отправки миссий к ледяным гигантам, хотя до них осталось несколько десятилетий. Испытания на обоих этих объектах закладывают основу для потенциальной миссии ЕКА. ЕКА отдало высокий приоритет зонду входа в атмосферу любого из ледяных гигантов.
Но у инженеров есть много времени для работы над моделированием и разработки зондов, способных выдерживать тепло ледяных гигантов. До этих миссий осталось несколько десятилетий.
