Kometa 3I/ATLAS yra ypatinga dėl labai paprastos priežasties: tai tik trečias istorijoje tarpžvaigždinis objektas, kurį pavyko užfiksuoti Saulės sistemoje. Tokie „svečiai“ atkeliauja iš kitų planetinių sistemų ir atsineša medžiagą, kurios kitaip negalėtume gauti, nebent siųstume zondes prie tolimų žvaigždžių. Todėl kiekvienas toks apsilankymas iš karto sukelia diskusijas apie perėmimo misiją, net jei tai skamba kaip planas ant beprotybės ribos.
Problema ta, kad 3I/ATLAS „nežaidžia pagal mūsų taisykles“. Ji buvo aptikta per vėlai – jau tada, kai buvo pasibaigęs geriausias starto langas klasikinei, tiesioginei misijai iš Žemės. Be to, kometa skrenda tokia trajektorija, kad labai greitai tolsta nuo Saulės ir nuo mūsų. Praktikoje tai reiškia, jog įprastinis scenarijus „iššovėme zondą ir po kelių metų ją pavysime“ neveikia, net jei turime itin galingas raketas.
Kodėl klasikinis persekiojimas neturi prasmės?
Pagrindinė kliūtis – dangaus mechanika ir kosminė energijos „ekonomika“. Kad „pagautume“ tokį objektą, zondas turėtų įgyti milžinišką greitį Saulės atžvilgiu. Tai nėra vien degalų kiekio klausimas. Lygiai taip pat svarbu, ar apskritai įmanoma sukonstruoti trajektoriją, kuri užtikrintų prasmingą praskridimą pakankamai arti, kad spėtume atlikti stebėjimus.
Naujos koncepcijos autoriai pabrėžia, kad tiesioginė misija praktiškai atmesta dėl dviejų veiksnių: labai didelio 3I/ATLAS heliocentrinio greičio ir fakto, jog kometą aptikome jau po to, kai buvo praėjęs optimalus starto laikas. Esant tokioms sąlygoms, realus tampa tik trumpas praskridimas, o ne ilgas „susitikimas“, kaip per kai kurias misijas prie kometų, kai zondai jas lydi mėnesius ar net metus.
Skamba kaip šaltas dušas, bet tai turi vieną svarbią pasekmę: jei jos negalime „pagauti“ dabar, turime galvoti apie manevrą, kuris apeitų klasikinio persekiojimo ribojimus. Čia ir atsiranda idėja, kuri astronautikoje nuolat sugrįžta, kai tikslas – pasiekti ekstremalius greičius.
Saulės Obertho efektas: kaip išspausti maksimumą iš degalų?
Plano šerdis – vadinamasis Saulės Obertho manevras. Tai gudrybė, kurios esmė – ne egzotiškas variklis, o degalų panaudojimo vieta ir momentas. Kai zondas krinta labai arti Saulės, jo greitis dėl traukos stipriai išauga. Jei būtent tuo metu įjungiami varikliai, tas pats impulsas duoda daug didesnį energijos prieaugį nei tolimoje, „šaltoje“ Saulės sistemos vietoje. Tai ir yra Obertho efektas – savotiškas visos trajektorijos „pagražinimas“ energijos požiūriu.
Siūlomoje, skaičiavimais pagrįstoje misijos architektūroje svarbu tai, kad šis manevras būtų netiesioginis. Pirmiausia zondas turi patekti į tokią skrydžių ir gravitacinių asistų seką (naudojant ir „Jupiterio“ trauką), kuri leistų „pasistatyti“ labai artimam praskridimui pro Saulę. Paradoksalu, bet tam tikrais atvejais pirmiausia reikia sulėtinti ir pakeisti skrydžio geometriją, kad vėliau būtų galima generuoti rekordinį pagreitėjimą prie žvaigždės.
Akivaizdžiausia problemos dalis – ekstremali aplinka. Toks priartėjimas reiškia skrydį sąlygomis, kur radiacija ir temperatūra yra mirtinos elektronikai. Realiai kalbame apie šiluminę apsaugą, panašią į tą, kuri įdiegta „Parker Solar Probe“ zonde, tik čia reiktų dar labiau priartėti prie Saulės.
Kodėl šioje istorijoje toks svarbus 2035-ieji?
Šioje koncepcijoje nėra visiškos laisvės rinktis datą – ją nustato dangaus mechanika. Starto langas priklauso nuo Žemės, „Jupiterio“, Saulės tarpusavio padėčių ir nuo pačios 3I/ATLAS trajektorijos. Skaičiavimai rodo, kad iš metų intervalo 2031–2037 būtent 2035-ieji suteikia palankiausią planetų išsidėstymą ir mažiausius reikalavimus Saulės Obertho manevrui.
Tai labai svarbu, nes per dideli energijos reikalavimai iš karto reiškia daugiau degalų, didesnę ir sunkesnę šiluminę apsaugą, ir apskritai projektą, kuris, vertinant pagal šiandienines technologijas, tampa sunkiai įgyvendinamas.
Siūlomoje „bazėje“ kalbama apie dešimtmečius trunkantį skrydį. Skaičiavimai rodo, kad kometą būtų galima pasivyti maždaug po 35–50 metų. „Turime veikti greitai“ šiuo atveju reiškia ne tai, kad zondas tuoj pat atsidurs prie tikslo, o tai, kad jeigu laiku nebus priimti projektiniai sprendimai, palankus geometrijos langas tiesiog praeis. Kosmose kalendorius nėra rekomendacija – tai neatsiejama fizikos dalis.
Įdomu ir tai, kad siūlomas scenarijus nėra gryna fantastika. Autoriai kalba apie kelių šimtų kilogramų masės zondą ir svarsto kelių kietojo kuro variklių naudojimą įjungimui prie Saulės. Aptariama galimybė pasinaudoti didelėmis nešančiosiomis raketomis, jei jos būtų prieinamos tinkamos konfigūracijos.
Ką mums duotų artimas praskridimas pro tarpžvaigždinę kometą?
Pagrindinis argumentas nėra „nes tai būtų įspūdinga“. Tai – tiesioginė, fizinė kitos planetinės sistemos medžiagos „nuolauža“, pati atskridusi iki mūsų. Kometoje ar asteroide užšalę ledai, dulkės ir uolinė medžiaga yra planetų formavimosi likučiai. Tarpžvaigždinis objektas – tai „šiukšlė“ iš kažkur kitur, iš kitos žvaigždžių sistemos. Net ir vienintelis gerai paruoštas praskridimas gali suteikti daug duomenų apie sudėtį, aktyvumą, dulkes, ledus ir, plačiąja prasme, apie statybinį „žaliavų paketą“, iš kurio kitose Galaktikos vietose formuojasi planetos.
Yra ir antras, mažiau akivaizdus, bet labai praktiškas lygmuo. Saulės Obertho tipo technikos svarstomos ne tik tarpžvaigždiniams objektams. Jos nuolat iškyla kalbant apie labai tolimus Saulės sistemos taikinius, hipotetinę „Devintąją planetą“, ar net apie misijas, kurios išnaudoja Saulės gravitacinę lęšio savybę itin tolimų objektų vaizdavimui. Kartą iki galo išdirbus architektūrą, termoreguliaciją ir procedūras ekstremaliam prieartėjimui prie Saulės, tie patys sprendiniai vėliau gali būti panaudoti daug kartų.
Lengva susižavėti rekordinių greičių idėja, tačiau šiame plane didžiausias „monstras“ yra aplinka prie Saulės. Šiluminė apsauga, temperatūros valdymas, elektronikos ir ryšio sistemos patvarumas, preciziška navigacija tokiomis sąlygomis – tai iššūkiai, galintys pražudyti misiją greičiau nei degalų trūkumas.
Antrasis „monstras“ – laikas. Keliasdešimt metų trunkantis skrydis reiškia, kad misija turės atlaikyti ne tik kosmosą, bet ir pokyčius Žemėje: finansavimo svyravimus, kosminių agentūrų prioritetų kaitą, naujų ryšio technologijų atsiradimą, saugumo standartų pasikeitimus. Tai žemiški, bet ilgalaikėms misijoms ne mažiau pavojingi veiksniai nei kosminė radiacija.
Vis dėlto ši koncepcija yra vertinga, nes parodo, kad net ir per vėlai aptikus tarpžvaigždinį objektą nesame pasmerkti vien teleskopiniams stebėjimams. Galime planuoti misiją, kuri nelaimės „greičio lenktynių“ čia ir dabar, tačiau nugalės išmaniai parinkta trajektorija ir kantrybe.
