NASA's New Horizons-missie heeft ons veel geleerd over Pluto, de ijsdwergplaneet. Maar het ruimtevaartuig vloog zo snel langs Pluto dat we alleen hoge resolutiebeelden kregen van één kant van de planeet, de zogenaamde 'ontmoetingskant'. New Horizons gaf ons een grote sprong in begrip, maar in zekere zin stelde het meer vragen dan beantwoord.
De volgende stap is duidelijk een orbiter, en nu begint NASA er serieus een te overwegen.
NASA heeft het Southwest Research Institute (SwRI) financiering gegeven om het idee te ontwikkelen. SwRI is belast met het onderzoeken van "de belangrijke kenmerken, haalbaarheid en kosten van een mogelijke toekomstige Pluto-orbiter-missie".
Het is verre van zeker. Deze studie is een van de 10 die door NASA is goedgekeurd voorafgaand aan de volgende Planetary Science Decadal Survey. De studie zal ontwerpvereisten voor een orbiter en zijn laadvermogen ontwikkelen, enkele voorlopige kostenramingen maken en de risico's beoordelen voor nieuwe technologieën die nodig zijn voor de missie. De resultaten van dit onderzoek worden aangeleverd aan de National Academy Planetary Decadal Study die in 2020 begint.
New Horizons bezocht Pluto voordat hij dieper de Kuipergordel inging en een bezoek bracht aan 2014 MU69, een Kuipergordelobject (KBO), ook wel bekend als Ultima Thule. Het ruimtevaartuig kan zelfs een derde KBO bezoeken. De voorgestelde Pluto Orbiter zou een vergelijkbaar pad volgen.
"We zijn verheugd dat we de gelegenheid hebben om de decadale enquêteraadslagingen met deze studie te informeren," zei Dr. Carly Howett van SwRI, die de inspanning leidt. "Ons missieconcept is om een enkel ruimtevaartuig gedurende twee aardse jaren om Pluto te laten vliegen voordat het weggaat om ten minste één KBO en één andere KBO-dwergplaneet te bezoeken."
Het eerdere werk van de SwRI aan een Pluto-orbiter legde de basis voor deze studie. In 2018 gebruikte SwRI hun eigen onderzoeksgeld om het idee te ontwikkelen voor een orbitale tour die Pluto kan onderzoeken en vervolgens verder de Kuipergordel in gaat.
"... het is mogelijk om zwaartekrachtassistenten van Pluto's grootste maan, Charon, te gebruiken om de Pluto-baan te ontsnappen en terug te gaan naar de Kuipergordel ..."
Dr. Alan Stern, Southwest Research Institute
"In een door SwRI gefinancierd onderzoek dat aan dit nieuwe door NASA gefinancierde onderzoek voorafging, ontwikkelden we een Pluto-systeem-orbitale tour, waaruit bleek dat de missie mogelijk was met geplande lanceervoertuigen en bestaande elektrische voortstuwingssystemen", aldus Dr. Alan Stern, hoofdonderzoeker van SwRI. van de New Horizons-missie en de door SwRI gefinancierde studie. “We hebben ook laten zien dat het mogelijk is om zwaartekrachtassistenten van Pluto's grootste maan, Charon, te gebruiken om de baan van Pluto te ontsnappen en terug te gaan naar de Kuipergordel voor de verkenning van meer KBO's zoals MU69 en ten minste nog een dwergplaneet ter vergelijking met Pluto. "
De belangrijkste hindernis in een orbiter-missie naar Pluto is drijfgas. Er is veel drijfgas nodig om rond Pluto te cirkelen en de manen, de atmosfeer, de interacties met zonnewind en andere aspecten van het Pluto-systeem te bestuderen. Maar de studie uit 2018 toonde aan dat een Pluto-orbiter zwaartekrachtassistenten van Pluto's satelliet Charon kon gebruiken om Pluto enkele jaren te bestuderen, en dezelfde zwaartekrachtassistent kon gebruiken om dieper de Kuipergordel in te gaan. Dit is vergelijkbaar met hoe de Cassini-missie Saturnus 'grote maan Titan gebruikte.
"Dit is baanbrekend", zei Stern over het onderzoek van 2018. “Eerder dachten NASA en de gemeenschap van planetaire wetenschappen dat de volgende stap in de verkenning van de Kuipergordel zou zijn om te kiezen tussen 'diep gaan' in de studie van Pluto en zijn manen of 'breed gaan' door kleinere Kuipergordel-objecten en een andere dwergplaneet te onderzoeken op vergelijking met Pluto. De planeetwetenschappelijke gemeenschap debatteerde over de juiste volgende stap. Onze studies tonen aan dat je beide in één missie kunt doen: het is een game-wisselaar. "
Het plan van 2018 zorgde ook voor een ontmoeting van dichtbij met Charon, de grootste satelliet van Pluto, evenals andere maanvliegen.
Tiffany Finley is een softwareleider bij de Space Science and Engineering Division van SwRI. "Deze tour is verre van geoptimaliseerd, maar is in staat om vijf of meer flyby's te maken van elk van de vier kleine manen van Pluto, terwijl Pluto's polaire en equatoriale gebieden worden onderzocht met behulp van vliegtuigveranderingen", zei Finley. "Het plan maakt ook een uitgebreide ontmoeting van dichtbij met Charon mogelijk voordat hij in Pluto's atmosfeer duikt om te proeven voordat het vaartuig Charon nog een laatste keer gebruikt om te ontsnappen in de Kuipergordel voor nieuwe opdrachten", zei ze.
De studie uit 2018 toonde ook aan dat een Pluto Orbiter hetzelfde xenonion-voortstuwingssysteem zou kunnen gebruiken als de Dawn-missie om naar andere Kuiper Belt-objecten te reizen. Het toonde ook aan dat de orbiter in een baan rond een andere dwergplaneet in de Kuipergordel kon komen.
'Wie had gedacht dat een enkele missie met reeds beschikbare elektrische voortstuwingsmotoren dit allemaal zou kunnen doen?' Stern zei over het onderzoek van 2018. "Nu ons team heeft laten zien dat de planeetwetenschappelijke gemeenschap niet hoeft te kiezen tussen een Pluto-orbiter of flybys van andere lichamen in de Kuipergordel, maar beide kan hebben, noem ik deze gecombineerde missie de 'gouden standaard' voor toekomstige Pluto en verkenning van de Kuipergordel. '
Er zijn verschillende obstakels waar een Pluto Orbiter mee te maken heeft. Een daarvan is datacommunicatie. New Horizons had slechts 16 GB aan gegevensopslag en het duurde 16 maanden om al zijn gegevens van de Pluto-flyby terug naar de aarde te verzenden. Dat werkt natuurlijk niet voor een orbiter. Het is eenvoudig om de gegevensopslag te vergroten, maar er is een veel krachtiger systeem voor gegevensoverdracht nodig.
Het is een goed teken dat NASA heeft besloten om een meer gedetailleerd onderzoek te financieren naar het Pluto Orbiter-voorstel van de SwRI. SwRI heeft een sterk trackrecord op het gebied van missiemanagement, waaronder Juno, New Horizons en IBEX. Ze hebben ook technologieën en instrumenten ontwikkeld voor meerdere NASA- en ESA-missies.
Dankzij New Horizons weten we dat Pluto veel complexer is dan we dachten. We weten dat het oppervlak van Pluto veel actiever is dan we ons hadden kunnen voorstellen. We weten dat Pluto een atmosfeer heeft en we denken dat Pluto ooit vloeistof op zijn oppervlak had. Pluto kan ook een ondergrondse oceaan hebben, mogelijk gekoppeld aan het zogenaamde hart van Pluto, de Tombaugh-regio.
New Horizons gaf ons eigenlijk slechts een momentopname van Pluto. Het is een buitengewoon verleidelijke momentopname, maar de flyby duurde slechts ongeveer 24 uur en er valt nog veel meer te leren.
Meer:
- Persbericht: SWRI TO PLAN PLUTO ORBITER MISSION PLANNEN
- Persbericht 2018: SwRI-team maakt doorbraak in studie van missie naar PLUTO-ORBITER
- NASA: One Year Later: New Horizons ’Top 10 Discoveries at Pluto
