Kometa 3I/ATLAS ypatinga dėl paprastos priežasties: tai tik trečiasis istorijoje tarpžvaigždinis objektas, kurį pavyko užfiksuoti Saulės sistemoje. Tokie „svečiai“ atkeliauja iš kitų planetinių sistemų ir atsineša medžiagą, kurios kitaip nepasiektume, nebent siųstume zondus prie tolimų žvaigždžių. Todėl kiekvienas toks apsilankymas akimirksniu sukelia diskusijas apie perėmimo misiją, net jei tai skamba kaip planas ant beprotybės ribos.
Problema ta, kad 3I/ATLAS „nežaidžia pagal mūsų taisykles“. Ji aptikta per vėlai — jau po to, kai buvo pasibaigęs geriausias starto langas klasikinei, tiesioginei misijai iš Žemės. Be to, kometa skrenda tokia trajektorija, kad labai greitai tolsta ir nuo Saulės, ir nuo mūsų. Praktikoje tai reiškia, jog įprastas scenarijus „paleidome zondą ir po kelių metų ją pavysime“ neveikia net ir turint itin galingas raketas.
Kodėl klasikinis persekiojimas neturi prasmės?
Pagrindinė kliūtis — dangaus mechanika ir kosminės energijos „ekonomika“. Norint „pagauti“ tokį objektą, zondui reikėtų įgyti milžinišką greitį Saulės atžvilgiu. Tai nėra vien degalų kiekio klausimas. Ne mažiau svarbu, ar apskritai įmanoma sukurti trajektoriją, kuri užtikrintų prasmingą praskridimą pakankamai arti, kad spėtume atlikti stebėjimus.
Naujos koncepcijos autoriai pabrėžia, kad tiesioginė misija praktiškai atmetama dėl dviejų veiksnių: labai didelio 3I/ATLAS heliocentrinio greičio ir fakto, jog kometa aptikta jau po optimalaus starto laiko. Tokiomis sąlygomis realistiškas tampa tik trumpas praskridimas, o ne ilgas „susitikimas“, kaip kai kuriose kometų misijose, kai zondai jas lydi mėnesius ar net metus.
Nors tai skamba kaip šaltas dušas, išvada turi svarbią pasekmę: jei kometos dabar „pagauti“ negalime, reikia ieškoti manevro, 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 gravitacijos stipriai išauga. Jei būtent tuo metu įjungiami varikliai, tas pats impulsas suteikia gerokai didesnį energijos prieaugį nei toli nuo Saulės, „šaltoje“ sistemos dalyje. Tai ir yra Obertho efektas — savotiškas visos trajektorijos energinis „pastiprinimas“.
Siūlomoje, skaičiavimais pagrįstoje misijos architektūroje svarbu tai, kad manevras būtų netiesioginis. Pirmiausia zondas turėtų patekti į skrydžių ir gravitacinių asistų seką (pasinaudojant ir Jupiterio trauka), kuri leistų „susiderinti“ itin artimam praskridimui pro Saulę. Paradoksalu, tačiau kai kuriais atvejais iš pradžių tenka sulėtinti ir pakeisti skrydžio geometriją, kad vėliau būtų galima pasiekti rekordinį pagreitėjimą prie žvaigždės.
Akivaizdžiausia šio plano problema — ekstremali aplinka. Toks priartėjimas reiškia skrydį sąlygomis, kur radiacija ir temperatūra gali būti mirtinos elektronikai. Iš esmės kalbama apie šiluminę apsaugą, panašią į įdiegtą „Parker Solar Probe“ zonde, tik šiuo atveju tektų priartėti prie Saulės dar labiau.
Kodėl šioje istorijoje tokie svarbūs 2035-ieji?
Šioje koncepcijoje nėra visiškos laisvės rinktis datą — ją diktuoja dangaus mechanika. Starto langas priklauso nuo Žemės, Jupiterio ir Saulės tarpusavio padėčių bei nuo pačios 3I/ATLAS trajektorijos. Skaičiavimai rodo, kad laikotarpyje nuo 2031 iki 2037 metų būtent 2035-ieji suteikia palankiausią planetų išsidėstymą ir mažiausius reikalavimus Saulės Obertho manevrui.
Tai ypač svarbu, nes pernelyg dideli energijos reikalavimai iš karto reiškia daugiau degalų, didesnę ir sunkesnę šiluminę apsaugą, o galiausiai — projektą, kuris, vertinant pagal šiandienines technologijas, tampa sunkiai įgyvendinamas.
Siūlomoje „bazėje“ kalbama apie dešimtmečius trunkantį skrydį. Skaičiavimai rodo, kad kometą būtų galima pavyti maždaug po 35–50 metų. „Turime veikti greitai“ šiuo atveju reiškia ne tai, kad zondas netrukus pasieks tikslą, o tai, kad nepriėmus sprendimų laiku, palankus geometrijos langas tiesiog praeis. Kosmose kalendorius nėra rekomendacija — tai neatsiejama fizikos dalis.
Įdomu ir tai, kad siūlomas scenarijus nėra gryna fantastika. Autoriai mini kelių šimtų kilogramų masės zondą ir svarsto kelių kietojo kuro variklių panaudojimą įjungimui prie Saulės. Taip pat aptariama galimybė pasitelkti didelės keliamosios galios raketas, jei tinkamos konfigūracijos jos būtų prieinamos.
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. Kometose ar asteroiduose esantys užšalę ledai, dulkės ir uolinė medžiaga — tai planetų formavimosi likučiai. Tarpžvaigždinis objektas yra „šiukšlė“ iš kitos žvaigždžių sistemos. Net ir vienas gerai paruoštas praskridimas gali suteikti daug duomenų apie sudėtį, aktyvumą, dulkes, ledus ir, plačiąja prasme, apie „žaliavų paketą“, iš kurio kitose Galaktikos vietose formuojasi planetos.
Yra ir antras, mažiau akivaizdus, bet labai praktiškas lygmuo. Saulės Obertho tipo technikos svarstomos ne vien tarpžvaigždiniams objektams. Jos nuolat iškyla kalbant apie labai tolimus Saulės sistemos taikinius, hipotetinę Devintąją planetą ar net apie misijas, kurios išnaudoja Saulės gravitacinio lęšio savybę itin tolimų objektų vaizdavimui. Kartą iki galo išdirbus misijos architektūrą, termoreguliaciją ir procedūras ekstremaliam priartėjimui prie Saulės, tie patys sprendiniai vėliau gali būti panaudoti ne kartą.
Lengva susižavėti rekordinių greičių idėja, tačiau didžiausias šio plano „monstras“ yra aplinka prie Saulės. Šiluminė apsauga, temperatūros valdymas, elektronikos ir ryšio sistemų 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 kosmoso sąlygas, 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 vertinga tuo, kad parodo: net ir per vėlai aptikus tarpžvaigždinį objektą nesame pasmerkti vien teleskopiniams stebėjimams. Galima planuoti misiją, kuri nelaimės „greičio lenktynių“ čia ir dabar, tačiau gali laimėti protingai parinkta trajektorija ir kantrybe.
