Exploração de Plutão - Exploration of Pluto
A exploração de Plutão começou com a chegada da sonda Novos Horizontes em julho de 2015, embora as propostas para tal missão tenham sido estudadas por muitas décadas. Ainda não há planos para uma missão de acompanhamento, embora os conceitos de acompanhamento tenham sido estudados.
Primeiras propostas de missão
Explorar Plutão foi contemplado desde sua descoberta por Clyde Tombaugh em 1930, mas Plutão apresenta desafios significativos para a exploração por causa de sua pequena massa e grande distância da Terra. As duas sondas do programa Voyager , lançadas em 1977 para explorar Júpiter e Saturno, também tinham a capacidade de uma missão estendida a outros alvos. Plutão foi rejeitado em favor de Titã, Urano e Netuno.
Uma das muitas possibilidades para a espaçonave Voyager 1 após seu sobrevoo de Saturno em 1980 era usar Saturno como um estilingue em direção a Plutão para um sobrevoo já em março de 1986. No entanto, os cientistas decidiram que um sobrevoo de Titã durante o encontro de Saturno seria um objetivo científico mais importante. Um sobrevôo subsequente de Plutão era impossível, porque a aproximação de Titã significava que ele também estava em uma trajetória que o lançou para cima, saindo da eclíptica . Como nenhuma missão a Plutão foi planejada por qualquer agência espacial na época, ela seria deixada inexplorada por espaçonaves interplanetárias nos próximos anos.
Pouco depois Voyager 2 ' s sobrevôo de Netuno e as suas conclusões em Triton em agosto de 1989, os cientistas procuraram interesse em uma missão a Plutão e mais estudos para a existência de um cinturão de Kuiper e os objetos do cinturão de Kuiper, potencialmente semelhante a Triton. Todos os quatro planetas externos foram explorados pela Voyager 2 , lançada em 1977, com aproximações de Júpiter , Saturno , Urano e Netuno . Após um encontro com Netuno, o alinhamento de Plutão tornou impossível para a Voyager 2 continuar lá, deixando-a em uma trajetória fora do Sistema Solar.
As duas missões da Voyager tiveram o critério de sucesso de apenas uma delas chegar a Saturno, que elas excederam em muito. Depois que a Voyager 2 retornou com sucesso os dados de Netuno em 1989, os cientistas planetários olharam para Plutão como o destino de uma missão subsequente. Em 1992, o Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA propôs a missão Plutão Fast Flyby . Este ficou conhecido como Expresso de Plutão e, eventualmente, Expresso de Plutão-Kuiper. Este projeto foi atrasado e, em 2000, a missão foi cancelada, com a NASA explicando o motivo do excesso de custos.
O cancelamento do Expresso Plutão Kuiper irritou parte da comunidade científica de exploração espacial, o que levou grupos, como a Sociedade Planetária , a fazer lobby na NASA para reiniciar o Expresso Plutão Kuiper ou reiniciar uma missão a Plutão. As divisões internas da NASA, incluindo seu Conselho Consultivo Científico, também expressaram apoio a uma missão de Plutão. Em resposta à reação causada pelo cancelamento do Expresso Plutão Kuiper, foi decidido inaugurar uma nova classe de missões que caberia entre o Programa Flagship de grande orçamento e o Programa de Descoberta de baixo orçamento , criando um compromisso para missões como o ex-Pluto Kuiper Express, que provou ser muito caro para o Programa de Descoberta. Foi realizada uma competição, na qual a NASA selecionaria um conceito de missão para financiar como parte da primeira missão do programa Novas Fronteiras .
The Pluto Underground, Pluto 350 e Mariner Mark II
Em maio de 1989, um grupo de cientistas e engenheiros, incluindo Alan Stern e Fran Bagenal, formou uma aliança chamada "Plutão Subterrâneo". Foi batizado em homenagem ao Mars Underground, outro grupo de cientistas que fez lobby com sucesso para o reinício das missões a Marte, após a falta delas desde o programa Viking . O grupo iniciou uma campanha de cartas que visava chamar a atenção de Plutão como um alvo viável para exploração. Em 1990, devido à pressão da comunidade científica , incluindo a do Subterrâneo de Plutão, os engenheiros da NASA decidiram estudar conceitos para uma missão a Plutão. Na época, pensava-se que a atmosfera de Plutão congelaria e cairia na superfície durante o inverno e, portanto, uma espaçonave leve era desejável, pois seria capaz de chegar a Plutão antes que tal evento ocorresse. Um dos primeiros conceitos era para uma espaçonave de 40 quilogramas que chegaria a Plutão em cinco a seis anos. A ideia foi logo descartada, no entanto, por causa da inviabilidade de miniaturizar instrumentos científicos a bordo de uma espaçonave desse tamanho.
Outro conceito de missão, conhecido como Pluto 350, foi desenvolvido por Robert Farquhar do Goddard Space Flight Center , com Alan Stern e Fran Bagenal do Pluto Underground, que trabalharam como cientistas do projeto. Plutão 350 teve como objetivo enviar uma nave espacial, pesando 350 kg, para Plutão. O design minimalista da espaçonave era para permitir que ela viajasse mais rápido e fosse mais econômica, em contraste com a maioria dos outros projetos de grande orçamento que a NASA estava desenvolvendo na época, como Galileo e Cassini . Plutão 350, no entanto, mais tarde se tornaria polêmico entre os planejadores de missão da NASA, que consideraram o projeto muito pequeno e de alto risco. Um plano alternativo que foi considerado em um ponto era enviar a Plutão uma configuração da espaçonave Mariner Mark II , que pesaria 2.000 quilos e custaria US $ 3,2 bilhões, em nítido contraste com o custo de US $ 543 milhões do Plutão 350. Enquanto os dois projetos competiam pela aprovação, o Pluto 350 era mais preferido pelos planejadores de missões da NASA, que estavam começando a adotar missões menores, como Mars Pathfinder e NEAR Shoemaker .
Selo postal da USPS e "Pluto Fast Flyby"
Por muitos anos, as pessoas agitaram aquele selo como uma espécie de chamado às armas, como um gráfico motivador: "Ainda não explorado". A essa altura, esse selo estava em tantas apresentações que eu sabia que as pessoas gostariam de tê-lo junto.
S. Alan Stern no selo USPS
Em outubro de 1991, o Serviço Postal dos Estados Unidos lançou uma série de selos comemorando a exploração do Sistema Solar pela NASA . A série apresentava um selo para todos os planetas, exibindo uma imagem do planeta e destacando uma espaçonave associada que foi enviada a ele. O selo de Plutão, no entanto, representava uma esfera sem características, apresentada com a frase "ainda não explorada" no lugar do nome de uma nave espacial. Os selos foram revelados em cerimônia no Laboratório de Propulsão a Jato . Dois cientistas que compareceram ao evento, o presidente da World Space Foundation Robert Staehle e a cientista do JPL Stacy Weinstein, se inspiraram no status de Plutão no selo, de modo que começaram a indagar sobre a viabilidade de enviar uma espaçonave a Plutão. Engenheiros do Laboratório de Propulsão a Jato, inspirados pelo status "Ainda Não Explorado" de Plutão, também começaram a apresentar ideias sobre uma missão a Plutão.
Em agosto de 1992, Staehle telefonou para o descobridor de Plutão, Clyde Tombaugh , solicitando permissão para visitar seu planeta. "Disse-lhe que era bem-vindo", recordou Tombaugh mais tarde, "embora tenha de fazer uma longa e fria viagem". Naquele ano, Staehle, com a ajuda de engenheiros do JPL e alunos do California Institute of Technology , formou o projeto Pluto Fast Flyby . A missão anunciava a mesma ideologia do conceito Plutão 350: pequeno em tamanho e custo-benefício em escopo, de modo que a espaçonave pudesse chegar a Plutão mais rápido e ter um custo acessível para desenvolver e lançar. Descrita como um conceito de missão "radical", a missão veria duas espaçonaves sendo enviadas a Plutão. Ambas as espaçonaves pesariam apenas cerca de 35-50 kg cada (incluindo 7 kg de instrumentos científicos), e o projeto custaria menos de US $ 500 milhões para ser desenvolvido, excluindo os custos de lançamento. Descrito por Staehle como uma abordagem "mais rápida, melhor e mais barata" do que os projetos Pluto 350 e Mariner Mark II, chamou a atenção do então administrador da NASA Daniel S. Goldin , que ordenou todo o trabalho no Pluto 350 e no Mariner Mark II deve interromper e transferir todos os recursos para o novo projeto Pluto Fast Flyby.
Durante o desenvolvimento de Pluto Fast Flyby, no entanto, houve várias preocupações da NASA, do administrador Goldin e da equipe de desenvolvimento da missão. À medida que a pesquisa e o desenvolvimento da missão progrediam, o tamanho, o escopo e o orçamento do projeto se expandiam. Além disso, o moral entre a equipe e o pessoal que trabalhava em missões interplanetárias estava baixo após a perda da espaçonave Mars Observer durante sua tentativa de inserção na órbita Areocêntrica em agosto de 1993. Alan Stern mais tarde citaria aquele evento como um fator significativo para o baixo entusiasmo por Plutão Projeto Fast Flyby. A espaçonave deveria ser lançada com foguetes Titan IV , que teriam custado US $ 400 milhões cada, elevando o orçamento para mais de US $ 1 bilhão. Por causa das crescentes restrições orçamentárias, o conceito de espaçonave dupla foi abandonado em favor do envio de uma única espaçonave para Plutão. O projeto ainda era muito caro, no entanto, aos olhos do administrador Goldin. Alan Stern, como um meio-termo, chegou a um acordo com cientistas do Instituto Russo de Pesquisa Espacial em Moscou, no qual Plutão Fast Flyby seria lançado no topo de um foguete Proton , economizando para a NASA mais de US $ 400 milhões em custos de lançamento. Alec Galeev, chefe do Instituto Russo de Pesquisa Espacial, chegou a um acordo com Stern estipulando que a Rússia incluiria uma sonda atmosférica que impactaria Plutão após estudar sua atmosfera com um espectrômetro de massa. A proposta foi encaminhada ao Administrador Goldin, mas ele a vetou, recomendando que o JPL analisasse a viabilidade do Plutão Fast Flyby ser lançado a bordo de um foguete menor, como o Delta II .
Cinturão de Kuiper, Pluto Kuiper Express e cancelamento
Durante o curso do final da década de 1990, vários objetos transnetunianos foram descobertos, confirmando a existência de um cinturão de Kuiper . O interesse em uma missão para o cinturão de Kuiper surgiu de tal forma que a NASA instruiu o JPL a reformular a missão não apenas como um sobrevoo por Plutão, mas também por um objeto do cinturão de Kuiper (KBO). A missão foi então renomeada como Plutão Kuiper Express, após ser brevemente faturada como Plutão Express antes da revisão. O peso da espaçonave foi aumentado novamente, desta vez para 175 kg, e a NASA permitiu mais liberdade com o orçamento do projeto.
No entanto, Goldin mais tarde decidiu que o Expresso Plutão Kuiper era de baixa importância e, assim, cortou o financiamento do projeto drasticamente. Eventualmente, apesar da seleção oficial de instrumentos científicos e da nomeação de vários investigadores, o então Diretorado de Missão Científica Edward J. Weiler ordenou o cancelamento de toda a missão dos cinturões de Plutão e Kuiper em 2000, citando crescentes restrições orçamentárias, que prejudicaram o projeto desde seu início em 1992. Na época do cancelamento, os custos projetados ultrapassavam US $ 1 bilhão.
Exploração proposta (2003)
Uma missão de retorno de amostra / orbitador / módulo de Plutão foi proposta em 2003. O plano incluía uma viagem de 12 anos da Terra a Plutão, mapeamento da órbita, pousos múltiplos, uma sonda de água quente e possível produção de propelente in situ por mais 12 anos viagem de volta à Terra com amostras. A potência e a propulsão viriam do sistema de reator nuclear bimodal MITEE.
Uma lista completa de missões anteriores e futuras ao Sistema Solar externo pode ser encontrada no artigo Lista de missões aos planetas externos .
Novos horizontes
Após uma intensa batalha política, uma missão revisada a Plutão chamada New Horizons recebeu financiamento do governo dos EUA em 2003. A New Horizons foi lançada com sucesso em 19 de janeiro de 2006. O líder da missão, S. Alan Stern , confirmou que algumas das cinzas de Clyde Tombaugh, que morreu em 1997, foi colocado a bordo da espaçonave.
A New Horizons capturou suas primeiras imagens (distantes) de Plutão no final de setembro de 2006, durante um teste do Long Range Reconnaissance Imager. As imagens, tiradas de uma distância de aproximadamente 4,2 bilhões de quilômetros, confirmaram a capacidade da espaçonave de rastrear alvos distantes, essenciais para manobrar em direção a Plutão e outros objetos do cinturão de Kuiper. No início de 2007, a nave fez uso de uma ajuda da gravidade de Júpiter .
Em 4 de fevereiro de 2015, a NASA divulgou novas imagens de Plutão (tiradas em 25 e 27 de janeiro) da sonda que se aproxima. A New Horizons estava a mais de 203.000.000 km (126.000.000 milhas) de Plutão quando começou a tirar as fotos, que mostravam Plutão e sua maior lua, Caronte. Em 20 de março de 2015, a NASA convidou o público em geral a sugerir nomes para características de superfície que serão descobertas em Plutão e Caronte. Em 15 de abril de 2015, foi fotografada Plutão mostrando uma possível calota polar. Entre abril e junho de 2015, a New Horizons começou a retornar imagens de Plutão que excediam a qualidade que o Telescópio Espacial Hubble poderia produzir.
As pequenas luas de Plutão, descobertas pouco antes e depois do lançamento da sonda, foram consideradas potencialmente perigosas, pois os detritos das colisões entre eles e outros objetos do cinturão de Kuiper poderiam ter produzido um anel empoeirado tênue. Se a New Horizons tivesse viajado através de tal sistema de anéis, haveria um risco aumentado de danos micrometeoróides potencialmente incapacitantes .
A New Horizons teve sua abordagem mais próxima de Plutão em 14 de julho de 2015 - após uma jornada de 3.462 dias através do Sistema Solar. As observações científicas de Plutão começaram cinco meses antes da abordagem mais próxima e continuaram por pelo menos um mês após o encontro. A New Horizons usou um pacote de sensoriamento remoto que inclui instrumentos de imagem e uma ferramenta de investigação científica de rádio, bem como espectroscopia e outros experimentos, para caracterizar a geologia global e morfologia de Plutão e sua lua Caronte, mapear sua composição de superfície e analisar a atmosfera neutra de Plutão e sua taxa de escape. A New Horizons também fotografou as superfícies de Plutão e Caronte.
Fotografias de Plutão taken on 14 julho de 2015 tomado 15 minutos após a New Horizon 's abordagem mais próximo, a uma distância de 18.000 quilómetros e enviou à Terra em 13 de setembro de 2015 mostram uma quase-sol em Plutão com detalhes da superfície e uma névoa no atmosfera.
Conceitos de missão futura
Nenhuma missão de acompanhamento para a New Horizons foi formalmente planejada, mas pelo menos dois conceitos de missão foram estudados. Em abril de 2017, um workshop se reuniu em Houston, Texas, para discutir ideias para uma missão de acompanhamento. Os possíveis objetivos discutidos pelo grupo para uma missão de acompanhamento incluem mapear a superfície a 30 pés por pixel, observações dos satélites menores de Plutão, observações de como Plutão muda conforme gira em seu eixo e mapeamento topográfico das regiões de Plutão que são cobertas por escuridão de longo prazo devido à sua inclinação axial. O último objetivo poderia ser alcançado usando pulsos de laser infravermelho. De acordo com o principal investigador da New Horizons, Alan Stern, "Se enviarmos um orbitador, podemos mapear 100 por cento do planeta, até mesmo terrenos que estão em total sombra." Stern e David Grinspoon também sugeriram que uma missão orbital poderia procurar evidências de o oceano subterrâneo sugerido nos dados da New Horizons .
Pouco depois do sobrevôo da New Horizons , Stern sugeriu uma sonda Charon como uma continuação que observaria Plutão da superfície de Caronte. No entanto, tal módulo de pouso observaria apenas o hemisfério de Plutão voltado para Caronte, já que Plutão e Caronte estão travados por maré . Desde a oficina de Houston, Stern mudou de ideia para defender, em vez disso, uma órbita do estilo Cassini que usaria a gravidade de Caronte para ajustar sua órbita enquanto estudava Plutão e suas luas. A sonda poderia usar propulsão elétrica semelhante à missão Dawn da NASA . Teria então a opção de usar a gravidade de Caronte para deixar o sistema de Plutão depois que todos os objetivos da ciência de Plutão forem concluídos e estudar novos KBOs além de Plutão. Stern previu que a sonda seria lançada em 2030, marcando o 100º aniversário da descoberta de Plutão, e passando 7–8 anos viajando para o sistema de Plutão.
Órbita e módulo de aterrissagem com fusão de Plutão
O Pluto Orbiter and Lander com capacidade de fusão foi um relatório de fase I de 2017 financiado pelo programa NASA Innovative Advanced Concepts ( NIAC ). O relatório, escrito pelo investigador principal Stephanie Thomas da Princeton Satellite Systems, Inc., descreve uma missão Direct Fusion Drive (DFD) para Plutão. Um reator de fusão seria usado para enviar um orbitador e sonda de 1000 kg ao sistema de Plutão em apenas quatro anos (mais de duas vezes mais rápido que o New Horizons ).
Plutão pula, pula e pula
A Global Aerospace Corporation apresentou um conceito de sonda Plutão intitulado "Pluto Hop, Skip e Jump" no Simpósio NIAC 2017 em Denver, Colorado. O conceito descreve uma nave de entrada que frearia usando o arrasto da fina mas altamente espalhada atmosfera de Plutão. Uma vez na superfície de Plutão, o veículo exploraria a baixa gravidade de Plutão para saltar entre locais usando propelente. Isso é semelhante ao conceito Triton Hopper da NASA para explorar a maior lua de Netuno, Tritão .
Perséfone
Outra proposta apresentada à NASA em 2020 é uma sonda orbital do sistema Plutão e Caronte, chamada "Perséfone".
Ele seria alimentado por 5 RTGs, conteria várias câmeras de alta resolução e orbitaria por 3 anos. Um objetivo principal seria determinar se existe um oceano subterrâneo em Plutão. O custo estimado seria de US $ 3 bilhões.