Sonda interestelar - Interstellar probe
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Uma sonda interestelar é uma sonda espacial que deixou - ou espera-se que deixe - o Sistema Solar e entrar no espaço interestelar , que é tipicamente definido como a região além da heliopausa . Também se refere a sondas capazes de alcançar outros sistemas estelares .
São cinco sondas interestelares, todas lançadas pela agência espacial americana NASA : Voyager 1 , Voyager 2 , Pioneer 10 , Pioneer 11 e New Horizons . Em 2019, Voyager 1 , Voyager 2 e Pioneer 10 são as únicas sondas que realmente alcançaram o espaço interestelar. Os outros dois estão em trajetórias interestelares.
O choque de terminação é o ponto na heliosfera onde o vento solar diminui para a velocidade subsônica. Mesmo que o choque de terminação aconteça tão próximo quanto 80-100 UA ( unidade astronômica ), a extensão máxima da região em que o campo gravitacional do Sol é dominante (a esfera de Hill ) é estimada em cerca de 230.000 unidades astronômicas (3,6 anos-luz ) Este ponto está próximo ao sistema estelar conhecido mais próximo, Alpha Centauri , localizado a 4,36 anos-luz de distância. Embora as sondas fiquem sob a influência do Sol por um longo tempo, suas velocidades excedem em muito a velocidade de escape do Sol , então elas irão embora para sempre.
O espaço interestelar é definido como aquele que fica além de uma região magnética que se estende por cerca de 122 UA do Sol, conforme detectado pela Voyager 1 , e a região de influência equivalente ao redor de outras estrelas. A Voyager 1 entrou no espaço interestelar em 2012.
Sonda interestelar também é o nome de uma sonda espacialproposta da NASA com a intenção de viajar 200 UA em 15 anos, estudada em 1999.
Interstellar Probe Explorer (ISP) é também o nome de uma nova missão robótica unilateral da NASA no meio interestelar local ao longo de 50 anos, atualmente sendo estudada pelo Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins. Com base na experiência das espaçonaves Voyager e New Horizons, ele voará os primeiros instrumentos dedicados projetados para explorar o ambiente da Via Láctea nas proximidades. Viajando além da esfera de influência do Sol, seria a primeira missão dedicada da NASA a se aventurar no espaço entre nossa estrela e outros sistemas planetários potencialmente habitáveis.
Em abril de 2016, os cientistas anunciaram Breakthrough Starshot , um programa Breakthrough Initiatives , para desenvolver uma frota de prova de conceito de naves espaciais leves de pequeno centímetro , chamada StarChip , capaz de fazer a viagem para Alpha Centauri , o sistema estelar extra-solar mais próximo , a velocidades de 20% e 15% da velocidade da luz , levando entre 20 e 30 anos para atingir o sistema estelar, respectivamente, e cerca de 4 anos para notificar a Terra de uma chegada bem-sucedida.
Visão geral
O cientista planetário G. Laughlin observou que, com a tecnologia atual, uma sonda enviada para Alpha Centauri levaria 40.000 anos para chegar, mas expressou esperança de que uma nova tecnologia seja desenvolvida para fazer a viagem dentro de uma vida humana. Nessa escala de tempo, as estrelas se movem notavelmente. Por exemplo, em 40.000 anos, Ross 248 estará mais perto da Terra do que Alpha Centauri.
Uma tecnologia que tem sido proposto para alcançar velocidades mais altas é um E-vela . Aproveitando o vento solar, pode ser possível atingir 20-30 UA por ano, mesmo sem usar propelente.
Sondas interestelares existentes
A parcela 1 é vista do pólo eclíptico norte , em escala; os gráficos 2 a 4 são projeções do terceiro ângulo na escala de 20%.
No arquivo SVG, passe o mouse sobre uma trajetória ou órbita para destacá-la e seus lançamentos e sobrevôos associados.
Nave espacial funcional
Voyager 1 (1977+)
A Voyager 1 é uma sonda espacial lançada pela NASA em 5 de setembro de 1977. A uma distância de cerca de 148,42 UA (2,220 × 10 10 km) em 10 de outubro de 2021, é o objeto artificial mais distante da Terra .
Mais tarde, foi estimado que a Voyager 1 cruzou o choque de terminação em 15 de dezembro de 2004 a uma distância de 94 UA do Sol.
No final de 2011, a Voyager 1 entrou e descobriu uma região de estagnação onde as partículas carregadas fluindo do Sol diminuem a velocidade e se voltam para dentro, e o campo magnético do Sistema Solar tem o dobro de força conforme o espaço interestelar parece estar aplicando pressão. Partículas energéticas originadas no Sistema Solar diminuíram quase pela metade, enquanto a detecção de elétrons de alta energia de fora aumenta 100 vezes. A borda interna da região de estagnação está localizada a aproximadamente 113 unidades astronômicas (UA) do sol.
Em 2013, pensou-se que a Voyager 1 cruzou a heliopausa e entrou no espaço interestelar em 25 de agosto de 2012 a uma distância de 121 UA do Sol, tornando-a o primeiro objeto de fabricação humana conhecido a fazê-lo.
Em 2017, a sonda estava se movendo com uma velocidade relativa ao Sol de cerca de 16,95 km / s (3,58 UA / ano).
Se não atingir nada, a Voyager 1 pode alcançar a nuvem de Oort em cerca de 300 anos
Voyager 2 (1977+)
A Voyager 2 cruzou a heliopausa e entrou no espaço interestelar em 5 de novembro de 2018. Ela já havia passado o choque de terminação na heliosheath em 30 de outubro de 2007. Em 10 de outubro de 2021 a Voyager 2 está a uma distância de 123,12 UA (1,842 × 10 10 km) da Terra. A sonda estava se movendo a uma velocidade de 3,25 UA / ano (15,428 km / s) em relação ao Sol em seu caminho para o espaço interestelar em 2013.
Ele está se movendo a uma velocidade de 15,4 km / s (55.000 km / h) em relação ao Sol em dezembro de 2014. Espera-se que a Voyager 2 forneça as primeiras medições diretas da densidade e temperatura do plasma interestelar.
Novos Horizontes (2006+)
A New Horizons foi lançada diretamente em uma trajetória de fuga hiperbólica, recebendo ajuda gravitacional de Júpiter no caminho. Em 7 de março de 2008, a New Horizons estava a 9,37 UA do Sol e viajando para fora a 3,9 UA por ano. No entanto, ela diminuirá para uma velocidade de escape de apenas 2,5 UA por ano à medida que se afasta do Sol, então nunca alcançará nenhuma das Voyager. No início de 2011, viajava a 3,356 UA / ano (15,91 km / s) em relação ao sol. Em 14 de julho de 2015, ele completou um sobrevôo de Plutão a uma distância de cerca de 33 UA do sol. Em seguida, a New Horizons encontrou 486958 Arrokoth em 1 de janeiro de 2019, a cerca de 43,4 UA do sol.
O choque de terminação da Heliosfera foi cruzado pela Voyager 1 em 94 unidades astronômicas (UA) e pela Voyager 2 em 84 UA de acordo com a missão IBEX.
Se a New Horizons pode alcançar a distância de100 UA , ele estará viajando a cerca de 13 km / s (29.000 mph), cerca de 4 km / s (8.900 mph) mais lento do que a Voyager 1 a essa distância.
Missões inativas
Pioneer 10 (1972–2003)
A última recepção bem-sucedida de telemetria do Pioneer 10 foi em 27 de abril de 2002, quando ele estava a uma distância de 80,22 UA, viajando a cerca de 2,54 UA / ano (12 km / s).
Pioneer 11 (1973–1995)
As operações de rotina da missão para o Pioneer 11 foram interrompidas em 30 de setembro de 1995, quando ele estava a 6,5 bilhões de km (aproximadamente 43,4 UA) da Terra, viajando a cerca de 2,4 UA / ano (11,4 km / s).
Resíduos da sonda
O terceiro estágio da New Horizons, um impulsionador STAR-48 , está em uma trajetória de fuga semelhante para fora do Sistema Solar como a New Horizons , mas passará a milhões de quilômetros de Plutão. Ele cruzou a órbita de Plutão em outubro de 2015.
Os impulsionadores de foguetes de terceiro estágio para a Pioneer 10 e para as Voyager 1 e 2 também estão em trajetórias de fuga para fora do Sistema Solar.
Sondas transnetunianas em distâncias precursoras
No início dos anos 2000, muitos corpos planetários novos e relativamente grandes foram encontrados além de Plutão, e com órbitas se estendendo por centenas de UA além da heliosfera (90-1000 UA). A sonda New Horizons da NASA pode explorar esta área agora que realizou seu sobrevôo por Plutão em 2015 (a órbita de Plutão varia de 29 a 49 UA). Alguns desses grandes objetos além de Plutão incluem 136199 Eris , 136108 Haumea , 136472 Makemake e 90377 Sedna . Sedna chega a 76 UA, mas viaja até 961 UA no afélio, e o planeta menor (87269) 2.000 OO 67 passa de 1060 UA no afélio. Corpos como esses afetam o modo como o Sistema Solar é compreendido e atravessam uma área anteriormente apenas no domínio de missões interestelares ou sondas precursoras. Após as descobertas, a área também está no domínio de sondas interplanetárias; alguns dos corpos descobertos podem se tornar alvos para missões de exploração, um exemplo disso é o trabalho preliminar em uma sonda para Haumea e suas luas (em 35-51 UA). A massa da sonda, a fonte de energia e os sistemas de propulsão são as principais áreas de tecnologia para esse tipo de missão. Além disso, uma sonda além de 550 UA poderia usar o próprio Sol como uma lente gravitacional para observar alvos fora do Sistema Solar, como sistemas planetários em torno de outras estrelas próximas, embora muitos desafios para esta missão tenham sido observados.
Sondas interestelares propostas
Missões que atingem o meio interestelar ou saem da heliosfera.
- Expresso interestelar (IHP) (2019-)
Uma missão espacial CNSA proposta pela primeira vez em 2019 seria lançada em 2024 com a intenção de pesquisar a heliosfera. Ambas as sondas usariam assistências de gravidade em Júpiter e voariam por objetos do cinturão de Kuiper, e a segunda também está planejada para voar por Netuno e Tritão. A outra meta é chegar a 100 UA do Sol até 2049, o centenário da fundação da República Popular da China.
- Sonda interestelar (ISP) (2018-)
Um estudo financiado pela NASA, liderado pelo Laboratório de Física Aplicada , sobre as opções possíveis para uma sonda interestelar. O conceito nominal seria lançado em um SLS na década de 2030. Ele realizaria um sobrevôo de Júpiter com motor ou um periélio muito próximo e uma manobra de propulsão, e alcançaria uma distância de 1000-2000 UA em cinquenta anos. Possibilidades para a ciência planetária, astrofísica e exoplaneta ao longo do caminho também estão sendo investigadas.
- Interstellar Heliopause Probe (IHP) (2006)
Um estudo de referência de tecnologia publicado em 2006 com a ESA propôs uma sonda interestelar focada em deixar a heliosfera. A meta seria 200 UA em 25 anos, com lançamento tradicional, mas aceleração por uma vela solar . A sonda de aproximadamente 200–300 kg carregaria um conjunto de vários instrumentos, incluindo um analisador de plasma, experimento de ondas de rádio de plasma, magnetômetro, detector de átomo neutro e carregado, analisador de poeira e um fotômetro UV. A energia elétrica viria de um RTG .
Proposta da NASA para enviar uma carga útil científica de 35 kg para pelo menos 200 UA. Ele alcançaria uma velocidade máxima de 7,8 UA por ano usando uma combinação de um foguete de carga pesada, assistência gravitacional de Júpiter e um motor de íon alimentado por geradores térmicos de radioisótopos padrão . A sonda sugeriu um lançamento em 2014 (para aproveitar as vantagens da assistência gravitacional de Júpiter ), para atingir 200 UA por volta de 2044.
- Explorador interestelar realista e explorador interestelar (2000–2002)
Estudos sugerem várias tecnologias, incluindo RTG baseado em Am-241, comunicação óptica (em oposição ao rádio) e eletrônica semi-autônoma de baixa potência. O Trajectory usa a ajuda da gravidade de Júpiter e a manobra Solar Oberth para atingir 20 UA / ano, permitindo 1000 UA em 50 anos e uma extensão da missão de até 20.000 UA e 1000 anos. A tecnologia necessária incluía propulsão avançada e escudo solar para queimar o periélio ao redor do sol. Térmico solar (STP), térmico de fissão nuclear (NTP) e pulso de fissão nuclear, bem como vários isótopos RTG foram examinados. Os estudos também incluíram recomendações para uma sonda solar (ver também Parker Solar Probe ), tecnologia térmica nuclear, sonda de vela solar, sonda de 20 UA / ano e uma visão de longo prazo de uma sonda de 200 UA / ano para a estrela Epsilon Eridani .
A "próxima etapa" da sonda interestelar neste estudo sugeriu um reator de fissão de 5 megawatts utilizando 16 toneladas métricas de propelente H 2 . Visando um lançamento em meados do século 21, ele aceleraria para 200 UA / ano acima de 4.200 UA e alcançaria a estrela Epsilon Eridani após 3400 anos de viagem no ano 5500 DC. No entanto, esta era uma visão de segunda geração para uma sonda e o estudo reconheceu que mesmo 20 UA / ano pode não ser possível com a tecnologia atual (2002). Para efeito de comparação, a sonda mais rápida na época do estudo era a Voyager 1 em cerca de 3,6 UA / ano (17 km / s), em relação ao sol.
A Sonda Interestelar foi uma proposta de espaçonave de propulsão solar a vela planejada pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA. Foi planejado para atingir até 200 UA em 10 anos a uma velocidade de 14 UA / ano (cerca de 70 km / s, e funcionar até mais de 400 UA. Uma tecnologia crítica para a missão é um grande 1 g / m 2 vela solar.
- Missão TAU (1987)
A missão TAU (Mil Unidades Astronômicas) foi um foguete elétrico nuclear proposto que usava um reator de fissão de 1 MW e uma unidade de íons com um tempo de queima de cerca de 10 anos para atingir uma velocidade de 106 km / s (cerca de 20 UA / ano) para alcançar uma distância de 1000 UA em 50 anos. O objetivo principal da missão era melhorar as medições de paralaxe das distâncias às estrelas dentro e fora de nossa galáxia, com objetivos secundários sendo o estudo da heliopausa , medições das condições no meio interestelar e (via comunicações com a Terra) testes de geral relatividade .
Conceitos interestelares
- Projeto Orion (1958–1965)
O Projeto Orion era uma nave de propulsão de pulso nuclear proposta que usaria bombas de fissão ou fusão para aplicar força motriz. O projeto foi estudado durante as décadas de 1950 e 1960 nos Estados Unidos da América , com uma variante da nave capaz de viagens interestelares .
- Sonda Bracewell (1960)
Comunicação interestelar por meio de uma sonda, em oposição ao envio de um sinal eletromagnético.
- Foguete Sanger Photon (1950-1964)
Eugene Sanger propôs uma espaçonave movida a antimatéria na década de 1950. O impulso deveria vir de raios gama refletidos produzidos pela aniquilação elétron- pósitron .
- Enzmann Starship (1964/1973)
Proposta em 1964 e examinada em uma edição de outubro de 1973 da Analog , a Enzmann Starship propôs o uso de uma bola de deutério congelado de 12.000 toneladas para alimentar a propulsão de pulso com energia termonuclear. Com cerca de duas vezes o comprimento do Empire State Building e montado em órbita, a espaçonave fazia parte de um projeto maior precedido por grandes sondas interestelares e observação telescópica de sistemas estelares alvo.
- Projeto Daedalus (1973–1978)
O Projeto Daedalus era uma nave de propulsão de pulso nuclear proposta que usava fusão de confinamento inercial de pequenas pelotas dentro de um bico de campo magnético para fornecer força motriz. O projeto foi estudado durante a década de 1970 pela Sociedade Interplanetária Britânica e deveria voar pela Estrela de Barnard em menos de um século após o lançamento. Os planos incluíam a mineração de Hélio-3 de Júpiter e uma massa de pré-lançamento de mais de 50 mil toneladas métricas da órbita.
- Projeto Longshot (1987-1988)
O Projeto Longshot foi uma nave de propulsão de pulso nuclear proposta que usava fusão de confinamento inercial de pequenas pelotas dentro de um bico de campo magnético para fornecer força motriz, de uma maneira semelhante à do Projeto Daedalus. O projeto foi estudado durante a década de 1990 pela NASA e pela US Naval Academy . A nave foi projetada para alcançar e estudar Alpha Centauri .
- Starwisp (1985)
Starwisp é um projeto hipotético de sonda interestelar não tripulada proposto por Robert L. Forward . É impulsionado por uma vela de micro-ondas, semelhante ao conceito de uma vela solar, mas alimentada por micro-ondas de uma fonte artificial.
- Medusa (década de 1990)
Medusa foi um novo projeto de nave espacial, proposto por Johndale C. Solem, usando uma grande vela leve (spinnaker) impulsionada por pulsos de pressão de uma série de explosões nucleares . O projeto, publicado pela British Interplanetary Society , foi estudado durante a década de 1990 como um meio de viagem interplanetária.
- Lançador Starseed (1996)
O lançador Starseed era o conceito para o lançamento de sondas interestelares de microgramas a até 1/3 da velocidade da luz.
- AIMStar (1990s-2000s)
O AIMStar foi uma nave de propulsão de pulso nuclear catalisada por antimatéria que usaria nuvens de antiprótons para iniciar a fissão e a fusão dentro dos pellets de combustível. Um bico magnético derivou a força motriz das explosões resultantes. O projeto foi estudado durante a década de 1990 pela Penn State University . A nave foi projetada para atingir uma distância de 10.000 UA do Sol em 50 anos.
- Projeto Ícaro (2009+)
O Projeto Icarus é um estudo teórico para uma sonda interestelar e está sendo conduzido sob a orientação da Tau Zero Foundation (TZF) e da British Interplanetary Society (BIS), e foi motivado pelo Projeto Daedalus , um estudo semelhante que foi realizado entre 1973 e 1978 pelo BIS. O projeto está planejado para durar cinco anos e começou em 30 de setembro de 2009.
- Projeto Libélula (2014+)
A Iniciativa para Estudos Interestelares (i4is) iniciou um projeto de trabalho em pequenas espaçonaves interestelares, impulsionadas por uma vela a laser em 2014 sob o nome de Projeto Libélula . Quatro equipes de alunos trabalharam em conceitos para essa missão em 2014 e 2015 no contexto de uma competição de design.
Geoffrey A. Landis propôs para viagens interestelares o projeto de tecnologia do futuro com uma sonda interestelar com fornecimento de energia de uma fonte externa ( laser da estação base) e propulsor iônico.
Outras sondas interplanetárias de interesse
Outras sondas de interesse para missões interestelares sugeridas.
- Dawn (2007–2018), usando propulsores de íons de xenônio movidos a energia solar, alcançando uma mudança de velocidade de mais de 10 km / s
- Parker Solar Probe , uma sonda planejada se aproxima da Sun em cerca de 8-9 raios solares. (Sondas interestelares usando um auxílio da gravidade solar precisam sobreviver ao periélio solar)
- Deep Space 1 (1999–2001), demonstrou motores de íons e comunicações de rádio em banda Ka.
- Ulysses (1990–2009), missão Out-Of-The-Ecliptic significou uma grande mudança de velocidade de 15,4 km / s (impulsionador IUS & Pam-S) e auxílio de gravidade de Júpiter. RTG usado para energia.
- IKAROS (2010), NanoSail-D2 (2010), LightSail-1 (2016), testes de vela solar
Tecnologias
Algumas tecnologias que foram discutidas em relação à fabricação de uma sonda interestelar.
Assistência de gravidade
Uma assistência gravitacional tradicional pode ser comparada a jogar uma bola de tênis em um trem (ela rebate não apenas com a velocidade de chegada, mas é acelerada pelo trem), ela usa a gravidade de um planeta e seu movimento relativo ao redor do Sol em comparação com a espaçonave . Por exemplo, a Voyager 2 aumentou sua velocidade realizando assistências gravitacionais em Júpiter, Saturno e Urano.
Efeito Oberth
Herman Oberth concebeu este tipo de auxílio gravitacional em 1929.
RTGs
Um exemplo de RTG usado em uma sonda saindo do sistema solar são as Voyagers. Normalmente, eles usaram plutônio, mas um RTG usando 241 Am foi proposto para uma missão do tipo interestelar em 2002. Isso poderia suportar extensões de missão de até 1000 anos na sonda interestelar, porque a saída de energia seria mais estável a longo prazo do que o plutônio . Outros isótopos para RTG também foram examinados no estudo, observando características como watt / grama, meia-vida e produtos de decaimento. Uma proposta de sonda interestelar de 1999 sugeria o uso de três fontes avançadas de energia de radioisótopos. Um RTG usando 241 Am também foi estudado como combustível RTG pela ESA
Motores iônicos
Velas solares
Mensagens de sondagem
As chapas pioneiras são um par de ouro - anodizado alumínio placas colocadas na placa a 1972 pioneiro 10 e 1973 Pioneer 11 sonda , que caracteriza uma mensagem pictórica no caso de serem reencontrada
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Cada registro de ouro da Voyager , incluído a bordo das espaçonaves Voyager 1 e Voyager 2 , apresenta gravações de áudio e imagens codificadas
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Veja também
- Programas selecionados
- NERVA (terminando em 1972), testou motor de foguete térmico de fissão nuclear
- Projeto Prometheus da NASA (final de 2006)
- Júpiter Icy Moons Orbiter (terminando em 2005), motor de íon elétrico de fissão nuclear
- Breakthrough Propulsion Physics Program (1996-2002), avaliou a tecnologia de propulsão avançada
- Interstellar Boundary Explorer (IBEX) (2008), observatório espacial que mediu átomos neutros energéticos a partir da fronteira interestelar.
- TAU , nave espacial proposta capaz de atingir 1000 UA em 50 anos.
- Espaço sideral
- Lista das estrelas mais próximas (mais próximas da Terra)
- Heliosfera e meio interestelar
- Cinturão de Kuiper (30-50 UA) e nuvem Oort (2.000 a 200.000 UA)
- Nuvem interestelar local (também conhecida como Fluff local e 30 anos-luz de diâmetro) e bolha local (300 anos-luz de diâmetro) (1 ano-luz ≈ 63.241 UA)
- Exemplos de distância em AU
- Viagem ao espaço
Referências
Leitura adicional
- Missão de sondagem interestelar da NASA (1999) (.pdf)
- Leonard David - Reaching for interestelar flight (2003) - MSNBC (MSNBC Webpage)
- Ralph L. McNutt, et al. - A Realistic Interstellar Explorer (2000) - Johns Hopkins University (.pdf)
- McNutt, et al. - Radioisotope Electric Propulsion (2006) - NASA Glenn Research Center (inclui missão orbital Centaur )
- Scott W. Benson - Estudo de energia solar para planetas externos (2007) - NASA Glenn Research Center (com reforço SEP )
links externos
- Nave espacial escapando do Sistema Solar
- Lista de espaçonaves interestelares e sondas
- NASA - Interstellar Probe (estudo da era de 2002)
- Site da missão Voyager (NASA)