Стоимость является основным фактором, определяющим развитие космических исследовательских миссий. Любая новая технология или хитрость, которые могут снизить стоимость миссии, делают ее более привлекательной для тех, кто планирует полеты. Поэтому большая часть исследований НАСА направлена на разработку технологий, которые позволяют удешевлять полеты.
Например, несколько лет назад Институт передовых концепций НАСА (NIAC) поддержал проект Майкла Ванворкома из ExoTerra Resource по разработке посадочного модуля, который мог бы обеспечить возвращение образцов с Европы. Давайте рассмотрим, что отличало эту миссию от других архитектур миссий Europa.
Миссия Nano Icy Moons Propellant Harvester (NIMPH) основана на трех основных достижениях, обеспечивающих один существенный результат: 10-кратное снижение общей стоимости миссии. Такое снижение затрат обусловлено главным образом одним фактом — вес миссии снизился ниже порогового значения, при котором она может быть запущена с помощью Atlas V, а не SLS, как того требовали бы аналогичные миссии.
Предполагаемая стоимость полета спускаемого аппарата "Европа", запущенного с помощью SLS, составила около 5 миллиардов долларов, что делает его непомерно дорогим для НАСА или любого другого агентства без существенных жертв для других миссий. По оценкам ExoTerra, используя несколько технологий снижения веса, они могли бы снизить стоимость миссии до 500 миллионов долларов - гораздо более разумная сумма для получения поддержки от одной из государственных космических программ.
Три различные технологии позволят снизить этот вес и стоимость. Первой из них станет система солнечной электрической тяги (SEP), изначально разработанная для использования на DART. Второй будет система микроиспользования ресурсов на месте (µISRU), а третьей - система передачи энергии между посадочным модулем и орбитальным аппаратом.
Давайте сначала рассмотрим общую архитектуру миссии, чтобы понять, какой вклад вносит каждый из них. В NIMPH комбинированный посадочный модуль orbiter будет выводиться на околоземную орбиту с помощью ракеты Atlas V. Затем была разработана солнечная электрическая двигательная установка (SEP) для использования в испытаниях по перенаправлению астероидов DART.
Несмотря на то, что он не использовался во время миссии DART, следующий ионный двигатель был частью запущенного космического аппарата, и, несмотря на некоторые технические проблемы, он мог бы позволить космическому аппарату достичь места назначения. Аналогичная, облегченная система SEP могла бы доставить NIMPH в систему Юпитера, но она также могла бы доставить образец обратно на Землю после того, как спускаемый аппарат соберет его.
Вопрос о том, как спускаемый аппарат сможет доставить этот образец с ледяной Луны, находится в центре внимания следующего крупного технологического шага — системы µISRU. Архитектура NIMPH предполагает использование местного льда в качестве топлива. Спускаемый аппарат будет буквально сублимировать лед под своими ногами, всасывать образующийся водяной пар, подвергать его электролизу для расщепления на кислород и водород, а затем разжижать, чтобы сохранить его для использования при доставке образца ледяного керна весом 1 кг обратно на орбиту.
Однако для выполнения всего этого требуется энергия, а посадочный модуль с радиоизотопным тепловым генератором или аналогичной широко используемой системой выработки электроэнергии был бы непомерно тяжелым. Итак, почему бы не использовать массивную солнечную батарею, необходимую для системы SEP, и не направить часть этой энергии на посадочный модуль? Именно эта концепция лежит в основе системы энергетического излучения, которая, по оценкам, вырабатывает около 2 кВт энергии в системе Юпитера, из которых около 1,8 кВт может быть передано непосредственно на посадочный модуль.
После того, как ядро было собрано и безопасно запущено обратно в космос с помощью специально разработанного двигателя LOx-LH2, который использует воду, собранную системой µISRU, спускаемый аппарат соединяется с орбитальным аппаратом. Система SEP снова включается и доставляет спускаемый аппарат обратно на околоземную орбиту, где он снова отсоединяется и возвращается на поверхность Земли в стандартном спускаемом модуле.
Во всей этой архитектуре миссии есть некоторые нюансы. Например, система SEP не будет работать на полную мощность в системе Юпитера, поэтому для выведения орбитального аппарата на нужную позицию требуется гораздо меньшая двигательная установка на LOx/метане. Кроме того, посадочному модулю, скорее всего, придется оставить свои опоры погруженными в европейский лед, поскольку процесс сублимации, который он использует для сбора топлива, скорее всего, закрепит их на месте.
Прежде чем любая подобная миссия будет готова к запуску, необходимо завершить большую работу по разработке всех этих систем. И, скорее всего, часть потребностей в научном понимании будет удовлетворена с помощью миссии Europa Clipper, которую планируется запустить позднее в этом году за 4,25 миллиарда долларов, что в 10 раз меньше затрат, которые послужили первоначальным стимулом для разработки более эффективной миссии NIMPH.
И хотя NIMPH получил грант NIAC на вторую фазу, насколько нам известно, он не был выбран для дальнейшего развития. Таким образом, на данный момент это инновационное сочетание технологий, позволяющих экономить массу, не будет представлено в Европе в ближайшее время, но, возможно, когда-нибудь это произойдет.
