ده سال پس از نیوهورایزنز: چشم‌انداز مبهم بازگشت به پلوتو

مأموریتی نسل‌به‌نسل: چشم‌انداز مبهم بازگشت به پلوتو

در شرایط عادی و با بودجه‌ای پایدار، شاید دانشمندان ناسا طی ۱۰ تا ۲۰ سال آینده فرصت می‌یافتند تا توسعه مأموریت جدیدی به پلوتو را آغاز کنند. با این حال، اولویت‌های کنونی ناسا شامل بازگرداندن نمونه از مریخ، ارسال فضاپیما به مدار اورانوس، و اعزام کاوشگر به مدار و سطح قمر یخی زحل، انسلادوس است. در چنین سناریویی، یک مأموریت تازه به پلوتو ممکن بود تا پیش از پایان دهه ۲۰۵۰ به مقصد برسد و وارد مدار آن شود.

اما امروز شرایط عادی نیست. پیشنهاد کاهش بودجه علمی ناسا به نصف، نه تنها مأموریت‌های آینده را به خطر می‌اندازد، بلکه ممکن است به توقف فعالیت بسیاری از فضاپیماهای فعال، از جمله نیوهورایزنز، منجر شود. این کاهش بودجه، روحیه جامعه علوم فضایی را تضعیف کرده و بودجه پژوهشی را نیز به شدت کاهش می‌دهد؛ بودجه‌ای که برای تحلیل داده‌های نیوهورایزنز یا رصدهای دوردست پلوتو حیاتی است.

با وجود حمایت کاخ سفید از مأموریت‌های جدیدی مانند اروپا کلیپر و دراگن‌فلای، بودجه پیشنهادی دولت ترامپ نشان‌دهنده عدم تمایل به تأمین مالی مأموریت‌های فراتر از ماه یا مریخ است، جایی که ناسا بر اکتشافات انسانی و پروژه‌های تجاری تمرکز دارد. در چنین شرایطی، آغاز توسعه مأموریتی جدید به پلوتو در ۲۰ سال آینده دشوار به نظر می‌رسد، حتی اگر بودجه علمی ناسا در آینده بازیابی شود، پلوتو در اولویت‌های اصلی قرار نخواهد گرفت.

چرا مدارگردی به پلوتو ضروری است؟

در تازه‌ترین بررسی ده‌ساله آکادمی‌های ملی علوم آمریکا، اولویت‌های برنامه علمی سیاره‌ای ناسا تا سال ۲۰۳۲ تعیین شده‌اند که شامل بازگرداندن نمونه از مریخ، ارسال فضاپیما به مدار اورانوس و مأموریت «اُربی‌لندر» برای مدارگردی و فرود روی قمر انسلادوس است. هیچ‌یک از این مأموریت‌ها احتمال واقع‌بینانه‌ای برای پرتاب تا سال ۲۰۳۲ ندارند و مأموریت دوم به پلوتو حتی شایستگی تهیه گزارش ارزیابی فنی و هزینه‌ای را نیز نیافت.

جامعه علمی بر این باور است که مأموریت بعدی به پلوتو باید یک مدارگرد باشد، نه یک پرواز عبوری دیگر. نیوهورایزنز با سرعت ۱۴ کیلومتر بر ثانیه و از فاصله ۱۲,۵۰۰ کیلومتری از کنار پلوتو عبور کرد. دوربین اصلی آن تنها برای کمتر از یک ساعت توانست تصاویری با وضوح بالا بگیرد، به طوری که جسمی به اندازه یک زمین فوتبال قابل مشاهده بود. نیوهورایزنز تنها نیمی از سطح پلوتو را با وضوح مناسب مشاهده کرد، اما همان نیمه، صحنه‌ای شگفت‌انگیز را آشکار ساخت:

• صفحاتی قلب‌شکل از نیتروژن و متان منجمد
• کوه‌هایی از یخ آب
• سطحی که روی اقیانوس مدفون و مایع درونی شناور است

برای جلوگیری از یخ‌زدگی کامل، پلوتو باید منبعی از گرمای درونی داشته باشد، چیزی که پیش از نیوهورایزنز انتظار نمی‌رفت. پاسخ به پرسش‌هایی نظیر وضعیت اقیانوس پلوتو، ضخامت ورقه‌های یخی، فعالیت یخ‌فشان‌های مشکوک، و رازهای نیمه دیگر پلوتو، تنها از طریق یک مدارگرد ممکن خواهد بود.

پرسفون: طرحی بلندپروازانه با چالش‌های فراوان

برخی از دانشمندان مأموریت نیوهورایزنز، طرح مفهومی یک مدارگرد به نام «پرسفون» (Persephone) را طراحی کرده‌اند. این طرح که در سال ۲۰۲۰ منتشر شد، پرتاب آن را در سال ۲۰۳۱ با موشک SLS Block 2 ناسا پیش‌بینی کرده بود. با این حال، این جدول زمانی واقع‌بینانه نیست و موشک مورد نظر هنوز وجود خارجی ندارد. اگر پرسفون در سال ۲۰۳۱ پرتاب شود، بیش از ۲۷ سال طول می‌کشد تا به پلوتو برسد و در سال ۲۰۵۸ وارد مدار آن شود.

مطالعه مفهومی دیگری نیز توسط آلن استرن، مدیر علمی نیوهورایزنز، نشان می‌دهد که در صورت پرتاب فضاپیما تا سال ۲۰۳۰ روی موشک SLS، مدارگرد پلوتو می‌تواند تا اواخر دهه ۲۰۵۰ به مقصد برسد و پس از پایان مأموریت، به سمت جرم دورتری پرواز کند.

هر دو طرح پرسفون و استاندارد طلایی، استفاده از شتاب گرانشی سیاره مشتری را برای افزایش سرعت فضاپیما فرض کرده‌اند. اما مشتری از سال ۲۰۳۲ تا اوایل دهه ۲۰۴۰ از موقعیت مناسب برای چنین کمکی خارج می‌شود، که این امر ۱۰ سال یا بیشتر به مدت سفر اضافه خواهد کرد.

نیوهورایزنز تنها در ۹ سال به پلوتو رسید، اما این فضاپیما بسیار کوچک‌تر از یک مدارگرد بود. برای ورود به مدار، فضاپیما باید مقدار زیادی انرژی و سوخت حمل کند تا بتواند سرعت خود را کاهش داده و در جاذبه ضعیف پلوتو قرار گیرد.

پاسخ: انرژی هسته‌ای و هزینه‌های سرسام‌آور

طرح مفهومی پرسفون از پنج مولد هسته‌ای رادیوایزوتوپی برای تولید انرژی و پیشران‌های الکتریکی متعارف استفاده می‌کند که این ترکیب را در محدوده‌ی فناوری‌های موجود قرار می‌دهد.

مقاله‌ای به قلم جان کاسانی در سال ۲۰۲۰ نشان داد که پیشرانش الکتریکی هسته‌ای نسل آینده می‌تواند بسیار نویدبخش باشد. استفاده از یک راکتور هسته‌ای کوچک با توان ۱۰ کیلووات برای تغذیه پیشران‌های الکتریکی می‌تواند زمان سفر به پلوتو را تا ۲۵ تا ۳۰ درصد کاهش دهد و ارسال داده‌های علمی را چهار برابر سریع‌تر کند. با این حال، فناوری‌های پیشرانش الکتریکی هسته‌ای هنوز در مراحل ابتدایی توسعه قرار دارند و بودجه پیشنهادی دولت ترامپ نیز هیچ‌گونه تأمین مالی برای تحقیقات مربوط به موشک‌های هسته‌ای در نظر نگرفته است.

موشک‌هایی مانند استارشیپ اسپیس‌ایکس ممکن است در آینده بتوانند کاوشگری را با شتاب کافی به سوی فضای بیرونی منظومه شمسی پرتاب کنند، اما هنوز مطالعه دقیقی درباره قابلیت‌های استارشیپ برای مأموریتی به مقصد پلوتو منتشر نشده است.

دانشمندان هزینه اجرای طرح مفهومی پرسفون را بدون در نظر گرفتن هزینه پرتاب، حدود ۳ میلیارد دلار برآورد کرده‌اند. در صورتی که نیاز به موشک خاصی باشد، ممکن است یک میلیارد دلار یا بیشتر به آن افزوده شود. توسعه سامانه پیشرانش الکتریکی هسته‌ای نیز تقریباً با قطعیت، چندین میلیارد دلار هزینه خواهد داشت.

همه این‌ها نشان می‌دهد که احتمالاً بین اولین و دومین مأموریت اکتشافی به پلوتو ۵۰ سال یا بیشتر فاصله خواهد افتاد. این بازه زمانی با فاصله میان نخستین پروازهای عبوری از کنار اورانوس (۱۹۸۶) و نپتون (۱۹۸۹) توسط وویجر ناسا و اولین فرصت واقع‌بینانه برای بازدید مجدد از این دو غول یخی، هم‌راستا است. بنابراین، دانشمندان خود را برای انتظاری طولانی آماده کرده‌اند تا بار دیگر دنیاهای منظومه شمسی را از نزدیک ببینند.