Новая архитектура миссии по исследованию Европы может снизить стоимость и обеспечить доставку образца со Спутника

Использование местных ресурсов и солнечной энергии, предусмотренное архитектурой миссии NIMPH, способно обеспечить 10-кратное снижение стоимости миссии

Стоимость является ключевым фактором в разработке миссий по исследованию космоса. Любая новая технология или инновация, способные снизить затраты на миссию, делают её гораздо более привлекательной для планировщиков. Поэтому значительная часть исследований NASA сосредоточена на тех технологиях, которые позволяют проводить более экономичные миссии.

Например, несколько лет назад Институт перспективных концепций (NIAC) NASA поддержал проект Майкла ВанВоркома из ExoTerra Resource по разработке миссии спускаемого аппарата, которая могла бы обеспечить возврат образца с Европы, спутника Юпитера.

Миссия Nano Icy Moons Propellant Harvester (NIMPH) основана на трёх основных разработках для одного существенного результата: 10-кратного снижения общей стоимости миссии. Это снижение стоимости в основном обусловлено тем, что масса миссии упала ниже порогового значения, при котором её можно запустить с помощью ракеты Atlas V, а не SLS, как это потребовалось бы для аналогичных миссий.

Стоимость миссии для запускаемого SLS посадочного модуля на Европу оценивалась примерно в $5 миллиардов, что делает её непозволительно дорогой для NASA или любого другого агентства.

ExoTerra оценивает, что, используя несколько технологий снижения массы, они могли бы снизить цену миссии до $500 миллионов — гораздо более разумная сумма, чтобы получить поддержку от одной из правительственных космических программ.

Три различные технологии позволят снизить массу и стоимость. Первой будет система солнечной электрической тяги (SEP), изначально разработанная для использования на миссии DART. Второй — система микроресурсного использования на месте (µISRU), а третьей — система передачи энергии между посадочным модулем и орбитальным аппаратом.

Общая архитектура миссии NIMPH предполагает, что комбинированный орбитальный посадочный модуль будет использовать ракету Atlas V для выхода на околоземную орбиту. Затем, солнечная электрическая двигательная установка (SEP), изначально разработанная для использования в тесте перенаправления астероида DART, хотя и не использованная во время миссии DART, могла бы доставить NIMPH в систему Юпитера и вернуть образец обратно на Землю после того, как его заберёт посадочный модуль.

То, как посадочный модуль может вернуть этот образец, является фокусом следующего крупного технологического шага — системы µISRU. Архитектура NIMPH потребует использования местного льда в качестве топлива. Посадочный модуль будет буквально сублимировать лёд под собой, всасывать образующийся водяной пар, электролизовать его, чтобы разделить на кислород и водород, а затем сжижать, чтобы сохранить для использования при доставке образца ледяного керна массой 1 кг обратно на орбиту.

Однако для всего этого требуется энергия, а посадочный модуль с радиоизотопным термальным генератором или аналогичной широко используемой системой генерации энергии будет непомерно тяжёлым. Поэтому вместо этого предлагается использовать массивную солнечную батарею, необходимую для системы SEP, и направить часть этой энергии на посадочный модуль. Это концепция, по оценкам, будет производить около 2 кВт энергии в системе Юпитера, около 1,8 кВт из которых можно было бы направить непосредственно на посадочный модуль.

После того, как космический аппарат вернётся обратно в космос с помощью специально разработанного двигателя LOx-LH2, который использует воду, собранную системой µISRU, посадочный модуль встретится с орбитальным аппаратом. Система SEP включится снова и вернёт посадочный модуль на околоземную орбиту, где он снова отделится и вернётся на поверхность Земли внутри возвращаемого модуля.

Во всей архитектуре миссии есть некоторые нюансы. Например, система SEP не будет работать на полную мощность в системе Юпитера, поэтому для маневрирования орбитального аппарата в нужном положении требуется гораздо меньшая двигательная установка LOx/метана. Кроме того, посадочному модулю, скорее всего, придётся оставить свои опоры в европейском льду, поскольку процесс сублимации, который он использует для сбора топлива, скорее всего, заморозит их на месте посадки.

Множество разработок по всем этим системам должны быть завершены, прежде чем любая такая миссия будет готова к запуску. И, скорее всего, часть потребности в научном понимании будет удовлетворена миссией Europa Clipper, запуск которой запланирован на конец этого года за $4,25 млрд — не так уж и далеко от 10-кратных расходов, которые были первоначальным стимулом для более эффективной конструкции миссии NIMPH.

Хотя NIMPH получил грант NIAC II фазы, пока что проект не был выбран для дальнейшей разработки. На данный момент эта новая комбинация технологий экономии массы не запланирована к доставке образца Европы, но, возможно, что в будущих миссиях это произойдёт.