Болгарские исследователи из Софийского университета рассчитали, какой тип летательных аппаратов подходит лучше всего для длительного изучения газовых гигантов. Это особенно актуально для планирования миссии на Юпитер.
Самолет вместо спутника
Наиболее эффективными для детального наблюдения за планетами Солнечной системы являются вовсе не спутники, кружащие на большой скорости и на высоких орбитах, а автономные летательные аппараты наподобие беспилотных самолетов. Помимо преимущества прямого зондирования они могут летать в выбранном направлении и на выбранной высоте, что делает их пригодными для сбора информации на больших площадях.
Хотя подобные аппараты не могут применяться для исследования небесных тел с разреженной атмосферой или ее отсутствием, газовые гиганты как раз лишены этого недостатка. Астрофизики определили и наиболее оптимальный тип воздушного судна – так называемые флайеры.
Движущая сила
Однако встает вопрос об источнике энергии. На земле самолеты могут приземлиться и заправиться горючим или подзарядить аккумуляторные батареи. На других планетах, тем более газовых, аэродромов нет и не предвидится.
С начала космической эры более тридцати зондов были отправлены в атмосферу или приземлились на поверхность других планет Солнечной системы. Однако большинству из них не хватало возможности для продолжительного полета.
Исключение составляют советские аппараты «Вега-1» и «Вега-2», выполненные в форме воздушных шаров, изучавшие Венеру. Но для современной науки они слишком медлительны и неповоротливы. Тем более они слабо подходят для того же Юпитера, где дуют сильные ветра.
Сейчас основными источниками движущей силы являются либо химические двигатели, либо солнечные панели. Оба варианта имеют свои ограничения. Юпитер находится так далеко от Солнца, что мы не можем полагаться на солнечную энергию, чтобы двигать самолет в атмосфере. Мы также не можем полагаться на горение, для которого требуется кислород. Атмосфера Юпитера на 90 % состоит из водорода.
Мирный атом
Болгарские специалисты логично предложили оснастить будущий флайер ядерной силовой установкой. Она на длительное время обеспечит двигатели энергией, что позволит исследовательской миссии работать месяцами и годами подряд без оснащения аппарата горючим и окислителем, если бы в нем стояли традиционные химические моторы.
Атомная батарея поможет двигательной установке работать десятилетиями, так как ядерное топливо не требует кислорода или солнечного света. «Ядерное топливо имеет чрезвычайно высокую плотность энергии. Пройдет нескольких месяцев, если не лет, прежде чем оно будет исчерпано. В отличие от химического горения, ядерная реакция не зависит от кислорода для производства тепла. Это позволяет летать в анаэробной атмосфере и без необходимости транспортировать с собой окислитель», — сказали ученые.
Юпитер имеет толстую атмосферу, подходящую для аэродинамического полета. Кроме того, газовая планета не имеет твердой поверхности, которая могла бы быть загрязнена после завершения миссии. Но самое главное – атмосферное давление в верхних слоях не слишком большое. Возможности земной науки и техники позволяют сконструировать достаточно прочный флайер, выдерживающий потоки воздушных масс.
Математически выверено
Ученые из Софии не просто поделились и так всем известными мыслями. Они разработали математическую модель для оценки тяги, подъемной силы и максимально допустимой массы, необходимых для горизонтального устойчивого полета в зависимости от высоты и различных температур тепловой камеры.
«Силовая установка может быть выполнена в виде прямоточного воздушно-реактивного двигателя, в котором для создания тяги используется сверхзвуковое сжатие газа вместо турбокомпрессора, что имеет ряд преимуществ: у него мало движущихся частей, что сводит к минимуму риск механического отказа, и он легкий. Последнее имеет первостепенное значение, учитывая возможности ракет-носителей и стоимость доставки каждого килограмма на орбиту других планет», — уточнили авторы исследования.
Если вспомнить, похожая ядерная энергетическая установка разрабатывается российскими учеными-атомщиками. В частности, ее планируется устанавливать на крылатые ракеты «Буревестник».
Юпитер – особенно хорошее место для начала исследования субатмосферного пространства на атомном самолете. Плотная атмосфера газового гиганта и отсутствие поверхности делают его идеальным и безопасным местом. Создание и модификация космического корабля типа Flyer поможет раскрыть секреты самой большой планеты Солнечной системы.