Kategorie
Kosmologia

Energia jądrowa a badania zewnętrznych obszarów Układu Słonecznego

Zwiększenie tempa transmisji danych z zewnętrznego Układu Słonecznego dzięki użyciu w kosmosie energii jądrowej umożliwiłoby przesyłanie multispektralnych obrazów o bardzo wysokiej rozdzielczości (zarówno przestrzennej, jak i widma), co do tej pory pozostawało poza naszym zasięgiem. Zwiększając szybkość transmisji danych stukrotnie, uzyskujemy dziesięciokrotny wzrost rozdzielczości przestrzennej. Zamiast oglądać obiekty rozmiarów samochodu, będziemy mogli dostrzec obiekty rozmiarów kota. Liczba przesyłanych obrazów również wzrasta wprost proporcjonalnie do szybkości transmisji danych. Znaczy to, że zamiast otrzymywać obrazy statyczne, możemy przesyłać filmy, prawdziwe ruchome obrazy zarejestrowanych przez sondę zjawisk atmosferycznych -zarówno zachodzących w skali globalnej, jak i mniejszych. Prawdziwy raj dla meteorologów. Ponadto wzrost liczby obrazów znacznie zwiększa prawdopodobieństwo zarejestrowania przemijających zjawisk, takich jak wyładowania atmosferyczne, lawiny, powodzie, trąby wodne i erupcje wulkaniczne. Trudno nawet sobie wyobrazić, co byśmy znaleźli, gdyż z urządzeniami, którymi obecnie dysponujemy, ledwie możemy szukać.

Tabela. Prędkość transmisji danych z zewnętrznego Układu Słonecznego.

Tabela porównuje prędkości transmisji danych z sond orbitujących wokół innych planet przy użyciu RTG o mocy 300 W (60 W rf) do zasilenia nadajnika z anteną paraboliczną o średnicy 5 metrów (wielkość anteny sondy Galileo), nadającego w paśmie X, oraz ze statku kosmicznego używającego reaktora generującego 30 kW, przesyłającego dane za pomocą dwóch mniejszych trzymetrowych talerzy do jednej z wielkich siedemdziesięciometrowych anten, wchodzących w skład Deep Space Network. Przy użyciu tańszych odbiorników antenowych o średnicy 34 metrów zamieszczona w tabeli szybkość transmisji danych będzie czterokrotnie mniejsza.

Przy standardowych technikach kompresji danych 1 kB/s przekłada się na 3 zdjęcia dobrej jakości na godzinę. A zatem nawet gdyby misje wykorzystujące generatory jądrowe kosztowały dwukrotnie więcej niż misje konwencjonalne, jest sprawą oczywistą, które rozwiązanie zapewnia większą opłacalność misji.

Ale to nie wszystko. Układ generujący dużą ilość mocy zwiększyłby wartość naukową misji, umożliwiając aktywne wykonywanie pomiarów przez sondowanie planety za pomocą fal elektromagnetycznych. To już nie jest fantastyka naukowa – w tej chwili dysponujemy dwoma arcydziełami techniki w postaci radaru i radiowej obserwacji zaryć obiektów w kosmosie. Ale ich skuteczność zależy od mocy, którą dysponujemy.

Rozważmy prędkość mapowania. Liniowa rozdzielczość obrazowania rośnie wraz ze wzrostem mocy, podobnie jak tempo, z jakim obiekty mogą być fotografowane przy danej rozdzielczości przestrzennej. Prędkość mapowania ma duże znaczenie przy planowaniu misji jednokrotnego lub powtarzanego przelotu nad planetą. Na przykład radar pomiarowy o mocy 60 W umieszczony na sondzie Cassini, która będzie regularnie przelatywała obok Tytana przez wiele lat, może monitorować jedynie 10% powierzchni księżyca z uwagi na niską częstość impulsów. Ponadto zwiększenie mocy umożliwi również mapowanie z większych odległości, co jest niezwykle ważne przy misjach badawczych w systemach takich jak Jowisz, którego silne pasy radiacyjne wykluczają długotrwałą pracę statku kosmicznego w pobliżu planety.

Większa moc wiąże się również z użyciem znacznie potężniejszych radarów penetrujących w głąb ciał, takich jak księżyce Galileusza, dzięki temu można prowadzić badania topograficzne z większej odległości, otrzymując przy tym zdjęcia o wyższej rozdzielczości niż dziś. Podobnie obserwacje zakłóceń sygnału radiowego przez ciała niebieskie mogą być przeprowadzane znacznie skuteczniej dzięki zastosowaniu nadajników o większej mocy. Ze względu na użycie nadajnika o bardzo małej mocy badania Neptuna za pomocą tej metody były mało wydajne – wielokilowatowy nadajnik rozwiązałby ten problem. Rozdzielczość przestrzenna przy badaniu pierścieni planet przez obserwację zakłóceń sygnału radiowego również wzrasta wraz ze wzrostem mocy nadajnika. Do przeprowadzenia skutecznych badań struktury dynamicznej pierścieni Saturna za pomocą obserwacji zakłóceń sygnału radiowego potrzebny jest nadajnik o mocy wynoszącej w przybliżeniu 10 kW.

Duża moc przybliża również inne techniki aktywnego dokonywania pomiarów, które dotychczas nie były wykorzystywane. Na przykład za pomocą laserów moglibyśmy sondować atmosfery większych planet w poszukiwaniu chromoforów. Moglibyśmy też badać skład chemiczny ciał stałych na powierzchni danej planety, pobudzając je laserem lub wiązkami cząstek jonowych czy elektronowych.

Rekapitulując, dysponowanie większą mocą pozwoli prowadzić aktywne badania w atmosferze lub pod powierzchnią planet właściwie w każdym zakątku Układu Słonecznego. Ważne jest, byśmy uświadomili sobie, że energia to sprawa kluczowa. Dane o największym znaczeniu dla nauki kryją się pod powierzchnią planety. Człowiek, który ogranicza się do badania powierzchni oceanu, nie wie praktycznie nic o tym, co dzieje się w jego głębinach. Gdy włoży maskę płetwonurka i zejdzie pod wodę, zadziwi go mnogość form życia rafy koralowej. Analogicznie, bierne obserwowanie planet z orbity daje nam ograniczony widok. O ile nam wiadomo, pod powierzchnią Marsa albo Io mogą istnieć podziemne rzeki i oceany. Niestety, nie mamy pewności. I nie zdobędziemy jej bez energii potrzebnej do prowadzenia badań głębinowych.

W przyszłości eksploatowanie zewnętrznych obszarów Układu Słonecznego będzie wymagać użycia układów jądrowych generujących moc rzędu dziesiątek, a nawet tysięcy megawatów. Przewidywane na najbliższą przyszłość bezzałogowe badania zewnętrznego Układu Słonecznego będą dysponowały generatorami nuklearnymi wytwarzającymi dziesiątki, a nawet setki kilowatów, które wystarczają do wspierania misji załogowych na Księżyc i Marsa. Przed nastaniem administracji Clintona zarówno NASA, jak i Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych pracowały nad budową tego rodzaju generatorów. Jednakże w ramach swojego programu (noszącego kuriozalną nazwę „Budowanie amerykańskich mostów w XXI wiek”) administracja prezydencka szybko poczyniła kroki, by zniszczyć oba projekty już w pierwszym roku rządów. Należy zmienić tę decyzję.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *