NASA Vision Mission Neptune Orbiter with Probes

Автор frigate, 15.01.2009 03:36:49

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

frigate

Вроде отдельной темы про Нептун ещё не было.  8)

Launching Science: Science Opportunities Provided by NASA's Constellation System
http://www.nap.edu/catalog/12554.html


FIGURE 2.12 Illustration of a possible Neptune Orbiter mission utilizing aerocapture. The aerocapture stage is on
the left; the coast stage, including two probes, is on the right. SOURCE: Courtesy of T.R. Spilker, Jet Propulsion Laboratory.
"Селена, луна. Селенгинск, старинный город в Сибири: город лунных ракет." Владимир Набоков

frigate

ЦитироватьScientific Objectives of the Mission Concept
The planets in our solar system fall into three classes: terrestrial planets, gas giants, and ice
giants. Only the last category has not been studied comprehensively, meaning that the Neptune Orbiter
(Figure 2.12) would be the first detailed exploration of such a body. The Voyager 2 flyby of the Neptune
system nearly two decades ago produced most of the knowledge of this distant planet. It revealed a
surprisingly dynamic atmosphere, surrounded by a displaced and highly distorted magnetosphere. Many
of the extrasolar planets detected to date are similar in terms of mass and size. A Neptune mission would
also survey the almost-planet-sized, geologically active satellite Triton, which—owing to its retrograde orbit—
is suspected to be a captured Kuiper Belt object. Within the context of comparative planetary
studies, these objects have significant scientific interest.

The Neptune system was ranked as one of the three "other important objects," after the top four
choices, in the NRC's 1994 report An Integrated Strategy for the Planetary Sciences 1995-2010, and was
the focus for two of the nine "deferred high-priority flight missions" listed in the 2003 NRC solar system
exploration decadal survey.[32] A Neptune mission was also recommended for further science definition in
the next solar system decadal survey by the 2007 NRC report Grading NASA's Solar System Exploration
Program: A Midterm Review.[33] A comprehensive study of an ice giant would be a logical mission to
follow the detailed explorations of Jupiter by Galileo (mid-1990s) and of Saturn by Cassini-Huygens
(ongoing).

Characteristics of the Mission Concept as Developed to Date
Neptune is 30 times farther from the Sun than Earth, and as such any mission will take many
years to reach its target; for example, the most energetically efficient orbit takes 30 years. An EELVbased
mission using chemical propulsion first to reach Neptune and then to decelerate into orbit provides
either too little payload mass or too long a flight time. In order to reduce flight times to an acceptable
duration, new technology is required to slow down the spacecraft on approach to its target. In the
proposed non-nuclear version of this mission, solar-electric propulsion is employed to speed the
interplanetary transit, and then aerocapture reduces the orbital energy, yielding an elliptical orbit about
Neptune. In the alternative version, nuclear-electric propulsion is used to accelerate and then decelerate
the spacecraft to allow a conventional, powered capture. Both of these proposed Neptune missions, with
launch in 2016, perform a Jupiter flyby before arriving at Neptune in 2029. Early on, just before and just
after capture of the mother spacecraft into a Neptune orbit, a probe is released for insertion into Neptune's
atmosphere (one at the equator, and another at high latitude). Four years later the spacecraft will
rendezvous with Triton on its retrograde orbit in order to allow deployment of an orbiter, or a lander, on
the satellite. The mission ends in 2033. Since the gravity assist by Jupiter makes this mission feasible,
similar missions can be accomplished only every dozen years, meaning that another opportunity will
occur late in the 2020s with the mission's end happening about 2045.

Any Neptune orbiter mission requires strategic investments in power sources, transportation,
communication, and sensor technology. In order to have reasonable trip times while carrying a
comprehensive payload, some new technology is required, either a significantly powered flight (via
nuclear-electric propulsion) or aerocapture. Maneuvering within the Neptune system is accomplished in
one case by solely using gravity assists by Triton; whereas a mission carrying nuclear-electric propulsion
would be able to use that capability to supplement gravity assists when switching orbits.
Of the two missions reviewed by the committee, only the non-nuclear version can fly on a Delta
IV Heavy launch vehicle, according to the current Delta IV Payload Planners Guide.[34] Using the
performance characteristics given in the 2002 Delta IV Payload Planners Guide,35 the proposers
concluded that, if a lander were to be deployed, a Delta IV Heavy would be inadequate. However, the
more recent Payload Planners Guide claims an increased payload capability, and this should be sufficient
for all stated mission options. This proposed mission utilizes both solar-electric propulsion and aerocapture.
Aerocapture represents a technology challenge. Currently NASA does not plan to develop or demonstrate aerocapture.

The Neptune mission would carry at least two entry probes. In order to better define formation
models of Neptune, the probes would measure the elemental abundances of He, Ne, Ar, Kr, Xe, C, and S,
and the isotopic ratios 15N/14N and D/H. By combining these data with similar available information for
Jupiter and possibly Saturn, it should be possible to determine whether the gas giants and the ice giants
are born from the same material in the same general locale. One of the probes would carry a gas
chromatograph mass spectrometer (GCMS) that is critical to the mission goals. The probes would study
temperature and abundance data from Neptune's stratosphere down to pressure levels of ~100-200 bar.
Complementary measurements of winds, structure, composition, cloud-particle size, and lightning would
also be obtained.

The orbiter would carry the usual broad array of instruments to observe the planet, its satellites,
rings, and magnetosphere. These include imaging instruments at ultraviolet, optical, infrared, and radio
wavelengths, as well as detectors to measure the magnetosphere, both in situ and remotely. Dust and
plasma wave detectors might be included in the payload.

Any Neptune orbiter would also have the ability to globally map Triton's atmosphere and surface
in order to establish the composition and age of the surface, the inventory of volatiles, the satellite's
current geologic activity, and the atmosphere's character. A Triton surface lander would enable direct
measurement and sampling of the atmosphere and surface, in order to study surface-atmosphere
interactions, and might allow direct seismic probing of Triton's interior.
"Селена, луна. Селенгинск, старинный город в Сибири: город лунных ракет." Владимир Набоков

frigate

Отчеты Jet Propulsion Laboratory (JPL, NASA):

1. A Neptune Orbiter Mission. Richard A. Wallace and Thomas R. Spilker
Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology
IAA - L98 -0606 28-Apr-1998 International Academy of Astronautics Pasadena, California, USA
ЦитироватьThis paper describes the results of new analyses and mission/system designs for a low cost Neptune Orbiter mission.
Science and measurement objectives, instrumentation, and mission/system design options are described and reflect
an aggressive approach to the application of new advanced technologies expected to be available and developed
over the next five to ten years.
2. Future Neptune and Triton Missions S. A. Stern, J. I. Lunine, A. L. Friedlander, A. F. Cheng
# Neptune.
# Hardcover: 1249 pages
# Publisher: University of Arizona Press; Har/Map edition
# ISBN-10: 0816515255

3. THE CASE FOR A NEPTUNE ORBITER/MULTI-PROBE MISSION H. B. Hammel,  C. C. Porco, K. Rage
Innovative Approaches to Outer Planetary Exploration 2001-2020.
Lunar and Planetary Institute - 2001
ЦитироватьIntroduction. We propose a mission to the Neptune system comprised of an orbiter with a Neptune atmospheric
multi-probe. NASA's Solar System Exploration theme listed a Neptune mission as one of its top priorities
for the mid-term (2008-2013). A recent NASA study also gave it top ranking for rich scientific return
and connections to astrophysical problems outside the Solar System (atmospheric structure and
dynamics; geology; ring systems/dynamics; magnetic fields/dynamos; pre-biotic chemistry on Triton;
local extrasolar planet analog), calling it "almost Cassini-like in scope, near Discovery-like in cost"

Neptune orbiter: The orbiter is the core of the mission, providing a remote sensing platform, in situ
probes of the magnetic field and environs, and primary data links. A integrated imaging package would include:
visible imager, IR imaging spectrometer, and UV imaging spectrometer. Other remote sensing devices are a
thermal IR spectrometer and a microwave radiometer. Space physics detectors might include a magnetometer
(and perhaps other instruments). Radio science instruments would also be necessary.

Atmospheric multi-probe: Multi-probes are an essential part of an investigation of the deep (~100 bar)
atmospheric structure and chemistry on Neptune. However, significant technology advances would be
required to enable high S/N transmission from depth in a cost-effective manner. An optimal probe package
would include a main probe (GCMS; sensors for temperature, pressure, and acceleration; solar and IR
radiometers; nephelometer) and at least three mini-probes (GCMS; temperature, pressure, and acceleration
sensors) to sample diverse atmospheric regions.

Triton lander: A stretch goal would be a miniature surface lander to make in situ studies of the satellite's
lower atmosphere and surface geology/composition.

Technological challenges: Recent studies indicate a Neptune mission with these capabilities is feasible
given innovative technologies: high-power lightweight SEP and solar sails; qualified aeroshells; aerocapture;
autonomous spacecraft communications; advances in miniaturization; lightweight power generation
systems; temperature-tolerant electronics (~50K); lightweight structures. These technology drivers are
required for many outer planet missions; their solutions will be broadly applicable. The Neptune mission's
unmatched diversity of science yield should place it at the top of the queue for outer planet exploration.
"Селена, луна. Селенгинск, старинный город в Сибири: город лунных ракет." Владимир Набоков

Имxотеп

Эх, мечты, мечты...
Проект Neptune Orbiter появился в блаженные времена конца 90-х, когда НАСА еще не задумывалось над бюджетными проблемами и планировало по отдельной экспедиции к каждой мало-мальски интересной цели. В 2008 году должен был полететь Europa Orbiter потом АМС к Ио, потом Titan Explorer, Europa Lander, Neptune Orbiter и даже Saturn Ring Orbiter. Сейчас остатки этих проектов кристаллизовались в 2 большие "флагманские" миссии и видимо полет к Нептуну, если он вообще состоится в ближайшие 20 лет, может быть реализован только как часть подобной миссии. В этом смысле интересна планируемая экспедиция к Титану-Энцеладу. Как раз в 2020-2030 годах Сатурн будет находиться в одном секторе с Ураном и Нептуном, можно под шумок прицепить к базовой миссии небольшой аппарат и гравитационным маневром у Сатурна перенаправить его к одной из двух этих планет. Всяко дешевле, чем отдельную миссию городить.

Чебурашка

ЦитироватьКак раз в 2020-2030 годах Сатурн будет находиться в одном секторе с Ураном и Нептуном, можно под шумок прицепить к базовой миссии небольшой аппарат и гравитационным маневром у Сатурна перенаправить его к одной из двух этих планет. Всяко дешевле, чем отдельную миссию городить.

Что-то мне подсказывает, что задача выхода на орбиту вокруг Сатурна и задача совершения гравитационного манёвра перелёта  к следующей планете, плохо соместимы друг с другом.
Всё упирается в разницу относительных скоростей сближения с планетой. Пример - условия сближения АМС "Галилео" с Юпитером в 1995 г., и пролёт "Кассини" его же в конце 2000 г.

Имxотеп

ЦитироватьВсё упирается в разницу относительных скоростей сближения с планетой.
Сатурн достаточно далекая планета, перелет к ней идет траектории, промежуточной  между чисто гомановской и параболической, и скорость подлета достаточно велика. В различных сценариях TSSM/Tandem указывается Vinf~6-7 км/с. Приращение за счет гравманевра легко может быть ~4-5 км/с - то есть при правильной ориентации вектора скорости на выходе можно вообще уйти за пределы Солнечной системы. Как будет с Ураном и Нептуном априори неочевидно, но принципиальных трудностей я тут не вижу.

pkl

Цитировать... в 2020-2030 годах Сатурн будет находиться в одном секторе с Ураном и Нептуном, можно под шумок прицепить к базовой миссии небольшой аппарат и гравитационным маневром у Сатурна перенаправить его к одной из двух этих планет. Всяко дешевле, чем отдельную миссию городить.
А хватит мощности существующих носителей? Или нужен "Арес-5"? Нет, конечно, можно прицепить к "Титан-Эксплореру" в нагрузку пролётный зонд размерности "Пионер-10". Но смысл в этом для американцев? И Уран, и Нептун уже пролетались "Вояджером-2". Имхо, научная ценность такой экспедиции несопоставима с расходами.

P.S.: Вот для нас - другое дело. Получить уникальный опыт полётов к другим планетам, да за относительно небольшие деньги, - то, что надо!
Вообще, исследовать солнечную систему автоматами - это примерно то же самое, что посылать робота вместо себя в фитнес, качаться.Зомби. Просто Зомби (с)
Многоразовость - это бяка (с) Дмитрий Инфан

Дмитрий Виницкий

Хорошо бы получить опыт полета к Луне и многолетней работе на орбите сначала.
+35797748398

Имxотеп

ЦитироватьА хватит мощности существующих носителей? Или нужен "Арес-5"?
В приведенной выше ссылке экспедицию вообще собирались уложить в одну Дельту-2 (и это с выходом на орбиту вокруг планеты!). По уму конечно надо что-то побольше, но интересные результаты достижимы и малыми аппаратами, лишь бы они были орбитерами. Достаточно вспомнить, что несмотря на пролеты Вояджеров, все самое интересное о системе Сатурна мы узнали от Кассини. Думаю аналогичная ситуация будет и с Ураном, и тем более с Нептуном.

pkl

ЦитироватьХорошо бы получить опыт полета к Луне и многолетней работе на орбите сначала.
Это да. Но, как я понимаю, планеты нашу науку вообще не интересуют
Вообще, исследовать солнечную систему автоматами - это примерно то же самое, что посылать робота вместо себя в фитнес, качаться.Зомби. Просто Зомби (с)
Многоразовость - это бяка (с) Дмитрий Инфан

Дмитрий Виницкий

А что же интересует нашу науку? :wink:
+35797748398

pkl

ЦитироватьВ приведенной выше ссылке экспедицию вообще собирались уложить в одну Дельту-2 (и это с выходом на орбиту вокруг планеты!). По уму конечно надо что-то побольше, но интересные результаты достижимы и малыми аппаратами, лишь бы они были орбитерами. Достаточно вспомнить, что несмотря на пролеты Вояджеров, все самое интересное о системе Сатурна мы узнали от Кассини. Думаю аналогичная ситуация будет и с Ураном, и тем более с Нептуном.
Согласен, сейчас что-то новое по планетам-гигантам могут дать только орбитальные аппараты. Конечно, заманчиво сделать относительно небольшую недорогую платформу. Но... могут ли орбитеры в принципе быть маленькими? У американцев, например, очевидна тенденция резкого взлёта массы дальних АМС. Много топлива надо на торможение. Можно, конечно, использовать аэрозахват... но нырять в неизученную атмосферу страшновато - можно и не вынырнуть. Да и перемещения внутри системы требует большой характеристической скорости.
Вообще, исследовать солнечную систему автоматами - это примерно то же самое, что посылать робота вместо себя в фитнес, качаться.Зомби. Просто Зомби (с)
Многоразовость - это бяка (с) Дмитрий Инфан

pkl

ЦитироватьА что же интересует нашу науку? :wink:
Хороший вопрос.
Вообще, исследовать солнечную систему автоматами - это примерно то же самое, что посылать робота вместо себя в фитнес, качаться.Зомби. Просто Зомби (с)
Многоразовость - это бяка (с) Дмитрий Инфан

frigate

Цитировать
Цитировать... в 2020-2030 годах Сатурн будет находиться в одном секторе с Ураном и Нептуном, можно под шумок прицепить к базовой миссии небольшой аппарат и гравитационным маневром у Сатурна перенаправить его к одной из двух этих планет. Всяко дешевле, чем отдельную миссию городить.
А хватит мощности существующих носителей? Или нужен "Арес-5"? Нет, конечно, можно прицепить к "Титан-Эксплореру" в нагрузку пролётный зонд размерности "Пионер-10". Но смысл в этом для американцев? И Уран, и Нептун уже пролетались "Вояджером-2". Имхо, научная ценность такой экспедиции несопоставима с расходами.

P.S.: Вот для нас - другое дело. Получить уникальный опыт полётов к другим планетам, да за относительно небольшие деньги, - то, что надо!


ЦитироватьИнтереснейшая картинка  :)



Арес-Центавр  20 тонн к Юпитеру :shock:
Source: How might the Ares V change the need for future Mirror Technology. H. Philip Stahl  :idea:
Ares V Configuration 51.0.48
"Селена, луна. Селенгинск, старинный город в Сибири: город лунных ракет." Владимир Набоков

pkl

Вышеприведённые графики ещё раз убеждают в необходимости развития ЯЭДУ.

И, наверное, лучше всё-таки делать специализированные аппараты к Сатурну, к Урану, к Нептуну, хотя и на единой платформе, а не лепить всё в кучу. Тем более, что круг вопросов, особенно в отношении Урана и Нептуна, примерно один и тот же, а сравнить данные по разным планетам - тоже интересно.
Вообще, исследовать солнечную систему автоматами - это примерно то же самое, что посылать робота вместо себя в фитнес, качаться.Зомби. Просто Зомби (с)
Многоразовость - это бяка (с) Дмитрий Инфан

frigate

"Селена, луна. Селенгинск, старинный город в Сибири: город лунных ракет." Владимир Набоков

frigate

New Frontiers in the Solar System: An Integrated Exploration Strategy
2003 - 248 pages.
PDF Download [15.7 MB]
See pages 128, 140-142




Neptune Polar Orbiter with Probes,
with B. Bienstock, D. Atkinson, K. Baines, P. Mahaffy, et al.,
in NASA Proceedings of Planetary Probes Workshop (E. Venkatapathy, et al. eds.),
NASA/CP-2004-213456 (E. Venkatapathy, et al., eds.), pp 29-40, 2004.

ЦитироватьA Neptune Orbiter with Probes (NOP) mission would deliver the corresponding key data for an ice giant planet.  
Such a mission would ideally study the deep Neptune atmosphere to pressures approaching and possibly exceeding
1000 bars, as well as the rings, Triton, Nereid, and Neptune's other icy satellites. A potential source of power would be
nuclear electric propulsion (NEP). Such an ambitious mission requires that a number of technical issues be investigated,
however, including:
(1) atmospheric entry probe thermal protection system (TPS) design,
(2) probe structural design including seals, windows, penetrations and
pressure vessel,
(3) digital, RF subsystem, and overall communication link design for long term operation in the very extreme environment
of Neptune's deep atmosphere,
(4) trajectory design allowing probe release on a trajectory to impact Neptune while allowing the spacecraft  to achieve
 a polar orbit of Neptune,
(5) and finally the suite of science instruments enabled by the probe technology to explore the depths of the
Neptune atmosphere. Another driving factor in the design of the Orbiter and Probes is the necessity to maintain a fully
operational flight system during the lengthy transit time from launch through Neptune encounter,  and throughout the mission.

Following our response to the recent NASA Research Announcement (NRA) for Space Science Vision Missions
for mission studies by NASA for implementation in the 2013 or later time frame, our team has been selected to explore
the feasibility of such a Neptune mission.
"Селена, луна. Селенгинск, старинный город в Сибири: город лунных ракет." Владимир Набоков

pkl

ЦитироватьИмxотеп пишет:
Эх, мечты, мечты...
Проект Neptune Orbiter появился в блаженные времена конца 90-х, когда НАСА еще не задумывалось над бюджетными проблемами и планировало по отдельной экспедиции к каждой мало-мальски интересной цели. В 2008 году должен был полететь Europa Orbiter потом АМС к Ио, потом Titan Explorer, Europa Lander, Neptune Orbiter и даже Saturn Ring Orbiter. Сейчас остатки этих проектов кристаллизовались в 2 большие "флагманские" миссии и видимо полет к Нептуну, если он вообще состоится в ближайшие 20 лет, может быть реализован только как часть подобной миссии. В этом смысле интересна планируемая экспедиция к Титану-Энцеладу. Как раз в 2020-2030 годах Сатурн будет находиться в одном секторе с Ураном и Нептуном, можно под шумок прицепить к базовой миссии небольшой аппарат и гравитационным маневром у Сатурна перенаправить его к одной из двух этих планет. Всяко дешевле, чем отдельную миссию городить.
 http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/messages/forum11/topic9151/message379258/#message379258


Хочется снова помечтать. В свете нашего ядерного ТЭМ и американской SLS. Буксир мог бы вывести на траекторию к Сатурну и себя с зондами для Сатурна, и АМС к Нептуну. После разгона аппараты разделяются. На подлёте к Сатурну Нептун Орбитер делает гравитационный манёвр и уходит к своей планете, а буксир тормозится и выходит на орбиту Сатурна.
Вообще, исследовать солнечную систему автоматами - это примерно то же самое, что посылать робота вместо себя в фитнес, качаться.Зомби. Просто Зомби (с)
Многоразовость - это бяка (с) Дмитрий Инфан

Димитър

Лучше отправить АМС к Урану, он намного интереснее. 

Georgij

Всегда готов!