Wat zou er nodig zijn om mensen naar Pluto te sturen?

Tim DeBenedictis is de hoofdontwikkelaar van de SkySafari-lijn van iOS- en Android-apps op Simulation Curriculum, de makers van Starry Night, SkySafari en de gratis Pluto Safari-app. DeBenedictis schrijft sinds de middelbare school astronomiesoftware en studeerde in 1993 af aan het MIT met een diploma in de aard-, atmosferische en planetaire wetenschap. Gepassioneerd door de ruimte is DeBenedictis autodidact in de mechanische en elektrotechnische techniek en heeft hij zijn eigen microsatelliet in de ruimte gelanceerd. Hij heeft dit artikel bijgedragen aan Professionele voices van ProfoundSpace.org: Op-Ed & Insights.

Op 14 juli vliegt NASA's New Horizons-ruimtevaartuig door Pluto. Dat zal tot nu toe de meest indrukwekkende verwezenlijkingen van de NASA zijn - maar wat zou er hierna komen?

Veronderstel, komende juli, dat New Horizons iets echt wilds zouden ontdekken terwijl het voorbij Pluto flitste. Wat als het een bizarre oppervlaktechemie onthulde die, net als de zuurstof in de atmosfeer van de aarde, alleen het resultaat kon zijn van een of ander biologisch proces? Wat als de imager een duidelijk kunstmatige set markeringen op het oppervlak zou opnemen, een gigantische piramide of de ruïnes van een buitenaardse beschaving? (Dat is ongeveer net zo waarschijnlijk als het onthullen van een grote, malle lachende hond, maar het is nog steeds leuk om te overwegen.)

Mensen naar Pluto sturen

Als New Horizons een monumentale ontdekking zou doen, zou NASA heel goed de volgende logische stap van een robotachtige Pluto-lander kunnen overslaan en in plaats daarvan een bemande missie lanceren. Is een bemande Pluto-missie binnen de technologische greep van de mensheid op de korte termijn, tegen elke prijs

De meest geavanceerde voortstuwingssystemen die we vandaag hebben, hebben 10 tot 15 jaar nodig om een ​​ruimteschip van 1,6 kilo in de baan van Pluto te brengen. Hoewel het een aanzienlijke voortstuwing mist, is het Internationale Ruimtestation (ISS) sinds 31 oktober 2000 continu in een baan om de aarde rond de aarde. Er is natuurlijk een enorm verschil tussen het ISS en een bemand Pluto-ruimtevaartuig. Het ISS is de afgelopen 14 jaar meerdere keren per jaar door roterende bemanningen van het aardoppervlak bevoorraad en bezet geweest. Pluto-astronauten daarentegen zouden volkomen geïsoleerd zijn en hun levensondersteunende systemen zouden volledig op zichzelf moeten staan. De langste periode die een mens ooit in de ruimte heeft doorgebracht, is 437 dagen. En geen enkele kleine, gesloten, op zichzelf staande biosfeer die in staat is het menselijk leven te ondersteunen, heeft meer dan twee jaar in de ruimte overleefd. [Hoe zou het zijn om op Pluto te leven? ]

Wat als we onze Pluto-gebonden astronauten in de slaapstand zetten? Afgezien van de mogelijkheid dat de missiebesturingscomputer moorddadig wordt tijdens de ontwaakfase, is er nog een obstakel: wetenschappers weten op dit moment niet hoe ze mensen in de slaapstand moeten laten en laten ze levend wakker worden. Laten we om die reden scenario's voor winterslaap degraderen naar science fiction en vertrouwen op technologieën die op dit moment bekend zijn.

De bom laten vallen

Is er een bekende voortstuwingstechnologie voor ruimteschepen in staat om binnen een jaar een bemande missie met meerdere helften troepen naar Pluto te brengen? Het antwoord is ja en de technologie bestaat al sinds de jaren vijftig.

Sciencefictionliefhebbers die dit stuk hebben gelezen, hebben waarschijnlijk geraden dat het antwoord Project Orion is. Voor alle anderen is het concept om het ruimtevaartuig voort te stuwen door duizenden kleine nucleaire bommen erachter te exploderen. Elke ontploffing drijft een "duwplaat" die aan het ruimtevaartuig is bevestigd door een enorme set schokdempers. De uitlaatgas snelheden zijn tientallen tot honderden kilometers per seconde, maar met miljoenen tonnen stuwkracht.

De oorspronkelijke fysici van Project Orion werkten de essentie uit in de vroege jaren zestig. NASA heeft het concept in 2000 opnieuw bekeken - dit keer onder de naam External Pulsed Plasma Propulsion. Het kleinste nucleaire ruimtevaartuig zou een massa van ongeveer 900 ton hebben, hoewel het oorspronkelijke team een ​​geavanceerde interplanetaire configuratie ontwikkelde die in staat was om een ​​ruimtevaartuig van 10.000 ton naar Saturnus en weer terug te brengen in drie jaar. Terwijl zo'n ruimtevaartuig rechtstreeks vanaf het aardoppervlak kon worden gelanceerd, zou nucleaire fall-out zorgen deze handelwijze onhoudbaar maken. In plaats daarvan zou het in een baan om de aarde moeten worden geconstrueerd - zoals het ISS - en vanaf daar naar Pluto vertrekken.

Een jaar of twee later zou het kernbomvuur-moederschip in een baan rond Pluto vertragen en zijn motoren uitschakelen. Een bemande afdaling naar het oppervlak van Pluto zou meer conventionele chemische raketten gebruiken. Pluto's zwaartekracht op het oppervlak is ongeveer 1/12 van de aarde, of de helft van de maan. De landing op het oppervlak van Pluto vanuit een lage baan op een hoogte van 100 kilometer (62 mijl) vereist de helft van de delta-V van een landing op de maan van dezelfde hoogte (800 meter per seconde versus 1.700 m / s).

Aanraken op Pluto

Het landen van een ruimtevaartuig - laat staan ​​een bemand ruimtevaartuig - op Pluto zou enkele unieke uitdagingen bieden. In tegenstelling tot de maan heeft Pluto een dunne atmosfeer van stikstof, methaan en koolmonoxide. De oppervlaktedruk varieert van 6,5 tot 24 microbars, ongeveer net zo dik als de atmosfeer van de aarde 80 kilometer omhoog, of ongeveer 1/1000 van de dichtheid van de atmosfeer van Mars aan het oppervlak. Dit is waarschijnlijk net genoeg om een ​​soort hitteschild te vereisen, maar niet genoeg om bruikbare aerobraking-mogelijkheden te bieden (zoals een parachute).

SpaceX Dragon V2-capsule combineert een hitteschild met voortstuwende landingsraketten en is waarschijnlijk een stap in de goede richting. De Dragon V2 slaat genoeg brandstof op voor 300 m / s delta-V, dus extra brandstoftanks zouden nodig zijn om te landen, op te stijgen en af ​​te spreken met het draaiende moederschip. Maar de technologie lijkt haalbaar.

Er kunnen andere gevaren zijn. Het oppervlak van de maan bestaat grotendeels uit silicaatgesteente. Pluto is daarentegen bedekt met ijs - niet alleen waterijs, maar bevroren methaan, koolmonoxide en stikstof.Bij contact met hete raketuitlaat op enkele duizenden graden is er een reëel gevaar dat de landingsplaats verdampt. Er zou enige zorg moeten worden besteed om de eerste Pluto-ontdekkingsreizigers op een stabiele, rotsachtige dag te laten landen.

Het uitzicht vanuit Pluto

Stel je voor dat je een van die eerste Pluto-ontdekkingsreizigers bent die uit je lander stappen. Pluto's maan Charon zou roerloos aan je hemel hangen. De twee zijn netjes vergrendeld en presenteren altijd hetzelfde gezicht aan elkaar terwijl ze rond een 6.37-dag van de aarde draaien. Maar op slechts 12.200 mijl (19.600 km) afstand - dichterbij dan de geosynchrone satellieten van de aarde - zou Charon negen keer groter lijken in Pluto's hemel dan de volle maan van de aarde verschijnt. Pluto's andere vier manen - Nix, Hydra, Kerberos en Styx - zouden zichtbaar zijn als langzaam bewegende sterren, geleidelijk opkomend en ondergaande terwijl Charon gefixeerd bleef in de hemel.

De zon zou het helderste object in de lucht zijn, maar zou er niet uitzien zoals in de onze. De zon van Pluto is slechts een boogminuut en lijkt op een sterrenbeeld. Maar wat een ster! Op magnitude minus 19, zou het 650 keer helderder lijken dan onze volle maan, met al die helderheid verpakt in een ijzig, diamantachtig punt.

Jupiter zou de helderste planeet in de lucht zijn, rond magnitude 2.5, iets zwakker dan de sterren in de Big Dipper. Saturnus zou variëren in en uit zichtbaarheid met blote ogen, van ongeveer magnitude 4,5 tot magnitude 8,5.

En als je goed zou kijken, ongeveer drie volle-maderdiameters verwijderd van de sterrenbrandende zon, zou je een andere, veel zwakkere, blauwachtige 'ster' kunnen opmerken. Die lichtblauwe punt zou de aarde zijn - op magnitude 3.7 zou het nog steeds zichtbaar zijn voor je blote oog, maar zou het moeilijk zijn om uit de schittering van de zon te kiezen. Dat is thuis. Je hebt een lange weg afgelegd naar deze koude, eenzame voorpost aan de rand van het zonnestelsel. En in tegenstelling tot New Horizons kom je terug.

Science fiction? Mogelijk. Maar laten we niet vergeten dat Pluto pas 85 jaar geleden werd ontdekt. Tegenwoordig snelt een ruimtevaartuig met de as van zijn ontdekker naar die planeet - een prestatie die in 1930 ondenkbaar was. Wat zal de komende 85 jaar brengen? Als er iets is waar je op moet letten, dan telt het niets.

Met de Pluto Safari-app kunnen gebruikers de flyby van Pluto op 14 juli simuleren, regelmatige updates van het zendingsnieuws krijgen en de geschiedenis van Pluto leren. Volg Simulation Curriculum op Twitter @SkySafariAstro, Facebook en Instagram. Volg alle Expert Voices-problemen en debatten - en deel uitmaken van de discussie - op Facebook, Twitter en Google+. De weergegeven meningen zijn die van de auteur en komen niet noodzakelijk overeen met de mening van de uitgever. Deze versie van het artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op ProfoundSpace.org.