14 листопада 2003 року астрономи помітили найвіддаленіший з відомих на той час об’єктів, що обертався навколо Сонця. Вони назвали його Седна на честь інуїтської богині океану. Це холодна, червонувата карликова планета, яка дрейфує на мільярди кілометрів від Сонця протягом своєї 10 000-річної орбіти, перш ніж наблизитися до нашого світила на відносно близьку відстань. Її наступний перигелій відбудеться в липні 2076 року, і астрономи хочуть скористатися цією рідкісною зустріччю, відправивши місію до загадкового об’єкта.

Команда дослідників з Італії пропонує концепцію місії, яка може досягти Седни за 7-10 років, використовуючи найсучасніші технології. У статті, доступній на сайті arXiv, вони ілюструють дві експериментальні концепції рушія, які включають ракетний двигун ядерного синтезу і новий погляд на технологію сонячних вітрил. Ці технології можуть скоротити час подорожі до Седни більш ніж на 50% порівняно з традиційними методами космічних подорожей, надаючи вченим унікальну можливість зібрати підказки про раннє формування Сонячної системи і дослідити теоретичну хмару Оорта.

Коли Седна була відкрита, вона перебувала на відстані близько 8 мільярдів миль (13 мільярдів кілометрів) від Сонця. (Плутон, найвідоміша карликова планета, знаходиться на середній відстані 3,7 мільярда миль від Сонця). Седна відома як транснептуновий об’єкт – група об’єктів, які обертаються навколо Сонця далі, ніж Нептун. Вона має надзвичайно ексцентричну орбіту: на своїй найбільшій відстані Седна знаходиться на відстані 84 мільярдів миль від Сонця, що в 900 разів перевищує відстань між Землею та нашим світилом. Під час свого найближчого зближення Седна перебуватиме на відстані близько 7 мільярдів кілометрів від Сонця, що майже втричі далі, ніж Нептун. Це все ще далеко, але достатньо близько, щоб космічний апарат міг досягти небесного об’єкта до того, як він знову порине в наддалеку темряву.

Космічні апарати вже подорожували на більші відстані раніше. “Вояджер-1” і “Вояджер-2” розпочали свою міжзоряну подорож у 1977 році і на сьогоднішній день пройшли 15 мільярдів миль і 12,7 мільярдів миль. “Вояджер-2” досягнув Нептуна приблизно за 12 років. На основі сучасних технологій вчені підрахували, що для досягнення Седни під час найближчого зближення з нею знадобиться близько 20-30 років, використовуючи Венеру, Землю, Юпітер і Нептун в якості гравітаційних помічників. Це означає, що вікно запуску для досягнення Седни швидко наближається, а чітких планів поки що немає.

Натомість дослідники, які стоять за новим дослідженням, пропонують альтернативні методи, які допоможуть нам дістатися туди швидше. Перший – це ракетний двигун прямого термоядерного синтезу (DFD), який наразі розробляється в Лабораторії фізики плазми Прінстонського університету. Ракетний двигун, що працює на термоядерному синтезі, вироблятиме як тягу, так і електричну енергію за рахунок контрольованої реакції ядерного синтезу, забезпечуючи більшу потужність, ніж хімічні ракети.

“DFD є багатообіцяючою альтернативою традиційним двигунам, пропонуючи високе співвідношення тяги до ваги і безперервне прискорення”, – пишуть дослідники в статті. “Однак його реалізація залишається предметом ключових інженерних проблем, включаючи стабільність плазми, розсіювання тепла і експлуатаційну довговічність в умовах радіації глибокого космосу”. Вони додають, що, незважаючи на досягнення в галузі термоядерної енергетики, поки що незрозуміло, чи зможе вона підтримувати довготривалі місії і забезпечувати живлення бортових приладів.

Друга концепція базується на існуючій технології сонячних вітрил, яка все ще залишається експериментальною. Сонячні вітрила живляться фотонами від Сонця, використовуючи енергію, вироблену світлом, для руху космічних апаратів вперед. Дослідники пропонують покрити сонячні вітрила матеріалом, який при нагріванні вивільняє молекули або атоми і забезпечує рушійну силу в процесі, відомому як термічна десорбція.

Сонячне вітрило за допомогою гравітації Юпітера може досягти Седни за сім років завдяки своїй здатності безперервно прискорюватися без необхідності нести важке паливо, йдеться в статті. Однак ця ідея пов’язана з певними проблемами. “Хоча сонячні вітрила широко вивчалися для застосування в далекому космосі, їх доцільність для місії на Седну вимагає оцінки з точки зору довготривалої структурної цілісності, ефективності рушія та доступності енергії для наукових операцій”, – йдеться в статті.

Незважаючи на невелику перевагу в часі, місія на сонячних вітрилах дозволить лише пролетіти повз Седну, тоді як двигун DFD може вивести космічний апарат на орбіту карликової планети для більш тривалої місії. Будь-яка з цих місій забезпечить нам перші прямі спостереження за раніше недослідженим регіоном і допоможе вченим краще зрозуміти більшу межу, за якою знаходиться Сонячна система.