Бестопливный спуск на вулканическую луну: новый проект UNAGI открывает путь к Ио

Представьте себе мир, где земля никогда не бывает твердой, а небо постоянно омрачено ядовитыми испарениями. Это Ио — самый вулканический спутник в Солнечной системе, море огня, где реки раскаленной лавы текут по поверхности, разрываемой неистовой гравитацией ее планетарного властелина, Юпитера. Посадить здесь космический аппарат — все равно что пытаться устоять на палубе корабля во время урагана из расплавленной породы. Именно этой титанической задаче и была посвящена работа студентов-инженеров из Spartan Space Systems, представленная на конференции AIAA 2025. Их исследование предлагает смелую и элегантную концепцию, способную совершить прорыв в изучении этого адского мира, — посадочный модуль, который использует саму природу системы Юпитера в качестве своего топлива.

Сердцем этого проекта является концепция миссии под названием UNAGI. Ее ключевая инновация заключается в принципиально новом подходе к посадке, который позволяет избежать использования традиционного топлива для спуска. Вместо этого система использует мощнейшее магнитное поле Юпитера.

Этот метод известен как система электродинамического троса (EDT). Представьте себе 50-километровый проводник, развернутый посадочным модулем. При движении в магнитном поле гигантской планеты в этом тросе индуцируется электрический ток, который, в свою очередь, взаимодействует с магнитным полем. Это взаимодействие создает силу Лоренца, которую можно использовать для точного управления траекторией спуска, торможения и даже для раскрытия амортизирующих подушек безопасности в нужный момент.

Исследователи черпали вдохновение в действующих и будущих миссиях, таких как «Юнона», «Европа Клипер» и JUICE, но предложили качественно новое решение. Они подчеркивают, что в контексте дальнего космоса бестопливные двигательные системы являются не просто интересной альтернативой, а необходимостью.

Использование EDT позволяет максимально сэкономить массу аппарата, которую в обычных условиях занимает горючее. Эта высвобожденная масса может быть направлена на увеличение полезной научной нагрузки или на усиление других подсистем аппарата. Кроме того, такая система теоретически обладает огромной долговечностью, поскольку не зависит от ограниченных запасов топлива. Все эти преимущества — экономия массы, долговечность и автономность — в конечном счете приводят к самому важному результату: значительному снижению общей стоимости миссии.

По предложенному плану, после успешной посадки аппарат UNAGI приступит к выполнению обширной научной программы. Его инструменты будут нацелены на решение фундаментальных вопросов о природе Ио. В задачи входит изучение внутреннего состава спутника, мониторинг изменений его поверхности, вызванных непрекращающейся вулканической активностью, анализ газовых выбросов и тектонических процессов.

Особый интерес представляет исследование сложного взаимодействия Ио с магнитным полем Юпитера, которое и является причиной его бурной активности. Сравнение геологических и физических процессов на Ио с другими галилеевыми спутниками — Европой, Ганимедом и Каллисто — поможет планетологам построить целостную картину эволюции всей системы Юпитера.

Причина, по которой Ио представляет собой такой негостеприимный мир, кроется в его орбите. В отличие от почти круговой орбиты Земли, орбита Ио имеет выраженную эллиптическую форму. Всего за 42,5 часа этот спутник успевает то приблизиться к Юпитеру, то удалиться от него. Чудовищная гравитация планеты-гиганта постоянно растягивает и сжимает Ио, как будто тисками. Это гравитационное напряжение создает огромное трение внутри недр спутника, которое и разогревает их, питая энергией сотни действующих вулканов. Именно такую негостеприимную поверхность и должен будет исследовать посадочный модуль.

До сих пор единственным аппаратом, подробно изучавшим Ио, был «Галилео», работавший на орбите Юпитера с 1995 по 2003 год. Он передал бесценные снимки извержений, кальдер и лавовых озер. Современная миссия «Юнона» также получила новые изображения, но ни один земной зонд еще не совершал посадку на эту динамичную поверхность. Работа студентов из Университета штата Сан-Хосе демонстрирует, как смелые инженерные концепции могут проложить путь к первой в истории мягкой посадке на вулканическое тело. Это открыло бы новую эру в планетологии, позволив напрямую, на месте, изучить процессы, которые не только формируют лицо Ио, но и проливают свет на ранние этапы эволюции всех планетарных тел, включая Землю в период ее молодости.