Uranus Orbiter and Probe — миссия к Урану и его спутникам

Uranus Orbiter and Probe (UOP) — это концепция миссии орбитального аппарата для изучения Урана и его спутников. Концепция разрабатывается как потенциальная крупная стратегическая научная миссия для НАСА. Научная фаза продлится 4,5 года и будет включать в себя несколько пролетов мимо каждой из основных лун.

Концепция миссии была выбрана в качестве флагманской миссии с наивысшим приоритетом в рамках Планетарного научного десятилетнего обзора 2023–2032 годов, опередив Enceladus Orbilander. Также рассматривалась концепция миссии на орбите Нептуна, Neptune Odyssey, которая должна была решить многие из тех же научных задач, касающихся ледяных гигантов, но по логистическим и стоимостным причинам предпочтение было отдано миссии на Уран.

Первоначальное предложение предполагало запуск в 2031 году с использованием одноразовой ракеты-носителя Falcon Heavy с гравитационным маневром на Юпитере, что позволило бы прибыть к Урану в 2044 году. Однако в 2023 году НАСА объявило, что из-за дефицита производства плутония запуск будет более вероятным в середине или конце 2030-х годов.

Предпосылки миссии

Voyager 2 — единственный космический зонд, посетивший систему Урана, совершил пролет мимо планеты 24 января 1986 года. Планетарный научный обзор 2011–2022 годов рекомендовал миссию орбитального аппарата класса «Флагман» к ледяному гиганту с приоритетом после миссий Mars 2020 и Europa Clipper.

Сегодня ледяные гиганты считаются распространенным типом экзопланет, что обусловливает необходимость дальнейшего их изучения в Солнечной системе. Ледяные гиганты Уран и Нептун рассматривались как уникальные, но в равной степени привлекательные научные цели, но предпочтение было отдано «орбитальному аппарату и атмосферному зонду Урана» по логистическим и стоимостным причинам.

Uranus Orbiter and Probe логично последовал бы за миссиями орбитальных аппаратов класса «Флагман», предпринятыми к Юпитеру и Сатурну (Galileo и Cassini соответственно).

В 2017 году, перед обзором 2023–2032 годов, комитет сузил двадцать концепций миссий до трех сценариев для Урана и четвертого для Нептуна. Некоторые специалисты считают, что миссия к Нептуну имеет большую научную ценность, поскольку Тритон, вероятно, захваченный объект пояса Койпера и океанический мир, является более привлекательной целью для астробиологии, чем луны Урана (хотя Ариэль и Миранда, в частности, являются возможными океаническими мирами).

Было также исследование, в котором рассматривалась концепция миссии орбитального аппарата уровня New Frontiers к Урану, если предпочтение будет отдано миссии класса «Флагман» к Нептуну.  Тем не менее, опять же из-за соображений стоимости и логистики, включая доступность ракет-носителей и доступные окна запуска, Планетарный научный десятилетний обзор 2023–2032 годов рекомендовал Uranus Orbiter вместо аналогичного предложения для Нептуна, Neptune Odyssey.

Ключевые научные вопросы

Орбитальный аппарат в паре с атмосферным зондом будет решать различные научные вопросы по всем аспектам системы Урана:

Происхождение, строение и атмосфера

• Как функционирует атмосферная циркуляция от внутренних слоев до термосферы в ледяном гиганте?
• Какова трехмерная структура атмосферы погодного слоя?
• Когда, где и как образовался Уран, как он развивался как в термическом, так и в пространственном отношении, включая миграцию, и как он приобрел свое ретроградное наклонение ?
• Каков основной состав Урана и его зависимость от глубины?
• Имеет ли Уран дискретные слои или разреженное ядро, и может ли это быть связано с его образованием и наклоном ?
• Какова истинная скорость вращения Урана, равномерно ли он вращается и насколько сильны ветры ?

Магнитосфера

• Какой динамо-процесс создает сложное магнитное поле Урана ?
• Каковы источники плазмы и динамика магнитосферы Урана и как она взаимодействует с солнечным ветром, верхней атмосферой Урана и поверхностью спутников?

Спутники и кольца

Каковы внутренние структуры и соотношение горных пород и льда на крупных лунах Урана и какие луны обладают значительными внутренними источниками тепла или возможными океанами?

Каким образом состав и свойства спутников Урана ограничивают их формирование и эволюцию?

Какую геологическую историю и процессы фиксируют поверхности и как они могут информировать о популяциях объектов из внешней Солнечной системы? Какие свидетельства экзогенных взаимодействий демонстрируют поверхности?

Каковы состав, происхождение и история колец Урана и внутренних малых спутников, и какие процессы сформировали их нынешнюю конфигурацию?