Команда Лаборатории реактивного движения NASA Team X предлагает внести существенные изменения в запланированную миссию Orbilander, цель которой — выяснить, существует ли жизнь на одной из самых перспективных кандидатур в Солнечной системе: ледяной спутник Сатурна Энцелад.
Одной из самых интригующих особенностей Энцелада являются шлейфы, извергающиеся из его южной полярной области, которые, согласно моделям, возникают в результате приливного изгиба океана под ледяной поверхностью спутника. В процессе, называемом «криовулканизмом», жидкость из подповерхностного океана прорывается сквозь внешний лед и попадает в космос. Ученые JPL считают, что наблюдение и анализ этих шлейфов может стать одним из самых эффективных и действенных способов определить, содержит ли океан Энцелада органический материал.
Национальная академия наук, инженерии и медицины (NASEM) определила полет посадочного и орбитального аппаратов для изучения плюмов Энцелада как второй по приоритетности в Десятилетнем обзоре планетарных наук и астробиологии 2023-2032 годов, своем плане на следующее десятилетие освоения космоса. Миссия, получившая название Orbilander, будет состоять из космического аппарата, оснащенного как посадочным, так и орбитальным модулем. В обзоре отмечается, что изучение Энцелада не только позволит выяснить, существует ли жизнь за пределами Земли, но и пролить свет на причины, по которым жизнь не зарождается в, казалось бы, пригодных для жизни средах.
Альфред Нэш из JPL возглавил команду Team X в новом исследовании, направленном на доработку проекта Orbilander. В исследовании предлагается дата запуска обновленного космического аппарата — ноябрь 2038 года, который будет выведен в космос на тяжелой ракете Falcon Heavy Expendable с разгонным блоком Star 48. Путешествие к Сатурну займет примерно 7,5 лет, после чего будет проведен годичный этап сближения с Луной, в течение которого аппарат будет находиться на быстрой орбите в течение шести месяцев.
Во время пролета космический аппарат соберет образцы шлейфа в дюжине случаев, а затем перейдет к фазе постепенного снижения высоты и скорости в течение 2,6 года. Затем в течение 3,5 месяцев он восемь раз соберет образцы шлейфа на более низкой высоте. После этого Orbilander опустится на минимальную высоту орбиты - 50 км над поверхностью Энцелада - и начнет годичную разведывательную миссию по поиску подходящего места для посадки. И, наконец, посадочный аппарат спустится на поверхность для двухлетнего сбора и анализа образцов, исследуя ледяную кору и застывший материал плюмажа.
Команда также предложила более экономичный резервный план на случай, если финансирование окажется недостаточным для реализации всего замысла миссии. Этот «план Б» предусматривает только пролет с целью сбора дополнительной информации о пригодности лунного океана для обитания. Однако такой сокращенный подход предполагает использование меньшего количества инструментов, меньших объемов проб и более высоких скоростей сбора, что потенциально увеличивает риск ухудшения или отсутствия биологических доказательств.
Поскольку Энцелад слишком удален от Солнца для эффективного использования солнечной энергии, космический аппарат будет питаться от ядерного источника энергии — радиоизотопного термоэлектрического генератора (РТГ) - проверенной технологии, используемой в таких миссиях, как Galileo к Юпитеру и марсоход Curiosity. Однако для работы РТГ требуется плутоний-238, а запасы этого вещества у NASA ограничены.
Команда разработчиков сосредоточилась на достижении максимальной эффективности, изучая каждую возможность уменьшить размеры, энергопотребление, массу и стоимость Orbilander. Некоторые предложенные технологии все еще находятся в стадии разработки, но ожидается, что они будут готовы в течение пяти лет. Благодаря этим конструктивным изменениям масса космического аппарата уменьшилась настолько, что ему потребовался всего один РТГ, тогда как для миссии Cassini их было три.
Вместо традиционных реактивных колес управление положением космического аппарата будет осуществляться с помощью двухтопливных двигателей на холодном газе. Интеллектуальная система посадки будет управлять всеми фазами спуска от орбиты до посадки на поверхность. В конструкции также применены архитектура распределенного питания и система отслеживания пиковой мощности для поддержания стабильной 30-вольтовой мощности при уменьшении массы кабеля. Изменения позволили снизить массу космического аппарата на 846 кг и сократить предполагаемые расходы на 900 миллионов долларов.