NASA планує надіслати 10,000 міні-пробників до кілець Сатурна

Місія Cassini, остання велика програма NASA, присвячена Сатурну, завершилася трагічно, коли космічний апарат занурився в атмосферу газового гіганта. Ця місія зібрала найточніші дані про систему Сатурна, які коли-небудь були отримані, проте вона не змогла безпосередньо дослідити один важливий елемент — кільця Сатурна. Нещодавно NASA виділила фінансування для гранту Інституту передових концепцій (NIAC) для реалізації ідеї надіслати рій з 10,000 мініатюрних "фемтосупутників", які зможуть детально дослідити ці вражаючі структури нашої Сонячної системи.

Кільця Сатурна складаються переважно з водяного льоду, змішаного з кам’янистими матеріалами, а частинки варіюються від мікроскопічних зерен до великих шматків, розміром з будинки. Незважаючи на успіх місії Cassini, вчені досі не мають чітких відповідей на питання про точний вік кілець та механізми, за допомогою яких ці льодові частинки зіткнуться та зливаються.

Чому ж так важко дослідити кільця? Cassini здійснював польоти між кільцями та планетою під час своїх останніх обертів, але, якби він увійшов у кільця, це могло б призвести до зіткнення з випадковим шматком льоду, що знищило б багатомільярдний супутник за лічені секунди. Жоден розумний планувальник місії не ризикнув би, і тому Cassini не зміг наблизитися до кілець, навіть коли наближався до свого фінального занурення.

На відміну від цього, якщо у вас є 10,000 однакових супутників, навіть найбільш обережні планувальники місій могли б вважати, що втрата кількох із них є прийнятною. Втрата кількох тисяч на такій масштабі також була б допустима, адже залишаться тисячі інших, які зможуть продовжити місію. Це основна ідея пропозиції NIAC під назвою "Активно керовані фемтосупутникові констеляції для дослідження кілець, атмосфери та магнітосфери Сатурна".

Доктор Майкл Рубенштейн, керівник проекту, є всесвітньо відомим експертом у галузі роїнгової робототехніки. Його найбільш відомий проект, ймовірно, це Kilobot — рій з понад 1,000 маленьких роботів, які можуть автономно спілкуватися та формувати складні фігури. Застосування знань про малу, координовану робототехніку в космосі ставить його в центр концепції фемтосупутників. У липні 2026 року NASA оголосила про цей проект як один із 18 нагород раннього етапу, загальний обсяг фінансування склав 3.2 мільйона доларів. Кожна нагорода Phase I надає до 175,000 доларів для початкового дев'ятимісячного дослідження цих інноваційних технологій.

Фемтосупутник — це, простими словами, дуже маленький супутник. Вони використовують екстремальну мініатюризацію електроніки, що відбувається в індустрії смартфонів. Хоча їх ще не формалізували так, як розміри CubeSat, типовий фемтосупутник (який також часто називають чіпсупутниками або "Спрайтами") важить всього кілька грамів і має кілька сантиметрів у діаметрі.

Вони не є лише науковою фантастикою. У 2019 році місія KickSat-2 вивела 105 Спрайтів на низьку навколоземну орбіту, де вони довели, що можуть активно спілкуватися з наземними контролерами. Однак у цій місії фемтосупутники не мали жодного двигуна і були залишені на волю атмосфери Землі для визначення траєкторії.

У пропозиції Рубенштейна чітко зазначено, що 10,000 фемтосупутників матимуть певну форму активного керування — ця вимога прямо присутня в назві. Наразі невідомо, яким саме буде механізм керування. Це може бути що завгодно, від мікродвигунів до електромагнітних канатів, які живляться від хаотичних магнітних полів Сатурна. Але активна тяга надає всій місії можливості, яких неможливо досягти жодною одноразовою місією.

Тисячі фемтосупутників можуть зануритися в кільця, надаючи перший в історії візуальний огляд їх кінетичної поведінки та відповідаючи на питання про те, коли вони утворилися. Водночас тисячі інших можуть досліджувати різні частини верхньої атмосфери Сатурна, охоплюючи різні місця на його поверхні одночасно, що дозволить точніше прогнозувати погоду на нашому кільцевому сусіді. А це хаотичне магнітне поле? У той же час тисячі інших фемтосупутників можуть моніторити його з різних орбіт та на різних висотах.

Приклад фемтосупутника, використаного в проекті KickSat. Автор - Ребекка Манчестер / Корнельський університет

Проте кільця, очевидно, є головним фокусом цієї концепції місії. NASA настільки зосереджена на них, що навіть профінансувала ще один грант NIAC з аналогічною метою, але з використанням зовсім іншої концепції. Проект від Лабораторії реактивного руху, який очолює Макро Квадреллі, пропонує материнський корабель, який зависне над системою кілець і розширить AI-керований вивід, щоб "доторкнутися" до кілець, як спортивний рибалка. Місія, відома як Автономне дослідження планетарних кілець з ін-ситу зразками (PRAXIS), демонструє, наскільки зацікавлена NASA у близькому дослідженні цих планетарних чудес.

Слід зазначити, що пройде певний час, перш ніж ми побачимо будь-яку з цих місій біля Сатурна. Пропозиції NIAC Phase I призначені для фінансування концепцій на ранніх стадіях, і зазвичай тривають близько року, з очікуванням, що за ними слідуватиме багаторічний проект Phase II. Навіть тоді будь-яка така концепція потребуватиме ще кілька років фінансування, щоб досягти фактичної дати запуску, а потім ще кілька років, щоб досягти планети. Отже, найраніше, така місія, ймовірно, почне наукові операції в 2040-х роках. Але саме в цьому і полягає сенс NIAC — робити довгострокові ставки, які окупляться через десятиліття. А поки що, якщо вони профінансують чудову роботу з роями роботів, це принесе користь усім нам.