Scritto: Giovedì, 14 Luglio 2022 14:30 Ultima modifica: Giovedì, 14 Luglio 2022 14:26

Cina: su Nettuno con il nucleare


Il governo di Pechino sta valutando di lanciare una missione verso il gigante di ghiaccio, per esplorare il pianeta e la sua luna più grande Tritone.

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Cina: su Nettuno con il nucleare
Crediti: ESO

La missione verso Nettuno è stata oggetto di uno studio condotto da ricercatori dell'Agenzia Spaziale Nazionale Cinese (CNSA), dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS), dell'Autorità per l'Energia Atomica Cinese, dell'Accademia Cinese di Tecnologia Spaziale e di diverse università e istituti. L'approfondimento, guidato da Guobin Yu, un ricercatore della School of Astronautics dell'Università di Beihang e del Dipartimento di Scienza e Tecnologia e Qualità del CNSA, è stato pubblicato sulla rivista Scientia Sinica Technologica.

L'agenzia spaziale cinese ha fatto alcune mosse piuttosto impressionanti negli ultimi anni, dimostrando che la Cina è diventata una grande potenza nello spazio. Ha sviluppato lanciatori pesanti come il Lunga Marcia 9, sta costruendo una nuova stazione spaziale con il programma Tiangong, sta portando avanti i programmi Chang'e e Tianwen che hanno inviato esploratori robotici sulla Luna e su Marte rispettivamente. Una missione come questa, che volerebbe verso il Sistema Solare esterno e uno dei corpi meno studiati, indica come la Cina spera di espandere i suoi piani spaziali nei prossimi anni.


Perché Nettuno

Lo studio di Nettuno, dei suoi satelliti e delle sue dinamiche orbitali potrebbe fornire risposte su come si è formato e si è evoluto il Sistema Solare e come è iniziata la vita sulla Terra. Un elemento chiave è proprio la luna Tritone che, secondo gli astronomi, potrebbe essere un planetoide lanciato dal Sistema Solare esterno e catturato dalla gravità di Nettuno. Alcune teorie ritengono che, proprio l'arrivo di Tritone nel campo gravitazionale del pianeta gigante, abbia causato uno scossone dei satelliti naturali di Nettuno, provocando la rottura di alcuni e la fusione di altri per formare nuove lune. Forse, un giorno, Tritone si sgretolerà e formerà un alone attorno a Nettuno o si scontrerà con esso.

Sfortunatamente, anche se il quartiere di Nettuno è così interessante, ad oggi è stato visitato solo da una sonda perché inviare missioni nello spazio profondo è molto difficoltoso, tra finestre di lancio, sistema di alimentazione e comunicazioni.
La Voyager 2 della NASA sorvolò il sistema nel 1989 fornendo quel tesoro prezioso di dati che ancora oggi costituiscono la maggior parte della nostra conoscenza sul gigante di ghiaccio e le sue lune. Da allora, altre missioni proposte non sono mai state approvate ma secondo Yu, considerati i progressi tecnologi e le attuali prestazioni degli strumenti scientifici, è giunto il momento di tornare alla periferia del Sistema Solare.

Secondo Yu e i suoi colleghi, ci sono quattro principali obiettivi scientifici che un esploratore robotico inviato nel sistema di Nettuno dovrebbe indagare. Questi includono la struttura e la composizione interna del pianeta, la sua magnetosfera e ionosfera, le sue lune e anelli e le sue popolazioni di troiani e centauri. In termini di struttura/composizione, gli astronomi sperano di far luce sulle strane proprietà termiche del gigante, che si ritiene siano il risultato dei suoi "modelli meteorologici".

Esaminare l'interno di Nettuno spiegherebbe anche perché il pianeta è molto più piccolo di Saturno ma ha più del doppio della densità di massa media. Sapere di più sulla composizione atmosferica evidenzierebbe, inoltre, le differenze con l'atmosfera di Urano (similmente blu ma più chiaro). Questa ricerca rivelerà anche nuove informazioni sulla composizione delle nubi protostellari da cui si è formato il gigante di ghiaccio e, per estensione, sulla formazione del Sistema Solare.

Lo studio della magnetosfera e della ionosfera di Nettuno potrebbe aiutare a risolvere il mistero dell'asse magnetico e di rotazione di Nettuno. Come Urano, l'asse magnetico di Nettuno è fortemente inclinato rispetto al suo asse di rotazione e spostato dal centro del pianeta. Prima del sorvolo della Voyager 2, si ipotizzava che questo fosse il risultato della rotazione di Nettuno ma ora si ritiene che sia dovuto a un effetto dinamo all'interno. Altri obiettivi includono, scoprire la causa dei potenti uragani e il motivo della formazione e della presenza a lungo termine della Grande Macchia Oscura.

Per quanto riguarda le lune e gli anelli, il potenziale per le scoperte scientifiche include l'orbita retrograda, la rivoluzione e la migrazione dinamica di Tritone (la luna più grande di Nettuno). Il fatto che Tritone orbita nella direzione opposta alla rotazione di Nettuno è uno degli argomenti principali che riguardano l'origine di questo satellite che potrebbe essere un pianeta nano formatosi nella fascia di Kuiper. Anche la sua composizione, simile a quella di Plutone, sembra supportare questa tesi.
In sostanza, lo studio della dinamica orbitale di Tritone potrebbe far luce sulla storia del primo Sistema Solare, quando gli oggetti espulsi e i planetoidi si stavano ancora stabilendo nelle loro orbite attuali.
Interessante sarebbe anche l'attività criovulcanica di Tritone, risultante dalla flessione della marea al suo interno causata dall'attrazione gravitazionale di Nettuno. Per quanto riguarda gli anelli, la squadra ha notato diversi obiettivi: "stabilire un elenco completo degli anelli planetari e dei loro satelliti interni [le cosiddette lune pastore], studiare le caratteristiche, il meccanismo di formazione, lo scambio di materiale e il trasporto di gas di anelli planetari di diversi tipi orbitali, analizzare l'origine di diversi corpi celesti e rilevare la possibile materia organica". Oltre alla comprensione delle leggi della dinamica che risiedono nella struttura degli anelli di Nettuno che non sono distribuiti uniformerete ma presentano una struttura simile ad un arco.

 

La missione

Il team ha valutato diverse opzioni per esplorare Nettuno: rilevamento remoto, passaggi ravvicinati, osservazione orbitale, atterraggio morbido, ecc
Il telerilevamento e i passaggi ravvicinati sono stati immediatamente esclusi perché non consentirebbero alla missione di misurare efficacemente la composizione profonda e la struttura interna di Nettuno. E, inoltre, date le distanze coinvolte (una media di 30 UA dal Sole) e la capacità di carico di una missione nello spazio profondo, la velocità di volo della sonda dovrebbe essere aumentata il più possibile durante la fase iniziale.

In ogni caso, secondo il team il momento migliore per il lancio sarebbe il 2030 che consentirebbe un aiuto gravitazionale da Giove per arrivare a destinazione nel 2036. Altre opportunità di lancio potrebbero essere nel 2028, 2031 e 2034 ma considerando sempre di arrivare su Nettuno prima del 2040.

Dopo aver completato alcune orbite, la navicella rilascerebbe una serie di piccoli satelliti e due sonde per esplorare l'atmosfera di Nettuno e la superficie di Tritone (rispettivamente).

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La traiettoria di volo per un possibile esploratore di Nettuno, basata sulle posizioni dei pianeti prima del 2040.
Crediti: SciEngine/Yu, Guobin et al. (2022)


Il design

Yu e i suoi colleghi hanno scelto di alimentare la loro missione con un generatore termoelettrico a radioisotopi (RTG) con una capacità di 10 kiloWatt di energia (kWe), una fonte in grado di fornire elettricità in modo sicuro e affidabile per non meno di quindici anni.  Questa sorta di batteria nucleare, simile a quella utilizzata dai rover Curiosity e Perseverance, converte l'energia termica dal decadimento del materiale radioattivo in elettricità.
Il team suggerisce di utilizzare un set di unità di conversione termoelettrica e un set di dissipatori di calore come un'unica unità di generazione di energia. Questo sistema, scrivono, sarà in grado di fornire alla missione "8 anni di funzionamento a piena potenza da 10 kWe e 7 anni di funzionamento a bassa potenza da 2 kWe, che possono garantire efficacemente l'affidabilità e la sicurezza del sistema durante l'intera missione".

Il generatore dovrà garantire una produzione di calore continua e controllabile dalla fissione nucleare, un trasferimento di calore affidabile nel reattore, un'efficiente conversione termoelettrica e la rimozione del calore di scarto. Per raggiungere questo obiettivo, il progetto del loro reattore prevede barre di uranio-235, leghe monolitiche di uranio-molibdeno e barre ceramiche che consentono un trasferimento elevato efficiente con un nucleo leggero e compatto.

Il veicolo spaziale trasporterebbe diversi strumenti per studiare Nettuno e le sue lune: una sonda atmosferica Neptune Atmospheric Probe (NAP) per sondare l'interno del pianeta e il Triton Penetration Probe (TPP) per studiare la superficie crostale di Tritone. Una serie di CubeSat potrebbe essere dispiegata lungo il percorso per esplorare un asteroide della cintura principale e un centauro (una particolare classe di planetoidi ghiacciati).

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Diagramma schematico del reattore termoelettrico.
Crediti: SciEngine/Yu, Goubin et al. (2022)

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Elisabetta Bonora

Nella vita lavorativa mi occupo di web, marketing e comunicazione, digital marketing. Nel tempo libero sono un'incontenibile space enthusiast e mamma di Sofia Vega.
Mi occupo di divulgazione scientifica, attraverso questo web, collaborazioni con riviste del settore e l'image processing delle foto provenienti dalle missioni robotiche. Appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro. Nel 2019 è uscito il mio primo libro "Con la Cassini-Huygens nel sistema di Saturno".
Amo le missioni robotiche inviate nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

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