سیارات یخی، مانند اورانوس و نپتون، از جذاب‌ترین مقاصد کاوش در منظومه شمسی هستند. اورانوس به‌ویژه اخیراً توجه زیادی را به خود جلب کرده است، به‌خصوص پس از آنکه در گزارش دهه‌ای ۲۰۲۲ آکادمی‌های ملی علوم آمریکا به‌عنوان مقصد اولویت‌دار معرفی شد. اما هنوز مأموریت کاملاً برنامه‌ریزی‌شده‌ای برای استفاده از پنجره‌های پرتاب متعدد در دهه ۲۰۳۰ آماده نشده است. با این حال، این تأخیر می‌تواند یک مزیت باشد، زیرا یک سیستم جدید در حال توسعه ممکن است طراحی کلی مأموریت را به‌طور اساسی تغییر دهد. استارشیپ، موشک انقلابی شرکت اسپیس‌ایکس، اخیراً موفقیت‌های آزمایشی پی‌در‌پی داشته است و مقاله‌ای جدید که در کنفرانس هوافضای IEEE توسط پژوهشگران MIT ارائه شد، بررسی کرده است که چگونه این سیستم پرتاب قدرتمند می‌تواند بر توسعه مدارگرد و کاوشگر اورانوس (UOP) که در گزارش دهه‌ای پیشنهاد شده بود، تأثیر بگذارد.
اورانوس: سیاره‌ای ناشناخته و مرموز
اورانوس یکی از کم‌کاوش‌شده‌ترین سیارات منظومه شمسی است. آخرین باری که کاوشگری به آن نزدیک شد، وویجر ۲ بود که ۴۰ سال پیش در یک پرواز عبوری (flyby) از کنار آن گذشت. نه اورانوس و نه همزاد یخی‌اش نپتون هیچ‌گاه میزبان یک مدارگرد یا حضور مداوم یک مأموریت نبوده‌اند، و این دو سیاره تنها سیاراتی هستند که هنوز به‌طور دقیق از نزدیک بررسی نشده‌اند.
این کمبود کاوش به دلیل بی‌علاقگی نیست. اورانوس ویژگی‌های عجیبی دارد که مطالعه نزدیک‌تر می‌تواند آن‌ها را توضیح دهد. این سیاره به پهلو خوابیده است، میدان مغناطیسی نامنظمی دارد و قمرهایش ممکن است اقیانوس‌هایی زیر سطح یخی خود پنهان کرده باشند. علاوه بر این، سیارات شبیه اورانوس از رایج‌ترین فراسیارات (exoplanets) کشف‌شده در منظومه شمسی هستند. بنابراین، مطالعه دقیق سیستم اورانوس می‌تواند درک ما از این دنیاهای دوردست را نیز بهبود ببخشد.
چالش دوری اورانوس
مشکل اصلی این است که اورانوس خیلی دور است. این سیاره ۱۹ برابر دورتر از خورشید نسبت به زمین قرار دارد. وویجر ۲ بیش از ۹ سال و نیم طول کشید تا به این سیستم برسد، و حتی آن کاوشگر تلاشی برای کاهش سرعت و ماندن در سیستم نکرد. محاسبات قبلی در گزارش دهه‌ای از موشک فالکن هوی و چندین کمک گرانشی از سیارات دیگر استفاده کرد، اما باز هم بیش از ۱۳ سال طول می‌کشید تا به اورانوس برسد. این مدت زمان طولانی به معنای نیاز به پشتیبانی عملیاتی و مالی مداوم، جابه‌جایی احتمالی پرسنل کلیدی، یا حتی تعلیق پروژه (با توجه به تجربه‌های اخیر ناسا) است. بنابراین، رساندن UOP به مقصد نهایی‌اش با سرعت بیشتر، بدون شک بهتر است.
استارشیپ: تغییردهنده بازی
اینجاست که استارشیپ وارد صحنه می‌شود. با وجود چند ناکامی در آزمایش‌های اولیه سال، سیستم موشکی انقلابی اسپیس‌ایکس حالا با موفقیت‌های اخیرش در حال اثبات توانایی‌های خود است. اگر این روند مثبت ادامه یابد، استارشیپ تا پایان دهه می‌تواند برای استفاده منظم آماده شود و گزینه‌ای مناسب برای پرتاب UOP باشد.
علاوه بر ظرفیت حمل بالای استارشیپ، دو ویژگی دیگر آن را برای مأموریت UOP جذاب می‌کنند:
۱. سوخت‌گیری در مدار
اسپیس‌ایکس استارشیپ را طوری طراحی کرده که بتواند در مدار سوخت ذخیره و دریافت کند. این قابلیت به آن امکان می‌دهد تا به مقاصد دوردست بسیار سریع‌تر از سیستم‌هایی برسد که سوختشان باید کاملاً از زمین تأمین شود. اگرچه این قابلیت هنوز به‌طور عملی نشان داده نشده، آزمایش‌های آینده استارشیپ قطعاً این امکان را باز خواهند کرد و سرعت‌های جدیدی برای کاوشگرهای اعماق منظومه شمسی فراهم می‌کنند.
۲. سپر ترمز هوایی (Aerobraking)
پژوهشگران در مقاله خود ایده استفاده از استارشیپ به‌عنوان سپر ترمز هوایی را بررسی کردند. استارشیپ که برای تحمل گرمای ورود مجدد به جو زمین و مریخ طراحی شده، می‌تواند به‌عنوان سپری در برابر گرمای ناشی از ترمز هوایی در جو اورانوس عمل کند. آن‌ها دریافتند که با کمی اصلاح، این ایده قابل اجراست. به جای جدا شدن از کاوشگر پس از ارائه نیروی اولیه، استارشیپ می‌تواند همراه UOP به سیستم اورانوس سفر کند و از سیستم محافظ حرارتی خود برای کاهش سرعت کاوشگر از سرعت بین‌سیاره‌ای استفاده کند تا در سیستم باقی بماند.
نصف شدن زمان سفر
بر اساس محاسبات مقاله، ترکیب سوخت‌گیری در فضا و استفاده از استارشیپ به‌عنوان ترمز هوایی می‌تواند زمان سفر به سیستم اورانوس را به نصف، یعنی شش و نیم سال، کاهش دهد. این روش حتی نیازی به کمک‌های گرانشی از سیارات دیگر ندارد. حتی با هزینه اضافی همراهی استارشیپ در این سفر، کاهش چشمگیر زمان سفر هزینه‌های عملیاتی مأموریت را به‌طور قابل توجهی پایین می‌آورد.
چالش‌های پیش رو
با این همه، UOP هنوز فاصله زیادی تا واقعیت دارد و استارشیپ هم هنوز برای ترمز هوایی یک کاوشگر در جو یک غول یخی آماده نیست. با وجود اینکه UOP بالاترین اولویت گزارش دهه‌ای بود، هنوز مشخص نیست که آیا بودجه لازم را دریافت خواهد کرد یا نه. با توجه به آشوب‌های کنونی در ناسا، این عدم قطعیت احتمالاً مدتی ادامه خواهد داشت. اگر پنجره‌های پرتاب دهه ۲۰۳۰ را از دست بدهیم، فرصت بعدی در اواسط دهه ۲۰۴۰ خواهد بود، یعنی تقریباً ۷۰ سال بین مأموریت‌ها به این دنیای جذاب فاصله می‌افتد.
چرا اورانوس مهم است؟
اورانوس فقط یک سیاره دوردست نیست؛ بلکه کلیدی برای درک گذشته و آینده کیهان است. محور چرخش عجیب آن (تقریباً ۹۸ درجه کج شده) ممکن است نتیجه برخورد عظیمی در گذشته باشد. میدان مغناطیسی‌اش که به‌طور غیرعادی جابه‌جا شده، می‌تواند رازهایی درباره تکامل سیارات گازی فاش کند. قمرهایش، مثل تایتانیا و اوبرون، ممکن است اقیانوس‌های زیرسطحی داشته باشند که احتمال حیات را مطرح می‌کند. همچنین، از آنجا که سیارات یخی مثل اورانوس در کهکشان ما فراوان‌اند، داده‌های UOP می‌تواند به اخترشناسان کمک کند تا مدل‌های دقیق‌تری برای فراسیارات بسازند.
نقش استارشیپ در آینده کاوش
استارشیپ فقط برای اورانوس نیست. توانایی‌هایش می‌تواند مأموریت‌های دیگر به نپتون، کمربند کویپر، یا حتی فضای بین‌ستاره‌ای را متحول کند. سوخت‌گیری در مدار و ترمز هوایی، محدودیت‌های سنتی پرتاب را از بین می‌برند. مثلاً، به جای ۱۳ سال برای رسیدن به اورانوس، می‌توانیم کاوشگرهایی را در نصف این زمان به مقصد برسانیم و منابع بیشتری برای مطالعه در محل ذخیره کنیم.
امید به آینده
علاقه‌مندان به علم سیارات و کاوش فضایی باید امیدوار باشند که سازمان‌هایی مثل ناسا و اسپیس‌ایکس برای حمایت از چنین مأموریتی متحد شوند. چه با استارشیپ و چه بدون آن، بازگشت به اورانوس نه‌تنها یک دستاورد علمی، بلکه گامی بزرگ در درک جایگاه ما در کیهان است. اگر همه چیز درست پیش برود، تا دهه ۲۰۴۰ می‌توانیم مدارگردی در اطراف این غول یخی داشته باشیم که اسرارش را برایمان فاش می‌کند.
