Uranus Orbiter and Probe (UOP)

Nachdem diese Mission im aktuellen “decadal survey of planetary science and astrobiology” als nächste „large - scientific“ Mission mit der höchsten Priorität vorgeschlagen wurde, möchte ich hiermit ein neues Thema zu dieser Mission erstellen.

Ich bin mir nicht sicher, ob es schon einen offiziellen Namen für diese Mission gibt, aktuell wird sie überall als „Uranus Orbiter and Probe (OUP)“ geführt. Somit habe ich für den Moment auch den Namen im Titel verwendet.

Ich hab komischerweise noch kein "offizielles" Paper (PDF) zu der Mission gefunden, zu praktisch allen im  decadal survey“ behandelten Missionen findet man die entsprechenden Dokumente, die für das Survey eingereicht wurden, hier scheinbar nicht. Vielleicht findet ja jemand das passende Dokument.

Trotzdem gibt es schon einiges an Informationen: Die Sonde soll 2031 oder 2032 starten, bis zum Uranus dauert es natürlich mal wieder ewig, Orbit Einschuss soll 2044 stattfinden.

Die Energie kommt aus 3 RTGs, eine 3.1 High – Gain Antenne soll die Kommunikation sicherstellen. Die Mission besteht aus einem Orbiter und eine Uranus – Atmosphären – Sonde. Das Ganze wird in Summe ein ziemlicher Brummer:




Als Träger kommen aktuell (ich weiß, Starship kommt auch noch, ist aber in der Grafik nicht drin) wohl nur die FH Expendable oder SLS in Frage, da ist es nicht schwer abzuschätzen, welcher Träger das Rennen machen wird:



Die Infos und Bilder stammen aus einem Artikel auf Teslarati:

https://www.teslarati.com/spacex-falcon-heavy-uranus-mission-decadal-survey/

In der frühen Konzeptphase sind die technischen Daten ja alle noch unsicher ... und der OUP-Punkt sollte Konfidenzintervalle für Masse und C3 aufweisen. Dann wird es ggf. schon jetzt mit der Falcon Heavy "eng".

Allgemein muss man davon ausgehen, dass die Masse wachsen wird (selten, dass eine Raumfahrzeug leichter wird ...). Und der Zeitplan wird sich wohl auch "nach rechts" verschieben, d.h. das Startfenster wird ggf. ungünstiger. Dann bräuchte man ggf. ein höheres C3. Also mit Falcon Heavy erscheint die Mission nur "gerade so" machbar mit wenig Leistungspuffer.

Artikel der Sueddeutschen Zeitung zur kommenden Uranus Mission, leider nur für Leute mit SZPlus Abo lesbar:

https://www.sueddeutsche.de/wissen/uranus-nasa-planet-mission-1.5575068

Ich hab komischerweise noch kein "offizielles" Paper (PDF) zu der Mission gefunden, zu praktisch allen im  decadal survey“ behandelten Missionen findet man die entsprechenden Dokumente, die für das Survey eingereicht wurden, hier scheinbar nicht. Vielleicht findet ja jemand das passende Dokument.

Hier: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576522005422?via%3Dihub

Der möglichen Mission läuft die Zeit davon. Um das Uranus-System pünktlich zur Tagundnachtgleiche erreichen zu können, müsste 2032 gestartet werden. Bisher wurde jedoch noch nicht einmal Geld dafür beantragt.

In NASA’s presidential budget request released early last month, the agency stated that it would not even request money for the mission until 2025, after which the amount of funding requested would grow modestly. “That is not going to get you to a launch in 2032,” Dreier says.

https://www.scientificamerican.com/article/nasas-uranus-mission-is-running-out-of-time/

Nun scheint es auch noch Probleme mit der Versorgung mit Plutonium 238 zu geben. Dieses Isotop kommt ja natürlich nicht vor und muss zu 100% erbrütet werden. Aktuell kann die Produktion nicht mit dem geplanten Verbrauch mithalten und es könnte lt. dem Artikel passieren, dass für diese Mission nicht genügend zur Verfügung steht - es sei denn, man käme mit einem RTG aus, es sind aber lt. Konzept 3 vorgesehen.

https://spacenews.com/plutonium-availability-constrains-plans-for-future-planetary-missions/

Derzeit sieht es leider für die vorgeschlagene Mission zum Uranus nicht so gut aus. Europa Clipper und die Mars Sample Return - Mission verschlingen jede Menge Dollars, die für OUP dann fehlen. Benötigt werden wohl etwa zwischen 4 und 5 Mrd. Dollar. https://www.spektrum.de/news/hoffnungen-auf-eine-baldige-reise-zu-uranus-und-neptun-schwinden/2169369

In einem Meinungsbeitrag in "Nature" rufen Wissenschaftler zu einer engen Kooperation von NASA und ESA bei  der Uranus Orbiter and Probe-Mission auf, unter Hinweis auf die guten Erfahrungen bei CASSINI-Huygens, da man sonst wohl das günstige Startfenster verpassen würde.
"Why the European Space Agency should join the US mission to Uranus:
Without international partnerships, NASA’s groundbreaking mission could fail to be ready in time for its optimal launch window."
https://www.nature.com/articles/d41586-024-01470-1
Bei einer Flugzeit von 12 bis 15 jahren und einer Entwicklungsdauer einer solchen Mission von etwa 10 Jahren wird es sonst etwas knapp - wenn man um 2050 am Uranus ankommen will...

https://www.theguardian.com/science/article/2024/jun/01/once-in-a-lifetime-uk-and-european-space-scientists-urged-to-join-nasa-mission-to-uranus

Interessanter Beitrag/Update auf  NSF von "Don2" zu OUP: falls 2031/32 mit Jupiter Gravity Assist nicht klappt, gibt es Ende der 30er Jahre eine weitere Chance mit Jupiter GA, allerdings zum Neptun, dem anderen unerforschten Eisriesen ! Weitere Gesichtspunkte zur technischen Weiterentwicklung: bessere RTGs (ASRG) heisst nur zwei (statt drei) werden benötigt; Start auf Falcon Heavy mit Ablieferung von 4000 kg in einen Uranus-Orbit; Kostenschätzungen (machbar für 1,3 Mrd US$ bis zum und einschliesslich Start), mit einer Menge weiterer Details :

https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=56219.msg2638135#msg2638135

Auf der IEEE Aerospace Conference haben Forscher vom MIT ein interessantes Konzept für UOP vorgeschlagen: Start auf Starship, Auftanken im Earth Orbit, Flug auf einer Trans-Jupiter-Trajektorie, UOP bleibt an Bord während des gesamten Fluges zum Uranus und nutzt, dort angekommen, die Hitzeschutzausrüstung des Starship für das Aerobraking in der Uranus-Atmosphäre, um in eine Umlaufbahn einzuschwenken (spart den Treibstoff für das Abbremsen).
Dies würde die gesamte Flugzeit auf 6,5 Jahre reduzieren - zum Vergleich: Voyager benötigte 9,5 Jahre bis zum Uranus; das im vorigen posting erwähnte Konzept mit Falcon Heavy und mehreren Gravity Assist Flybys etwa 13 Jahre:

https://www.universetoday.com/articles/starship-could-cut-the-travel-time-to-uranus-in-half

  edit: Typo

Ich konnte es noch nicht lesen. Aber Aerobraking in einer fremden, weitgehend unbekannten Atmosphäre ist kein Selbstläufer ... Ich schätze das als eher riskant ein. Viele Unbekannte, lokale und zeitliche Wetterschwankungen/-variationen. Die Machbarkeit müsste man erst analysieren. Könnte sich zeigen, das es nicht "sicher" geht.

Wenn man mal gesehen hat, was kleine Staubvariationen am Mars (quasi Tageswetter) mit einem Hitzeschild machen können, versteht meine Vorsicht vielleicht ...

Also ohne genaue Kenntnisse der Atmosphäre dort ist das sicher ein hohes Risiko. Aber das es grundsätzlich nicht geht, glaub ich nicht. Andererseits würde man ja vielleicht gar nicht auf Tiefraummissionen ohne Landing dass Hitzeschild anbauen?🤔

Zum Aspekt des Einbremsens von UOP am Uranus per Aerobraking gibt es eine Veröffentlichung von Forschern am Langley Research Center der NASA:
"Design Considerations for Aerocapture Delivery of Uranus Orbiter and Probe"

https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20240013988/downloads/Design_Considerations_V2.pdf

Das Design basiert offenbar auf dem (flugerprobten) Aeroshell-Design von Mars Science Laboratory (MSL), alias Curiosity.

Faszinierend! Danke.

.... Die Machbarkeit müsste man erst analysieren. Könnte sich zeigen, das es nicht "sicher" geht.
 ...

... Aber das es grundsätzlich nicht geht, glaub ich nicht. ...

Um hier ein mögliches Missverständnis auszuräumen: Ich meinte gerade nicht "Machbarkeit grundsätzlich", sondern Machbarkeit im Rahmen des gewählten Konzepts und mit bekannten/gewählten Technologien ... aka: einfach mal ein StarShip in den Uranus einfliegen lassen ..."

Man kann das englische "feasibility" im Deutschen dann vielleicht eher mit "Umsetzbarkeit" oder "Realisierbarkeit" übersetzen.

Aber Aerobraking in einer fremden, weitgehend unbekannten Atmosphäre ist kein Selbstläufer ... Ich schätze das als eher riskant ein. Viele Unbekannte, lokale und zeitliche Wetterschwankungen/-variationen. Die Machbarkeit müsste man erst analysieren.

Daran wird schon seit 2021 gearbeitet:
"An outer planet Global Reference Atmospheric Model (GRAM) was developed for Neptune to support the ASAT study, but there was no commonly accepted engineering model for Uranus until 2021. The lack of an engineering atmospheric model and its uncertainties is believed to be the major reason why Uranus aerocapture remained less studied than Neptune. In 2021, NASA released the first version of UranusGRAM as part of the GRAM model upgrades which provides an engineering model for the variability, uncertainties, and random perturbations in Uranus’ atmosphere. [26]."
(Für Neptun wurde ein globales Referenzatmosphärenmodell (GRAM) für äußere Planeten entwickelt, um die ASAT-Studie zu unterstützen, aber für Uranus gab es bis 2021 kein allgemein anerkanntes technisches Modell. Das Fehlen eines technischen Atmosphärenmodells und die damit verbundenen Unsicherheiten gelten als Hauptgrund dafür, dass die Aerocapture-Technik bei Uranus weniger untersucht wurde als bei Neptun. Im Jahr 2021 veröffentlichte die NASA im Rahmen der GRAM-Modellaktualisierungen die erste Version von UranusGRAM, das ein technisches Modell für die Variabilität, Unsicherheiten und zufälligen Störungen in der Atmosphäre des Uranus bereitstellt.) (DeepL)

Quelle: die von Lumpi oben in Post #3 angegebene Veröffentlichung 
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576522005422
(bisher allerdings im Zusammenhang mit einer Falcon Heavy als Träger für die Mission)