I årtionden, vi kunde bara föreställa oss hur utsikten över Plutos yta kan vara. Nu, vi har den äkta varan.

Bilderna och data från New Horizons flygförbiflygning av Pluto i juli 2015 visade oss en oväntat fantastisk och geologiskt aktiv värld. Forskare har använt ord som "magisk, '' hisnande ' och 'vetenskapligt underland' för att beskriva de efterlängtade närbilderna av avlägsna Pluto.

Även om forskare fortfarande analyserar data från New Horizons, idéer börjar formuleras om att skicka ytterligare en rymdfarkost till Pluto, men med ett långsiktigt orbiteruppdrag istället för en snabb förbiflygning.

"Nästa lämpliga uppdrag till Pluto är en orbiter, kanske utrustad med en landare om vi hade tillräckligt med finansiering för att göra båda, " New Horizons huvudutredare Alan Stern sa till Universe Today i mars.

Denna vecka, Stern har delat på sociala medier att New Horizons vetenskapsteam träffar. Men, separat, en annan grupp börjar prata om ett eventuellt nästa uppdrag till Pluto.

Några scener från Pluto Follow On Mission-workshopen i Houston igår. #TheFutureIsBright #Back2Pluto #PlutoFlyby pic.twitter.com/wrLZztHL01

— AlanStern (@AlanStern) 25 april, 2017

Men att få en rymdfarkost till de yttre delarna av vårt solsystem så snabbt som möjligt ger utmaningar, särskilt genom att kunna sakta ner tillräckligt för att kunna gå i omloppsbana runt Pluto. För de snabba och lätta New Horizons, ett omloppsuppdrag var omöjligt.

Vilket framdrivningssystem kan göra ett Pluto orbiter- och/eller landeruppdrag möjligt?

Några idéer kastas runt.

Space Launch System

Ett koncept drar fördel av NASA:s stora, nytt Space Launch System (SLS), för närvarande under utveckling för att möjliggöra mänskliga uppdrag till Mars. NASA beskriver SLS som "designad för att vara flexibel och utvecklingsbar och kommer att öppna nya möjligheter för nyttolaster, inkluderade vetenskapliga robotuppdrag." Till och med den första Block 1-versionen kan skjuta upp 70 metriska ton (senare versioner kanske kan lyfta upp till 130 metriska ton.) Block 1 kommer att drivas av dubbla femsegments raketboosters och fyra flytande drivmedelsmotorer , med en föreslagen 15 % mer dragkraft vid uppskjutning än Saturn V-raketerna som skickade astronauter till månen.

Men ett orbiteruppdrag till Pluto kanske inte är den bästa användningen av SLS ensam.

Det krävs mycket bränsle för att accelerera ett fordon till tillräckligt hög hastighet för att komma till Pluto inom rimlig tid. Till exempel, New Horizons var den snabbaste rymdfarkost som någonsin lanserats, med hjälp av en soppad Atlas V-raket med extra boosters, det utförde en stor brännskada när New Horizons lämnade jordens bana. Den lätta rymdfarkosten rusade bort från jorden vid 36 års ålder, 000 miles per timme (cirka 58, 000 km/tim), använde sedan en gravitationsassistans från Jupiter för att öka New Horizons hastighet till 52, 000 mph (83, 600 km/h), reser nästan en miljon miles (1,5 miljoner km) om dagen på sin 3 miljarder mil (4,8 miljarder km) resa till Pluto. Flygresan tog nio och ett halvt år.

"För att komma in i Plutos omloppsbana, ett fordon [som SLS] skulle behöva öka upp till samma hastighet, vänd sedan och bromsa under halva resan för att komma fram till Pluto med en nettohastighet på noll i förhållande till planeten, " förklarade Stephen Fleming, en investerare i flera alt-space startups inklusive XCOR Aerospace, Planetary Resources och NanoRacks. "Tyvärr, på grund av raketekvationens tyranni, du skulle behöva bära allt bränsle/drivmedel för att bromsa med dig vid lanseringen ... vilket innebär att accelerera orbiter OCH allt bränsle i den inledande fasen. Det kräver logaritmiskt mer bränsle för den första bränningen, och det visar sig vara MYCKET bränsle."

Fleming berättade för Universe Today att genom att använda SLS för flera miljarder dollar för att lansera en Pluto orbiter, du skulle sluta med att starta en hel nyttolast full av drivmedel bara för att accelerera och bromsa en liten Pluto orbiter. "Det är ett utomordentligt dyrt uppdrag, " han sa.

RTG-jonframdrivning

Ett bättre alternativ kan vara att använda ett framdrivningssystem av kombinerad teknik. Stern nämnde en NASA-studie som tittade på att använda SLS som bärraket och för att öka rymdfarkosten mot Pluto, men sedan använda en RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator) driven jonmotor för att senare bromsa för en orbital ankomst.

En RTG producerar värme från det naturliga sönderfallet av plutonium-238 av icke-vapenkvalitet, och värmen omvandlas till el. En RTG-jonmotor skulle vara ett kraftfullare jonframdrivningssystem än den nuvarande soleljonmotorn på rymdfarkosten Dawn, kretsar nu om Ceres, i asteroidbältet, plus att det skulle möjliggöra drift i det yttre solsystemet, långt från solen. Denna kärnkraftsdrivna jonmotor skulle göra det möjligt för en fartfarkost att sakta ner och gå i omloppsbana.

"SLS skulle få dig att flyga ut till Pluto, " sade Stern, "och det skulle faktiskt ta två år att bromsa med jonframdrivning."

Stern sa att flygtiden för ett sådant uppdrag till Pluto skulle vara sju och ett halvt år, två år snabbare än New Horizons.

Fusion framdrivning

Men det mest spännande alternativet kan vara ett föreslaget Fusion-Enabled Pluto Orbiter and Lander-uppdrag som för närvarande är under en fas 1-studie i NASA:s Innovative Advanced Concepts (NIAC).

Förslaget använder en Direct Fusion Drive-motor (DFD) som har framdrivning och kraft i en integrerad enhet. DFD ger hög dragkraft för att möjliggöra en flygtid på cirka 4 år till Pluto, plus att kunna skicka betydande massa till omloppsbana, kanske mellan 1000 till 8000 kg.

DFD är baserad på Princeton Field-Reversed Configuration (PFRC) fusionsreaktor som har varit under utveckling i 15 år vid Princeton Plasma Physics Laboratory.

Om detta framdrivningssystem fungerar som planerat, det kan skjuta upp en Pluto orbiter och en lander (eller möjligen en rover), och ge tillräckligt med kraft för att underhålla en orbiter och alla dess instrument, samt stråla mycket kraft till en landare. Det skulle göra det möjligt för ytfordonet att skicka tillbaka video till orbitern eftersom det skulle ha så mycket kraft, enligt Stephanie Thomas från Princeton Satellite Systems, Inc., som leder NIAC-studien.

"Vårt koncept tas i allmänhet emot som 'Wow, det låter riktigt coolt! När kan jag få en?'" berättade Thomas för Universe Today. Hon sa att hon och hennes team valde en prototyp av Pluto orbiter- och landeruppdrag i sitt förslag eftersom det är ett bra exempel på vad som kan göras med en fusionsraket.

Deras fusionssystem använder en liten linjär serie av solenoidspolar, och deras val av bränsle är deuterium helium 3, som har mycket låg neutronproduktion.

"Den passar på en rymdfarkost, den passar på en bärraket, " Thomas förklarade i ett NIAC-symposiumföredrag (hennes föredrag börjar ca 17:30 i den länkade videon). "Det finns inget litium, eller andra farliga material, det producerar väldigt få skadliga partiklar. Den är ungefär lika stor som en minivan eller en liten lastbil. Vårt system är billigare och snabbare att utveckla än andra fusionsförslag."

Princeton-teamet har kunnat producera 300 millisekunders pulser med sitt plasmauppvärmningsexperiment, storleksordningar bättre än något annat system.

"Det största hindret är själva fusionen, " sa hon. "Vi måste bygga ett större experiment för att slutföra bevisningen av den nya uppvärmningsmetoden, som kommer att kräva en storleksordning mer resurser än vad projektet hittills har fått från Department of Energy, " sa Thomas via e-post. "Men, det är fortfarande litet i det stora systemet med avancerade teknologiprojekt, cirka 50 miljoner dollar."

Thomas sa att DARPA har spenderat mycket mer på många teknikinitiativ som till slut avbröts. Och det är också mycket mindre än vad andra fusionstekniker kräver för samma forskningsstadium, eftersom vår maskin är så liten och har en enkel spolkonfiguration." (Thomas sa att ta en titt på budgeten för ITER, det internationella megaprojektet för forskning och teknik inom kärnfusion, för närvarande över 20 miljarder dollar).

"För att uttrycka sig enkelt, vi vet att vår metod värmer elektroner riktigt bra och kan extrapolera till att värma joner, men vi måste bygga det och bevisa det, " Hon sa.

Thomas och hennes team arbetar för närvarande med "balansen mellan växt"-tekniken - de delsystem som kommer att krävas för att driva motorn i rymden, förutsatt att uppvärmningsmetoden fungerar som för närvarande förutspått.

När det gäller själva Pluto-uppdraget, Thomas sa att det inte finns några särskilda hinder på själva orbitern, men det skulle innebära att skala upp några tekniker för att dra fördel av den mycket stora mängden kraft som finns tillgänglig, såsom den optiska kommunikationen.

"Vi skulle kunna dedikera tiotals eller mer kW kraft till kommunikationslasern, inte 10 watt, [som nuvarande uppdrag]", sa hon. "En annan unik egenskap hos vårt koncept är att kunna överföra mycket kraft till en landare. Detta skulle möjliggöra nya klasser av planetariska vetenskapsinstrument som kraftfulla borrar. Tekniken för att göra detta finns men de specifika instrumenten måste designas och byggas. Ytterligare teknik som kommer att behövas som är under utveckling inom olika branscher är lätta rymdradiatorer, nästa generations supraledande ledningar, och långvarig kryogen lagring av deuteriumbränslet."

Thomas sa att deras NIAC-forskning går bra.

"Vi valdes ut för NIAC fas II-studien, och är i kontraktsförhandlingar nu, " sa hon. "Vi är upptagna med att arbeta på modeller med högre kvalitet av motorns dragkraft, designa delar av banan, och dimensionering av de olika delsystemen, inklusive supraledande spolar, ", sa hon. "Våra nuvarande uppskattningar är att en enda motor på 1 till 10 MW kommer att producera mellan 5 och 50 N dragkraft, vid ca 10, 000 sek specifik impuls."

Laserzapping till Pluto

En annan futuristisk framdrivningsmöjlighet är de laserbaserade systemen som föreslagits av Yuri Milner för hans Breakthrough Starshot-förslag, där små kubsatser kunde zappas av lasrar på jorden, i princip "buggzappa" rymdfarkoster för att nå otroliga hastigheter (möjligen miljontals miles/km per timme) för att besöka det yttre solsystemet eller bortom det.

"Det ligger inte i korten för oss att använda den här typen av teknik, eftersom vi skulle behöva vänta årtionden bara för att detta ska utvecklas, " sa Stern. "Men om du kunde skicka lätta, billiga rymdfarkoster med hastigheter som en tiondel av ljusets hastighet baserat på lasrar från jorden. Vi skulle kunna skicka dessa små rymdfarkoster till hundratals eller tusentals föremål i Kuiperbälten, och du skulle vara där ute inom två och en halv dag. Du kan skicka en rymdfarkost förbi Pluto varje dag. Det skulle verkligen förändra spelet."

Den realistiska framtiden

Men även om alla är överens om att en Pluto orbiter bör göras, det tidigaste möjliga datumet för ett sådant uppdrag är någon gång mellan början av 2020-talet och början av 2030-talet. Men allt beror på rekommendationerna från forskarsamhällets nästa decadalundersökning, som kommer att föreslå de mest högprioriterade uppdragen för NASA:s Planetary Science Division.

Dessa Decadal Surveys är 10-åriga "roadmaps" som anger vetenskapliga prioriteringar och ger vägledning om vart NASA ska skicka rymdfarkoster och vilka typer av uppdrag de ska vara. Den senaste Decadal Survey publicerades 2011, och som satte planetära vetenskapsprioriteringar fram till 2022. Nästa, för 2023-2034, kommer troligen att publiceras 2022.

New Horizons-uppdraget var resultatet av förslagen från 2003 års planetvetenskapliga Decadal Survey, där forskare sade att besöka Pluto-systemet och världar bortom var en högsta prioritet destination.

Så, om du drömmer om en Pluto orbiter, fortsätt prata om det.