Wielkie badanie sugeruje, że astronauci someday będą w stanie odbyć misję dookoła świata na Marsa w mniej niż sześć miesięcy — okres, który skraca obecny czas trwania misji prawie o połowę. Ten potencjalny przełom w podróżach międzyplanetarnych nie wynika z zaawansowanych teorii propulsion (silników), ale z przypadkowego odkrycia dokonanego podczas analizy wczesnych, niedokładnych danych orbitalnych Asteroid bliskich Ziemi.
Wyniki, opublikowane w czasopiśmie * Acta Astronautica*, podważają od dawna przekonanie, że misje marsjańskie wymagają długich oczekiwań i powolnych lotów. Korzystając z geometrycznych wskazówek z trajektorii Asteroid, naukowcy zidentyfikowali konkretne okna czasowe, w których szybka podróż staje się matematycznie możliwa, oferując nowy plan przyszłych badań.
Problem z aktualnymi misjami na Marsa
W ramach istniejących architektur misji podróż na Marsa jest procesem powolnym i logistycznym. Ponieważ Mars znajduje się dalej od Słońca niż Ziemia, statki kosmiczne muszą czekać, aż planety ustawią się w wydajnej paliwowo konfiguracji znanej jako “okno transmisji”. Okna te otwierają się tylko raz na 26 miesięcy.
W związku z tym typowy profil misji wygląda następująco:
– Podróż tam: * * 7-10 miesięcy.
– Pobyt na powierzchni: * * zmienne, często przez miesiące, aby czekać na następne okno powrotu.
– **Podróż powrotna: * * 7-10 miesięcy.
** Całkowity czas misji: * * około dwóch do trzech lat.
Ta przedłużająca się wyprawa naraża astronautów na znaczne ryzyko, w tym długotrwałe narażenie na promieniowanie, zanik mięśni i napięcie psychiczne. Skrócenie tego czasu ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia bezpieczeństwa i stabilności misji ludzkich na Marsie.
Przypadkowe odkrycie
Pomysł na szybszą podróż zrodził się dzięki badaniom Marcela di Oliveiry Sozy, kosmologa z Uniwersytetu Stanowego Północnego Rio de Janeiro w Brazylii. W 2015 roku Souza badał orbity Planetoid bliskich Ziemi w celu oceny ryzyka kolizji. Skupił się na obiekcie * * 2001 CA21**, który wczesne szacunki sugerowały miał rzadką trajektorię przecinającą strefy orbitalne ziemi i Marsa.
“Nie Szukałem tego” – powiedział Souza magazynowi * Live Science*. “Być może byłem we właściwym miejscu we właściwym czasie”.
Chociaż późniejsze obserwacje doprecyzowały prawdziwą trajektorię asteroidy, odrzucając pierwotne dane jako niedokładne, Souza zdał sobie sprawę, że wczesne, niedokładne szacunki geometryczne zawierały cenne spostrzeżenia. Te wstępne obliczenia wskazywały na” ultrakrótkie ” trasy między planetami, które często ignoruje standardowa mechanika orbitalna.
Od teorii do witalności
Wstępne rozliczenia z opozycją Marsa w październiku 2020 roku wykazały teoretyczny czas podróży wynoszący zaledwie 34 dni. Jednak ta ekstremalna prędkość wymagała prędkości odlotu 32,5 km/s i prędkości Przybycia około 108 000 km/h (64 800 mph). Takie prędkości są teraz poza istniejącą technologią rakietową i uniemożliwiłyby bezpieczne lądowanie w nowoczesnych systemach.
Zdając sobie sprawę z tych ograniczeń, Souza dostosował swój model, aby znaleźć trajektorie wykonalne dla technologii najbliższej przyszłości. Zastosował * * analizę Lamberta * — – standardową metodę obliczania ścieżek między dwoma punktami w przestrzeni-do przyszłych opozycji Marsa w 2027, 2029 i 2031 roku. Ograniczył ścieżki tak, aby pozostawały w granicach 5 stopni nachylenia orbity asteroidy, zapewniając zachowanie geometrii podobnej do perspektywicznych wczesnych szacunków.
Analiza wykazała, że * * wyrównanie 2031 * * oferuje najbardziej realną okazję do szybkiej podróży przy użyciu nadchodzących możliwości silników.
Profil misji 2031
Według badań misja dookoła świata, która rozpoczęła się w kwietniu 2031 r., może zostać ukończona w zaledwie 153 dni (około pięciu miesięcy). Oto jak rozwijałby się ten harmonogram:
- ** Odlot: * * start z Ziemi 20 kwietnia 2031 r. z prędkością około 27 km/s.
- ** Lot: * * przylot na Marsa 23 maja po 33-dniowej podróży.
- ** Praca na powierzchni: * * 30 dni pobytu na Marsie.
- ** Powrót: * * wyjazd z Marsa 22 czerwca, powrót na ziemię do 20 września.
Ponadto w tym samym oknie pojawiła się alternatywa o mniejszej energii. Ten wariant wymagałby mniejszej prędkości startu 16,5 km / s, ale zwiększyłby misję do 226 dni (około 7,5 miesiąca). Nawet ten wolniejszy wariant stanowi znaczną redukcję w porównaniu z tradycyjnymi misjami wieloletnimi.
Konsekwencje technologiczne
Chociaż trajektoria z 2031 r.jest teoretycznie uzasadniona, jej praktyczna realizacja w dużym stopniu zależy od postępów w projektowaniu statków kosmicznych i silników. Wymagane prędkości są porównywalne z tymi osiągniętymi przez sondę NASA * * New Horizons * * wystrzeloną w 2006 roku z prędkością 16,26 km/s — najszybszym startem z ziemi w tym czasie.
Jednak New Horizons była lekką, jednofunkcyjną sondą. Transport ludzi, systemów podtrzymywania życia i paliwa powrotnego wymaga znacznie większej masy i energii.
Badanie sugeruje, że rakiety o dużej wadze nowej generacji, takie jak Starship SpaceX lub New Glenn Blue Origin, mogą mieć moc niezbędną do osiągnięcia tych prędkości. Jeśli maszyny te będą w stanie dostarczyć ładunki do prędkości ucieczki z wymaganą precyzją, będą w stanie otworzyć te szybkie korytarze tranzytowe.
Dlaczego to ma znaczenie
Badanie to zmienia rozmowę z pytania “Czy możemy latać szybciej” na “jak możemy zbudować systemy, aby to zrobić”. Identyfikując konkretne możliwości geometryczne, naukowcy mogą zawęzić poszukiwania realnych trajektorii, umożliwiając inżynierom tworzenie silników i projektów statków kosmicznych dostosowanych do tych szybkich wymagań.
** Podsumowując, podczas gdy misje ludzkie na Marsa w 2031 r.pozostają teoretyczne, to przypadkowe odkrycie zapewnia konkretną matematyczną ścieżkę radykalnego skrócenia czasu podróży, zamieniając odwieczny problem w kwestię miesięcy.**
