Грандіозне дослідження передбачає, що астронавти someday зможуть здійснити кругосвітню місію до Марса менш ніж за шість місяців — термін, який скорочує поточні тривалості місій майже вдвічі. Цей потенційний прорив в міжпланетних подорожах пов’язаний не з передовими теоріями propulsion (двигунів), але з випадковим відкриттям, зробленим при аналізі ранніх, неточних орбітальних даних навколоземних астероїдів.
Результати, опубліковані в журналі * Acta Astronautica*, кидають виклик давній думці, що марсіанські місії вимагають тривалих очікувань і повільних польотів. Використовуючи Геометричні підказки з траєкторій астероїдів, вчені визначили конкретні часові вікна, коли швидка подорож стає математично можливою, пропонуючи новий план для майбутніх досліджень.
Проблема поточних місій на Марс
В рамках існуючих архітектур місій подорож до Марса-це повільний і логістично складний процес. Оскільки Марс знаходиться далі від Сонця, ніж Земля, Космічні апарати повинні чекати, поки планети вишикуються в ефективну за паливом конфігурацію, відому як «вікно передачі». Ці вікна відкриваються лише раз в 26 місяців.
Відповідно, Типовий профіль місії виглядає так:
– Подорож туди: * * 7-10 місяців.
– Перебування на поверхні: * * змінне, часто місяцями, щоб чекати наступного вікна повернення.
– **Подорож назад: * * 7-10 місяців.
** Загальний час місії: * * близько двох–трьох років.
Ця тривала експедиція піддає астронавтів значним ризикам, включаючи тривалий вплив радіації, атрофію м’язів і психологічну напругу. Скорочення цього часу є критично важливим для забезпечення безпеки та стійкості людських місій на Марсі.
Випадкове відкриття
Ідея швидшої подорожі виникла завдяки дослідженням Марселу ді Олівейри Сouzи, космолога з Державного Університету Північного Ріо-де-Жанейро в Бразилії. У 2015 році Сouza вивчав орбіти навколоземних астероїдів для оцінки ризиків зіткнень. Він зосередився на об’єкті 2001 CA21, який ранні оцінки припустили мав рідкісну траєкторію, що перетинає орбітальні зони Землі і Марса.
“Я не шукав цього”, – сказав Сouza журналу Live Science. “Можливо, я був у потрібному місці в потрібний час”.
Хоча пізніше спостереження уточнили справжню траєкторію астероїда, відкинувши початкові Дані як неточні, Сouza усвідомив, що ранні, неточні Геометричні оцінки містили цінні інсайти. Ці початкові розрахунки натякали на» ультракороткі ” маршрути між планетами, які стандартна орбітальна Механіка часто ігнорує.
Від теорії до життєздатності
Початкові розрахунки Сouzy для опозиції Марса в жовтні 2020 року показали теоретичний час подорожі всього 34 дні. Однак така екстремальна швидкість вимагала швидкості відправлення 32,5 км / сек та швидкості прибуття близько 108 000 км/год (64 800 миль/год). Такі швидкості зараз знаходяться за межами існуючих технологій ракет і зроблять безпечну посадку неможливою з сучасними системами.
Усвідомлюючи ці обмеження, Сouza адаптував свою модель, щоб знайти траєкторії, життєздатні для технологій найближчого майбутнього. Він застосував * * аналіз Ламберта * * — стандартний метод для розрахунку шляхів між двома точками в просторі-до майбутніх опозицій Марса в 2027, 2029 і 2031 роках. Він обмежив шляхи, щоб вони залишалися в межах 5 градусів нахилу орбіти астероїда, забезпечуючи збереження геометрії, подібної до перспективних ранніх оцінок.
Аналіз показав, що** вирівнювання 2031 року * * пропонує найбільш життєздатну можливість для швидкого подорожі з використанням майбутніх можливостей двигунів.
Профіль місії 2031 року
Згідно з дослідженням, кругосвітня місія, розпочата в квітні 2031 року, може бути завершена всього за 153 дні (приблизно п’ять місяців). Ось як би розгорнувся цей графік:
- ** Відправлення: * * запуск із землі 20 квітня 2031 року зі швидкістю близько 27 км/с.
- ** Переліт: * * прибуття на Марс 23 травня після 33-денної подорожі.
- ** Робота на поверхні: * * 30 днів перебування на Марсі.
- ** Повернення: * * відправлення з Марса 22 червня, повернення на Землю до 20 вересня.
Крім того, Сouza виявив альтернативу з меншою енергією в тому ж вікні. Цей варіант вимагав би меншої швидкості запуску в 16,5 км/сек, але збільшив би місію до 226 днів (близько 7,5 місяців). Навіть цей більш повільний варіант представляє значне скорочення в порівнянні з традиційними багаторічними місіями.
Технологічні наслідки
Хоча траєкторія 2031 року теоретично обґрунтована, її практична реалізація сильно залежить від прогресу в дизайні космічних апаратів і двигунів. Необхідні швидкості можна порівняти з тими, які досягнуті зондом NASA New Horizons, запущеним у 2006 році зі швидкістю 16,26 км/сек — найшвидшим запуском із землі на той момент.
Однак New Horizons був легким, одноцільовим зондом. Перевезення людей, систем життєзабезпечення та палива для повернення вимагає значно більшої маси та енергії.
Дослідження показує, що важкі ракети нового покоління, такі як Starship SpaceX або New Glenn Blue Origin, можуть мати необхідну потужність для досягнення цих швидкостей. Якщо ці машини зможуть доставляти корисні навантаження до швидкості відриву з необхідною точністю, вони зможуть відкрити ці швидкі транзитні коридори.
Чому це важливо
Це дослідження змінює розмову з питання» Чи можемо ми летіти швидше «на»як ми можемо створити системи, щоб це зробити”. Визначивши конкретні Геометричні можливості, вчені можуть звузити пошук життєздатних траєкторій, дозволяючи інженерам створювати Двигуни та конструкції космічних апаратів, адаптовані до цих високошвидкісних вимог.
** На закінчення, хоча людські місії на Марс у 2031 році залишаються теоретичними, це випадкове відкриття забезпечує конкретний математичний шлях для радикального скорочення часу подорожі, перетворюючи багаторічну проблему на питання місяців.**
