A Mars jelenlegi pályáknál sokkal gyorsabb elérésének lehetősége ismét a tudományos viták központi témájává vált. Egy új tanulmány szerint egy orbitális „rövidítés” drasztikusan csökkentheti a Föld és a Vörös Bolygó közötti utazási időt, feltéve, hogy a Naprendszerben bizonyos geometriai feltételek teljesülnek.
Az Acta Astronautica folyóiratban bemutatott javaslat szerint a két bolygó közötti küldetés meghaladhatja a szokásos számokat – nagyságrendileg hat-kilenc hónap mindkét irányban– egy olyan forgatókönyvhöz, amelyben a teljes út körülbelül 153 napig tartana. A legkedvezőbb esetben a Marsra vezető egyirányú út körülbelül ... napra zsugorítható. 33 napami teljesen megváltoztatná a jövőbeli emberes küldetések tervezésének módját.
A jelenlegi fő akadály: a 400 napos vagy annál hosszabb átfutási idő
A hagyományos meghajtási technológiák kontextusában, még a legjobb orbitális körülmények között is, Egy egyirányú út a Marsra jellemzően 180 és 270 nap között tart.Az oda-vissza út hasonló időtartamot tesz ki, így egy oda-vissza expedíció csak az utazást tekintve 360 és 540 nap között mozog, a felszíni tartózkodást nem számítva.
Továbbá az indítási ablakok – azok a pillanatok, amikor a Föld és a Mars relatív helyzete lehetővé teszi egy viszonylag hatékony utazást – arra kényszerítik a teljes küldetés több mint két évre való kiterjesztéseEz a késedelem bonyolítja a logisztikát, növeli a költségeket, és megsokszorozza a hosszan tartó sugárterheléssel és a legénység elszigeteltségével járó kockázatokat.
Ezen határidők kulcsa az ún. Hohmann-átutalásA bolygók közötti utazáshoz ma leggyakrabban használt keringési manőver. Ahelyett, hogy egyenes vonalban haladna a Mars felé – ami a pályadinamika miatt lehetetlen –, az űrhajót egy ellipszis pályára helyezik a Nap körül, amely egyik végén a Föld, a másik végén pedig a Mars pályáját érinti, egy hosszú görbét írva le.
Ez a rendszer lehetővé teszi az üzemanyag-megtakarítást azáltal, hogy kihasználja a a Nap gravitációjaEz azonban azt jelenti, hogy a megtett út nem a legrövidebb. Egy ilyen pálya egyfajta, körülbelül 480 millió kilométeres „fél-ellipszisnek” tekinthető, ami megmagyarázza, miért tart az utazás több hónapig még akkor is, ha erős dobók.
A gyakorlatban az energiahatékonyság élvez elsőbbséget a sebességgel szemben.Ez logikus a jelenlegi robotrepüléseknél, de komoly hátránnyal jár, ha figyelembe vesszük a Föld és a Mars közötti gyakori, oda-vissza, emberes repüléseket.
Perspektívaváltás: az aszteroidák használata útmutatóként
Az új megközelítés onnan származik, Marcelo de Oliveira Souza, a brazíliai Észak-Rio de Janeirói Állami Egyetem Fizikai Tudományok Laboratóriumának kutatója. Munkája egy egyszerű, de kevéssé feltárt ötletből fakad: néhány aszteroida kering előadás extrém geometriák amelyek nagyon rövid idő alatt keresztezik a Föld és a Mars pályáját.
Ezek a kisebb testek, erősen megnyúlt és ferde pályájuk miatt, képesek kevesebb mint két hónap alatt eljuthatunk egyik bolygó közeléből a másikbaNyilvánvalóan nagy sebességüknek és emberes űrhajók számára alkalmatlan pályáiknak köszönhetően érik el ezt, de térbeli konfigurációjuk olyan elrendezéseket és pályasíkokat mutat, amelyeket általában nem vesznek figyelembe a bolygóközi útvonalak tervezésekor.
Oliveira körülbelül egy évtizeden át elemezte, hogyan lehetne ezt a geometriát inspirációként felhasználni új típusú pályákA kezdeti kérdés az volt, hogy a klasszikus, szinte koplanáris pályákra és fél-ellipszisekre összpontosító nézet helyett van-e értelme a következőt alkalmazni: bizonyos aszteroidák pályasíkja referenciaként, "alternatív kameraként", amelyből a Naprendszert lehet szemlélni.
A legszemléletesebb eset, amit talált, az volt, hogy 2001 CA21 aszteroidaErősen ferde pályája rövid ideig „hídként” működött a Föld és a Mars pályája között, ami arra késztette a kutatót, hogy ezt a bolygót alapul véve potenciálisan közvetlenebb pályákat fedezzen fel a két bolygó között.
Ezen konfiguráció alapján, valamint a rendszer megfigyelési szögének megváltoztatásával a tanulmány azt jelzi, hogy azonosítható azok a pontok, ahol a Föld-Mars együttállás a legegyenesebb mint amit Hohmann átigazolási útvonala kínált. A számítások szerint az egyik különösen kedvező felállás 2031 környékén következne be.
Papírból számokba: 33 nap egy útra és 153 összesen
Az Acta Astronautica folyóiratban publikált elemzés szerint, ha ezt a 2001 CA21-hez hasonló aszteroidák által inspirált pálya-referencia-változást elfogadják, akkor lehetséges lesz alternatív útvonalak meghatározása olyan űrhajók esetében, amelyek jelentősen csökkentik az utazási időt.
A szerző a legoptimistább elméleti forgatókönyv szerint azt állítja, hogy A Marsra vezető odaút akár 33 napra is lerövidülhet.Ez gyökeresen eltér a Hohmann-áthelyezésekhez jelenleg használt hat-kilenc hónapos időtartamtól. A terv egy közvetlenebb útvonalon történő Nap körüli keringést foglal magában, bár ezt gondosan úgy tervezték, hogy minimalizálják az üzemanyag-fogyasztást.
Ha a visszatérési fázist is figyelembe vesszük, a tanulmány azt sugallja, hogy a A teljes oda-vissza útidő körülbelül 153 napra csökkenhet.Más szóval, a teljes utazási idő kevesebb, mint hat hónap lenne, míg manapság egy átlagos küldetés általában több mint egy évet vesz igénybe csak az utazás miatt.
Fontos hangsúlyozni, hogy a tanulmány arra összpontosít, hogy útvonaltervezés és pályageometrianem forradalmi motorokban vagy még nem létező meghajtási technológiákban. A javaslat nem az űrhajó szélsőséges helyzetbe való felgyorsításáról szól, hanem arról, hogy lerövidíted az utat a Föld-Mars rendszer háromdimenziós konfigurációjának és a rendelkezésre álló pályasíkoknak a jobb kihasználása.
Ez a megközelítés, bár még mindig koncepciózus fázisban van, megnyitja az utat a optimalizálja a jövőbeli tudományos és emberes küldetéseketA kevesebb utazási idő kevesebbet jelentene kozmikus sugárzásnak való kitettségEz a hatás különösen releváns, ha olyan ügynökségek által támogatott hosszú távú európai vagy nemzetközi legénységeket vizsgálunk, mint például ESA vagy NASA.
Következmények az európai missziók és a jövőbeli felfedezések szempontjából
Európa évek óta erősíti szerepét a Naprendszer kutatásában, más ügynökségekkel együttműködve Mars-küldetésekkel és saját projektekkel a ... ernyője alatt. Európai Űrügynökség (ESA)Egy rövidebb Mars-utazási program óriási érdeklődésre tarthatna számot a kontinens számára, mind tudományos, mind stratégiai szempontból.
Egy ilyen típusú rövidítés a jövőben csökkenteni a misszió működési költségeitmivel kevesebb erőforrást igényel az űrhajó karbantartása az utazás során. Továbbá rugalmasabb tartózkodást tenne lehetővé a vörös bolygón, ami kulcsfontosságú tényező egy hosszú távú stratégia megszilárdításához. emberi jelenlét a Marson európai részvétellel.
Gyakorlati szempontból több mint egy évnyi felhalmozott utazásból kiindulva valamivel több mint öt hónap Ez teljesen megváltoztatja a kockázatok egyensúlyát. Az ügynökségek kezelhetőbb tartalékkal felülvizsgálhatnák a sugárvédelmi követelményeket, a személyzet pszichológiai szükségleteit és a fedélzeti ellátási fogyasztást.
Ezzel párhuzamosan ez a fajta javaslat bizonyos dolgok felülvizsgálatát vonja maga után. a küldetésarchitektúrában feltételezett fogalmakHa az új pályageometriák bizonyos beállítási lehetőségek mellett rövidebb utakat tesznek lehetővé, akkor a fellövési ablakok, a visszatérési ütemtervek és a Földről érkező támogató logisztika megtervezésének módját egy dinamikusabb forgatókönyvhöz kell igazítani.
Európa számára, amely az űrben való autonómiájának megerősítésére törekszik, hatékonyabb pályák a Mars felé Ez egyben politikai és technológiai eszköz is lenne. Nem csak arról van szó, hogy elsőként érjünk célba, hanem arról is, hogy optimalizált kritériumok alapján tervezhessük meg saját küldetéseinket, csökkentve a harmadik felek által diktált útvonalaktól és megoldásoktól való függőséget.
Új keretrendszer a bolygóközi útvonalak megértéséhez
Bár szinte szó szerinti „rövidítésnek” hangozhat, a tanulmány inkább egy mélyreható változás a Naprendszerről alkotott képünkbenNincsenek rejtett alagutak vagy űrkapuk, de meghívás arra, hogy más vonatkoztatási síkokat használjunk olyan pályák megtalálására, amelyek korábban észrevétlenek maradtak.
Ahelyett, hogy a klasszikus kétdimenziós képre koncentrálna, ahol a bolygópályák szinte lapos körökként jelennek meg, Oliveira munkája a következőkre támaszkodik: erősen ferde aszteroidapályák hogy a pálya régiói között közvetlenebb illeszkedéseket azonosítsanak. Így nézve a rendszer sokkal háromdimenziósabbá válik, és megjelennek olyan „folyosók”, amelyeket nagyon specifikus körülmények között ki lehetne használni.
Az olyan objektumok szerepe, mint az aszteroida 2001 CA21 Ebben az összefüggésben egy „geometriai útmutatóról” van szó. Az űrszondának nem kellene az aszteroida szélsőséges pályáját utánoznia, de pályasíkja inspirálja hogy egy konzervatívabb pályát számítson ki, amely a Föld pályáját a Mars pályájával rövidebb idő alatt köti össze, mint a hagyományos útvonal.
Bár a munkát modellekkel és szimulációkkal végezték, az arra szolgál, hogy nyílt nyomozási vonalak a személyzettel ellátott küldetések során alkalmazott orbitális dinamikában. A következő lépés a jelenlegi meghajtási rendszerek, a személyzet biztonsága és az európai, amerikai és más nemzetközi partnerek űrközpontjaiból származó indítási képességek tényleges korlátainak beépítése lenne.
Összefoglalva, ez a megközelítés arra utal, hogy a Föld és a Mars közötti útvonal lehet sokoldalúbb a vártnálHa a jövőbeli tanulmányok megerősítik, hogy ezek a pályák technikailag és gazdaságilag is megvalósíthatók, a „Marsra vezető rövid út” koncepciója megszűnhet elméleti kuriózum lenni, és a vörös bolygó emberi felfedezésének útitervének fontos elemévé válhat.