Ten artykuł pierwotnie pojawił się w Universe Today w lipcu 2012 roku, ale został zaktualizowany o powiązany z nim film.
Planeta Mars jest jednym z najjaśniejszych obiektów na nocnym niebie, łatwo widocznym nieuzbrojonym okiem jako jasna czerwona gwiazda. Co około dwa lata Mars i Ziemia osiągają swój najbliższy punkt, zwany „opozycją”, kiedy Mars może być tak blisko jak 55 000 000 km od Ziemi. Co dwa lata agencje kosmiczne wykorzystują to zbliżenie orbitalne, aby wysłać statki kosmiczne na Czerwoną Planetę. Jak długo trwa podróż na Marsa?
Całkowity czas podróży z Ziemi na Marsa wynosi od 150 do 300 dni, w zależności od prędkości startu, ustawienia Ziemi i Marsa oraz długości drogi, jaką pokonuje statek kosmiczny, aby dotrzeć do celu. To naprawdę zależy od tego, ile paliwa jesteś gotów spalić, aby się tam dostać. Więcej paliwa, krótszy czas podróży.
Historia podróży na Marsa:
Pierwszym statkiem kosmicznym, który odbył podróż z Ziemi na Marsa był należący do NASA Mariner 4, który wystartował 28 listopada 1964 roku i dotarł na Marsa 14 lipca 1965 roku, z powodzeniem wykonując serię 21 zdjęć. Całkowity czas lotu Marinera 4 wyniósł 228 dni.
Kolejną udaną misją na Marsa był Mariner 6, który wystrzelił 25 lutego 1969 roku i dotarł na planetę 31 lipca 1969 roku; czas lotu wyniósł tylko 156 dni. Udany Mariner 7 potrzebował tylko 131 dni, aby odbyć podróż.
Mariner 9, pierwszy statek kosmiczny, który z powodzeniem wszedł na orbitę wokół Marsa wystartował 30 maja 1971 roku i dotarł 13 listopada 1971 roku na czas 167 dni. Jest to ten sam wzór, który utrzymywał się przez prawie 50 lat eksploracji Marsa: około 150-300 dni.
Tutaj jest jeszcze kilka przykładów:
- Viking 1 (1976) – 335 dni
- Viking 2 (1976) – 360 dni
- Mars Reconnaissance Orbiter (2006) – 210 dni
- Phoenix Lander (2008) – 295 dni
- Curiosity Lander (2012) – 253 dni
Dlaczego to trwa tak długo?
Gdy weźmiemy pod uwagę fakt, że Mars jest oddalony tylko o 55 mln km, a statki kosmiczne poruszają się z prędkością ponad 20 000 km/h, można by się spodziewać, że statki kosmiczne pokonają tę trasę w około 115 dni, ale trwa to znacznie dłużej. Dzieje się tak dlatego, że zarówno Ziemia jak i Mars krążą wokół Słońca. Nie możesz wycelować bezpośrednio w Marsa i zacząć odpalać rakiety, ponieważ zanim byś tam dotarł, Mars już by się przemieścił. Zamiast tego, statki kosmiczne wystrzelone z Ziemi muszą być wycelowane w miejsce, w którym Mars będzie się znajdował.
Innym ograniczeniem jest paliwo. Ponownie, jeśli miałbyś nieograniczoną ilość paliwa, skierowałbyś swój statek kosmiczny na Marsa, odpaliłbyś rakiety do połowy drogi, a następnie odwróciłbyś się i zwolnił do ostatniej połowy podróży. Mógłbyś skrócić czas podróży do ułamka obecnego tempa – ale potrzebowałbyś niemożliwej ilości paliwa.
Jak dostać się na Marsa z najmniejszą ilością paliwa:
Głównym zmartwieniem inżynierów jest to, jak dostać się statkiem kosmicznym na Marsa przy najmniejszej ilości paliwa. Roboty nie przejmują się nieprzyjaznym środowiskiem kosmosu, więc sensowne jest zmniejszenie kosztów startu rakiety tak bardzo, jak to tylko możliwe.
Inżynierowie NASA używają metody podróżowania zwanej Orbitą Transferową Hohmanna – lub Orbitą Transferu Minimalnej Energii – aby wysłać statek kosmiczny z Ziemi na Marsa przy jak najmniejszym zużyciu paliwa. Technika ta została po raz pierwszy zaproponowana przez Waltera Hohmanna, który opublikował pierwszy opis tego manewru w 1925 roku.
Zamiast kierować rakietę bezpośrednio na Marsa, zwiększasz orbitę statku kosmicznego tak, aby podążał on po większej orbicie wokół Słońca niż Ziemia. Ostatecznie orbita ta przetnie orbitę Marsa – dokładnie w momencie, gdy Mars też tam jest.
Jeśli musisz wystrzelić z mniejszą ilością paliwa, po prostu dłużej podnosisz orbitę i wydłużasz podróż do Marsa.
Inne pomysły na skrócenie czasu podróży na Marsa:
Pomimo że wymaga to trochę cierpliwości, by czekać na statek kosmiczny, który będzie podróżował 250 dni, by dotrzeć na Marsa, możemy chcieć zupełnie innej metody napędu, jeśli wysyłamy ludzi. Przestrzeń kosmiczna jest nieprzyjaznym miejscem, a promieniowanie przestrzeni międzyplanetarnej może stanowić długoterminowe zagrożenie dla zdrowia astronautów. Tło promieni kosmicznych powoduje ciągłą dawkę promieniowania wywołującego raka, ale istnieje większe ryzyko masywnych burz słonecznych, które mogą zabić niechronionych astronautów w ciągu kilku godzin. Jeśli możesz skrócić czas podróży, zmniejszasz ilość czasu, w którym astronauci są obrzucani promieniowaniem i minimalizujesz ilość zapasów, które muszą zabrać ze sobą na podróż powrotną.
Jeden pomysł to rakiety jądrowe, które podgrzewają płyn roboczy – jak wodór – do intensywnych temperatur w reaktorze jądrowym, a następnie wysadzają go z dyszy rakiety z dużą prędkością, aby stworzyć ciąg. Ponieważ paliwa jądrowe są o wiele bardziej gęste energetycznie niż paliwa chemiczne, można uzyskać większą prędkość ciągu przy mniejszej ilości paliwa. Proponuje się, że rakieta jądrowa mogłaby skrócić czas podróży do około 7 miesięcy
Magnetyczna:
Inną propozycją jest technologia zwana Rakietą Magnetoplazmatyczną o Zmiennym Impulsie Specyficznym (lub VASIMR). Jest to pędnik elektromagnetyczny, który wykorzystuje fale radiowe do jonizacji i podgrzewania materiału pędnego. W ten sposób powstaje zjonizowany gaz zwany plazmą, który może być magnetycznie wyrzucany z tyłu statku kosmicznego z dużą prędkością. Były astronauta Franklin Chang-Diaz jest pionierem w rozwoju tej technologii, a prototyp ma zostać zainstalowany na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, aby pomóc jej w utrzymaniu wysokości nad Ziemią. W przypadku misji na Marsa rakieta VASIMR mogłaby skrócić czas podróży do 5 miesięcy.
Kieruj się ku antymaterii:
Prawdopodobnie jedną z najbardziej ekstremalnych propozycji byłoby użycie rakiety z antymaterią. Tworzona w akceleratorach cząstek antymateria jest najbardziej gęstym paliwem, jakiego można by użyć. Kiedy atomy materii spotykają się z atomami antymaterii, zamieniają się w czystą energię, jak przewiduje słynne równanie Alberta Einsteina: E = mc2. Zaledwie 10 miligramów antymaterii wystarczyłoby do napędzenia ludzkiej misji na Marsa w ciągu zaledwie 45 dni. Ale produkcja nawet tak niewielkiej ilości antymaterii kosztowałaby około 250 milionów dolarów.
Przyszłe misje na Marsa:
Mimo, że zaproponowano kilka niesamowitych technologii, aby skrócić czas podróży na Marsa, inżynierowie będą korzystać z wypróbowanych i prawdziwych metod podążania po orbitach o minimalnym transferze energii przy użyciu rakiet chemicznych. Misja MAVEN NASA wystartuje w 2013 roku, używając tej techniki, podobnie jak misje ExoMars ESA. Może minąć kilka dekad zanim inne metody staną się powszechnymi technikami.
Badaj dalej:
Informacje o orbitach międzyplanetarnych – NASA
7 Minutes of Terror – The Challenge of Landing at Mars
Propozycja NASA dotycząca jądrowego silnika rakietowego
Orbity transferowe Hohmanna – Iowa State University
Minimalne transfery i orbity międzyplanetarne
Nowy i ulepszony statek kosmiczny na antymaterię dla misji marsjańskich – NASA
Astronomy Cast Episode 84: Getting Around the Solar System
Powiązane historie z Universe Today:
Podróż na Marsa w zaledwie 39 dni
Jednorazowa, jednoosobowa misja na Marsa
Czy ludzka misja na Marsa może być finansowana komercyjnie?
Jak MSL będzie nawigował na Marsa? Very Carefully
A Cheap Solution to Getting to Mars?
Dlaczego tak wiele misji na Marsa zakończyło się niepowodzeniem?
Ten artykuł pierwotnie ukazał się w Universe Today w lipcu 2012 roku, ale został zaktualizowany o powiązany materiał wideo.
Podcast (audio): Pobierz (Czas trwania: 3:17 – 3.0MB)
Subskrybuj: Apple Podcasts | RSS
Podcast (video): Download (75.6MB)
Subskrybuj: Apple Podcasts | RSS