Ταχύτερο ταξίδι στον Άρη:Νέες μέθοδοι πρόωσης θα μπορούσαν να μειώσουν τον χρόνο ταξιδιού

Πίστωση:ZME Science.

Μια αποστολή με πλήρωμα στον Άρη υπόσχεται να ξεπεράσει τα απόλυτα όρια της ανθρώπινης αντοχής. Για να κατανοήσετε την τεράστια κλίμακα του ταξιδιού, σκεφτείτε την πρόσφατη επιστροφή μας στη Σελήνη. Όταν το διαστημόπλοιο Artemis II διέσχισε το σεληνιακό κενό, διέσχισε περίπου 380.000 χιλιόμετρα βαθύ διαστήματος. Η αποστολή κράτησε 10 ημέρες.

Ένα πλήρωμα με προορισμό τον Κόκκινο Πλανήτη, ωστόσο, πρέπει να εκτοξευτεί κατά τη διάρκεια ενός στενού παραθύρου όταν ο Άρης αιωρείται πιο κοντά στη Γη. Ωστόσο, ακόμη και σε αυτό το απόλυτο πλησιέστερο σημείο, αντιμετωπίζουν ένα εκπληκτικό ταξίδι 55 εκατομμυρίων χιλιομέτρων - περίπου 145 φορές πιο μακριά από ένα ταξίδι στη Σελήνη. Για να μην αναφέρουμε ότι οι τροχιές των διαστημικών σκαφών δεν σχεδιάζονται ποτέ σε ευθείες γραμμές.

Μια νέα μελέτη θέτει ένα διαφορετικό ερώτημα. Τι θα συμβεί αν η ταχύτερη διαδρομή προς τον Άρη δεν βρεθεί κοιτάζοντας μόνο τη Γη και τον Άρη, αλλά μελετώντας τις ακατάστατες πρώτες τροχιακές εκτιμήσεις ενός κοντινού αστεροειδούς;

Αυτό έκανε ο αστρονόμος Marcelo de Oliveira Souza. Αντιμετώπισε την πρώιμη τροχιά ενός αστεροειδούς κοντά στη Γη όχι ως ένα μέρος για επίσκεψη, αλλά ως ένα είδος γραμμής οδηγού στο διάστημα. Το αποτέλεσμα είναι μια πιθανή γρήγορη διαδρομή που θα μπορούσε να μειώσει ένα ταξίδι μετ' επιστροφής στον Άρη σε λιγότερο από το ήμισυ του συνηθισμένου χρόνου.

Είναι μια ασυνήθιστη ιδέα. Ωστόσο, υποδηλώνει ότι μερικές από τις καλύτερες συντομεύσεις του ηλιακού συστήματος μπορεί να κρύβονται στα απορριφθέντα πρώτα προσχέδια δεδομένων παρακολούθησης αστεροειδών.

The Goldilocks Distance

Valles Marineris, το τεράστιο σύστημα φαραγγιών που εκτείνεται κατά μήκος του αρειανού ισημερινού. Πίστωση:Wikimedia Commons

Η απόσταση μεταξύ της Γης και του Άρη διαρκώς εκτείνεται και συμπιέζεται καθώς τρέχουν γύρω από τον Ήλιο με διαφορετικές διαδρομές και ταχύτητες.

Οι μηχανικοί στοχεύουν σε ένα στενό παράθυρο που ανοίγει περίπου κάθε 26 μήνες. Κατά τη διάρκεια αυτής της ευθυγράμμισης, γνωστής ως αντίθεση του Άρη, η Γη γλιστράει απευθείας μεταξύ του Ήλιου και του Άρη. Οι δύο πλανήτες κάθονται στην ίδια πλευρά του αστέρα μας, φέρνοντάς τους σχετικά κοντά.

Ακόμη και με αυτήν την εκκίνηση, μια συμβατική, απευθείας πτήση απλής μετάβασης διαρκεί από 7 έως 10 μήνες.

Ο Μαρσέλο ντε Ολιβέιρα Σόουζα, αστρονόμος στο Κρατικό Πανεπιστήμιο του Βόρειου Ρίο ντε Τζανέιρο, υποψιάστηκε ότι από τους τυπικούς πλανητικούς υπολογισμούς έλειπε κάτι ζωτικής σημασίας. Αναρωτήθηκε αν το ηλιακό σύστημα περιείχε αόρατους διαδρόμους που άνοιγαν προσωρινά κατά τη διάρκεια αυτών των κοντινών προσεγγίσεων.

Για να τους βρει, ο Σόουζα έστρεψε την προσοχή του μακριά από τους πλανήτες και προς τα ερείπια που παρασύρονται ανάμεσά τους.

Το Μαθηματικό Φάντασμα

Όταν οι αστρονόμοι εντοπίζουν για πρώτη φορά έναν αστεροειδή κοντά στη Γη, παρακολουθούν γρήγορα την κίνησή του στον ουρανό για να υπολογίσουν μια προκαταρκτική τροχιά. Αυτές οι αρχικές προσεγγίσεις συχνά αποκαλύπτουν εξαιρετικά εκκεντρικές, σαρωτικές τροχιές με μια ευδιάκριτη κλίση σε σχέση με το επίπεδο που περιέχει την τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιο.

Οι επιστήμονες τελειοποιούν τελικά αυτά τα μονοπάτια με περαιτέρω παρατηρήσεις, συχνά παραμερίζοντας τα πρώιμα τροχιακά δεδομένα. Ο Σόουζα, ωστόσο, συνειδητοποίησε ότι αυτά τα πρόχειρα σκίτσα είχαν τεράστια αξία.

Επικεντρώθηκε στον αστεροειδή 2001 CA21. Η προκαταρκτική του τροχιακή πρόβλεψη του 2015 διέσχισε τα μονοπάτια τόσο της Γης όσο και του Άρη. Το Souza χρησιμοποίησε την εξαιρετικά έκκεντρη τροχιά του ως καθαρό γεωμετρικό πρότυπο.

Ο ερευνητής αναζήτησε μια διαδρομή πτήσης προς τον Άρη που παρέμενε σε απόσταση πέντε μοιρών από τη συγκεκριμένη κλίση του αστεροειδούς. Η αυστηρή προσκόλληση σε αυτή τη γωνία θα επέτρεπε σε ένα διαστημόπλοιο να χαράξει μια ριζικά άμεση διαδρομή μέσα στο διάστημα.

Στη συνέχεια δοκίμασε αυτόν τον γεωμετρικό περιορισμό σε τρεις επερχόμενες αντιθέσεις του Άρη:2027, 2029 και 2031.

Το 2031 Sweet Spot

Για να είμαστε απολύτως σαφείς, οι ερευνητές δεν προτείνουν να χρησιμοποιήσουν τον αστεροειδή ως βαρυτική σφεντόνα, κυρίως επειδή ένας διαστημικός βράχος όπως το 2001 CA21 δεν έχει τον τεράστιο όγκο που απαιτείται για να κτυπήσει φυσικά ένα διαστημόπλοιο προς έναν άλλο πλανήτη. Αντίθετα, η ανακάλυψή τους έδειξε ότι το πολύ κεκλιμένο, αόρατο τροχιακό μονοπάτι του αστεροειδούς άφησε πίσω του μια γεωμετρική «γρήγορη λωρίδα» μέσα από το κενό που οι μηχανικοί μπορούσαν, κατ' αρχήν, να σχεδιάσουν μια τροχιά διαστημικού σκάφους.

Τα δύο πρώτα παράθυρα εκκίνησης αποδείχθηκαν αδιέξοδα. Οι πλανητικές ευθυγραμμίσεις το 2027 και το 2029 απέτυχαν να ταιριάξουν με την ευνοϊκή γεωμετρία του αστεροειδούς.

Ένα διαστημόπλοιο που θα επιχειρούσε αυτές τις διαδρομές θα αντιμετώπιζε τεράστια ενεργειακά εμπόδια. Πιο κρίσιμο, το πλοίο θα έφτανε στον Άρη κινούμενο πολύ γρήγορα για να το χειριστεί με ασφάλεια η τρέχουσα τεχνολογία πέδησης. Η γεωμετρία απέτυχε επίσης να υποστηρίξει ένα συμμετρικό, άμεσο ταξίδι επιστροφής στη Γη.

Ωστόσο, η ευθυγράμμιση του 2031 λειτούργησε.

Κατά τη διάρκεια αυτού του συγκεκριμένου παραθύρου, η γεωμετρία Γης-Άρη συγχρονίστηκε με το τροχιακό επίπεδο του αστεροειδούς. Ο Souza ανακάλυψε δύο πλήρη, δυναμικά υγιή προφίλ μετ' επιστροφής για ένα διαστημόπλοιο.

Επιλογή 1—153 ημέρες. Πίστωση:Acta Astronautica

Η πρώτη επιλογή είναι μια εξαιρετικά γρήγορη πτήση υψηλής ενέργειας που ολοκληρώνει ολόκληρη την αποστολή σε περίπου 153 ημέρες. Αυτό περιλαμβάνει μια τρομερή πτήση 33 ημερών, μια παραμονή 30 ημερών στην επιφάνεια του Άρη και ένα ταξίδι επιστροφής 90 ημερών.

Η δεύτερη επιλογή προσφέρει μια πιο εφικτή διαδρομή χαμηλότερης ενέργειας που διαρκεί 226 ημέρες. Ένα πλήρωμα θα περνούσε 56 ημέρες πετώντας έξω, 35 ημέρες στο έδαφος και 135 ημέρες επιστρέφοντας σπίτι.

Επιλογή 2—226 ημέρες. Πίστωση:Acta Astronautica

«Η αντίθεση του Άρη του 2031 υποστηρίζει δύο πλήρεις αποστολές μετ' επιστροφής υποετούς διάρκειας, σύμφωνα με το αγκυροβολημένο αεροπλάνο CA21, απεικονίζοντας πώς τα πρώιμα τροχιακά δεδομένα μικρού σώματος μπορούν να συμβάλουν στην έγκαιρη αναγνώριση ευκαιριών ταχείας διαπλανητικής μεταφοράς», εξήγησε ο Σόουζα στην εργασία του.

Μια Νέα Κοσμική Χαρτογραφία

Μια εικόνα τοπίου του Άρη που τραβήχτηκε από την Perseverance. Ίσως μια μέρα, οι άνθρωποι να μπορέσουν να δουν αυτό το μέρος μόνοι τους. Πίστωση:Wikimedia Commons

Αυτή η έρευνα αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο οι διαστημικές υπηρεσίες θα μπορούσαν να πλοηγηθούν στο ηλιακό σύστημα. Οι μελλοντικές αποστολές δεν χρειάζεται να ακολουθούν συγκεκριμένα τον αστεροειδή 2001 CA21. Αντίθετα, η μελέτη δείχνει μια δυνητικά χρήσιμη νέα ιδέα.

Οι αστρονόμοι παρακολουθούν συνεχώς τους ουρανούς για διαστημικούς βράχους, κυρίως για να προστατεύσουν τον πλανήτη μας από καταστροφικές επιπτώσεις. Τώρα, αυτά τα ίδια δεδομένα επιτήρησης μπορούν να λειτουργήσουν ως εργαλείο πλοήγησης στο βάθος.

Τα ακατέργαστα, μη επεξεργασμένα δεδομένα παρακολούθησης ενός αστεροειδούς μπορούν να εκθέσουν τροχιακές συντομεύσεις που τα παραδοσιακά πλανητικά μοντέλα που βασίζονται στην ενέργεια εύκολα παραβλέπουν.

"Αυτή η μελέτη δείχνει πώς η καλά καθορισμένη γεωμετρία επιπέδου μιας προκαταρκτικής τροχιάς μικρού σώματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μεθοδολογικό εργαλείο διαλογής για την ταχεία ταυτοποίηση διαπλανητικής μεταφοράς", σημείωσε ο Souza.

Κοσκινίζοντας τα σαρωτικά μονοπάτια των αντικειμένων κοντά στη Γη, οι μηχανικοί κρατούν ένα νέο κλειδί για το ηλιακό σύστημα. Μπορούν τελικά να χαράξουν τις γρήγορες, αναστρέψιμες διαδρομές που απαιτούνται για την εξερεύνηση του βαθύ διαστήματος χωρίς απαιτητικούς αστροναύτες να περνούν χρόνια στο σκοτάδι.

Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Acta Astronautica .