HVOR LANG TID TAR DET å KOMME TIL MARS?

Send

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert i Space Magazine i juli 2012, men den er oppdatert med en relatert video.

Planeten Mars er en av de lyseste gjenstandene på nattehimmelen, lett synlig med det uhjulpet øye som en knallrød stjerne. Hvert andre år når Mars og Jorden sitt nærmeste punkt, kalt "opposisjon", når Mars kan være så nær som 55.000.000 km fra Jorden. Og hvert annet år utnytter romfartsorganisasjoner denne banebaningen for å sende romfartøyer til den røde planeten. Hvor lang tid tar det å komme til Mars?

Den totale reisetiden fra Jorden til Mars tar mellom 150-300 dager avhengig av hastigheten på oppskytningen, justeringen av Jorden og Mars, og lengden på reisen romfartøyet tar for å nå målet. Det kommer bare an på hvor mye drivstoff du er villig til å brenne for å komme dit. Mer drivstoff, kortere reisetid.

Historien om å dra til Mars:

Det første romfartøyet noensinne som tok turen fra Jorden til Mars var NASAs Mariner 4, som ble lansert 28. november 1964 og ankom Mars 14. juli 1965, med suksess med å ta en serie med 21 fotografier. Mariner 4s totale flytid var 228 dager.

Det neste vellykkede oppdraget til Mars var Mariner 6, som sprengte seg den 25. februar 1969 og nådde planeten 31. juli 1969; en flytid på bare 156 dager. Den vellykkede Mariner 7 krevde bare 131 dager for å reise.

Mariner 9, det første romfartøyet som med hell gikk i bane rundt Mars som ble lansert 30. mai 1971, og ankom 13. november 1971 i en varighet på 167 dager. Dette er det samme mønsteret som har holdt opp i mer nesten 50 år med utforskning av Mars: omtrent 150-300 dager.

Her er noen flere eksempler:

Viking 1 (1976) - 335 dager
Viking 2 (1976) - 360 dager
Mars Reconnaissance Orbiter (2006) - 210 dager
Phoenix Lander (2008) - 295 dager
Curiosity Lander (2012) - 253 dager

Hvorfor tar det så lang tid ?:

Når du vurderer det faktum at Mars bare er 55 millioner km unna, og romfartøyet reiser over 20.000 km / time, kan du forvente at romfartøyet vil ta turen på omtrent 115 dager, men det tar mye lenger tid. Dette fordi både Jorden og Mars går i bane rundt sola. Du kan ikke peke direkte på Mars og begynne å skyte rakettene dine, for når du kom dit, ville Mars allerede flyttet. I stedet må romfartøyer som ble lansert fra Jorden pekes på hvor Mars kommer til å bli det.

Den andre begrensningen er drivstoff. Igjen, hvis du hadde en ubegrenset mengde drivstoff, ville du rettet romfartøyet ditt mot Mars, avfyrt rakettene dine til halvveis på reisen, og snu deg deretter og retardert den siste halvdelen av reisen. Du kan kutte reisetiden ned til en brøkdel av dagens hastighet - men du vil trenge en umulig mengde drivstoff.

Hvordan komme seg til Mars med minst mulig drivstoff:

Ingeniørers primære bekymring er hvordan du får et romfartøy til Mars, på minst mulig drivstoff. Roboter bryr seg ikke egentlig om det fiendtlige miljøet i verdensrommet, så det er fornuftig å redusere rakettkostnadene for raketten så mye som mulig.

NASA-ingeniører bruker en reisemetode som kalles en Hohmann Transfer Orbit - eller en Minimum Energy Transfer Orbit - for å sende et romfartøy fra Jorden til Mars med minst mulig drivstoff. Teknikken ble først foreslått av Walter Hohmann som publiserte den første beskrivelsen av manøveren i 1925.

I stedet for å rette raketten din direkte mot Mars, øker du bane for romfartøyet slik at det følger en større bane rundt solen enn jorden. Etter hvert vil den bane krysse Mars-bane - i det nøyaktige øyeblikket som Mars er der også.

Hvis du trenger å starte med mindre drivstoff, tar du bare lengre tid å heve bane, og øke reisen til Mars.

Andre ideer for å redusere reisetiden til Mars:

Selv om det krever litt tålmodighet å vente på at et romfartøy skal reise 250 dager for å nå Mars, vil vi kanskje ha en helt annen fremdriftsmetode hvis vi sender mennesker. Plass er et fiendtlig sted, og strålingen av interplanetarisk rom kan utgjøre en menneskelig astronauter på lang sikt. Kosmiske stråler i bakgrunnen påfører en konstant spekter av kreftfremkallende stråling, men det er større risiko for massive solstormer som kan drepe ubeskyttede astronauter om noen timer. Hvis du kan redusere reisetiden, reduserer du tiden astronauter blir pelletert med stråling, og minimerer mengden forsyninger de trenger å ta med seg for en hjemreise.

Go Nuclear:
En ide er atomraketter, som varmer opp en arbeidsvæske - som hydrogen - til intense temperaturer i en kjernefysisk reaktor, og deretter sprenger den ut et rakettdyse med høye hastigheter for å skape skyvekraft. Fordi kjernebrensel er langt mer energitett enn kjemiske raketter, kan du få en høyere skyvehastighet med mindre drivstoff. Det er foreslått at en kjernefysisk rakett kan redusere reisetiden ned til omtrent 7 måneder

Go Magnetic:
Et annet forslag er en teknologi som heter Variabel spesifikk impuls Magnetoplasma rakett (eller VASIMR). Dette er en elektromagnetisk thruster som bruker radiobølger for å ionisere og varme opp et drivmiddel. Dette skaper en ionisert gass kalt plasma som magnetisk kan skyves ut baksiden av romskipet med høye hastigheter. Den tidligere astronauten Franklin Chang-Diaz er banebrytende i utviklingen av denne teknologien, og det forventes at det vil bli installert en prototype på den internasjonale romstasjonen for å hjelpe den med å opprettholde høyden over jorden. I et oppdrag til Mars kunne en VASIMR-rakett redusere reisetiden ned til 5 måneder.

Go Antimatter:
Kanskje et av de mest ekstreme forslagene ville være å bruke et antimateriell rakett. Antimatter er laget av partikkelakseleratorer og er det mest tette drivstoffet du muligens kan bruke. Når materieatomer møter atomer med antimateriell, forvandles de til ren energi, slik som forutsagt av Albert Einsteins berømte ligning: E = mc². Bare 10 milligram antimateriell ville være nødvendig for å drive et menneskelig oppdrag til Mars på bare 45 dager. Men å produsere til og med den minuscule mengden antimaterie vil koste rundt $ 250 millioner.

Fremtidige oppdrag til Mars:

Selv om det er foreslått noen utrolige teknologier for å forkorte reisetiden til Mars, vil ingeniører bruke de prøvde og sanne metodene for å følge minimum energioverføringsbaner ved bruk av kjemiske raketter. NASAs MAVEN-oppdrag lanseres i 2013 ved bruk av denne teknikken, samt ESAs ExoMars-oppdrag. Det kan gå noen tiår før andre metoder blir vanlige teknikker.

Forske videre:
Informasjon om Interplanetary Orbits - NASA
7 Minutes of Terror - The Challenge of Landing at Mars
NASA Forslag til kjernefysisk rakettmotor
Hohmann Transfer Orbits - Iowa State University
Minimum overføringer og interplanetære baner
Nytt og forbedret antimateriell romskip for Mars-oppdrag - NASA
Astronomy Cast Episode 84: Getting Around the Solar System

Relaterte historier fra Space Magazine:
Reis til Mars om bare 39 dager
A One Way, One Person Mission to Mars
Kan et menneskelig oppdrag til Mars finansieres kommersielt?
Hvordan vil MSL navigere til Mars? Veldig forsiktig
En billig løsning å komme til Mars?
Hvorfor har så mange oppdrag til Mars mislyktes?

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert i Space Magazine i juli 2012, men den er oppdatert med en relatert video.