За мірками всіх концепцій пілотованих місій на Марс, що коли-небудь розроблялися, цей термін є абсурдно коротким.
226-денний політ на Марс і назад на Землю – це не фантастика / фото ua.depositphotos.com
Космічний апарат стартує з Землі 20 квітня 2031 року і через 56 днів виходить на орбіту навколо Марса. Екіпаж проводить п’ять тижнів на поверхні, потім вмикає двигуни для повернення на Землю і рушає через 135 днів. Про це пише Daily Galaxy.
Зазначається, що за мірками всіх коли-небудь розроблених концепцій пілотованих місій на Марс, цей термін абсурдно короткий. Сучасні хімічні двигуни вимагають від семи до дев’яти місяців тільки на один переліт. Але, згідно з дослідженням, опублікованим в Acta Astronautica, 226-денний переліт туди і назад – це не фантазія. Це математично обґрунтована траєкторія, яка знаходиться на виду в рамках існуючої орбітальної геометрії Сонячної системи.
Марсело де Олівейра Соуза, астрофізик з Державного університету Північного Флуміненсе в Бразилії, не розробляв новий двигун і не вдавався до екзотичної фізики. Він взяв попередню орбіту астероїда 2001 CA21, отриману в 2015 році, і використав її як геометричний шаблон.
Цікаво, що ранні дані щодо астероїда накреслили витягнутий еліпс з малим нахилом, що перетинає траєкторії Землі та Марса. Пізніші спостереження уточнили цю орбіту, надавши їй іншу форму, але вихідні дані запропонували щось рідкісне: чисту опорну площину для перевірки екстремальних кутів переходу.
Де Олівейра Соуза встановив суворе правило. Будь-яка передбачувана траєкторія мала залишатися в межах п’яти градусів від площини орбіти астероїда. Потім він пропустив три майбутні вікна протистояння Марса через вирішувач Ламберта – стандартний інструмент астродинаміки, що обчислює можливі шляхи між двома точками в просторі. 2027 і 2029 роки не пройшли перевірку. Або споживання енергії різко зросло, або геометрія відмовилася замкнути цикл для зворотного польоту.
Важливо, що вікно 2031 року поводилося інакше. Воно дало дві повні архітектури кругової подорожі, обидві із запуском із Землі в один і той самий квітневий день. Перший варіант, позначений як екстремальний, поєднує в собі 33-денний політ туди, 30-денне перебування на поверхні та 90-денний зворотний шлях, у сумі 153 дні. Другий варіант поєднує 56-денний політ туди з 35-денним перебуванням на поверхні та 135-денним зворотним шляхом, загалом 226 днів.
Швидкість, яка перевищує можливості хімічної рушійної установки
Цікаво, що швидкість у міжпланетних подорожах вимірюється гіперболічною надлишковою швидкістю – залишковою швидкістю космічного апарата після виходу з гравітаційного поля Землі. Для 56-денної траєкторії ця цифра сягає приблизно 16,9 кілометрів на секунду.
Для запуску потрібно приблизно в 15 разів більше енергії, ніж для звичайної місії на Марс, і приблизно в 1,5 рази більше енергії, ніж NASA заклало в зонд New Horizons на шляху до Плутона. Пілотований марсіанський апарат, що включає систему життєзабезпечення, житловий модуль і злітний модуль, матиме масу в багато разів більшу.
33-денний варіант вимагає приблизно в 40 разів більше енергії, ніж стандартна місія. Його стартова швидкість 27,5 кілометрів на секунду перевищує теоретичну межу будь-якого хімічного ступеня, що коли-небудь використовувався.
Відзначається, що 56-денна траєкторія врізається в Марс зі швидкістю 16,6 кілометрів на секунду і входить в атмосферу Землі зі швидкістю 15,1 кілометрів на секунду. Обидва показники перевіряють верхню межу теплозахисних матеріалів, які все ще знаходяться в розробці, – екранів, які повинні витримувати нагрівання зі швидкістю, що значно перевищує швидкість при поверненні на Місяць.
Чому ядерні двигуни – єдиний важіль
У статті проводиться чітка межа: хімічні ракети не можуть заповнити цю прогалину. Альтернативою, яку вона називає, є ядерна теплова рухова установка, яка нагріває рідкий водень через ядро реактора і викидає газ приблизно удвічі ефективніше, ніж хімічне згоряння.
Важливо, що ця технологія не є гіпотетичною. У 2023 році французьке дослідницьке агентство CEA запустило техніко-економічне обґрунтування програми NTP під назвою Alumni, працюючи спільно з ArianeGroup і Framatome для Європейського космічного агентства. Явна мета, детально викладена в заяві агентства, – скорочення часу проходження Марса, що дозволить знизити радіаційне опромінення астронавтів.
У рамках програми CEA паралельно ведеться робота над проєктом RocketRoll, присвяченим ядерно-електричним рушійним установкам для місій, де сонячне світло занадто слабке для сонячних панелей. Обидва проекти є частиною європейської технологічної дорожньої карти, мета якої – створення демонстраційного зразка приблизно до 2035 року, що досить близько до стартового вікна 2031 року, щоб мати значення. Керівник програми Ксав’є Аверті заявив:
“CEA бере участь у дослідженнях, що стосуються ядерної космічної техніки, з 1980-х років”.
Організація є єдиним європейським дослідницьким органом, що займається як тепловими, так і електричними ядерними космічними рушійними установками.
У статті не розглядаються питання проектування космічних апаратів. Немає даних про масу, профілі входу в атмосферу, розрахунки теплового впливу. Цей метод надає чисельні докази того, що швидка, замкнута геометрія марсіанської місії існує всередині реальних даних, і що 226-денне рішення залишається незмінним при коливаннях положення, що відображають невизначеність спостережень на ранніх орбітах.
Тепер питання полягає в тому, чи містять інші рішення для астероїдів ранньої епохи аналогічні шаблони. На даний момент 226-денна подорож туди й назад існує лише на папері. Перетворення її на реальність вимагатиме двигуна, що відповідає амбіціям геометрії, яку вона описує.
Новини про дослідження космосу
Два павуки-стрибуни вирушили за межі Землі на борт Міжнародної космічної станції, щоб стати частиною унікального експерименту
“Павуконавти” – самка павука-стрибуна Джонсона на ім’я Нефертіті та зеброва павучиха-стрибунка Клеопатра – були відправлені на орбіту в 2012 році. Метою місії було з’ясувати, чи зможуть ці крихітні хижаки полювати в умовах мікрогравітації.
