HVOR LANG TID TAGER DET AT KOMME TIL MARS?

Send

Denne artikel kom oprindeligt i Space Magazine i juli 2012, men den er blevet opdateret med en relateret video.

Planeten Mars er en af de lyseste objekter på nattehimlen, let synlig med det uhjælpede øje som en lys rød stjerne. Hvert andet år når Mars og Jorden deres nærmeste punkt, kaldet ”opposition”, når Mars kan være så tæt som 55.000.000 km fra Jorden. Og hvert andet år drager rumfartsbureauer fordel af denne orbitaljustering for at sende rumfartøjer til den røde planet. Hvor lang tid tager det at komme til Mars?

Den samlede rejsetid fra Jorden til Mars tager mellem 150-300 dage afhængigt af hastigheden på lanceringen, Jorden og Mars-justeringen, og længden af rejsen, som rumfartøjet tager for at nå sit mål. Det afhænger virkelig bare af, hvor meget brændstof du er villig til at brænde for at komme dertil. Mere brændstof, kortere rejsetid.

Historien om at gå til Mars:

Det første rumfartøj, der nogensinde foretog rejsen fra Jorden til Mars, var NASAs Mariner 4, der blev lanceret den 28. november 1964 og ankom til 14. juli 1965 med succes med at tage en serie på 21 fotografier. Mariner 4s samlede flyvetid var 228 dage.

Den næste succesrige mission til Mars var Mariner 6, der sprængte den 25. februar 1969 og nåede planeten den 31. juli 1969; en flyvetid på kun 156 dage. Den succesrige Mariner 7 krævede kun 131 dage for at tage turen.

Mariner 9, det første rumfartøj, der med succes gik i kredsløb omkring Mars, der blev lanceret den 30. maj 1971, og ankom den 13. november 1971 i en varighed på 167 dage. Dette er det samme mønster, der har holdt op i mere næsten 50 års Mars-efterforskning: ca. 150-300 dage.

Her er nogle flere eksempler:

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

Hvorfor tager det så lang tid ?:

Når du overvejer det faktum, at Mars kun er 55 millioner km væk, og rumfartøjet kører over 20.000 km / time, ville du forvente, at rumfartøjet foretager rejsen på cirka 115 dage, men det tager meget længere tid. Dette skyldes, at både Jorden og Mars kredser rundt om Solen. Du kan ikke pege direkte på Mars og begynde at skyde dine raketter, for da du kom der, ville Mars allerede være flyttet. I stedet skal rumfartøjer, der blev lanceret fra Jorden, peges på hvor Mars bliver det.

Den anden begrænsning er brændstof. Igen, hvis du havde en ubegrænset mængde brændstof, ville du rette dit rumfartøj mod Mars, skyde dine raketter til halvvejs punktet på rejsen, derefter dreje rundt og decelerere i sidste halvdel af rejsen. Du kan reducere din rejsetid til en brøkdel af den aktuelle sats - men du har brug for en umulig mængde brændstof.

Sådan kommer du til Mars med det mindste brændstofmængde:

Ingeniørernes primære bekymring er, hvordan man får et rumfartøj til Mars på den mindst mulige mængde brændstof. Robotter bryder sig ikke rigtigt om det fjendtlige miljø i rummet, så det giver mening at sænke raketens lanceringsomkostninger så meget som muligt.

NASA-ingeniører bruger en rejsemetode kaldet en Hohmann Transfer Orbit - eller en Minimum Energy Transfer Orbit - for at sende et rumfartøj fra Jorden til Mars med mindst mulig brændstof. Teknikken blev først foreslået af Walter Hohmann, der offentliggjorde den første beskrivelse af manøvren i 1925.

I stedet for at rette din raket direkte mod Mars, øger du dit rumfartøjets kredsløb, så det følger efter en større bane omkring solen end Jorden. Til sidst vil den bane skære Mars 'bane - på det nøjagtige øjeblik, at Mars også er der.

Hvis du har brug for at starte med mindre brændstof, tager du bare længere tid at hæve din bane og øge rejsen til Mars.

Andre ideer til at reducere rejsetiden til Mars:

Selvom det kræver en vis tålmodighed at vente på, at et rumfartøj rejser 250 dage for at nå Mars, ønsker vi måske en helt anden fremdrivningsmetode, hvis vi sender mennesker. Rummet er et fjendtligt sted, og stråling af det interplanetære rum kan udgøre en langvarig sundhedsrisiko for menneskelige astronauter. Kosmiske stråler i baggrunden påfører en konstant spærring af kræftfremkaldende stråling, men der er en større risiko for massive solstorme, der kan dræbe ubeskyttede astronauter på få timer. Hvis du kan reducere rejsetiden, reducerer du den tid astronauterne bliver pelsede med stråling og minimerer mængden af forsyninger, de har brug for til en returrejse.

Go Nuclear:
En idé er nukleare raketter, der opvarmer en arbejdsvæske - som brint - til intense temperaturer i en atomreaktor og derefter sprænger den ud af en raketdyse med høje hastigheder for at skabe tryk. Fordi nukleare brændstoffer er langt mere energitætte end kemiske raketter, kan du få en højere trykhastighed med mindre brændstof. Det foreslås, at en nuklear raket kan reducere rejsetiden ned til ca. 7 måneder

Gå magnetisk:
Et andet forslag er en teknologi kaldet the Variabel specifik impuls Magnetoplasma raket (eller VASIMR). Dette er en elektromagnetisk thruster, der bruger radiobølger til at ionisere og opvarme et drivmiddel. Dette skaber en ioniseret gas kaldet plasma, som magnetisk kan skyves bag rumfartøjet ud med høje hastigheder. Den tidligere astronaut Franklin Chang-Diaz banebrydende for udviklingen af denne teknologi, og en prototype forventes installeret på den internationale rumstation for at hjælpe den med at opretholde sin højde over Jorden. I en mission til Mars kunne en VASIMR-raket reducere rejsetiden ned til 5 måneder.

Go Antimatter:
Et af de mest ekstreme forslag ville måske være at bruge en antimateriel raket. Oprettet i partikelacceleratorer er antimaterie det mest tætte brændstof, du muligvis kunne bruge. Når materieatomer møder atomer med antimaterie, omdannes de til ren energi, som forudsagt af Albert Einsteins berømte ligning: E = mc². Kun 10 mg antimaterie ville være nødvendigt for at fremdrive en menneskelig mission til Mars på kun 45 dage. Men så ville det at producere selv den lille mængde antimaterie koste omkring $ 250 millioner.

Fremtidige missioner til Mars:

Selvom nogle utrolige teknologier er blevet foreslået for at forkorte rejsetiden til Mars, vil ingeniører bruge de afprøvede og sande metoder til at følge minimum energioverførselsbaner ved hjælp af kemiske raketter. NASAs MAVEN-mission lanceres i 2013 ved hjælp af denne teknik samt ESAs ExoMars-missioner. Det kan gå et par årtier, før andre metoder bliver almindelige teknikker.

Undersøg yderligere:
Information om interplanetære baner - NASA
7 minutter af terror - udfordringen ved landing på Mars
NASA Forslag til en nuklear raketmotor
Hohmann Transfer Orbits - Iowa State University
Minimum overførsler og interplanetære baner
Nyt og forbedret antimaterie-rumskib til Mars-missioner - NASA
Astronomy Cast Afsnit 84: At komme rundt i solsystemet

Relaterede historier fra Space Magazine:
Rejse til Mars om kun 39 dage
En envejs, en person mission til Mars
Kunne en menneskelig mission til Mars finansieres kommercielt?
Hvordan navigerer MSL til Mars? Meget forsigtigt
En billig løsning til at komme til Mars?
Hvorfor har så mange missioner til Mars mislykkedes?

Denne artikel kom oprindeligt i Space Magazine i juli 2012, men den er blevet opdateret med en relateret video.