Când poți zbura pe Marte?
Mișcarea planetelor determină momentul în care este posibil să se efectueze expediția și durata expediției în sine. De obicei, luate în considerare două scenarii pentru expediție pe Marte. Primul scenariu a fost mult timp cunoscut și se bazează pe traiectoria zborului aparentă între orbitele planetelor. Noi o numim realizare clasica expediție [1]. Aici hamei Pământ - Marte și Marte - Pământul este de obicei simetrică, iar echipajul se așteaptă să orbita lui Marte configurație convenabilă a planetelor. Durata totală a expediției timp de aproximativ 3 ani.
O altă opțiune, numită opțiunea sa de viteză implică zbor pe Marte de numai 30 de zile și calea de întoarcere care intersectează orbita lui Venus [2] (Figura 1). Aici expediția durează aproximativ un an mai puțin decât versiunea clasica. Această din urmă opțiune este adesea ales din motive de un sejur minim de echipaj în spațiu adânc. Se presupune că în acest fel se poate reduce efectele negative ale radiațiilor și imponderabilitate.
Fig.1. expediție Proiect realizare rapidă RCM „Energie“ [3].
Expediția va dura aproximativ 550 de zile.
Durata expediției, iar ora de începere depinde de energia și de tipul de motor. Distinge motoare de mare de tracțiune, care a raportat nava viteza necesară ca să spunem așa, la un moment dat și împingătoare care operează nava lungă și murături treptat viteza. Dar aceste motoare datorită mare impuls specific vă permit să împrumute mai puțin combustibil sau crește greutatea sarcinii utile. Această posibilitate a fost foarte tentant pentru designeri, iar multe proiecte au fost propuse folosind propulsoarele. Din păcate, pentru astfel de motoare nu a fost încă agățate cu munca stadiu de dezvoltare. Datorită faptului că accelerația produsă de propulsorului este foarte puține câștiguri de viteză barca încet. Acest lucru mărește durata accelerației în apropierea Pământului sau Marte, și în general nu reduce timpul de zbor.
Pe de altă parte, varianta rapidă a expediției de cercetare implică pe orbita lui Marte, inclusiv a terenurilor, pentru un total de aproximativ 30 de zile (Figura 1). rezultate științifice indoielnica o astfel de misiune. Deoarece cercetarea științifică necesită rigoare și consecvență, graba este irelevant aici.
Prin urmare, următoarea discuție doar versiunea clasica, care, deși mai lung, dar permite explorarea serioasă a planetei Marte.
Pentru orice scenariu în care hameiul sunt utilizate pentru traiectorii economice și a motoarelor mari de împingere a începe să Marte este posibil în timpul întregului 20 de zile de fereastra de lansare așa-numita, care începe cu 96 de zile înainte de următoarea confruntare. Având în vedere, de asemenea, considerente de energie pentru începutul ferestrei este chiar mai îngustă.
Fig.2. Orbitele planetelor Marte și confruntare.
Opoziția lui Marte apar, de obicei, în vara sau toamna devreme și se repetă la fiecare doi ani. Fig. 2 arată datele împotrivirile Marte și orbitele planetelor. Prin urmare, este posibil început în aproximativ trei luni înainte de următoarea confruntare. Ei bine, zbura într-un an de confruntări mari, care se repetă la fiecare 15 sau 17 ani. În anul de marea confruntare distanța dintre Marte și Pământ este minimă.
Fereastra se deschide pentru a începe cu un interval de 780 de zile. Prin urmare, lansarea primului vehicul de transport ar trebui să fie puse în aplicare în termen de 2 ani și aproximativ 50 de zile înainte de începerea celei de a doua navă.
Viteza minimă de la începutul plecării de la km altitudine orbita 200 de 3.613 km / s. Traiectoria corespunde așa-numitul transfer de orbita Hohmann. Este tangentă la orbita lui Marte (I în Figura 3) [4]. Figura 3 prezintă poziția Pământului și Marte la începutul celor trei variante traiectorii eficiente. Hohmann de transfer orbita este cel mai economic din punct de vedere al consumului de combustibil, dar este cel mai lung din timpul de zbor. În acest caz, zborul va dura timp de 258,9 zile.
Fig. 3. traiectorie ieftine pentru zbor spre Marte
Există încă două traiectorii (II și III), care corespund cu viteza inițială de 3.846 km / s și 4.046 km / s. timpul de zbor traiectoria II este deja 164,5 zile, iar timpul de zbor suma calea III la 144.1 zile.
Se poate observa că între I și II, traiectoria este o diferență semnificativă în timpul zborului, care este de până la 3 luni. Diferența în viteza de pornire este necesară doar 0,2 km / s. Necesară increment vitezei între II și III este aceeași cale de 0,2 km / s, dar economii de timp va fi de doar 20 de zile sau 14% din timpul de zbor, care nu mai este critică. Prin urmare, cel mai rațional pentru traiectoria de zbor cu echipaj este traiectoria I și II pentru vehiculul de marfă.
Deoarece traiectoria II și III se intersectează orbita lui Marte, este posibil o nouă întâlnire cu planeta, în cazul în care prima dată nu se poate face. Fig. 3 prezintă numerele punctelor de întâlnire cu amorse. Timpul de zbor la noua apropierea de planeta ajunge la 419 zile și 497,6 zile, respectiv pentru căile II și III. Cu toate acestea, deoarece nu este convenabil să efectueze manevre, între Pământ și Marte va fi în soare, punctul 2 „poate fi văzut. Cu toate acestea, un astfel de scenariu, cu două deschideri de Marte poate fi utilă în caz de eșec din motive tehnice, de la intrarea pe orbita lui Marte. Apoi, puteți dubla efectua studii ale planetei cel puțin o traiectorie de zbor.
Deoarece planul orbitei Pamantului si Marte nu sunt aceleași, există dificultăți suplimentare pentru zborurile în anumite intervale de timp. Mai mult decât atât, ar trebui să ia în considerare excentricitatea mare de orbita lui Marte. Din cauza acestui fapt, timpul optim de pornire este necesar, în momentul când Pământul traversează linia nodurilor Marte (Figura 4).
Fig. 4 sunt marcate cu aceleași poziții cifre ale planetelor în același timp.
· Zbor pe Marte 162 zile (albastru).
· Aproximativ 1.5 ani de cercetare efectuate cu orbita lui Marte. Aterizarea (3). Oportunități de aterizare pe Marte se va lua în considerare în continuare.
· Zborul pe Pământ - 160 de zile (curba portocalie)
Durata totală a fazei de cercetare a orbita lui Marte 1 an și 6 luni.
Durata expediției 2.5 - 2.7 ani.
Cu toate acestea, zborurile pot fi efectuate și pentru o perioadă mai lungă, de exemplu, timp de 250 de zile, apoi scade, respectiv, în timp ce lucrează pe orbita planetei Marte
Durata expediției va fi calculată din expresia:
TPOL = 2 x Tc + Ts. unde Tc = 780 de zile (26 luni) sau perioada sinodică lui Marte. Și trebuie să adăugăm de două ori intervalul de la început la opoziția planetelor. Dacă la început se datorează 90 de zile înainte de confruntare, atunci vom obține durata totală de 960 de zile sau 32 luni sau 2 ani și 8 luni. Cel mai probabil, estimări mai precise pentru scenariul fazei cu echipaj va reduce această perioadă la 1-2 luni.
Este curios faptul că o reducere a timpului de călătorie are un efect redus asupra durata totală a expediției. În cazul traiectoriei de zbor de cel mai lent expediția va dura 972 de zile, față de 964 de zile pentru pista de rapid.
Apoi, distanța va fi redusă. La momentul de început a distanței lume dintre planete vor fi 142 Mill. Km, cu timpul de trecere a unui semnal mai mic de 8 minute (4-4. Figura 4).
În timpul expediției să se întâmple mai mult de un eveniment. După 1 an și 53 de zile (când Pământul va trece 413 °) după începerea expediției zona de umbră de radio are loc atunci când între Pământ și Marte va fi în soare. Presupunând că ecranul de soare este diametrul de ± 2 la ± R la 10 Rc descoperim că zona ecranată va dura de la 4 la 20 de zile. În această perioadă, o legătură directă cu expediția va fie, în general, fizic imposibilă sau foarte dificilă din cauza interferențelor radio de la soare.
Această situație repetată după 780 de zile, sau o perioadă sinodică de rotație a planetei Marte. De la începutul expediției va avea loc în 1198 zile. Dacă expediția nu rămâne la „iarnă“, zona de radio umbra va fi doar o singură dată în timpul expediției. Deci, este puțin probabil să fie cazul pierderilor pe termen scurt, ca urmare a face eforturi deosebite. Probabil ar trebui să ofere un canal de comunicație de rezervă printr-una din stațiile automate de vizibile ca de pe Pământ și Marte și că într-un fel sau altul este deja în execuție cu o misiune în spațiu. De exemplu, pentru Venus.
Dacă ați pus cutia de start de pe orbita lui Marte, indiferent de motiv, nu poate începe să se întâmple, echipajul va „hibernare“, în orbita lui Marte. Ca una dintre măsurile de securitate vor fi să se pregătească pentru începerea navei de transport-remorcher. În acest moment, este posibil să se trimită imediat o navă de transport, remorcher de cale simetrică similară cu cea a zburat doi ani mai devreme expediție. Figura 4 prezintă poziția relativă a planetelor la începutul expediției 1-1 este de aproximativ aceeași ca și la capătul 4-4. Dupa aproximativ 6 luni, nava de transport va ajunge pe orbita lui Marte, iar echipajul va primi asistență tehnică. Alte acțiuni ale echipajului depind deja de remorcher specifică capacității energetice. Versiunea minimă, acestea vor „hibernare“ pentru încă 960 de zile. În acest caz, ei vor avea nevoie de provizii, care trebuie să se afle la bordul navei ca prima NZ tehnic.
Cu toate acestea în stare să finalizeze și o revenire mai rapidă atunci când nava „se arunca cu capul“ despre orbita lui Venus și, astfel, se va prinde cu pământ și realizare rapidă descrisă mai sus. Cu toate acestea, toate aceste opțiuni ar trebui să fie elaborate în prealabil.
Referințe și note de subsol
1. În literatura de specialitate în limba engleză această variantă se numește «conjunctie» - compus, deoarece Marte este în legătură cu pământul.
2. În literatura de specialitate în limba engleză, această opțiune se numește «opoziție» - opoziție pentru că Marte este în opoziție cu Pământul.
4. V.I.Levantovsky. mecanicii de zbor spațiu în expunerea elementară. M. Știință 1980.
6. americani pentru prima dată luna survolat doar pentru Crăciun în 1968