Repülés Marsra
A harmadik évezredbe belépő fiatal generáció bizonnyal az első a bolygóközi repülés történetében, a Föld-Mars-Föld útján, és néhány lesz az ő közvetlen résztvevője. A Mars a következő mennyei test, amelyhez az ember lép. Hogyan fog a legénység Marsra repülni?
Bár a modern space rakéták motorjai még nem elég tökéletesek, csak viszonylag kicsi repülési területeken használják őket. Főleg a nap gravitációs erejét kell alkalmaznunk. Ezzel összefüggésben az interplanetáris pályát feltételesen kétféle szakaszra lehet osztani.
Az első ezek az aktív helyek, amelyeken a járművek futnak. Számos ilyen terület létezhet.
Az előre kiszámított idő alatt a gyorsító rakétablokk motorjai be vannak kapcsolva, és az interplanetáris hajó föld-föld pályáról indul. A rendeltetési bolygó elérése érdekében a repülési útvonalat úgy kell kiszámítani, hogy a Föld cselekvési területének elhagyása és a Nap gravitációs mezőjébe eső hajó folytatódjon a bolygó találkozásának tervezett pontjáig. Egyrészt egy űrhajó pályáját a kezdeti sebesség és a mozgás iránya határozza meg (a közel földi pályán való elindulás pillanatában), másrészt a maga vonzereje. Az űrhajó repülését szintén befolyásolja a bolygó és műholdja zavaró hatása - elutasítják a kiszámított pályáról. De ezek az eltérések kicsiek és könnyen megoldhatók a korrekciós rakétamotorok repülésének útján történő rövid távú beiktatással.
Ahhoz, hogy kilépjen az űrhajóból (KK) a kiszámított pályára a Marsra, legalább 11,6 km / s sebességet kell jelentenie. És amint elérik a kívánt sebességet, a berepülőpálya második, passzív szakaszán kezdődik egy hosszú járat a motorokkal kikapcsolva.
Így a bolygóközi-hajó repülés főként a Nap gravitációs mezőjében bekövetkező tehetetlenséggel történik. Ugyanez az erõ egy bolygóközi útvonalat képez. Amikor a Földről a lehető legkevesebb sebességgel távozik, ez nem más, mint egy napsütéses nap elliptikus pályája.
Hosszú repülés után a Nap gravitációs mezőjében messengerünk a Mars cselekvési körébe esik, és mellette halad a repülési pályán. Mivel a hajó sebessége meghaladja a Mars mellett fekvő második kozmikus sebesség (5,0 km / s) értékét, a bolygó nem tudja közelíteni magát. Miután Mars közelében repült, a KK elkerülhetetlenül a Nap társa lett. Mit kell tenni, hogy a hajó ne vonuljon ki a célpontból, hanem belép a Mars műholdjának pályájába?
Mint már tudjuk, az egyik pályáról a másikra való átmenet a mozgás sebességének megváltoztatásával valósul meg. Ebben az esetben az űrhajó sebességét a Mars közelében lévő első kozmikus sebesség értékére, vagyis 3,55 km / s-ra kell csökkenteni. Ez a fékhenger motor rövid idejű bekapcsolásával érhető el. És amíg a motor fut, a járat újra aktív. Ne felejtsük el, hogy szükség van egy ilyen manőverre, amikor minden űrszondát a hold, a Mars és bármely más bolygó pályájára viszünk. Mozgás a Mars körül, és a Föld körül is passzív. És végül, a terület utolsó szakasza a leszálló járműnek a bolygó felszínére való leereszkedésének helye.
Ha a bolygó légköre hiányzik, például a Holdon, vagy nagyon ritka, mint a Mercury-on vagy a Marson, akkor a fékezéshez és a leszálló jármű lassú leszállásának biztosításához különleges fékrakett motorokat kell használni. A Lunar Apollo kabinok amerikai űrhajósokkal hasonlóan lágy felszállást tettek a Hold felszínén. Annak érdekében, hogy az űrhajó lassan leszálljon a bolygó felszínén, amelynek sűrű légköre van, az aerodinamikai fékezést kell használni. Példaként már megismertük, hogy a szovjet automata bolygóközi állomások megérkeztek-e a Venus felszínére. Az ellenkező irányú repülés - a Földre - ugyanúgy fog történni, így nem fogjuk megismételni magunkat.
Szeretném megjegyezni, hogy ez a klasszikus repülés más bolygó világokra a kiemelkedő szovjet tudós, Yury Kondratyuk (1897-1942) által kifejlesztett. Az 1929-ben közzétett "Az interplanetáris térségek hódítása" című könyvében a Holdra és a Naprendszer bolygóira vonatkozó részletes elméleti megalapozást tartalmaz. És 40 évvel később sikeresen alkalmazták a gyakorlatban. A Kondratyuk-rendszer alatt az amerikai Apollo Holdjára induló járatok készültek.
A bolygóközi ellipszis pályák (amelyek közül az egyiket most tekintettük) a legelmaradottabbnak tekintették, mivel az űrhajózási küldetéseket minimális energiaköltségekkel végzik. De az ellipszis pályáknak jelentős hátrányuk van: a repülés időtartama túl hosszú. Például egy fél-ellipszis repülés Marsra 259 napot vesz igénybe, azaz több mint 8,5 hónap.
Abban az esetben, ha a hajó egy személyzettel ellátott hajó Marsra száll, a probléma az emberek Földre való kötelező visszakerülése miatt merül fel. És bár ez a probléma nem oldható meg, nincs szó az emberi járatokról a bolygókra. Mennyi ideig tart az egész repüléshez?
Kezdjük azzal a ténnyel, hogy a bolygóközi hajót egy repülésen kell elküldeni a rendeltetési hely bolygója számára a Földhöz képest megfelelő helyen. Ellenkező esetben nem fogja elérni. Az ilyen "induló ablakok" a Mars elindulásakor átlagosan 2 év és 2 hónap után ismétlődnek. Annak érdekében, hogy a legénység biztonságosan visszatérhessen a Földre, az emberek 450 napig várják a Marson, amíg egy "elindulási ablak" van a Földre való repüléshez. Végül az egész utazás 2 év és 8 hónapig tart! Érthető, hogy ezek a kifejezések elfogadhatatlanok. Hogy legyenek?
A bolygóközi repülés időtartamának jelentős csökkenése elérhető a kiindulási sebesség növelésével a bevezetéskor. Tegyük fel, hogy egy földi pályán való elinduláskor a rakéta a harmadik negyedévi sebességet adja a hajónak - 16,7 km / s. Ezután a repülés nem ellipszis lesz, hanem nagysebességű parabolikus pálya és az utazók 70 nap alatt képesek lesznek elérni a Marsot! Ebben az esetben a Marson való tartózkodás időtartama 12 napra csökkenthető, és az egész út a Föld-Mars-Föld útvonalon 152 napig tart.
De minél tovább kell repülni, annál nagyobb a sebesség ahhoz, hogy az induló bolygóközi hajót tájékoztassa. Tehát, ha a legközelebbi bolygókra - a Vénuszra és a Marsra - a kezdeti sebesség a Földhöz viszonyítva 11,5 és 11,6 km / s, akkor a Jupiternél való repülésre a kezdeti sebességnek legalább 14,2 km / s-nek kell lennie, és hogy távoli Plútót érjen el - 16,3 km / s, ami majdnem egyenlő a harmadik kozmikus sebességgel. Ez utóbbi annak a ténynek tudható be, hogy a Naprendszer szélén közlekedő járatok esetében a hajónak további energiaforrásokkal kell rendelkeznie ahhoz, hogy leküzdje a Nap gravitációs erejét.
És végül, ha a bolygóközi repülést a harmadik kozmikus sebesség értékét meghaladó sebességgel megyünk, akkor a hajó többé nem repül a parabola mentén, hanem a leggyorsabb - hiperbolikus úton. A hiperbolikus sebességek elérése lehetővé teszi a bolygóközi repülések időtartamának lehető legrövidebb lefaragását.
De hogyan lehet ilyen nagy sebességet elérni? Az új űrtudományi tudósai és tervezői megoldást találnak erre a problémára a nukleáris és elektromos rakétamotorok közötti bolygóközi erek létrehozásában.