Czy Mars jest w zasięgu zbudowanych przez człowieka załogowych pojazdów? Tak, ale problem podróży na Czerwoną Planetę to coś więcej. Kluczowy jest tu czas, jaki na tę podróż poświęcimy. W 1492 roku na Santa Marii Krzysztofa Kolumba znalazło się 45 osób i zapasy na około dwumiesięczną podróż do wybrzeży Karaibów. Na Marsa na początku poleci co najwyżej kilka osób, za to w przeciwieństwie do załogi Kolumba, nie trzeba będzie ich do tego namawiać. Podróżujący na Marsa będą stale wewnątrz pojazdu kosmicznego. Nie będzie im dane odetchnąć tlenem atmosferycznym. Życie organiczne na Marsie owszem mogło być, ale dziś ze świecą go szukać.
Kluczowe informacje
- Podróż na Marsa to wyzwanie nie tylko technologiczne, ale również logistyczne.
- Kluczowym czynnikiem jest czas potrzebny na dotarcie do Czerwonej Planety.
- Astronauci będą przez cały czas pobytu wewnątrz pojazdu kosmicznego, bez możliwości wyjścia na zewnątrz.
- Obecny stan technologii pozwala na lot na Marsa, ale czas takiej podróży wciąż jest długi.
- Rozwój nowych technologii, takich jak napęd jądrowy lub laserowy, może w przyszłości znacznie skrócić czas podróży na Marsa.
Wyzwanie podróży na Marsa
Dlaczego czas jest tak ważnym czynnikiem podczas lotu na Marsa? Na Ziemi ludzie noszą ubrania dostosowane do zewnętrznej temperatury. Chociaż na Marsie letnie południe może być ciepłe, większość czasu panują tam temperatury znacznie poniżej zera oraz brak tlenu w atmosferze. W przestrzeni kosmicznej jest jeszcze zimniej, ale to jest najmniejszy z problemów. Podczas podróży może dojść do awarii czegokolwiek – systemu napędowego, systemu podtrzymywania życia, nie wspominając już o psychice ludzkiej. Elementy, które na Ziemi funkcjonują automatycznie, w kosmosie muszą być kontrolowane sztucznie. Symulacja dobowych zmian oświetlenia jest kluczowa dla poprawnego funkcjonowania psychiki astronautów.
Ilość zasobów, które należy zabrać, zależy od czasu podróży. Moc potrzebna do rozpędzenia statku zależy od jego masy, a masa wpływa na komfort podróży. Roczny pobyt na ISS to nic w porównaniu z podróżą przez mroczny kosmos. Towarzyszyć jej będzie większy stres, a brak grawitacji i promieniowanie będą jeszcze bardziej dokuczliwe.
Trajektorie lotu na Marsa
Nie przedostaniemy się na Marsa natychmiast, zrobimy to z ograniczoną prędkością, dlatego trzeba wybrać się nie tam gdzie Mars jest, ale tam gdzie będzie, gdy do niego dotrzemy. Minimalna odległość Ziemia–Mars zmienia się od 56 do 101 milionów kilometrów. Lecąc na Marsa pojazd pokona fragment elipsy (zbliżonej do okręgu), a będzie on tym krótszy im większą prędkość zdołamy uzyskać. Droga powrotna to lustrzane odbicie lotu na Marsa, po prostu „spadamy” do wnętrza Układu Słonecznego na Ziemię.
Dopóki nie nauczymy się rozwijać wysokich prędkości wewnątrz Układu Słonecznego, tak by dowolna konfiguracja Ziemi i Marsa umożliwiała lot, jesteśmy skazani na tak zwane okna startowe, czyli korzystne ustawienie tych planet, co następuje co 26 miesięcy. Jest też opcja wykorzystania grawitacji Wenus w drodze powrotnej, co pozwoliłoby skrócić czas pobytu na Marsie do miesiąca.
Ile trwa lot na Marsa przy obecnej technologii?
Podstawowym i najczęściej używanym modelem jest trajektoria Hohmann’a, która minimalizuje zużycie paliwa, ale jednocześnie wydłuża czas podróży. W średnim ujęciu, taki lot trwa około 9 miesięcy. Inny sposób to stosowanie technologii napędu jądrowego, która w teorii mógłby skrócić czas podróży do kilku tygodni. Elon Musk, CEO SpaceX przewiduje, że za pomocą statku kosmicznego Starship, lot na Marsa mógłby trwać około 6 miesięcy.
Planowanie misji marsjańskich jest niezmiernie skomplikowane. Nie tylko muszą one uwzględniać techniczne ograniczenia, jak czas lotu, ale muszą również brać pod uwagę kosmiczne okna transferowe, które pozwalają na efektywne podroże między Ziemią a Marsem. Podróż na Marsa to nie tylko kwestia czasu, ale również wyzwanie logistyczne, które wymaga skomplikowanej koordynacji i precyzyjnego planowania.
| Technologia | Czas podróży na Marsa |
|---|---|
| Trajektoria Hohmann’a | około 9 miesięcy |
| Napęd jądrowy | kilka tygodni |
| Starship (SpaceX) | około 6 miesięcy |
Nowe technologie skracające czas lotu
Technologia ma olbrzymi wpływ na to, ile czasu zajmuje lot na Marsa. Badania nad napędem jądrowym, pomimo swojej kontrowersyjności, mogą otworzyć drogę do drastycznego skrócenia czasu podróży. Laserowy system napędu termicznego, który wykorzystuje tę technologię do podgrzewania paliwa wodorowego, może skrócić czas podróży na Marsa do 45 dni. Koncepcja ta jest podobna do napędu jądrowo-termicznego (NTP), w którym laser zajął miejsce reaktora jądrowego. Oprócz wodorowego paliwa napędowego i DE, architektura misji dla termicznego laserowego statku kosmicznego zawiera kilka technologii z innych architektur, takich jak lasery światłowodowe, nadmuchiwane struktury kosmiczne oraz opracowanie materiałów wysokotemperaturowych.
Laserowy napęd termiczny
Laserowy system napędu termicznego, który wykorzystuje tę technologię do podgrzewania paliwa wodorowego, może skrócić czas podróży na Marsa do 45 dni. Takie wnioski zostały wysunięte przez naukowców z Uniwersytetu McGill w Kanadzie. Przy obecnej technologii czas podróży sięga sześciu miesięcy. Nawet przy napędzie jądrowo-termicznym lub jądrowo-elektrycznym, podróż na Marsa w jedną stronę może zająć 100 dni.
Proponowana koncepcja jest podobna do napędu jądrowo-termicznego (NTP), w którym laser zajął miejsce reaktora jądrowego. Oprócz wodorowego paliwa napędowego i DE, architektura misji dla termicznego laserowego statku kosmicznego zawiera kilka technologii z innych architektur, takich jak lasery światłowodowe, nadmuchiwane struktury kosmiczne oraz opracowanie materiałów wysokotemperaturowych.
| Technologia | Czas podróży na Marsa | Prędkość |
|---|---|---|
| Obecna technologia | 6 miesięcy | Niedostępna |
| Napęd jądrowo-termiczny | 100 dni w jedną stronę | Wysoka, ale niedostępna |
| Laserowy napęd termiczny | 45 dni | Wysoka, może skrócić czas podróży |
Wyzwania logistyczne misji marsjańskiej
Podróż na Marsa to nie tylko kwestia czasu, ale również wyzwanie logistyczne, które wymaga skomplikowanej koordynacji i precyzyjnego planowania. Konieczne jest uwzględnienie takich aspektów jak: dostępność paliwa, konieczność zaopatrzenia w żywność i wodę, a także zdolność do przetrwania w ekstremalnych warunkach klimatu marsjańskiego.
Elementy, które na Ziemi funkcjonują automatycznie, w kosmosie muszą być kontrolowane sztucznie. Symulacja dobowych zmian oświetlenia jest kluczowa dla poprawnego funkcjonowania psychiki astronautów. Grawitację można wytworzyć budując obrotowy pierścień, a przed większością promieniowania ochroniłaby gruba powłoka.
| Wyzwanie | Opis |
|---|---|
| Logistyka | Skomplikowana koordynacja i precyzyjne planowanie misji |
| Zaopatrzenie | Zapewnienie wystarczających zapasów paliwa, żywności i wody |
| Klimat marsjański | Ekstremalne warunki atmosferyczne na Marsie |
| Awarie | Potrzeba kontroli nad systemami w warunkach kosmicznych |
| Psychika | Symulacja zmian oświetlenia kluczowa dla astronautów |
| Grawitacja | Konieczność wygenerowania sztucznej grawitacji |
| Promieniowanie | Ochrona przed niebezpiecznym promieniowaniem kosmicznym |
Wniosek
Zakładając, że technologia jest wystarczająco zaawansowana, jak szybko można by dotrzeć na Marsa? Obecnie najszybszym obiektem stworzonym przez człowieka jest Parker Solar Probe, która osiągnęła prędkość 364 660 mil na godzinę (586 860 kilometrów na godzinę). Poruszając się z taką prędkością, dotarcie na Marsa zajęłoby około dwóch tygodni, gdy znajduje się on w swojej średniej odległości od Ziemi. Podróżowanie na Marsa w ciągu zaledwie dwóch tygodni byłoby zdumiewające, jednak niestety nie byłoby możliwe przy obecnej technologii przynajmniej wtedy, jeżeli na pokładzie znajdowałby się człowiek.
Czy w przyszłości będziemy mogli podróżować na Marsa szybciej? Tego dowiemy się w następnych latach, wraz z rozwojem nowych technologii, takich jak napęd jądrowy czy laserowy system napędu termicznego. Misje międzyplanetarne, takie jak Mariner, Perseverance czy Zhurong, są ważnym krokiem w badaniu i zrozumieniu Układu Słonecznego oraz poszukiwaniu odpowiedzi na pytanie o przyszłość podróży kosmicznych.
