Astronautika: misije

Kad bih ja imao brdo  ili $$$, prvo bih smislio putničku misiju na Marsove satelite – neuporedivo je lakša i jeftinija od povratnog putovanja na Mars. Zanimljivo je da je do pre recimo desetak ili čak manje godina takva opcija često pominjana, jer NASA nije raspolagala budžetom i resursima za put na Crvenu planetu. A onda su se pojavili privatnici i Kinezi i sve se promenilo. Ali da vidimo kako bi – bar hipotetički – izgledala takva misija...

1
Šema putovanja s posadom do Fobosa i Dejmosa sa ekspedicijama na oba meseca. Dvoje astronauta putovalo bi brodom pod pritiskom, dok bi ih dvoje čekalo u orbiteru. (NASA)

Da bi odgovorio na ovo pitanje, jedan od Nasinih specijalizovanih stručnih timova HAT (Human Spaceflight Architecture Team) odmeravao je sve do pre 5-6 godina – bar sam ja tada čitao o tome a posle su takvi textovi prosto nestali, i sada se kao vrhunac naše pameti navodi donošenje kamenja bilo odakle – sve varijable kako bi dizajnirao optimalnu arhitekturu za misiju s posadom na Fobos i Dejmos. Sve misije bi zahtevale višestruko lansiranje Nasine buduće SLS rakete, iako bi tačan broj raketa zavisio od korišćenih pogonskih sistema[1]. Ono u čemu se svi stručnjaci slažu jeste da bi misije trebale da budu tipa koji se u stručnoj literaturi naziva 'conjunction class', a ne tzv. 'opposition class', kako bi se maksimalizovao naučni učinak inicijative. Odnosno, govorimo o misijama u trajanju od oko 550 dana.

2
Strah i Užas u razmeri.

Alo pre nego što nastavim, zbog jedne grupe čitalaca koja je ubeđena da je put na Mars 'samo što nije', pokušaću da objasnim principijelnu razliku ova dva prilaska misijama sa posadom na Mars, pa stoga i na Fobos/Dejmos.

Planiranje misije na Mars

Round-trip misije (one koje podrazumevaju i povratak na Zemlju) između Zemlje i Marsa zapravo predstavljaju problem dvostrukog randevua. Potrebno je proračunavati trajektoriju odlaska sa Zemlje a razmišljati o položaju Marsa na kraju ovog luka trajektorije. Po dolasku na Mars, Zemlja je u relativno nepovoljnom poravnanju (fazni ugao) za energetski efikasan povratak. Ovo nepovoljno poravnanje rezultira razmatranjem dva različita tipa round-trip misija na Mars: da ne bih prevodio bezveze nazvaću ih Opposition class misije, koje se takođe često nazivaju misijama kratkotrajnog boravka (short-stay), i Conjunction classmisije, nazivane dugotrajnim (long-stay) misijama. Svakako da praktična razmatranja, kao što su ukupni pogonski zahtevi[2], vremensko trajanje misije, ciljevi boravka na površini, i ljudsko zdravlje i sigurnost moraju da se uzmu u obzir prilikom procesa dizajniranja misije i odabira između ovih tipova misije. Sinodički ciklus[3], ili brzina ponavljanja misija za identično faziranje Zemlje-Marsa te stoga mogućnosti za lansiranje misije slične klase, uznosi otprilike svakih 26 meseci[4]. Karakteristike misija, poput njihovog trajanja, vremena putovanja i propulzivnih zahteva variraju usled ekscentričnosti Marsove orbite i sl.

Opposition class: kratkoročna misija

Kratkoročne misije su dobile ovo ime zbog kratkog boravka (obično 30 - 60 dana) na Marsu. Ovo se takođe stručnije naziva kao misija opozicionog tipa (jel' da ružno zvuči?) Ova karakteristika kratkog boravka posledica je orbitne mehanike. Zbog relativnog položaja Zemlje i Marsa u vreme dolaska na Mars, optimalno vreme za povratak na Zemlju je već prošlo i svaki dodatni dan proveden na Marsu povećava probleme (tj. potrebnu količinu goriva) povratka kući. Vreme round-trip misije kreću se od 550 do 660 dana[5]. Tipičan profil trajektorije za kratke misije prikazan je na donjoj slici. Ovaj tip misija ima visoke propulzivne zahteve iz razloga neophodnih korekcija putanje pri povratku (fly-by pored Venere). Ovaj tip misija uvek ima kraću jednu tranzitnu granu trajektorije, bilo odlaznu ili dolaznu, a drugu dužu, potonja zahtijevajući bliski prolaz pored sunce (0,7 AJ ili manje). Nakon dolazak na Mars, umesto da čeka optimalno poravnanje radi povratka, brod uzleće nakon kratkog boravka a povratna grana dobro zaseca unutar Zemljine orbite kako bi nadoknadila neoptimalno poravnanje planeta koje je imala prilikom odlaska na Mars. Glavne karakteristike kratkoročnog boravka su sledeće: 1) kratak boravak na Marsu, 2) srednje ukupno trajanje misije, 3) prolazak perihela unutar putanje Venere prilikom odlazne ili dolazne grane, i 4) velike potrebe za ukupnom energijom (pogonom).

3
Tipična Opposition-class trajektorija između Zemlje i Marsa.

Conjunction class: dugoročna misija

Drugi tip misije na Mars karakteriše dugotrajni boravak (čak 550 dana) na Marsu i dugo ukupno vreme round-tripa (približno 900–1000 dana). Ova vrsta misije (vidi sledeći sliku) često se naziva konjunkcijskim tipom, iako se češće koristi opisna terminologija – misija 'dugotrajnog boravka'. Ove misije generalno predstavljaju rešenje sa minimalnim energetskim zahtevima za dati tremin za lansiranje. Za razliku od pristupa koji nude misije kratkoročnog boravka, umjesto da s Marsa krene po neoptimalnoj povratnoj trajektoriji, vreme se provodi na Marsu čekajući optimalnije poravnanje između Zemlje i Marsa radi uštede energije. Glavne karakteristike ovog tipa misije uključuju sledeće: 1) dugačko ukupno trajanje misije, 2) dugotrajni boravak u Mars, 3) relativno mala energetske promena između različitih prilika za povratak, 4) kraći transferski lukovi sa orbita Zemlje i Marsa (najbliži perihelski prolaz je 1 AJ), i 5) relativno kratki tranziti do i sa Marsa (manje od 200 dana).

4
Tipična Conjunction-class trajektorija između Zemlje i Marsa.

5

Sada da se vratimo našim potencijalnim putnicima.

Astronauti bi do Marsa stigli u velikom modularnom brodu opremljenom za višegodišnji boravak posade, koji bi ostao u visokoj orbiti radi uštede goriva. Dakle, najjednostavniji scenario predviđa korištenje 'taksi' letilica koje bi služile za putovanja između broda i površine Fobosa i Dejmosa. Ako bi količina goriva to dopuštala, idealno bi bilo posetiti oba meseca, ali ako ne, studije su logično sklone da daju prednost Fobosu, satelitu najbližem površini Marsa. Posadu bi činilo četvero ljudi, od kojih bi dvoje putovalo na Marsove satelite, dok bi drugi par ostao u brodu. Gravitacija na Fobosu i Dejmosu ne samo da je mnogo manja nego na Zemlji[6], već je i neuniformna, činjenica koja će znatno da zakomplikuje misijske operacije.

6
Brzine bega na različitim delovima Fobosa.

Naprimer, Fobos ima gravitaciju koja iznosi samo 0,06% Zemljine, ali se brzina bega drastično menja u skladu s delom površine na kojoj se nalazimo. Recimo, na mestu koje se nalazi tačno ispred planetnog diska – Fobos uvijek pokazuje isto lice prema Marsu – brzina je samo 3 m/s (oko 11 km/h), dok u ostalim regijama prelazi 5,21 m/s. Naravno, kako ne bi potrošili previše goriva, misija s posadom bi se približila Fobosu iznad najpovoljnijeg područja, ali bi zauzvrat astronauti trebali da budu oprezni kada se spuste na površinu da ne koriste trastere u svojim skafanderima na pogrešan način i završili u trajektoriji putanji bez povratka.

Taksi bi mogla da bude svemirska letilica pod pritiskom nazvana PEV (Pressurized Exploration Vehicle) bazirana na SEV vozilu (Space Exploration Vehicle) stvorenom za otkazani program 'Constellation' s ciljem kretanja po Mesečevoj površini ili istraživanja obližnjih asteroida. To vozilo bi imalo težinu od 7,7 tona i moglo bi da podržava misije u trajanju između 14 i 50 dana (u potonjem slučaju sa dodatnom bazmom na naduvavanje). PEV bi imao atmosferu koja bi se sastojala od 34% kiseonika i 66% azota pod pritiskom od 56.000 paskala (oko 0,55 atm) da bi se olakšala dekompresija pre svake šetnje kosmosom. PEV bi imao ukupni delta-V od oko 200 m/s za kretanje po Fobosu i mogao bi da nosi do 454 kg opreme i uzoraka s površine ovog satelita. Sadržavao bi jedan ili više modula za servisiranje goriva kako bi stigao do Fobosa i Dejmosa i nazad do orbitera.

7
PEV letilica sa servisnim modulom za spuštanje na površinu.

Sistem sidrenja za površini bi mogao biti niz metalnih krakova sličnih onima razvijenim za misiju za uzimanje uzoraka sa asteroida ARM (Asteroid Redirect Mission) ili neka varijanta sistema ATHLETE (All-Terrain Hex-Limbed Extra-Terrestrial Explorer) stvorenog za program 'Constellation'. PEV bi koristio robotsku ruku za sigurno manipulisanje astronautima na površini u okruženju niske gravitacije oba meseca.

8
PEV
 sa sistemom ATHLETE sa robotskom 'rukom' koja bi pridržavala astronaute.

9
Različite modifikacije PEV-a.

No, druga mogućnost koju je NASA proučavala – a možda to radi i danas – jeste premeštanje orbitnog broda u blizinu Fobosa i Dejmosa ili čak na njihovu površinu. U tom bi slučaju potrošnja goriva bi bila veća, ali bi se naučni benefiti takođe značajno povećali a posada bi mogla da provede preko 50 dana na površini meseci. Brod bi moglo biti u retrogradnoj orbiti tipa DRO (Distant Retrograde Orbit), odakle bi trebalo oko četiri sata da se stigne do Fobosa, ili na nekoj Lagranžovih tačaka sistema Mars-Fobos. Od ovih poslednjih, ona koja nudi najviše prednosti je tačka L1, smeštena tačno ispred 'skrivene strane' Fobosa. Loša strana je to što bi bilo potrebno kontinuirano prilagođavati položaj broda pomoću konvencionalnih ili jonskih motora.

10
Brod za boravak posade u tački L1 sistema Mars-Fobos.

11

Brod za duži boravak posade na površini Fobosa predstavljao bi svakako idealno rešenje, jer bi omogućio smanjenje doza zračenja do 34% ili čak više ako bi zona sletanja bila unutar nekog kratera. Loša je strana što bi stanište potrošilo više goriva i moralo bi se privremeno odvojiti od stepena potrebnog za napuštanje Marsove orbite, manevar koji nosi nimalo zanemariv rizik. Obrevši se na površini, astronauti su mogli istraživati površinu direktnim šetnjama. Tokom EVA-e astronauti bi koristili mlaznice na temelju SAFER sistema koji se trenutno koristi na ISS-u sa američkim MMU skafanderima.

12
Brod za boravak posade na Fobosu sa prostorom pod pritiskom, dva servisna modula i brodom 'Orion'.

Takođe bi bilo moguće proširiti domet korištenjem vozila pod pritiskom PEV bez servisnog modula ili ne-presurizovanog vozila UEV (Unpressurized Exploration Vehicle). Ovaj poslednji bi imao masu od oko 250 kg i delta-V od oko 30 m/s (s potisnim gorivima na bazi azota). Astronaut sa UEV-om bi mogao da nosi do 13,6 kg opreme ili uzoraka. U svakom slučaju, astronauti na UEV ili koji izvode uobičajeni EVA bi trebali da budu kadri da se vrate u bazu ili PEV za manje od dvadeset minuta u slučaju Sunčeve oluje (SPE).

13
Ne-presurizovano vozilo UEV za istraživanje Fobosa ili Dejmosa.

14
Mlazni ranac tipa SAFER za buduće skafandere.

Na Fobosu ili Dejmosu astronauti bi se posvetili prikupljanju uzoraka i razotkrivanju misterije koji okružuje poreklo ovih 'krompira'. Možda bi mogli da pošalju i teledirigovane robote na površinu Marsa ili kontrolisane misije kako bi se prikupili uzorci s površine Crvene planete.

15
Neke zone interesantne za istraživanje na Fobosu.

19
Istraživački regioni na oba Marsova Meseca.

Kao što vidimo, malo-pomalo NASA je sve do skora pokušavala da osmisli realnu misiju s posadom do Fobosa ili Deimosa. Pitanje je hoće li to ikad sprovesti…

Ja mogu samo da se nasmejem, jer prostom interpolacijom uspeha u vanzemaljskim misijama do sada ne vidim kako bi i kad ljudi mogli da mrdnu ponoovo sa Zemlje. Iz ovakvih priča možemo da vidimo da su sve ovo samo prazne priče, da od ovog svega nemamo još ništa sem ideja i power-pointa. Još uvek nam je slanje rovera na Mars vest ne dana ili nedelje već godine, a pominje se da nas od slanja ljudi (ponovo) na Mesec još uvek dele godine i silne milijarde.

16
Jedan od ranijih projekata CTCV (Crew Telerobotic Control Vehicle) za slanje ljudi na Marsove satelite. Ceo ansambl bi bio težak 400 tona a misija bi trajala 900 dana. Treba li da podsetim da danas nemamo čak ni skafander za takvu misiju, a kamoli išta od hardvera?

17

18
Kako je počela ova pomama na zapadu, nije isključeno da će svi ovi čovečuljci na slikama biti zapravo žene.

 

[1] Nasine procene su da bi za misiju s podadom bilo potrebno od 3 pa čak do 7 lansiranja rakete SLS za slanje ljudi na Fobos, i još 2-3 lansiranja za slanje neophodne opreme za boravak ljudi na površini. To je ukupno od 500 do 900 tona tereta na LEO orbiti.

[2] Pre puno godina, kada sam bio mnogo mlađi i naivniji, uz veliku Sašinu pomoć sam napisao vrlo poučan feljton o putovanju ljudi na Mars, odn. zašto je to skoro pa nemoguće. Slagao se ili ne s pričom, ipak svakom bih preporučio da priču pročita u makar vidi deo lepeze poteškoća koju jedan takav projekat nosi.

[3] To je vreme potrebno telu unutar Sunčevog sistema, poput planeta, Meseca ili veštačkog Zemljinog satelita, da se vrati u isti ili približno isti položaj u odnosu na Sunce kako ga vidi promatrač sa Zemlje.
  Sinodički period planeta je vreme potrebno da je Zemlja pretekne dok obilaze oko Sunca – ili, u slučaju brzog kretanja Merkura ili Venere, da planeta o kojoj je reč pretekne Zemlju.

[4] Tada kažemo da je 'otvoren prozor' za lansiranje ('Launch Window'). Kada je proletos trebalo lansirati 'Perseverance', prozor je bio otvoren od 30. 7. do 15. 8.

[5] Recimo, rover 'Perseverance' je u jednom pravcu putovao 203 dana.

[6] Fobos: 0,0057 m/s2 (581,4 µ g); Dejmos još manje: 0,003 m/s2 (306 µ g).

 


Fobos – činjenice o zagonetnom Marosovom satelitu

Činjenice o Dejmosu


Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:


Dodaj komentar


Sigurnosni kod
Osveži