Początki penetracji
Początki penetracji
T.S. T.S.
264
BLOG

Mars (7) - wyprawa załogowa II

T.S. T.S. Nauka Obserwuj temat Obserwuj notkę 4

WIZJA ASTRONOMII  PLASTYCZNEJ

WYPRAWA ZAŁOGOWA II


7.1. INNE KONCEPCJE WYPRAWY ZAŁOGOWEJ


W poprzedniej notce analizowana była głównie koncepcja Mars-Direct lotu na Czerwoną Planetę. Nie jest jednak to jedyny współczesny taki projekt.

          Inną koncepcją załogowej wyprawy na Marsa jest pierwotny plan zwany SEI (Space Exploration Initiative - inicjatywa eksploracji kosmicznej), kojarzony z tzw. raportem 90-dniowym, wykonany przez niektórych ekspertów NASA na zlecenie rządu Stanów Zjednoczonych. Projekt ten zawiera uprzednie zbudowanie kompleksu infrastruktury orbitalnej (montownie, w których składano by statki, magazyny paliwa, rozbudowane pomieszczenia mieszkalne dla licznego personelu technicznego itp.) oraz bazy księżycowej, do której przetransportowano by ogół sprzętu. Powstałyby 1000-tonowe statki międzyplanetarne. W kilkumiesięcznej ekspedycji na Marsa od statku głównego odłączałby się mały pojazd, który na kilka tygodni przeniósłby astronautów na Marsa. Koszt całości to ok. 450 mld dolarów.

          Modyfikacją projektu Mars-Direct jest wysunięty przez NASA w odpowiedzi na powyższą koncepcję tzw. projekt Mars-Semi Direct (niemal bezpośrednio na Marsa) - Wersja Wzorcowa. Zakłada ona rejs na Marsa statku startowego, który wytwarzałby paliwo na Marsie (jednak nie tyle co w Mars-Direct) oraz rejs na orbitę okołomarsjańską rezerwowego statku powrotnego i na Marsa pojazdu z załogą i modułem mieszkalnym. Wersja Wzorcowa ma kilka odmian. Np. w tej z 1997-1998 r. zakłada się montaż dwóch statków - powrotnego i lądującego (z ładunkiem użytecznym i stopniem napędowym na paliwo jądrowe) na orbicie wokołoziemskej. Później z Ziemi wyruszyłyby 3 statki – lądujący na Marsie startowy, powrotny (oba rezerwowe) i lądujący z załogą statek mieszkalny. Po pobycie na Marsie astronauci polecieliby na jego orbitę statkiem startowym i przeszli do statku powrotnego. Innym wariantem Misji Wzorcowej jest wykorzystanie napędu jonowego lub stacji przesiadkowej na Fobosie (lądowanie habitatu). Pierwszy załogowy lot przewidywano tu na 2007 r., potem 2011, by przesunąć go na 2020 r.

          Kolejną koncepcją wyprawy załogowej na Marsa jest projekt S. Freda Singera wykorzystania bazy na Fobosie. Tutaj sprawdzanoby mikrobiologicznie próbki marsjańskiego gruntu. O księżycach Marsa i wykorzystaniu ich piszę obszerniej w rozdziale o Fobosie i Deimosie.

          Innym projektem, m. in. Edwina Aldrina, jest wykorzystanie poruszającego się stale po orbicie marsjańskiej między Marsem a Ziemią statku-zamku (autobusu), do którego dołączaliby “w biegu” astronauci i wysiadaliby z niego w pobliżu Marsa. Taki statek wyposażony byłby w rozbudowany system podtrzymywania życia, węzły cumownicze, własne silniki korekcyjne itp. Załoga zmieniałaby się co 2-3 lata. Statek ten mógłby przenieść na Marsa nawet kilkadziesiąt osób. Podróż łącznikowa “taksówką” trwałaby kilka tygodni.

Wyprawa z Ziemi na Marsa wymaga pokonania długiego dystansu przelotowego. Zwykle jest to trasa lotu po stycznej do orbit obu planet trajektorii Hohmanna - rozważane są tu warianty - w zależności od wzajemnego bliskiego lub dalekiego w chwili startu umiejscowienia obu planet - opozycyjny i koniunkcyjny - z różnych względów ten drugi wydaje się korzystniejszy.

Tak czy inaczej długi czas podróży i warunki przestrzeni międzyplanetarnej przysparzają wiele problemów. Jest to na przykład nieważkość. Doświadczenia przebywania w kosmosie astronautów, zwłaszcza na stacjach orbitalnych (np. Skylab, Mir) pokazały, że działając przez długi czas wywołuje ona niekorzystne zmiany w organizmie, np. odwapnienie kości, zaburzenia pracy narządów, dyskomfort psychofizyczny itd. Można to jednak zrekompensować przez różne ćwiczenia fizyczne. Siła ciążenia u celu drogi - na Marsie również będzie mniejsza.

Innym zagrożeniem w przestrzeni pozaziemskiej jest promieniowanie kosmiczne i niebezpieczne, zwykle związane z cyklem aktywności słonecznej, rozbłyski słoneczne. I tu jednak istnieją środki zaradcze (specjalne osłony z materiału nasyconego wodorem typu woda czy polietylen - powyższy problem wystąpi już na Marsie, tu rozwiązaniem jego byłyby powyższe izolacyjne warstwy lub przykrycie modułów użytkowych warstwą ziemi.).

Pewną przeszkodą jest też ogólny dyskomfort psychiczny związany z podróżą, jednak jemu może przeciwdziałać wyposażenie statku np. w bibliotekę, wideotekę, kompaktotekę, system komputerowy oraz łączności z Ziemią itd.

Jednak problem sytuacji podróży międzyplanetarnej jako taki istnieje. Jedynie odpowiednie silniki rakietowe mogą zapewnić sprawną komunikację między Ziemią a Marsem, a więc i owocną jego eksplorację.


                      7.2. SYSTEMY NAPĘDOWE


Istnieją tu różne możliwości. Będą to napędy: chemiczny, jądrowy, jonowy, magnetohydrodynamiczny, Halla, indukcyjny, VASIMIR, żaglowce słoneczne i magnetyczne oraz w dalszej perspektywie - termojądrowy.

          Najbardziej sprawdzony jest silnik na paliwo chemiczne, np. wodór i tlen. Związana ze sprawnością rakiety prędkość wylotu spalin (Pws) wynosi tu 4,5 km/s, zaś ekonomia - udział paliwa w masie rakiety (Up) - 55%.

          W termicznym silniku jądrowym ciekły wodór przepływa przez reaktor jądrowy. Pws = 9 km/s, Up = 32%.System ten był testowany w latach 60. (projekt NERVA) - przeszedł pierwsze udane próby i wykazał, że daje rezultaty. Istnieją bliskie możliwości skonstruowania stosunkowo małym kosztem obecnie podobnych statków.

          Napęd jonowy (głównie w misjach bezzałogowych, np. Deep Space 1) zaproponowany został w latach 50. Zasada jego działania opiera się na przepływie par gazu, np. cezu lub argonu, które są jonizowane w specjalnej komorze. Pws = 30 km/s, Up=22%.

          W silniku magnetohydrodynamicznym naładowane cząstki przyspieszane są w polu magnetycznym, napięcie zaś między elektrodami jonizuje gaz. Pws = 20 - 100 km/s, Up = 6,7 - 31%.

          Silnik Halla również oparty jest na działaniu pola magnetycznego. Pws = 15 km/s, Up = 38%.

Silnik indukcyjny - podobnie jak wyżej, lecz bez elektrod. Pws = 50 km/s, Up = 14%.

          Ostatnie lata otworzyły nową perspektywę w postaci tzw. silnika VASIMIR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket - silnik plazmowy o zmiennym impulsie właściwym). Pracuje on w oparciu o wysokotemperaturową plazmę (dwa tryby, “biegi” pracy - na start z orbity i przelot na Marsa). Pełnym rozwinięciem i kontynuacją tej koncepcji jest napęd termojądrowy. Próby z tym silnikiem już się odbywają (moc kilku kW a wymagane jest ok. 10 MW) i za kilka lat napęd ten wykorzystany zostanie do wysłania na Marsa sondy automatycznej, by później osiągnąć cel w postaci rakiety załogowej. Pws = 10 km/s (niski bieg) i 300 km/s (wysoki bieg) i odpowiednio Up = 46% i 2,4%. Czas podróży na Marsa - 115 dni.

          Żagiel słoneczny oparty jest na działaniu promieni słonecznych, płaszczyzna żagla powinna wynieść kilka km2; w eksperymentach rosyjskich stosowano tę technologię z żaglem kilkuset m2.

          Ostatnim, jednak mogącym zostać skonstruowanym w dalszej przyszłości - rzędu kilkudziesięciu lat lub więcej, jest silnik termojądrowy - oparty o kontrolowaną reakcję termojądrową.

          Mimo eksperymentalnego charakteru wielu z powyższych technologii, niektóre z nich już istnieją (napęd chemiczny, jonowy i jądrowy), inne ą kwestią najbliższych lat. I choćby w oparciu o to możliwe i uzasadnione jest tworzenie dziś wizji budowy bazy i osiedli na Marsie.


Powyższy rysunek autora przedstawia przyszłą eksplorację Marsa.

Początki penetracji


          Materiały źródłowe:


A.Kotarski, „Paliwo z Marsa”, „Astronautyka”, 2000, nr 1.

A.Kotarski, „Koncepcje wypraw załogowych na Marsa”, „Astronautyka”, 2000, nr 3.

G. Musser, N. Alpert, „Jak dotrzeć na Marsa”, „Świat Nauki”, 2000, nr 6.

J. Oberg, B. Aldrin, „Międzyplanetarny autobus”, „Świat Nauki”, 2000, nr 6.



Tagi: mars wyprawa załogowa


 


 


 


T.S.
O mnie T.S.

Zainteresowania: astronomia plastyczna

Nowości od blogera

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie