MEĐUPLANETARNA PUTOVANJA

 

Jedan  od  razloga  zašto  još  nismo  posjetili  neki  od  susjednih  planeta  je  vjerojatno  i  neobavještenost  svjetskih  investitora  koji  misle  da  za  takva  putovanja  treba barem  dvije  godine.  Ovaj  članak  ukazuje  na  neke  mogućnosti  kraćeg  putovanja, što  bi  na  kraju  moglo  dovesti  i  do  bržeg  pokretanja  nekog  programa  putovanja  do npr.  Marsa  ili  Venere.

          Do  sada  smo  do  drugih  planeta  upućivali  samo  letjelice  bez  posade  i  pri  tome samo  vrijeme  putovanja  nije  bilo  od  velike  važnosti  jer  ugrađena  oprema na  čekanju"  troši  malo  energije  i  omogućuje  nam  slanje  sondi  na  put s minimalnom  potrebnom  brzinom  za  dolazak  do  cilja,  što  naravno  znači  i  dulje  putovanje.  Taj  način je  omogućavao  najjeftinija  putovanja do  drugih  planeta.  Međutim,  putovanja  s ljudskom  posadom  kojoj  treba  osigurati  dovoljne  zalihe  hrane,  vode  i  kisika  za   putovanje  zahtjeva  drugi  pristup  problemu.  Npr.  od  Zagreba  do Županje se  može  putovati  i  splavom  niz  Savu  uz  pomoć  sile  gravitacije  radi  koje  ona  teče nizvodno,  ali  bi  s  obzirom  na  malu  brzinu  putovanja  više  potrošili  na  hranu tijekom  tog  putovanja  nego  što  nas  staje  autobusna  karta.  Veća  početna  brzina  putovanja  osim  kraćeg  putovanja  do  cilja  omogućuje  nam  i  manje  čekanje za  povratak,  s  obzirom  da  i  pri  povratku  planeti  moraju  biti  u  povoljnom  međusobnom  položaju.  Ako  se  npr.  putuje  do  Marsa  najmanjom  potrebnom početnom  brzinom  od  oko  11,56 km/s  u  trenutku  kada  je  Mars  41 stupanj  ispred Zemlje,  na  cilj  se  stigne  nakon  šest  i  pol  mjeseci  u  trenutku  kada  je  Mars  iza Zemlje  za  oko  47  stupnjeva.  Pri  tome  se  u  orbitu  Marsa  ulazi  brzinom  od  oko 6200 m/s,  te  se  mora  smanjiti  brzina  na  3400 m/s  za  ostanak  u  orbiti  ili  na  približno  200 m/s  za  spuštanje  na  površinu  planeta.  Nakon  toga  potrebno  je  čekati oko 17  i  pol   mjeseci  kako  bi  Zemlja  postigla  kut  od  oko  71  stupanj  iza  Marsa, tj.  položaj  koji  opet  omogućuje   povratno  putovanje  najmanjom  početnom  brzinom od  5,6 km/s,  u  trajanju  od  oko osam  mjeseci.  U  orbitu  Zemlje  se  ulazi  s  brzinom 11,5 km/s,  tj.  i  pri  povratku  najmanjom  brzinom  potrebno  je  kočiti   za  ostanak  u orbiti.  Ukratko,  povratno  putovanje  do  Marsa  i  nazad  uz  najmanji  utrošak  goriva traje  oko  dvije  godine  i  osam  mjeseci,  što  je  dovoljan  razlog  što  do  sada  nitko nije  ozbiljno  razmišljao  o  slanju  ljudi  na  druge  planete.  Osim  toga,  s  obzirom  da je  periodičnost  istog  međusobnog  položaja  Zemlje  i  Marsa  oko  dvije  godine  i  dva mjeseca,  isti  brod  bi  se  za  ponovno  putovanje  mogao  koristiti  tek  pri  svakom  drugom  ciklusu.

Danjašnji  stupanj  razvoja  raketnih  goriva,  motora,  pomoćne  tehnologije i  iskustva  višemjesečnog  boravka  ljudi  u  svemiru  nam  već  omogućuje  posjet  na  barem dva  najbliža  planeta,  tj.  Mars  i  Veneru.  Za  početak  je  trebalo  izračunati  sve  bitne parametre  putanja  planeta  i  svemirskog  broda  uz  različite  početne  uvjete. Prvi bitan uvjet  je  početna  brzina  broda  kojom  on  napušta  orbitu  planeta,  a  koja  naravno mora  biti  veća  od  tzv.  druge  kosmičke  brzine  kako  bi  se  uopće  moglo  udaljiti od polaznog  planeta.  Ubrzanje  od  tzv.  prve  kosmičke  brzine  kojom  se  brod  giba  po orbiti  do  početne  brzine  za  brže  putovanje  može  trajati  i  duže  vremena  ako se koriste  potisni  motori  manje  snage,  što  samo  malo  mjenja  putanju  i  trajanje  putovanja.  Drugi  uvjet  je  polazni  smjer  broda,  tj.  kut  pod  kojim  se  polazi  u odnosu  na položaj  planeta  i  Sunca,  kao  i  smjer  polaska  iz  ordite.  Za  planet  Zemlju  je  uobičajeni  smjer  gibanja  po  orbiti  suprotno  od  smjera  gibanja  kazaljke  na  satu  promatrano  s  "gornje  strane"  Sunčevog  sistema,  jer  se  lansiranjem  "prema  istoku"  koristi i  obodna  brzina  površine  Zemlje  koja  je  rezultat  vrtnje  planeta  oko  svoje  osi.  Na drugim  planetima  je  taj  doprinos  manji,  pa  se  može  koristiti  i  suprotan smjer dolaska  i  polaska  s  orbite  ako  to  daje  povoljnije  uvjete  za  jeftinije  i  brže  putovanje. Smjer  povratka  iz  orbite  drugog  planeta  naravno  određuje  i  smjer  ulaska  u  orbitu pri  dolasku,  tj.  da  li  će  se  u  orbitu  ulaziti  s  "prednje"  ili  "zadnje"  strane  planeta. Naime,  za  kraće  boravke  na  nekom  planetu  ne  isplati  se,  a  značilo  bi  i  povećani rizik  uspješnosti  misije  ako  bi  pri  dolasku  spuštali  na  površinu,  a  pri  odlasku dizali  u  orbitu  dio  broda,  zalihe  životnih  potreba  posade  i  goriva  za  povratak.

     Putovanje  većom  brzinom  zahtjeva  veće  zalihe  goriva,  ali  osim  što  skraćuju izloženost  posade  štetnom  kosmičkom  zračenju,  omogućuju  i  kakvu-takvu  fizičku zaštitu  od  tog  zračenja,  ukoliko  su  spremišta  optimalno  raspoređena.  Druga  prednost  takvog  putovanja  je  mogućnost  preusmjeravanja  i  povratka  na  Zemlju  ukoliko  se  tijekom  odlaska  dogodi  nešto  što  bi  onemogućilo  uspješno  obavljanje  misije. Apollo  13  je  baš  radi  slabe  manevarske  mogućnosti  zbog  putovanja  najmanjom  potrebnom  brzinom  nakon  eksplozije  spremnika  morao  obići  Mjesec  za  uspješan  povratak,  što  je  skoro  bilo  katastrofalno  za  posadu.

      Za  ovaj  članak  su  obavljeni  približni  proračuni,  tj.  putanje  planeta  su  pretstavljene  kružnicama  i  nije  uzet  u  obzir  utjecaj  Mjeseca,  što  naravno  pri  realizaciji projekta  treba  uzeti  u  obzir  jer  utjecaj  Mjeseca  može  znatno  utjecati  na  parametre  putovanja,  ovisno  o  njegovom  položaju  pri  polasku  i  povratku  na  što  mi  ne možemo  utjecati.  Nije  uzet  u  obzir  i  eventualni  kut  između  ravni  vrtnje  Zemlje  i ravni  ciljanog  planeta  oko  Sunca.  Pri  odlasku  na  Mars  treba  uzeti  u  obzir  i  položaje  njegova  dva  mjeseca,  ne  zato  što  imaju  neki  veliki  utjecaj  radi  malih  masa, već  zato  što  bi  sudar  s  njima  značio  neslavni  kraj  misije.  Proračuni  se  odnose  na orbite  koje  su  oko  200  km  iznad  površine  planeta.  Na  osnovu  dobivenih  tablica za razne početne brzine iz orbite Zemlje i ciljanog planeta moguće je odabrati scenarij za mnogo kraća povratna putovanja, koji  naravno ne  znači  i  najbolji  mogući  jer  nisu  provedene  analize  optimalnog  rasporeda  potrošnje  goriva  na  raznim  etapama  putovanja  koje  se  može  podjeliti  na  četiri  etape:

1. ubrzanje  za  izlazak  iz  orbite  Zemlje

2. kočenje  za  ulazak  u  orbitu  Marsa

3. ubrzanje za  povratak  i 

4. kočenje  za  ulazak  u  orbitu  Zemlje.

Možda  će  detaljniji  proračuni pokazati  da  je  najbolje  rješenje  ako  se  najveći  dio  goriva  i  ostalih  zaliha  potrebnih  za  povratak  pošalju  ranije  tzv. "sporohodnom",  ekonomičnijom  putanjom  i  u orbiti  cilja  čekaju  brod.  To  će  najvjerojatnije  biti  neko  kruto  gorivo  koje  sa svojim  rezervoarom  i  motorom  čini  cjelinu  kakva  se  već  danas  koristi  u  svemirskom  programu  SAD-a,  a  ne  zahtjeva  složeno  održavanje. 

 

                             DO  MARSA I  NAZAD  ZA 152 DANA

 

Slika daje  pogled  s  gornje  strane  sistema  za  put  do  Marsa  i  prikazuje  putanje  Zemlje,  Marsa  i  broda.  Planeti  se  gibaju  suprotno  smjeru  kazaljki  na  satu,  i prikazani  su  većim obojanim   kružnicama, a putanja  broda  je  prikazana  crnim točkama. S (1.dan) su označeni položaji planeta u trenutku polaska, a (zadnji) znači položaje planeta pri dolasku na cilj, a to su približno i položaji za početak povratka broda. Polazi  se  u trenutku  kada  je  Mars  "ispred"  Zemlje  za  40 stupnjeva  i  34  minute  brzinom  koja je  za  70 posto  veća  od  druge  kosmičke,  tj.  18,7 km/s,  pod  kutem  od  90  stup. Putovanje do  Marsa  traje  68  dana  i  za  ulazak  u  orbitu  treba  smanjiti  brzinu  sa 23 km/s  na  oko  3,4 km/s.  To  kočenje  je  potrebno  i  ako  idemo  najmanjom  potrebnom  brzinom,  samo  što  trebamo  utrošiti  više  goriva.  U  orbitu  se  po  ovom scenariju  ulazi  sa  prednje  strane  planeta  radi  povoljnog  smjera  pri  povratku.  U trenutku  dolaska  do  cilja  Mars  se  nalazi  ispred  Zemlje  za  oko  devet  stupnjeva  jer su  različite  obodne  i  kutne  brzine  gibanja  tih  planeta  oko  Sunca,  tj.  dnevna  promjena  kuta  je  oko  pola  stupnja.  Boravak  i  istraživanja  na  Marsu  traju  četiri  dana jer  će  nakon  toga  planeti  biti  u  povoljnom  položaju  za  povratak,  tj.  kut  od  sedam stupnjeva.  Polazi  se  brzinom  od  15,7 km/s  iz  orbite  Marsa  i  putovanje  traje  oko 81  dan.  Zemlji  se  prilazi  relativnom  brzinom  od  14 km/s  i  koči  se  ovisno  da  li  brod  ostaje  u  orbiti  za  neko  drugo  putovanje  ili  za ulazak  u  atmosferu.  S  obzirom  da  sljedeće  putovanje  do  Marsa  može  početi  tek nakon  godinu  dana  i  sedam  mjeseci,  isti  brod  nakon  potrebnog  pregleda  i  obnove zaliha  može  poslužiti  za  posjet  i  Veneri.

 

                                 DO  VENERE  I  NAZAD  ZA  98  DANA

 

Boravak  ljudi  na  Veneri  je  prema  mjerenjima  uvjeta  na  površini  tog  planeta teško  zamislivo,  ali  je  ovdje  razrađen  i  scenarij  posjeta  Veneri  u  trajanju  od  98 dana.  Ovo  putovanje  pod  sličnim  uvjetima  je  kraće  radi  jačeg  utjecaja  gravitacionog  polja  Sunca  i  manje  međusobne  udaljenosti  putanja  Zemlje  i  Venere  u  odnosu  na  putanje  Zemlje  i  Marsa.

      Slika prikazuje  putanje  Zemlje,  Venere  i  broda  pri  polasku  brzinom  od  16,5 km/s  dok  je  Zemlja  ispred  Venere  za  41  stupanj,  a  stiže  se  do  cilja  nakon  47  dana  brzinom  od  25 km/s.  U  orbitu  se  ulazi  "iza"  planeta  radi  povoljnog  povratnog smjera.  Boravak  u  orbiti  ili  na  površini  traje  oko  šest  dana  i  kreće  se  nazad  brzinom  koja  je  za  50  posto  veća  od  druge  kosmičke  brzine  Venere.  Povratak  traje 44  dana,  a  Zemlji  se  prilazi  brzinom  od  15 km/s.  Naravno,  sve  navedene  brzine  su relativne,  tj. odnose  se  na  navedeni  planet a  ne  na  apsolutnu  brzinu  u  Sunčevom  sistemu.   Periodičnost  međusobnih  položaja  Zemlje  i  Venere  je  godinu  dana  i  sedam mjeseci  (584  dana).

      Moguće  ćemo  u  budućnosti  dopremati  i  razne  sirovine  s  obližnjih planeta nakon što  iscrpimo  sva  veća  nalazišta  na  Zemlji  pa  će  biti  jeftinije  dopremati  ih  nego koristiti  nalazišta  s  malim  postotkom  sirovine  što  povećava  i  onećiščenost  planeta tijekom  obogaćivanja  rude.  Ovakve  analize  putanja  će  tada  biti  jako  korisna,  s  obzirom  da  će  barem  u  početku  opreme  za  iskapanje  i  utovar  na  brodove  kao  i broj  transportnih  brodova  biti  ograničenog  kapaciteta  i  trebat  će  postupak  dopremanja  što  bolje  rasporediti  tijekom  cijele  godine.

      Nadam  se  kako  ćemo  uskoro  gledati  televizijske  snimke  posjeta  ljudi  nekom od  susjednih  planeta,  naročito  ako  se  uzme  u  obzir  nekoliko  neuspjelih  misija  s automatskim  letjelicama  koje  su  možda  zakazale  radi  banalnih  razloga,  a  nije  bilo posade  koja  bi  to  lako  otklonila. 

 

Branko Vasiljev




   Brojilo postavljeno: 20. 3.2004.