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.
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.
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