SG.hu·

Olcsóbb alternatíva a Mars megközelítésére 

Olcsóbb alternatíva a Mars megközelítésére 
Egy matematikus javaslata szerint jóval kevesebb üzemanyaggal is elérhetnénk szomszédunkat.

A Mars az utóbbi időben (mint az emberiség soron következő célpontja az űrkutatásban, illetve az égi szomszédokra indított küldetések terén) kiemelt szerepet kap a szaksajtóban. Szó esett itt már ember nélküli, illetve űrhajósok részvételével tervezett expedíciókról, bár a konkrét lépésekre csak az évtized végén, illetve a 2020-as években kerül majd sor. Most egy nem igazán új alternatíva kínál olcsóbb megoldást a problémára.

A matematikusként dolgozó Edward Belbruno nemrég közzétett dokumentumában a Föld és a Mars közötti utazások költségeinek lefaragásáról, az ezek során elhasznált üzemanyag mennyiségének jelentős csökkentéséről olvashatunk. Ezt egy viszonylag egyszerű lépéssel érné el a szakember, az eddig gyakran használt Hohmann transzfer pálya helyett ugyanis a Hold esetében már többször bevált ballisztikus befogás (ballistic capture) módszerével oldaná meg a szomszédhoz történő utazást, ami ugyan jóval több időt venne igénybe, ám lecsökkentené az eszközök által hordozott üzemanyag mennyiségét és ezzel olcsóbb küldetéseket tenne lehetővé.


A megoldás lényege a szomszédos égitestek megközelítésének módszerében rejlik. A Hohman transzfer pálya esetében az erre kijelölt eszközt egy szűkebb orbitális pályán gyorsítják fel, majd ez elliptikus szakasz révén egy tágabb pályára állítják, amelyen végül a felé közeledő égitesthez érve le kell fékeznie, hogy a kiszemelt égitest körül keringjen tovább. A fékezési manőver jelentős mennyiségű üzemanyagot igényel, ezt már a fellövéskor biztosítani kell, ami természetesen növeli az eszköz súlyát és a költségeket. A ballisztikus befogás alkalmazása révén viszont ugyanezen eszközt korábban útnak indítanák, a megfelelő pályára állítanák, mégpedig az égitesthez képest némileg alacsonyabb sebességen, lehetővé téve, hogy az (jelen esetben a Mars) utolérje az űrben száguldó eszközt és orbitális pályára „szippantsa”, állítsa azt.

Az előzetes számítások szerint a második módszerhez 25 százalékkal kevesebb üzemanyag is elegendő lenne, ezzel komoly pénzeket takaríthatnának meg mindazon projektek, amelyek a Mars elérését tűzték ki célul. Az anyagot az elkövetkező hónapokban a területtel foglalkozó kollégák véleményezik majd, itt pedig több problémára, így például a többi bolygó gravitációs hatásának kérdésére is megnyugtató választ kell adni. A Hold esetében ez a kilencvenes évek elején már sikerült, akkor éppen Belbruno segítségével tudták pályán tartani és kísérőnkre letenni a japán Hiten holdszondát, az eljárást pedig azóta több alkalommal is sikerrel alkalmazták.

Kapcsolódó cikkek és linkek

Hozzászólások

Jelentkezz be a hozzászóláshoz.

© Vol Jin2015. 01. 05.. 19:43||#34
Ez a szellemi leépülés első jele.
+2
© fszrtkvltzttni2014. 12. 31.. 01:42||#33
Attól, hogy választasz egy koordináta-rendszer, akár nem inerciarendszert, attól még a valóságot írod le.
Laikusként gondolkodva a következőképpen lehet megmagyarázni:
Lagrange pontba helyezett tárgy ugyanolyan szögsebességgel kering a Nap körül mint a Föld. Az azonos szögsebességhez viszont a különböző (középponttól mért) távolságokhoz különböző érintő irányú kerületi sebesség tartozik. Az L2 sebessége nagyobb mint a Földé. Ha radiális irányba kitéríted az objektumot, azzal megváltozik a középponttól mért távolság, ezzel együtt az a kerületi sebesség is ami ahhoz kellene, hogy továbbra is a Földdel azonos szögsebességgel haladjon. A kerületi sebesség viszont változatlan, így az objektum szögsebessége a Föld szögsebességétől el fog térni.
Az L2 távolabb van a Naptól mint a Föld. Ha elkezded közelíteni a Földhöz, akkor a változatlan kerületi sebessége miatt nagyobb szögsebessége lesz mint a Földnek, és az eredetileg 0°-os Föld-Nap-objektum szög elkezd nőni. Ez az ami távol tudja tartani a Földtől. (És ez az ami Coriolis erőként jelenik meg forgó koordináta-rendszerből vizsgálod.)
És itt válik ketté a dolog, ugyanis ha az L2-ből a Föld felé mozdított objektumra ható erő jelentősen megnő, akkor az történik amit írsz. A Földnek kellően könnyűnek kell lennie, illetve a kimozdításnak is megfelelően kicsinek kell lennie, szerencsére mindkettő igaz.
Nincs erő ami a Földtől távolítaná. L2-nek a földhöz viszonyítva nem 0 a sebessége, csak a rendszer dinamikája olyan, hogy a sebességüket úgy változtatja, hogy az L2-Föld távolság állandó, és (inerciarendszerből nézve) a Föld körül kering.
És még valami. Ha L2-ből az objektumot a Föld felé kitéríted, akkor ezt a radiális kitérítést korrigálni fogja, viszont a továbbiakban meg fog jelenni egy érintő irányú tag is, hiszen a Föld-Nap-objektum szög már nem 0°. A vége pedig egy periodikus halo pálya lesz.
© fszrtkvltzttni2014. 12. 30.. 22:03||#32
Ha a Föld pályáján lelassítasz 29 km/s-re, akkor egy ellipszis pályára kerülsz, ami Naptávolban érinti a Föld pályáját, Napközelben meg ~15%-kal bentebb halad el. Ha más égitest gravitációja nem szólna bele, akkor a világ végezetéig ezen a pályán keringenél, és soha nem esnél bele a Napba.
© DontKillMe2014. 12. 30.. 17:40||#31
Egyre nehezebben hiszem el, hogy mi valaha is jártunk a holdon és onnan haza is jöttünk..
© Vol Jin2014. 12. 30.. 15:35||#30
"Ez nem igaz, mivel elég, ha 29 km/s-ra lassít valami a Föld pályájánál, és már bele is esik előbb-utóbb a Napba!!!

Ööööö, nem. Egy másik pályára áll és kész.
© Csaba1612014. 12. 30.. 10:40||#29
Nem beszélve arról, hogy itt csak úgy kell kilőni a műholdat, hogy amikor beéri a Mars, akkor a sebessége kb. annyi legyen és olyan irányú, hogy a Mars körüli pálya paramétereivel egyezzenek meg ezek, így minimális korrekcióval állhat pályára Mars körül. Ez persze indításkor lehet, hogy több üzemanyagot igényel, mint a Hohmann pálya, de nem kell rengeteg üzemanyagot magával vinnie a marsi fékezésre és így ezt nem is kell kezdetben felgyorsítani se, emiatt lesz megtakarítható egy csomó üzemanyag
© Tetsuo2014. 12. 30.. 10:36||#28
"Hasonló, de jóval nagyobb probléma a Föld-Hold rendszer L4-L5 pontjainál a Nap zavaró hatása, mely ezeket az egyébként stabil Lagrange pontokat instabillá teszi, így itt is csak a Lagrange pont körüli halo pályákon lehet megtartani a dolgokat."
-De az azért nyilvánvaló még számomra is. Í:-)

"...Milyen koordináta rendszerben teszed föl a kérdést. Inerciarendszerben..."
-Nem modellekről, hanem a (komplex) valóságról érdeklődtem, vagyis nem értem bármely bolygórendszer esetén az L2 létezését (a gyakorlatban). A Lagrange-pontok leírásait olvasva nem látom magyarázatát az említett pont radiális stabilitásának.
Laikusként, logikusan gondolkodva - minden rendszerben - az L2-ből a közeli objektumba (bolygóba) kellene zuhannia a 3. testnek vagy a közeli bolygó körül egy keringési pályára kellene állnia, de - ezek szerint - nem ez történik.
A többi Lagrange-pont teljesen érthető és egyértelmű.

"Ettől még a Föld pályájáról a Napba zuhanás nagyobb sebesség változtatás igényel, mint a Naprendszer elhagyása."
-Ok, de megint csak a gyakorlatban, így végül kisebb saját energiát kell befektetni abba hogy belezuhanjunk a Földről a Napba, mint elhagyjuk annak "vonzáskörzetét", nem?
Ráadásul előbb-utóbb minden a tömegközéppont felé tart, aminek a keringése lelassul (a tömegközéppont körül), nem? (Ahogy Csaba írta.)
Utoljára szerkesztette: Tetsuo, 2014.12.30. 10:39:26
© Csaba1612014. 12. 30.. 10:23||#27
Ez nem igaz, mivel elég, ha 29 km/s-ra lassít valami a Föld pályájánál, és már bele is esik előbb-utóbb a Napba!!!
Ugyan így, hogy valami Föld-körüli pályára álljon Földközelben, 7 km/s-mal kell száguldania, és ha ennél kevesebbel megy - pl. 6,9 km/s-mal -, előbb utóbb becsapódik a Földbe!!!
Utoljára szerkesztette: Csaba161, 2014.12.30. 10:24:16
© fszrtkvltzttni2014. 12. 30.. 00:33||#26
"tehetetlensége ereje" == "tehetetlenségi ereje", és hasonlók, mer késő van
© fszrtkvltzttni2014. 12. 30.. 00:20||#25
"Ja, hogy úgy, de a Vénuszt simán fel lehetne használni a Nap felé gyorsulni (meg a Holdat is), nem? " De, ahogy tetszőleges irányokba is lehet gyorsítani ilyen módszerekkel. Ettől még a Föld pályájáról a Napba zuhanás nagyobb sebesség változtatás igényel, mint a Naprendszer elhagyása.
"A Föld-Nap rendszer L2 pontjából, ha a Föld felé haladunk, akkor miért ütközünk ellenállásba? Milyen erő hat a Föld gravitációs ereje ellen, amikor nem is vagyunk keringési pályán? (Ráadásul abba a Hold nem szól bele?)" Ahogy ennek sincs semmi köze ahhoz, hogy a Napba nagyon nem egyszerű belezuhanni.

Utóbbi kérdésekre válaszolva, nem igazán világos, hogy milyen koordináta rendszerben teszed föl a kérdést. Inerciarendszerben semmi nem hat a Föld gravitációs ereje ellen L2 pontban, Napközéppontú Földdel együtt forgó koordináta rendszerben pedig az L2 pályájáról nem lehet beszélni, mivel az egy helyben áll...
A Lagrange pontokat utóbbi (Napközéppontú Földdel együtt forgó) koordináta rendszerben szokták tárgyalni. Itt a Nap és a Föld gravitációs erejéhez a gyorsuló (forgó) koordináta rendszer tehetetlensége ereje jön. Ahol az eredő 0, ott vannak a Lagrange pontok. (Ugyanez potenciálokkal: a gravitációs és a centrifugális potenciál összegének a szélsőértékei a Lagrange pontok. Ezt a potenciált szokták ábrázolni.)
A Lagrange pontok stabilitását szintén a gyorsuló koordináta rendszerben szokták vizsgálni. Itt az előbb említett erők mellé még bejön a Coriolis erő is. Radiális irányba minden Lagrange pont stabil, a Coriolis erő az ami visszatérít az eredeti pozícióba. Érintőirányba viszont csak az L4 és az L5 stabil, (és ezek is csak akkor, ha a két test tömegaránya megfelelően nagy). Nem stabil Lagrange pontokból kitérítés után a Coriolis erő (kvázi) periodikus pályára állít a Lagrange pont körül. Ismétlődő kis kitérítések (perturbációk) eredményeképpen pedig kaotikus mozgást végez a Lagrange pont körül (ez a halo pálya), illetve idővel el is hagyhatja azt. (Akit zavar a Coriolis erő, mert az nem is valódi, sorry, inerciarendszerben ez még nehezebben tárgyalható.)
A Hold bele szól-e? Igen! Mennyire? Amikor Nap Föld rendszerről beszélnek, akkor az mindig Nap (Föld+Hold) rendszer. A Lagrange pontokban tehát már benne van a Hold gravitációs hatásának egy része. A többi perturbáció. L1-L2 pontok, melyeknél ez hibát okoz, egyébként se stabilak. A gyakorlatban nem ezeket, hanem a körülöttük kialakuló kaotikus halo pályákat használják, és időnként korrigálják a pozíciójukat, hogy ne távolodjanak el nagyon a Lagrange ponttól.
Hasonló, de jóval nagyobb probléma a Föld-Hold rendszer L4-L5 pontjainál a Nap zavaró hatása, mely ezeket az egyébként stabil Lagrange pontokat instabillá teszi, így itt is csak a Lagrange pont körüli halo pályákon lehet megtartani a dolgokat.
Utoljára szerkesztette: fszrtkvltzttni, 2014.12.30. 00:24:42