Geekly articles weekly

اسأل إيثان رقم 55: هل يمكن لأعضاء البعثة على كوكب المريخ إلغاء رحلة؟

إذا حدث شيء فظيع ، فهل من الممكن العودة إلى الأرض؟


أحيانًا أجد نفسي أنظر إلى القمر وأتذكر كيف تغير الحظ في رحلتنا الطويلة ، أفكر في آلاف الأشخاص الذين عملوا على إعادتنا إلى المنزل. أنظر إلى القمر وأفكر - متى سيعود الناس إلى هناك ، ومن بالضبط؟
- توم هانكس


هناك القليل من الأفكار التي تثير خيالنا بنفس طريقة السفر خارج حدود جاذبية الأرض وإلى أعماق الكون - إلى الكواكب والنجوم. ترسل لي أسئلتك كالمعتاد ، ويسرني هذا الأسبوع أن أجيب على السؤال التالي الذي تطرحه جوان:

هل تستطيع بعثة مارس ون العودة إلى منتصف الطريق إذا كانت لديهم أي شكوك؟ عندما يرون كيف يصبح كوكبنا الأزرق الجميل أصغر ، بينما يطيرون إلى كوكب ميت وسام ، أو عندما تتجاوز الرياح والإشعاع الشمسي جميع الحدود الآمنة.

تخيل: لقد تم اختيارك لرحلة العمر ، وأنت من أوائل أعضاء فريق المهمة الأولى المأهولة إلى المريخ!



لم يسافر أي شخص إلى أبعد من فريق Apollo 13 عندما حلّقوا على الجانب البعيد من القمر بالقرب من الأوج القمري ، ووصلوا إلى أقصى مسافة 400171 من سطح الأرض في 15 أبريل 1970. ولكن عندما تحدث أول رحلة مأهولة إلى كوكب آخر ، سيتم كسر هذا الرقم القياسي في غضون أيام قليلة.



تتكون الطريقة المستخدمة للوصول إلى عوالم أخرى باستخدام تقنياتنا الحالية من ثلاث خطوات:

الإطلاق الأولي ، الذي يتغلب على جاذبية الأرض ويطلق سفينة فضائية بسرعة عالية بما فيه الكفاية (بترتيب عدة كيلومترات / ثانية) بالنسبة لحركة الأرض حول الشمس.
تعديلات المسار عندما يؤدي تشغيل المحركات الصغيرة إلى تسريع السفينة نحو المسار الأمثل.
مساعدة الجاذبية ، عندما نستخدم جاذبية الكواكب الأخرى التي تدور حول الشمس ، لتغيير سرعة سفينتنا ، في كل مرة تزيدها أو تقللها.

من خلال الجمع بين هذه الخطوات الثلاث ، يمكننا الوصول إلى أي نقطة باستخدام تقنية الصواريخ اليوم ، مع مراعاة الصبر والتخطيط الدقيق.



الآن الإطلاق الأولي هو مرحلة صعبة للغاية. مطلوب كمية كبيرة من الموارد للتغلب على جاذبية الأرض ، لتسريع كتلة كبيرة إلى السرعة الكونية الأولى ، ورفعها عبر الغلاف الجوي للأرض. كل هذا يجب أن يحدث في نفس الوقت ، وهذا هو السبب في أننا نحلم بمصعد فضائي يمكننا في يوم من الأيام أن نتجنب بسهولة إضاعة مثل هذه الكمية من الطاقة والوقود من خلال الارتفاع ببساطة فوق الغلاف الجوي.



ولكن حتى تصبح حقيقة ، لم يتبق لنا سوى صواريخ. وهي ليست صعبة للغاية - إنها مكلفة للغاية من حيث الحمولة التي نحتاج إلى إطلاقها إلى الفضاء إذا أردنا الوصول إلى كوكب آخر.

عندما نتحدث عن مهمة مأهولة إلى المريخ ، نناقش عدة خطط مختلفة. أكثرها مثالية للرحلات الجوية أحادية الاتجاه ، والتي ، إذا كنت مهتمًا ، تقلل من وقت الرحلة وكمية الطاقة المطلوبة ، تعني التعديل على وقت الإطلاق المطلوب.



كل 780 يومًا ، تفتح نافذة إطلاق ، تستمر حوالي شهرين ، عندما تلتحق الأرض بالمريخ في مدارها ، وبعد ذلك ، سيكون وقت الرحلة إلى المريخ حوالي 243 يومًا - 8 أشهر ونصف. تكمن الصعوبة في أنك في طريقك تتحرك بسرعات هائلة ، وليس لديك ما يكفي من الوقود معك لتصحيح المسار.

لما لا؟

لأن كل كيلوجرام إضافي من البضائع يزيد من تكلفة إطلاق صاروخ ، ويقلل من مساحة المساحة القابلة للاستخدام لتخزين الطعام والمياه والإمدادات الأخرى. ونتيجة لذلك ، هناك مساحة أقل للخطأ. إذا لم تنوي مهمة أبولو 13 سيئة السمعة النزول إلى القمر ، والارتقاء للم شمل وحدة القيادة والعودة إلى الأرض ، فلن يكون لديهم ما يكفي من الوقود لتعديل المسار والعودة إلى المنزل.



إذا سافرت إلى كوكب المريخ ، وقررت فجأة العودة إلى الأرض ، فإن استخدام الوقود الموجود على متن الطائرة لتغيير المسار لرحلة العودة إلى المنزل لا يعمل ببساطة: فهو مكلف للغاية من حيث الوقود. بعبارة أخرى ، جوان ، بالإجابة على أحد أسئلتك ، إذا كان الإشعاع سيقتلك - وهذا ، من حيث المبدأ ، من المنطقي أن تقلق ، لأن الناس لم يقضوا الكثير من الوقت خارج المجال المغناطيسي الوقائي للأرض - سوف تموت ببساطة.

ولكن إذا لم ينفد الوقت بالنسبة لك ، فسيكون لديك ما يكفي من الطعام والمياه والإمدادات من أجل البقاء ، والوقود للسفر إلى المريخ ، فستكون لديك فرصة للعودة إلى المنزل. يمكن أن يكون هذا أمرًا حيويًا للمهمة التي تشير إليها - Mars One - لأنه تم التخطيط له الآن كمهمة موت.



عندما تطير من الكوكب الداخلي (الأرض) إلى الخارج (المريخ) ، تحتاج إلى التمسك بمسار هوهمان [مدار بيضاوي الشكل يستخدم للانتقال بين مدارين آخرين ، يقعان عادةً على نفس المستوى]. ببساطة ، تحتاج إلى زيادة السرعة إلى القيمة المطلوبة في الوقت المناسب لزيادة المسافة من الشمس ، بينما تصل في نفس الوقت إلى السرعة النهائية لتلبية الكوكب الذي تتجه إليه. في حالة الهبوط ، تحتاج إلى تغيير السرعة مرة أخرى لبدء الهبوط في الغلاف الجوي للكوكب ، وهذا ما نخطط للقيام بهبوط على كوكب المريخ.

لقد قمنا بذلك بنجاح عدة مرات!



ولكن ماذا لو احتجنا لإلغاء المهمة والعودة إلى الوطن؟ هناك تأثير رائع سبق أن أشرت إليه: استخدام الجاذبية الكوكبية لتغيير مسار السفينة. أي لتغيير كل من الاتجاه وسرعة الطيران!

سوف تتذكر الحفاظ على الطاقة وتفكر في كيفية تحقيق ذلك. في الواقع ، لأي تفاعل هناك رد فعل متساو ، فكيف يمكننا جعل السفينة والكوكب يتفاعلان بحيث تتغير سفينتنا بسرعة؟ الجواب هو أن لدينا جسد ثالث - الشمس!





عندما يدور الكوكب حول الشمس ، في هذا النظام هناك الكثير من الطاقة والجاذبية والحركية. عندما يشارك الجسم الثالث في التفاعل ، يمكن أن يتلقى الطاقة بسرقته من نظام كوكب الشمس ، أو يفقد الطاقة عن طريق إعطائه لنظام كوكب الشمس. كمية الطاقة التي تستخدمها محركات السفينة عادة لا تتجاوز 20٪ من الطاقة المستقبلة أو المعطاة في التفاعل!

هذه هي الطريقة التي دخلت بها سفينة NASA Messenger المدار حول عطارد ، مما أعطى الكثير من الطاقة أثناء اتصالات الجاذبية ، وهذه هي الطريقة التي خرج بها فويجرز والرواد في الخروج من النظام الشمسي!



لذا ، إذا كنت في طريقك إلى المريخ قررت العودة ، فإن فرصتك الحقيقية الوحيدة ، بالنظر إلى كمية الوقود التي ستناسب السفينة ، هي استخدام جاذبية الكوكب الأحمر للتحول إلى الأرض. سيؤدي هذا إلى رحلة تستمر من 400 إلى 450 يومًا. مع عدم وجود بنية تحتية بين الكواكب ، هذه هي أفضل فرصة لك.



وعلى الرغم من أن هذه ليست الإجابة التي أردت الحصول عليها بالضبط ، إلا أن هذه الإجابة هي التي تسمح بها قوانين الجاذبية ، إلى جانب قيود التكنولوجيا. للتعبير عن فرحتكم ، سأقول أن الحد الأقصى للجرعة الآمنة من الإشعاع مدى الحياة لرائد فضاء يتم حسابه في غرباء واحد ، وحتى رحلة 450 يومًا إلى المريخ والعودة ، ستوفر لك 0.66 سيفرت فقط. لذلك من غير المحتمل أن يكون هذا العامل بمثابة قيود ، ولكن حتى يأخذ مخططو البعثات المأهولة إلى المريخ مسألة البقاء على المدى الطويل على محمل الجد ، فلن تجدني بين أولئك الذين يرغبون. عام في صحراء أريزونا هو أقوى مقاربة لحلم السفر إلى المريخ!


بالمناسبة ، هذه ليست أريزونا ، بل المريخ. لكن كيف تميزهم؟

إذا اتخذت قرارًا مبكرًا بما فيه الكفاية ، حتى قبل بدء تشغيل المحركات وترك المدار حول الأرض ، يمكنك الطيران على طول القطع الناقص والعودة إلى المنزل. سيكون هذا مثاليًا إذا حدث خطأ أثناء الإقلاع. إذا كنت تريد استخدام جاذبية الأرض ، فستتاح لك بعض الفرص قبل أن تغلق نافذة الفرصة الأخيرة.



ولكن تأخرت إلى حد كبير ، سوف تطير أبعد من ذلك بكثير قبل أن يكون لديك أمل في العودة. شكرًا على السؤال الرائع ، Joan ، وإذا كنت تريد إجابة عن سؤالك في المرة القادمة ، فأرسله إلي!

Source: https://habr.com/ru/post/ar395285/

More articles:


All Articles