Fragen Sie Ethan Nr. 55: Können Missionsmitglieder auf dem Mars einen Flug stornieren?
Wenn etwas Schreckliches passiert, wird es dann möglich sein, zur Erde zurückzukehren?
Manchmal schaue ich auf den Mond und erinnere mich, wie sich das Glück auf unserer langen Reise verändert hat. Ich denke an die Tausenden von Menschen, die gearbeitet haben, um uns nach Hause zu bringen. Ich schaue auf den Mond und denke - wann werden die Leute dorthin zurückkehren und wer genau?
- Tom Hanks
Es gibt nur wenige Ideen, die unsere Vorstellungskraft so anregen wie das Reisen über die Grenzen der Erdgravitation hinaus und in die Tiefen unseres Universums - zu Planeten und Sternen. Sie senden mir wie gewohnt Ihre Fragen, und diese Woche freue ich mich, die folgende Frage zu beantworten, die Joan stellt:Kann die Mars One-Mission auf halbem Weg zurückkehren, wenn sie irgendwelche Zweifel hat? Wenn sie sehen, wie unser schöner blauer Planet kleiner wird, während sie zu einem toten und giftigen Planeten fliegen oder wenn der Sonnenwind und die Sonnenstrahlung alle sicheren Grenzen überschreiten.Stellen Sie sich vor: Sie wurden für die Reise Ihres Lebens ausgewählt und sind eines der ersten Mitglieder des Teams der ersten bemannten Mission zum Mars!
Keiner der Menschen reiste weiter als das Apollo 13-Team, als sie die andere Seite des Mondes in der Nähe des Mondapogäums umkreisten und am 15. April 1970 einen maximalen Entfernungspunkt von 400.171 von der Erdoberfläche erreichten. Wenn jedoch der erste bemannte Flug zu einem anderen Planeten stattfindet, wird dieser Rekord in nur wenigen Tagen gebrochen.
Die Methode, mit der mit unseren aktuellen Technologien andere Welten erreicht werden, besteht aus drei Schritten:Erststart, der die Schwerkraft der Erde überwindet und ein Raumschiff mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit (in der Größenordnung von mehreren km / s) relativ zur Bewegung der Erde um die Sonne startet.Kursanpassungen beim kleinen Einschalten von Rangiermotoren beschleunigen das Schiff in Richtung der optimalen Flugbahn.Gravitationshilfe, wenn wir die Schwerkraft anderer Planeten nutzen, die die Sonne umkreisen, um die Geschwindigkeit unseres Schiffes jedes Mal zu ändern, wenn wir es erhöhen oder verringern.Durch die Kombination dieser drei Schritte können wir mit der heutigen Raketentechnologie jeden Punkt erreichen, vorbehaltlich Geduld und sorgfältiger Planung.
Jetzt ist der erste Start eine sehr schwierige Phase. Eine große Menge an Ressourcen ist erforderlich, um die Schwerkraft der Erde zu überwinden, eine signifikante Masse auf die erste kosmische Geschwindigkeit zu beschleunigen und sie durch die Erdatmosphäre anzuheben. All dies sollte zur gleichen Zeit geschehen, und deshalb träumen wir von einem Weltraumaufzug, mit dem wir eines Tages leicht und zuverlässig vermeiden können, eine solche Menge an Energie und Kraftstoff zu verschwenden, indem wir uns einfach über die Atmosphäre erheben.
Aber bis es Realität wird, haben wir nur noch Raketen übrig. Und es ist nicht so schwierig - es ist nur teuer in Bezug auf die Nutzlast, die wir brauchen, um in den Weltraum zu starten, wenn wir einen anderen Planeten erreichen wollen.Wenn wir über eine bemannte Mission zum Mars sprechen, diskutieren wir verschiedene Pläne. Das optimalste für den Einwegflug, der bei Interesse die Flugzeit und die erforderliche Energiemenge minimiert, bedeutet die Anpassung an die gewünschte Startzeit.
Alle 780 Tage öffnet sich ein Startfenster, das ungefähr zwei Monate dauert, wenn die Erde den Mars in ihrer Umlaufbahn einholt, und dann beträgt die Flugzeit zum Mars ungefähr 243 Tage - achteinhalb Monate. Die Schwierigkeit besteht darin, dass Sie sich auf dem Weg dorthin mit enormen Geschwindigkeiten bewegen und nicht genug Kraftstoff bei sich haben, um die Flugbahn zu korrigieren.Warum nicht?Denn jedes zusätzliche Kilogramm Fracht erhöht die Kosten für den Start einer Rakete und verringert den nutzbaren Platz für die Lagerung von Lebensmitteln, Wasser und anderen Vorräten. Infolgedessen gibt es weniger Raum für Fehler. Wenn die berüchtigte Apollo 13-Mission nicht vorhatte, zum Mond abzusteigen, sich wieder mit dem Kommandomodul zu vereinen und zur Erde zurückzukehren, hätten sie nicht genug Treibstoff, um den Kurs anzupassen und nach Hause zurückzukehren.
Wenn Sie zum Mars fliegen und sich plötzlich entscheiden, zur Erde zurückzukehren, funktioniert es einfach nicht, den Kraftstoff an Bord zu verwenden, um den Kurs für die Rückreise nach Hause zu ändern: Es ist zu teuer für Kraftstoff. Mit anderen Worten, Joan, wenn Sie eine Ihrer Fragen beantworten, ob Strahlung Sie töten wird - das ist im Prinzip sinnvoll, da die Menschen noch nie so viel Zeit außerhalb des schützenden Magnetfelds der Erde verbracht haben -, werden Sie einfach sterben.Aber wenn Ihnen nicht die Zeit davonlaufen würde, hätten Sie genug Nahrung, Wasser und Vorräte, um zu überleben, und Treibstoff, um zum Mars zu fliegen, hätten Sie die Chance, nach Hause zurückzukehren. Dies kann für die Mission, auf die Sie sich beziehen, von entscheidender Bedeutung sein - Mars One -, da sie jetzt als Todesmission geplant ist.
Wenn Sie vom inneren Planeten (Erde) zum äußeren (Mars) fliegen, müssen Sie sich an die Hohman-Flugbahn halten [eine elliptische Umlaufbahn, die zum Übergang zwischen zwei anderen Umlaufbahnen verwendet wird, die sich normalerweise auf derselben Ebene befinden]. Einfach ausgedrückt, müssen Sie die Geschwindigkeit zum richtigen Zeitpunkt auf den gewünschten Wert erhöhen, um die Entfernung zur Sonne zu vergrößern, und gleichzeitig die Endgeschwindigkeit erreichen, um den Planeten zu erreichen, auf den Sie zusteuern. Im Falle einer Landung müssen Sie die Geschwindigkeit erneut ändern, um den Abstieg in die Atmosphäre des Planeten zu beginnen. Dies planen wir für die Landung auf dem Mars.Das haben wir schon mehrmals erfolgreich gemacht!
Aber was ist, wenn wir die Mission absagen und nach Hause zurückkehren müssen? Es gibt einen fantastischen Effekt, den ich bereits erwähnt habe: die Verwendung der planetaren Schwerkraft, um den Weg eines Schiffes zu ändern. Das heißt, sowohl die Richtung als auch die Fluggeschwindigkeit zu ändern!Sie werden sich an die Energieeinsparung erinnern und darüber nachdenken, wie dies möglich ist. In der Tat gibt es für jede Aktion eine gleichwertige Reaktion. Wie können wir also das Schiff und den Planeten so interagieren lassen, dass unser Schiff die Geschwindigkeit ändert? Die Antwort ist, dass wir einen dritten Körper haben - die Sonne!
Wenn sich der Planet um die Sonne dreht, gibt es in diesem System viel Energie, Gravitation und Kinetik. Wenn der dritte Körper an der Interaktion teilnimmt, kann er Energie erhalten, indem er sie dem Sonnenplaneten-System stiehlt, oder Energie verlieren, indem er sie dem Sonnenplaneten-System gibt. Die Energiemenge, die von den Schiffsmotoren verbraucht wird, überschreitet normalerweise nicht 20% der empfangenen oder gegebenen Energie in der Interaktion!Auf diese Weise gelangte das NASA-Botenschiff in die Umlaufbahn um Merkur und gab bei Gravitationskontakten viel Energie ab. Auf diese Weise kamen die Voyager und Pioniere aus dem Sonnensystem heraus!
Wenn Sie sich also auf dem Weg zum Mars für eine Rückkehr entscheiden, besteht Ihre einzige echte Chance angesichts der Menge an Treibstoff, die auf das Schiff passt, darin, die Schwerkraft des Roten Planeten zu nutzen, um sich der Erde zuzuwenden. Dies führt zu einer Reise von 400 bis 450 Tagen. Ohne Infrastruktur zwischen den Planeten ist dies Ihre beste Chance.
Und obwohl dies nicht genau die Antwort ist, die Sie erhalten wollten, ist es diese Antwort, die die Gesetze der Schwerkraft zulassen, gepaart mit den Einschränkungen der Technologie. Um Sie aufzuheitern, möchte ich sagen, dass die maximale sichere Strahlungsdosis für ein Leben eines Astronauten auf 1 Sievert berechnet wird und selbst eine Reise von 450 Tagen zum Mars und zurück nur 0,66 Sievert liefert. Es ist also unwahrscheinlich, dass dieser Faktor als Einschränkung dient, aber bis die Planer bemannter Missionen zum Mars das Problem des langfristigen Überlebens ernst nehmen, werden Sie mich nicht unter denen finden, die es wünschen. Ein Jahr in der Wüste von Arizona ist meine stärkste Annäherung an den Traum, zum Mars zu reisen!
Dies ist übrigens nicht Arizona, sondern Mars. Aber wie unterscheidet man sie?Wenn Sie früh genug eine Entscheidung treffen, noch bevor Sie die Motoren starten und die Umlaufbahn um die Erde verlassen, können Sie einfach entlang der Ellipse fliegen und nach Hause zurückkehren. Dies wäre ideal, wenn beim Start etwas schief geht. Wenn Sie die Schwerkraft der Erde nutzen möchten, haben Sie einige Chancen, bevor sich das letzte Zeitfenster schließt.
Aber deutlich verspätet fliegen Sie viel weiter, bevor Sie auf eine Rückkehr hoffen. Vielen Dank für die großartige Frage, Joan, und wenn Sie das nächste Mal eine Antwort auf Ihre Frage wünschen, senden Sie sie mir!Source: https://habr.com/ru/post/de395285/
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