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Demandez à Ethan n ° 55: les membres de la mission sur Mars peuvent-ils annuler un vol?

Si quelque chose de terrible se produit, sera-t-il possible de retourner sur Terre?


Parfois, je me retrouve à regarder la lune et je me souviens à quel point la chance a changé dans notre long voyage, je pense aux milliers de personnes qui ont travaillé pour nous ramener à la maison. Je regarde la lune et je pense - quand les gens y retourneront-ils, et qui exactement?
- Tom Hanks


Il y a peu d'idées qui excitent notre imagination de la même manière que voyager au-delà des limites de la gravité de la Terre et dans les profondeurs de notre Univers - vers les planètes et les étoiles. Vous m'envoyez vos questions, comme d'habitude, et cette semaine, je suis heureux de répondre à la question suivante que Joan pose:

la mission Mars One peut-elle faire demi-tour en cas de doute? Quand ils voient comment notre belle planète bleue devient plus petite, alors qu'ils volent vers une planète morte et toxique, ou lorsque le vent solaire et le rayonnement dépassent toutes les limites de sécurité.

Imaginez: vous avez été choisi pour le voyage d'une vie et vous êtes l'un des premiers membres de l'équipe de la première mission habitée sur Mars!



Aucune des personnes n’a voyagé plus loin que l’équipe Apollo 13 lorsqu’elles ont encerclé la face cachée de la lune près de l’apogée lunaire, atteignant un point de distance maximum de 400171 de la surface de la Terre le 15 avril 1970. Mais lorsque le premier vol habité vers une autre planète aura lieu, ce record sera battu en quelques jours.



La méthode utilisée pour atteindre d'autres mondes avec nos technologies actuelles comprend trois étapes: le

lancement initial, qui surmonte la gravité de la Terre et lance un vaisseau spatial à une vitesse suffisamment élevée (de l'ordre de plusieurs km / s) par rapport au mouvement de la Terre autour du Soleil.
Les ajustements de cap lorsque de petits allumages de moteurs de manœuvre accélèrent le navire vers la trajectoire optimale.
L'assistance gravitationnelle, lorsque nous utilisons la gravité d'autres planètes en orbite autour du Soleil, pour changer la vitesse de notre vaisseau, à chaque fois en l'augmentant ou en la diminuant.

En combinant ces trois étapes, nous pouvons atteindre n'importe quel point en utilisant la technologie de fusée d'aujourd'hui, sous réserve de patience et d'une planification minutieuse.



Maintenant, le lancement initial est une étape très difficile. Une énorme quantité de ressources est nécessaire pour vaincre la gravité de la Terre, pour accélérer une masse importante jusqu'à la première vitesse cosmique et pour la faire passer dans l'atmosphère terrestre. Tout cela devrait arriver en même temps, et c'est pourquoi nous rêvons d'un ascenseur spatial avec lequel un jour nous pourrons facilement et de manière fiable éviter de gaspiller une telle quantité d'énergie et de carburant en s'élevant simplement au-dessus de l'atmosphère.



Mais tant que ce n'est pas devenu réalité, il ne nous reste que des roquettes. Et ce n'est pas si difficile - c'est juste cher en termes de charge utile que nous devons lancer dans l'espace si nous voulons atteindre une autre planète.

Lorsque nous parlons d'une mission habitée sur Mars, nous discutons de plusieurs plans différents. Le plus optimal d'entre eux pour le vol aller simple, qui, si vous êtes intéressé, minimise le temps de vol et la quantité d'énergie requise, implique un ajustement au temps de lancement souhaité.



Tous les 780 jours, une fenêtre de lancement s'ouvre, d'une durée d'environ deux mois, lorsque la Terre rattrape Mars sur son orbite, puis le temps de vol vers Mars sera d'environ 243 jours - 8 mois et demi. La difficulté est que sur le chemin, vous vous déplacez à des vitesses énormes et que vous n'avez pas assez de carburant avec vous pour corriger la trajectoire.

Pourquoi pas?

Parce que chaque kilogramme supplémentaire de fret augmente le coût de lancement d'une fusée et réduit la quantité d'espace utilisable pour stocker de la nourriture, de l'eau et d'autres fournitures. Par conséquent, il y a moins de place pour les erreurs. Si la célèbre mission Apollo 13 n'avait pas prévu de descendre sur la lune, de se lever pour rejoindre le module de commande et de retourner sur Terre, elle n'aurait pas assez de carburant pour ajuster sa route et rentrer chez elle.



Si vous prenez l'avion pour Mars et décidez soudainement de retourner sur Terre, utiliser le carburant à bord pour changer de cap pour le retour à la maison ne fonctionne tout simplement pas: c'est trop cher en termes de carburant. En d'autres termes, Joan, répondant à l'une de vos questions, si le rayonnement vous tue - que, en principe, il est logique de s'inquiéter, car les gens n'ont jamais passé autant de temps en dehors du champ magnétique protecteur de la Terre - vous mourrez simplement.

Mais si le temps ne vous manquait pas, vous auriez suffisamment de nourriture, d'eau et de fournitures pour survivre et de carburant pour voler vers Mars, vous auriez une chance de rentrer chez vous. Cela peut être vital pour la mission à laquelle vous faites référence - Mars One - car elle est maintenant planifiée comme une mission de mort.



Lorsque vous volez de la planète intérieure (Terre) vers l'extérieur (Mars), vous devez vous en tenir à la trajectoire de Hohman [une orbite elliptique utilisée pour la transition entre deux autres orbites, généralement situées sur le même plan]. Autrement dit, vous devez augmenter la vitesse à la valeur souhaitée au bon moment pour augmenter votre distance du Soleil, tout en atteignant la vitesse finale pour rencontrer la planète vers laquelle vous vous dirigez. En cas d'atterrissage, vous devez à nouveau modifier la vitesse pour commencer la descente dans l'atmosphère de la planète, et c'est ce que nous prévoyons de faire pour atterrir sur Mars.

Nous l'avons déjà fait plusieurs fois avec succès!



Mais que faire si nous devons annuler la mission et rentrer chez nous? Il y a un effet fantastique que j'ai déjà mentionné: l'utilisation de la gravité planétaire pour changer la trajectoire d'un navire. Autrement dit, pour changer à la fois la direction et la vitesse de vol!

Vous vous souviendrez de la conservation de l'énergie et réfléchirez à la manière dont cela est possible. En effet, pour toute action, il y a une réaction égale, alors comment pouvons-nous faire interagir le vaisseau et la planète pour que notre vaisseau change de vitesse? La réponse est que nous avons un troisième corps - le Soleil!





Lorsque la planète tourne autour du Soleil, dans ce système, il y a beaucoup d'énergie, gravitationnelle et cinétique. Lorsque le troisième corps participe à l'interaction, il peut recevoir de l'énergie en la volant du système Soleil-planète, ou perdre de l'énergie en la donnant au système Soleil-planète. La quantité d'énergie utilisée par les moteurs du navire ne dépasse généralement pas 20% de l'énergie reçue ou donnée dans l'interaction!

C'est ainsi que le vaisseau de la NASA Messenger est entré en orbite autour de Mercure, donnant beaucoup d'énergie lors des contacts gravitationnels, et c'est ainsi que les Voyagers et les Pionniers ont quitté le système solaire!



Donc, si sur le chemin de Mars vous décidez de revenir, votre seule vraie chance, étant donné la quantité de carburant qui conviendra au navire, sera d'utiliser la gravité de la planète rouge pour vous tourner vers la Terre. Cela se traduira par un voyage d'une durée de 400 à 450 jours. Sans infrastructure entre les planètes, c'est votre meilleure chance.



Et bien que ce ne soit pas exactement la réponse que vous vouliez obtenir, mais c'est cette réponse que permettent les lois de la gravité, couplée aux limites de la technologie. Pour vous remonter le moral, je dirai que la dose maximale de rayonnement sûre pendant toute une vie pour un astronaute est calculée à 1 sievert, et même un voyage de 450 jours, vers Mars et retour, vous fournira seulement 0,66 sievert. Il est donc peu probable que ce facteur serve de limitation, mais tant que les planificateurs de missions habitées sur Mars ne prendront pas au sérieux la question de la survie à long terme, vous ne me trouverez pas parmi ceux qui le souhaitent. Une année dans le désert de l'Arizona est ma plus forte approche du rêve de voyager sur Mars!


Soit dit en passant, ce n'est pas l'Arizona, mais Mars. Mais comment les distinguer?

Si vous prenez une décision suffisamment tôt, avant même de démarrer les moteurs et de quitter l'orbite autour de la Terre, vous pouvez simplement voler le long de l'ellipse et rentrer chez vous. Ce serait idéal si quelque chose se passe mal pendant le décollage. Si vous souhaitez utiliser la gravité de la Terre, vous aurez quelques chances avant la fermeture de la dernière fenêtre d'opportunité.



Mais considérablement retardé, vous volerez bien plus loin avant d'avoir de l'espoir pour un retour. Merci pour la grande question, Joan, et si vous voulez une réponse à votre question la prochaine fois, envoyez-la-moi!

Source: https://habr.com/ru/post/fr395285/

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