Pagal dabartinius misijų planus, kelionė į Marsą, kuris yra maždaug 50 proc. toliau nuo Saulės nei Žemė, trunka maždaug septynis–dešimt mėnesių. Kadangi Žemė ir Marsas susilygina taip, kad būtų galima sutaupyti degalų, tik kas 26 mėnesius, astronautai turi laukti grįžimo lango, todėl visa kelionė į abi puses trunka beveik trejus metus.
Tačiau nauji atradimai, balandžio mėnesį paskelbti žurnale „Acta Astronautica“, rodo, kad ankstyvieji, netikslūs Žemės artimųjų asteroidų orbitų įvertinimai – kurie anksčiau buvo naudojami smūgio rizikai įvertinti, kol buvo atmesti tikslesnių duomenų naudai – gali suteikti vertingų geometrinių užuominų greitesnių tarpplanetinių maršrutų projektavimui.
„Galbūt tai gali pakeisti nuomonę, kad mums reikia daugiau nei dvejų metų, norint nuvykti į Marsą ir grįžti atgal“, – sako tyrimo autorius, kosmologas iš Šiaurės Rio de Žaneiro universiteto (Brazilija) Marcelo de Oliveira Souza .
„Aš to nė neieškojau“
M. Souza pirmą kartą susidūrė su šia idėja 2015 m., kai tyrinėjo Žemei artimus asteroidus. Ypač jo dėmesį patraukė vienas objektas – 2001 CA21 – nes pirminiai skaičiavimai rodė, kad jis skrieja retu maršrutu, kertančiu tiek Žemės, tiek Marso orbitų zonas.
Nors vėlesni matavimai patikslino tikrąją asteroido trajektoriją, jo pradinė geometrija 2020 m. spalio opozicijos metu – kai Žemė ir Marsas buvo išsirikiavę toje pačioje Saulės pusėje ir buvo arčiausiai vienas kito savo orbitose – leido numanyti „ultratrumpų“ maršrutų tarp šių dviejų planetų galimybę, pažymėjo M. Souza.
„Tai man buvo staigmena – aš to neieškojau“, – dabar sako jis.
Kadangi daugiau stebėjimų leidžia astronomams patikslinti asteroido orbitą, tos ankstesnės trajektorijos keičiasi, todėl kas nors, analizuodamas tai vėliau, nebūtų matęs to paties kelio, teigia mokslininkas. „Galbūt tiesiog atsidūriau reikiamoje vietoje reikiamu laiku“, – sako M. Souza.
Kelionė į Marsą ir atgal
Tyrėjo skaičiavimai parodė, kad 2020 m. spalio opozicijos metu labai greita, maždaug 34 dienų trukmės kelionė iš Žemės į Marsą yra geometriškai įmanoma – jei erdvėlaivis skristų maršrutu, panašiu į ankstyvąją asteroido orbitos plokštumą.
Tačiau tokiai trajektorijai reikėtų išskridimo greičio apie 32,5 kilometrų per sekundę, o tai gerokai viršija dabartinius raketų pajėgumus, ir erdvėlaivis pasiektų Marsą skrisdamas apie 108 000 kilometrų per valandą greičiu – tai per greitai, kad esamos nusileidimo sistemos galėtų saugiai susidoroti, pažymi M. Souza.
Vietoj to mokslininkas pasinaudojo asteroidų geometrijos modeliu, kad ištirtų galimas keliones per būsimus Marso opozicijos laikotarpius 2027, 2029 ir 2031 metais. Naudodamas standartinį metodą, skirtą apskaičiuoti maršrutus tarp dviejų taškų erdvėje (vadinamą Lamberto analize), ir apribodamas tuos maršrutus taip, kad jie liktų maždaug 5 laipsnių ribose nuo asteroido orbitos pasvirimo, M. Souza nustatė, kad tik 2031 m. išsidėstymas suteikia realią galimybę greitai keliauti naudojant artimiausioje ateityje turimas technologijas.
Tuo laikotarpiu, remiantis tyrimu, kelionė iš Žemės į Marsą ir atgal galėtų būti užbaigta per vos 153 dienas – arba maždaug penkis mėnesius.
Pagal šį scenarijų erdvėlaivis iš Žemės išskristų 2031 m. balandžio 20 d. maždaug 27 kilometrų per sekundę greičiu, po 33 dienų kelionės pasiektų Marsą gegužės 23 d., praleistų apie 30 dienų jo paviršiuje, išskristų birželio 22 d. ir grįžtų į Žemę rugsėjo 20 d. – o grįžimo kelionė truktų maždaug 90 dienų.
M. Souza taip pat nustatė mažiau energijos reikalaujančią alternatyvą per tą patį laikotarpį, kuriai reikėtų paleidimo maždaug 16,5 kilometrų per sekundę greičiu, o misija truktų apie 226 dienas, arba maždaug 7,5 mėnesio – vis tiek žymiai trumpiau nei dabartiniai misijų grafikai.
Vis dėlto ši koncepcija išlieka daugiausia teorinė ir labai priklausytų nuo misijos specifikos – įskaitant erdvėlaivio konstrukciją, krovinio masę ir varomosios jėgos galimybes – o visa tai nulemtų, ar tokie greiti pervežimai yra įmanomi praktikoje.
Tačiau šis metodas vis dėlto galėtų pasirodyti naudingas kaip būdas susiaurinti tinkamų trajektorijų paiešką. Reikalingi greičiai yra panašūs į tuos, kuriuos pasiekė tokios misijos kaip „New Horizons“ – NASA zondas, kuris, 2006 m. paleistas į misiją praskristi pro Plutoną 16,26 kilometrų per sekundę greičiu, buvo greičiausias žmogaus sukurtas objektas, kada nors paleistas iš Žemės.
Tokios didelio greičio trajektorijos galėtų būti pasiekiamos naujos kartos raketoms – tokioms kaip „SpaceX“ „Starship“ ar „Blue Origin“ „New Glenn“, „Live Science“ sakė M. Souza.