Astronautika: misije

U ovoj relativno kratkoj seriji predavanja koja predstoje, zajedno ćemo razmotriti neke od izbora koji leže pred NASA–om prilikom praniranja njihovih misija ka Marsu. Na kraju predavanja, pred sobom ćeš imati odabrane ciljeve i sve ono bitno što ćeš naučiti o planiranju misije na Mars da bi te ciljeve mogao sprovesti u delo.


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |

Kada lansiramo svemirsku raketu sa Zemlje, potrebno je da ubrzamo na više od 7 km/s (25.500 km/h) da bi stigli u orbitu oko Zemlje, ili više od 11 km/s (oko 40.000 km/h) da bi pobegli od njenog uticaja i uputili se ka nekoj drugoj planeti [1]. Pri povratku sa Marsa, letilica će se kretati velikom brzinom u odnosu na Zemlju. Ako bi se jednostavno spustila pravo kroz atmosferu, to bi izazvalo neizdrživo zagrevanje (verovatno i eksploziju) i rušenje letilice, kao što se to neretko dešava s meteoritima. To bi bilo ubistveno za bilo kakve sisteme ili uređaje, a da ne pričam o posadi.

Mogli bi da raketnim motorima usporavamo letilicu, baš kao što smo je i ubrzavali, ali to bi zahtevalo puno goriva a i nije nam neophodno. Sa malo planiranja i veštine, uz pomoć Zemljine atmosfere moguće je dovoljno ukočiti svemirski brod i bezbedno ga spustiti na Zemlju.

Kako aerokočenje – kočenje uz pomoć atmosfere – funkcioniše?

Prostu analogiju možemo da pratimo prilikom skoka u vodu, ronjenja ili pada na stomak u bazenu. Pri velikoj brzini, voda nema dovoljno vremena da se razmakne, i zaustaviće naše telo – ili ga bar znatno usporiti – pre nego što mu dozvoli da ode predaleko. Koliko će daleko otići zavisi od nekoliko stvari. Da bi se ljudsko telo zaustavilo, potrebno je da masa materijala (u ovom slučaju vode) sa kojim je u kontaktu bude približno iste mase kao i telo. Ta masa (vode) se dobija kada se poprečni presek tela skakača/ronioca pomnoži sa daljinom koju telo prođe kroz sredinu pre nego što se zaustavi. Poprečni presek je mali za skakača koji glatko uleće u vodu, a veliki ako neko skoči na stomak. (Zato onako boli kad se skoči na trbuh!)

jedra
Umetnik Rick Sternbach je još 1975. predvideo da će veliki međunarodni tim (mnogo pre ISS) napraviti dva svemirska broda sa solarnim jedrima koja će se uputiti na Mars. U prvom planu se vidi jedan, sa skupljenim jedrom na repu, dok se druga letilica vidi u pozadini, kako prolazi pored Fobosa.

Istu tu ideju možemo da iskoristimo i za put svemirskog broda kroz Zemljinu atmosferu. Sve više vazduha u koji brod uranja usporava ga, a trenje ga i zagreva (naglo usporavanje može i da usmrti kosmonaute). Zato je najbezbednija ona putanja koja uvodi letilicu u plitko, postepeno uranjanje u atmosferu, dajući joj vremena da se bar donekle hladi od prevelikog trenja sve gušćeg vazduha. Ako bi letilica suviše naglo i duboko uletela u guste slojeve atmosfere, postala bi previše vrela; a opet, ako bi uletela pod premalim uglom, prosto bi odskočila od atmosfere, kao što to uradi kamen kada bacamo "žabice" po mirnoj vodi. (Ko je gledao film o "Apolu 13", može da se seti koja je nervoza i zabrinutost vladala u brodu i u Hjustonu, da li će posada uspeti da ručno, bez pomoći kompjutera, pogodi pravi ugao za ugazak u atmosferu. Tada se jedan od glumaca poslužio analogijom da je sa Mesečeve orbite pogoditi pravi ugao ulaska u Zemljinu atmosferu to isto kao da sa drugog kraja futbalskog terena pogodiš list papira, ali okrenut ivicom ka tebi!)

nagib

Marsova atmosfera je mnogo tanja (manje gasova, manji pritisak) od Zemljine – debela je svega oko 11 km. Time problem atmosferskog kočenja postaje znatno ozbiljniji. Jedan od načina da se to reši jeste da se izvede mnogo uzastopnih ulazaka u atmosferu i tako se izvrši višekratno kočenje. Ako manevar započnemo u veoma eliptičnoj visokoj orbiti (High–Mars–Orbit, HMO) i usporavamo dovoljno da najbliži prelet – perigej (hm, perimars? periares?) – bude u Marsovoj orbiti, ona će dovesti do toga da se orbita skrati na način prikazan na slici [2]:

orbite1

Kada se rakete za kočenje uključe u perimarsu (najbližoj tački), velika je šansa da će se smanjiti ne samo udaljenost apomarsa (najveće udaljenosti od Marsa), već i udaljenost perimarsa. Postoji realna opasnost da se letilica, pre nego što je uvedemo u orbitu povoljnu za spuštanje, jednostavno sruši. To možemo da predupredimo na taj način što ćemo u kratkim impulsima uključivati motore koji će nas svaki put ubrzali malo pre nego što dođemo do apomarsa, i na taj način podesimo da svaki put u perimasu proletimo kroz pravi deo atmosfere. Ako nastavimo sa takvim manevrima, dobićemo kontrolisani prilaz, i što je najvažnije, svaki put ćemo malo usporavaćemo kada proletimo kroz Mersovu atmosferu.

orbite2

U poslednjoj fazi pred samo spuštanje moćićemo da koristimo velike padobrane, kao što smo radili prilikom prvih spuštanja ljudi iz svemira na Zemlju. I ova tehnika će biti veliki problem, jer smo već rekli da je Marsovska atmosfera preslaba (kao na visini od 50 km na Zemlji), i stoga neprikladna za velika kočenja padobranom. NASA je već razradila tehniku upotrebe džinovskih vazdušnih jastuka, koji će znatno zaštititi i ublažiti neprijatne efekte spuštanja na površinu.

sletanje
Zbog izuzetno retke i tanke amosfere na Marsu, za kočenje se koriste tri ogromna padobrana, i to samo u početnoj fazi spuštanja. U poslednjoj fazi, umetnik je predvideo upotrebu glavnog motora, čiji će kratki impulsi potpuno zaustaviti letilicu. Slično su radili i lunarni moduli.

[1]Ovde govorimo o tzv. brzinama beza ili "kosmičkim brzinama" (Ve). Prva kosmička brzina, minimalno potrebna da se dođe u orbitu Zemlje, iznosi oko 7,1 km/s, druga kosmička brzina, min. potrebna da se trajno pobegne sa Zemljine površine je oko 11,2 km/s (sa Mesečeve površine ona je oko 2,38 km/s), treća kosmička brzina, min. potrebna da se sa Zemljine udaljenosti pobegne od Sunčeve gravitacije, iznosi oko 41,1 km/s. Da bi se pobeglo iz naše galaksije, treba ubaciti u petu kosmičku brzinu, i krenuti oko 1.000 km/s.

Treba reći da vrednosti ni I ni II brzine nije baš realistične, jer se ne uzima u obzir uticaj Zemljine atmosfere. Zato je na visini od oko 200 km I brzina jednaka oko 7,79 km/s, a II na oko 350 km iznosi oko 10,9 km/s.

[2] Kada je marta 2006. NASA–in "Mars Reconnaissance Orbiter" stigao do svog odredišta, zbog uštede u gorivu potrebnom za aerokočenje, ušao je u izuzetno eliptičnu orbitu (najviša tačka orbite je bila na oko 45.000 km od površine). Postepenim kočenjem atmosferom (ali i povremenim korekcijama on–board trastera), orbita je postajala sve kružnija i niža.

Ovu ideju je slavni Artur Klark koristio u knjizi "Odiseja 2010", kada je svemirska lađa "Leonov" ušla u orbitu oko Jupitera. Tamo je to bilo veoma dramatično, ali u slučaju MRO to je izvedeno vrlo elegantno, i sa svakim krugom letilica je samo pomalo kačila gornje slojeve Marsove orbite. Kada je napravila prve slike, sonda je bila na samo 486 km od površine i aerokočenje je vršeno svakih dva sata – na početku je bilo tek jednom dnevno.

1 | 2 | 3 | 4 | 6 | 6 |  Planiraj svoju misiju

Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:


Dodaj komentar


Sigurnosni kod
Osveži