Astronautika: misije

Među ciljevima svog programa sa ljudskim posadama, NASA ima i slanje astronauta na Mars. Naravno, o tome ne treba ni razmišljati pre 2030, jer za sada ni dinar nije dat za taj projekat. Nedavna promena američke kosmičke politike pod Trumpovom administracijom stavila je Mesec u istu prioritetnu ravan sa Crvenom planetom, što znači da će NASA najpre morati da napravi lunarnu stanicu LOP 'Gateway' pre nego što krene na Mars. Srž američke strategije je upotreba kontroverzne džinovske rakete 'SLS' i kapsule 'Orion', koja se pravi u kolaboraciji sa Esom. Kao što rekoh, ne postoji definitivan plan slanja ljudi na Mars, ali pre dve godine NASA je, zajedno sa drugim organizacijama i kompanijama, dala nekoliko predloga. Većina njih je uključivala slanje ljudi prvo na Fobos 2033, a potom i na Marsovu površinu 2039. Da li ti planovi važe i dalje?

m1
Kako ovo pretočiti u realnost?

Prema poslednjem izveštaju organizacije 'Explore Mars',možemo da vidimo da je pomenuta arhitektura doživela neke značajne promene. Inače, 'Explore Mars'je neprofitna organizacija formirana od tehničara i stručnjaka iz Nase i aeronautičkih kompanija uključenih u različiteprojekte putovanja na Mars, ne računajući 'SpaceX'. Iako se radi o nevladinoj organizaciji, izveštaj nam ipak pokazuje u kom pravcu se šire trendovi. Dakle, kako da pošaljemo astronaute na Mars pre 2040?

Članovi 'Explore Mars'predlažu 3 strategije. Prva, najjeftinija, slična je onoj koju preporučuju neke kompanije poput 'Boeinga'ili organizacija 'Planetary Society'. Ta arhitektura se bazirala na misiji ulaska u Marsovu orbitu, uz jedno ili nekoliko kratkih sletanja na površinu. Recimo nešto slično kao 'Apolo'program, samo na Marsu. Druga strategija bi se sastojala od ograničenog broja dugoročnih misija, dok bi poslednja, i najambicioznija, podrazumevala instaliranje trajno nastanjive baze na Marsu. Sve one navode 2037. kao najraniji termin za slanje astronauta na površinu Marsa.

m2
Elementi koje treba razviti za putovanje na Mars u bilo kojoj varijanti.

Glavna promena u 'planu tipa Apolo' u odnosu na ono o čemu se razlišljalo poslednjih nekoliko godina je odsustvo posete Fobosu. Misija na Fobos – ili Dejmos – omogućila bi prvo putovanje na Mars kao naučno korisno čak i ako ne se ne bi išlo na spuštanje na planetu. Međutim, proučavanje malih Marsovih meseci je složenije nego što se čini. Njihova têža je mala ali ninakoji način zanemariva[1], što bi zahtevalo znatno veće trošenje energije nego u čisto orbitnoj misiji. Uz to, to bi zahtevalo nekakav brod koji bi trebalo da sleti na te mesece. Iz tog razloga, prema mišljenju 'Explore Marsa', bolje bi bilo prvu misiju jednostavno poslati u Marsovu orbitu.

m3
Kažu da se čovek koji će sleteti na Fobos ili Mars već rodio. Samo da nije član SNS...

m4
Elementi međuplanetne letilice sa ljudskom posadom. 'TransHab'je Nasin koncept modula na naduvavanje za život posade: MOI– modul za ulazak u Marsovu orbitu; TEI– modul za ulazak na trajektoriju povratka na Zemlju; žuto je modul predviđen za sletanje na Zemlju.

Kao što je već pomenuto u prethodnim planovima, pored 'SLS-a''Oriona'treba razviti još četiri dodatna elementa: tegljač sa solarnim električnim pogonom (SEPSolar Electric Propulsion) – to su zapravo jonski odn. plazmeni motori – modul za boravak putnika (DSHDeep Space Habitat), međuplanetni stepen sa hemijskim motorima, i lender. Ne računajući SEP stepen, ostali sistemi bi trebali da upotrebljavaju hipergolično gorivo. Takva odluka će smanjiti efikasnost letilica i povećati im težinu, ali će zauzvrat uveliko ubrzati njihov razvoj i omogućiti korišćenje već dostupnih tehnologija. Prvo putovanje ljudi na Marsovu orbitu moglo bi da se izvede sa samo tri lansiranja 'SLS-a', jedno manje od misije na Fobos. Najpre će biti lansiran 'SLS Block 2[2]' koji će imati zadatak da odnese modul DHS u nisku orbitu zajedno sa dva modula na hemijski pogon, svaki od po 40 tona: prvi za kočenje radi ulaska u Marsovu orbitu a drugi za odlazak odatle.

Nakon toga, drugi 'SLS'bi doneo gornji stepen EUS(Exploration Upper Stage) koji bi podigao ansambl na višu orbitu[3]ili ga odneo do stanice 'Gateway'. Nakon toga, komercijalna raketa – 'Falcon Heavy''Vulcan'ili 'New Glenn'– lansiraće modul EDS(Earth Departure Stage) koji bi otrgao brod od gravitacije. Ali pre toga, poslednji 'SLS'će odneti 'Orion'sa posadom (4 putnika) u kosmos. Put i povratak će trajati najmanje po 250 dana, a astronauto bi proveli ~450 dana na visokoj orbiti oko Marsa proučavajući ga odozgo i testirajući različite tehnologije radi budućih misija koje će sleteti na površinu.

m5
Jednostavna strategija za misiju ulaska u orbitu Marsa sa samo tri lansiranja 'SLS-a' i jedne komercijalne rakete. (Veća slika)

Prva sletanja bi mogla da se izvedu 2037, dve godine pre planiranog, jer je preskočena faza sa Fobosom. Misija bi zahtevala lansiranje pet Nasinih raketa 'SLS'i dve komercijalne rakete. Misija bi bila kompleksnija i zahtevela bi slanje ka Marsu nekoliko letilica odvojeno. Prvo bi 'Falcon Heavy'poslao u Marsovu orbitu modul sa hemiskim motorima koji će biti iskorišćen kasnije. Modul bi stigao na Mars uz pomoć stepena SEP, a onda bi, zahvaljujući aerokočenju, ušao u nisku orbitu oko Marsa. Dva dodatna lansiranja 'SLS-a' trebalo bi preduzeti radi slanja lendera u visoku Marsovu orbitu (jedan 'SLS'bi nosio sâm lender a drugi stepen EUS, dok bi lender sproveo vazdušno zahvatanje[4]– manevar koji nikad do sada nije izveden – da bi ušao u orbitu oko Crvene planete). Preostala tri lansiranja 'SLS-a' i komercijalne rakete bi bila slična misiji ulaska u Marsovu orbitu prethodno opisanu, i treba da posluže za spajanje sa Marsovim brodom sa 4 astronauta.

m6
Plan slanja 4 putnika na površinu Marsa u trajanju od 2 nedelje uz pomoć 5 'SLS-a'. (Veća slika)

Na Marsovoj visokoj orbiti, posada će preći u lender koji ih tamo čeka i spustiti se na površinu. Posle 2 nedelje boravka vratili bi se u Marsovu orbitu pomoću povratnog modula gde bi se spojio sa modulom na hemijski pogon koji bi ih odneo na višu orbitu gde bi ih čekao brod. U sledećoj misiji, posada bi provela godinu dana na površini planete, što bi zahtevalo prethodno slanje objekata i resursa na Crvenu planetu, povećavajući broj komercijalnih lansiranja. Radna grupa koja zagovara ovu strategiju predviđa pokretanje misija na Mars sa ljudskom posadom svake četiri godine sa prosekom od dva lansiranja 'SLS-a' svake godine[5].

m7
Sa ovom arhitekturom bi mogli ljudi da lete na Mars svake 4 godine sa 5 'SLS'(Velika slika).

Druga arhitektura koju je predložio 'Explore Mars', još skuplja, predlaže da se krene direktno sa lunarne stanice 'Gateway'na Marsovu površinu bez putovanja na Marsovu orbitu. Prethodni plan je predviđao do 10 lansiranja 'SLS-a' za dugoročnu misiju na Mars, ali taj broj bi mogao da se redukuje na 8 korišćenjem stanice 'Gateway', plus 3 jeftinije komercijalne rakete. Drugi ključni faktor u smanjenju broja raketa mogao bi da bude korišćenje nuklearnog pogonskog stepena (NTP). NTP stepeni bi prethodno bili testirani u bespilotnim misijama, neki od njih i na Mesecu. Plan bi u tom slučaju zahtevao korišćenje ISRU, tj. tehnologijama koje bi iskorišćavale lokalne resurse za proizvodnju goriva, kiseonika ili vode. Npr, MAV(Mars Ascent Vehicle) bi mogao da koristi Marsov led za dobijanje pijaće vode i tečnog kiseonika kao oksidatora. Uz to, letilica MAV bi mogla da bude višekratna. U ovoj arhitekturi, posada bi se sastojala od 6 članova.

m8
NTP
u misiji na Mars bi uštedilo na težini ansabla za 400 tona!

m9
Druga strategija za putovanje na Mars prolazi pored Meseca i koristi nuklearni stepen. (Veća slika).

Treća i poslednja arhitektura slična je onoj koju je NASA službeno proučavala pre nekoliko godina. To je najkompleksniji i najskuplji plan od svih, iako ne zahteva korišćenje stanice 'Gateway'ili ulazak u Marsovu orbitu. Za svaku misiju u kojoj bi se kratko boravilo na površini bilo bi potrebno 18 raketa (!), ali ne sve 'SLS'. Za jednogodišnju misiju, broj raketa bi mogao da se popne i na 24 (!!!).Ova arhitektura bi zahtevala korišćenje ISRU i sve tipove letilica. Jedna od prednosti bi bila korišćenje automatskih i hermetičkih rovera za detaljno istraživanje površine, tako da bi naučni rezultati bili kolosalni, skoro jednaki troškovima predloga. Ali ne treba zaboraviti da je cilj ove strategije da osigura permanentno prisustvo naše vrste na Crvenoj planeti...

m10
Prema ovom tipu rahitekture, bilo bi potrebno 18 raketa za pokretanje kratke misije. (Veća slika).

m11
Za jednogodišnju misiju sa 6 putnika trebalo bi 24 lansiranja. (Veća slika).

U sva tri slučaja opasnost od zračenja će biti tretirana pasivno (koristiće se voda i plastika kao zaštita), ali sve studije pokazuju da će u svakom slučaju rizik od oboljevanja od nekog od rakova biti značajno povećan. Nema sumnje da je prvi tip arhitekture najrealističniji po pitanju troškova – on bi zahtevao sličan godišnji budžet koji trenutno guta ISS[6]- iako bi čak i u tom slučaju u sledećoj deceniji bilo neophodno investirati puno para u razvoj novih elemenata za putovanje na Mars. I, naravno, ostaje nam da vidimo da li će svi ovi planovi postati zastareli zahvaljujući privatnoj raketi ''BFR'kompanije 'SpaceX'.

 

[1]Gravitaciono ubrzanje Fobosa je ~0,0057 m/s2, Dejmosa ~0,003 m/s2, a Marsa ~3,711 m/s2. Zemlja – zna se: ~9,81 m/s2.

[2]Raketa 'SLS'će se praviti u 3 varijante: 'Blok 1'(let oko Meseca), 'Blok 1B'(elementi za lunarnu platformu 'Gejtvej') i 'Blok 2'(let na Mars). Svaka će koristiti isti centralni blok sa 4 motora. 'Blok 2' će imati nosivost od oko 130 tona, slično kao 'Saturn V'. Uz sve uštede i marifetluke (recimo, koristiće se celokupna postojeća oprema Kenedijevog lansirnog centra), čitav projekat će biti težak desetine i desetine milijardi zelembaća...

[3]Ovaj stepen će odraditi posao koji je obavljalo treći stepen 'Saturna V'. Imaće klaster od četiri motora RL10-C3na LOX/LH2. Neće poleteti pre 2022-25.

[4]Orbitni transferni manevar koji se koristi za smanjivanje brzine letilice ulaskom sa hiperbolične trajektorije u eliptičnu orbitu oko planete. Za gubitak brzine koristi se trenje planetne atmosfere

[5]Skorašnje procene su navodile da bi svako lansiranje rakete 'SLS' koštalo oko $500 milionabez velikog uticaja na nosivost. Radi poređenja, svaki 'Saturn V'je koštao oko 1,23 milijardedanašnjih dolara. Mask je rekao da bi on to mogao da sredi za oko $300 mil.po raketi.

[6]Mislim da je to oko $3 milijarde.

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:


Komentari   
dragovic
+1 #4 dragovic 04-09-2018 21:44
Daki ponovo si u pravu!
Delim tvoje mišljenje - ljudi nisu svesni složenosti misije slanja ljudi na Mars.
Uvek citiram mog idola, Oldrina, koga sam svojim ušima slušao kad je rekao da tek kad ljudi PONOVO siđu na Mesec, tek tad će da shvate veličinu prvog spuštanja
Danijel Reponj
+4 #3 Danijel Reponj 03-09-2018 21:03
Nema ništa od puta ljudi na Mars tako skoro. Nismo spremni za takvo nešto. Pitanje je hoćemo li uopće u ovom stoljeću i biti spremni. Idući logični korak je koloniziranje Mjeseca i razvijanje tehnologija za život na Marsu. Tek na Mjesecu će se stvarati tehnologije za put i boravak na Marsu. Želje i planovi su jedno, a realnost nešto sasvim drugo. Možemo spakovati ljude i poslati ih do Marsa, no, ako oni do tamo budu mrtvi, ako oni tamo umru, ili ako se oni ne vrate živi, cijela msija je propala i biti će to onda potpuni neuspjeh. Nema mjesta pogreškama jer one u svemiru rezultiraju smrću. A to si nitko ne može dopustiti. Put na Mars ići će jedino preko Mjeseca.
dragovic
+7 #2 dragovic 01-09-2018 19:03
Ma video si I sam - jedno su planovi I obećanja a drugo realnost... Ispod površine lobira se danonoćno. Ko zna kako će se stvari odvijati u narednoj deceniji.
Ja sam lično skeptičan po pitanju slanja bilo kojih ljudi van naše orbite... Ako I stigne neko na Mesec u sledećih 10 god to će biti Kinez
rajs
+4 #1 rajs 31-08-2018 21:53
Odličan tekst. A plan za mjesec? Šta rade Kinezi i Rusi po tom pitanju, a šta Ameri? Šta radi SpaceX, oni su obećali do 2024. poslati ljude na Mars, ili sam pogrešno pročitao
Dodaj komentar