Cum să ajungi pe Marte pentru știință
Există multe soluții tehnice pentru a merge pe Marte. Dificultatea va fi să alegi cel mai bun.
Dificultatea unei călătorii pe Marte este suficientă pentru a-i descuraja pe cei mai întreprinzători: planeta nu vine niciodată la 80 de milioane de kilometri de a noastră, astfel încât o călătorie de întoarcere ar dura câțiva ani. Inginerii au soluții pentru a trimite bărbați pe Planeta Roșie și apoi pentru a-i readuce în siguranță și sănătoși, dar costul unui astfel de proiect este considerabil.
Costul unei misiuni pe Marte depinde în primul rând de masa navei spațiale, deoarece o navă spațială ușoară necesită mai puțin combustibil. Acesta din urmă nu este costisitor în sine: costul lansării pe orbita Pământului este proporțional cu
masa vehiculului, din care 80% este combustibil. Toate proiectele misiunii Marte s-au preocupat de minimizarea masei vehiculului fără a compromite siguranța sau interesul științific. În 1952, Wernher von Braun a prevăzut construirea unei armate de vehicule spațiale propulsate de rachete chimice convenționale; el a estimat că greutatea totală la decolare va ajunge la 37.200 de tone. Chiar și plasarea unei astfel de flote pe orbita Pământului ar costa trilioane de franci. De atunci, inginerii au imaginat reduceri prin utilizarea rachetelor nucleare sau electromagnetice cu performanțe mai bune, prin reducerea numărului de astronauți, prin reducerea nivelului de redundanță a echipamentului și prin fabricarea combustibilului pe Marte ( vezi figura 1).
Astăzi, cea mai simplă misiune, Mars Direct, ar costa 100 de miliarde de franci în costuri inițiale, repartizate pe un deceniu, plus zece miliarde de franci pe misiune (vezi Un direct pour Mars, pagina 38). Proiectul NASA, numit „misiune de referință”, ia mai multe idei de la Mars Direct, dar costă cam de două ori mai mult, cu o securitate sporită și un echipaj mai mare (șase astronauți în loc de patru).
Acest proiect prevede trei nave spațiale: un modul hardware automat care depune un vehicul de urcare și o centrală de combustibil pe suprafața lui Marte; un modul locuibil neocupat, care este plasat pe orbita marțiană; și un modul de transfer al echipajului, care, odată ce primii doi vor ajunge la destinație, va fi în curs când Marte și Pământul sunt aliniate din nou, la 26 de luni de la primele lansări. Modulul de transfer i-ar duce pe astronauți pe Marte și va acosta cu modulul locuibil. Astronauții ar schimba navele, vor coborî la suprafață, vor rămâne acolo timp de 500 de zile, apoi vor pleca cu vehiculul de ascensiune. Modulul de transfer, care ar fi așteptat pe orbită, i-ar aduce înapoi pe Pământ. La fiecare 26 de luni ar părăsi un nou trio de nave spațiale, pentru a construi în cele din urmă o bază permanentă.
Un astfel de program ar costa mai puțin decât Stația Spațială Internațională sau programul Apollo. Cu toate acestea, deoarece nasa are reputația de a cheltui prea mult bugetele sale, mulți susținători ai misiunilor pe Marte s-au adunat în diferite organizații, cum ar fi Association Planète Mars (Mars Society), pentru a dezvolta alte proiecte.
Cel mai avansat este unul de la ThinkMars, un grup de studenți de la Massachusetts Institute of Technology și Harvard University. Acest grup propune crearea unei companii cu scop lucrativ pentru a gestiona proiectul Marte, prin subcontractarea diferitelor sarcini către companii private și către centrele de cercetare NASA. Guvernele din diferite țări ar cumpăra locuri sau spațiu pentru experiențe la prețuri reduse. Restul finanțării ar proveni din vânzarea de publicitate, drepturi de difuzare a televiziunii și brevete de cercetare.
După ce au demonstrat că o misiune echipată este fezabilă din punct de vedere tehnic, susținătorii acestui tip de operațiune încearcă acum să convingă contribuabilii, oficialii aleși și industriașii.
Ce drum să ia pentru a merge pe Marte?
Pentru rachetele cu forță mare, cea mai economică traiectorie este orbita de transfer Hohmann. Această elipsă, tangentă la orbitele Pământului și Marte, utilizează la maximum mișcarea orbitală a planetelor pentru a accelera nava spațială. Acest lucru ar fi inițiat atunci când Marte este în fața Pământului la un unghi de aproximativ 45 de grade (ceea ce se întâmplă la fiecare 26 de luni). Ar părăsi Pământul și va ajunge pe Marte de cealaltă parte a Soarelui din poziția inițială a Pământului (vezi Figura 3a). O astfel de configurație a planetelor formează ceea ce astronomii numesc o conjuncție. Pentru a reveni, astronauții ar aștepta până când Marte va fi în fața Pământului la un unghi de 75 de grade, își vor pune vehiculul pe un arc retractabil și vor lăsa Pământul să ajungă la el.
Fiecare etapă necesită două faze de accelerație. De la suprafața pământului, o explozie de viteză de 11,5 kilometri pe secundă permite vehiculului să se elibereze de atracția pământului și să intre pe orbita de transfer. O altă soluție este de a începe de la o orbită terestră joasă în care nava spațială se rotește deja cu viteză mare; motoarele trebuie să îi ofere o viteză suplimentară de 3,5 kilometri pe secundă. Pe măsură ce se apropie de Marte, rachetele retro sau frânarea în atmosferă ar trebui să încetinească nava spațială cu aproximativ doi kilometri pe secundă pentru a intra pe orbită sau 5,5 kilometri pe secundă pentru a ateriza. Întoarcerea este inversul drumului.
Călătoria de întoarcere și de întoarcere ar dura puțin peste doi ani și jumătate: 260 de zile pentru fiecare etapă a călătoriei interplanetare și 460 de zile de ședere pe Marte. Principalele proiecte, precum Mars Direct și misiunea de referință NASA, favorizează traiectorii de tip conjuncție, dar scurtează călătoria consumând puțin combustibil suplimentar în timpul călătoriei. Programarea atentă asigură, de asemenea, că nava se va întoarce pe Pământ în mod natural în cazul unei defecțiuni a motorului.
Pentru a scurta călătoria, inginerii nasa studiază traiectorii de tip opoziție (a se vedea Figura 3b), numite astfel pentru că Pământul se apropie cel mai aproape de Marte (o configurație pe care astronomii o numesc opoziție) la un moment dat. Aceste traiectorii necesită o accelerație suplimentară, aplicată pe parcurs. Călătoria ar dura apoi un an și jumătate: 220 de zile pentru călătoria de plecare, 30 de zile de ședere pe Marte și 290 de zile pentru întoarcere. Călătoria de întoarcere ar fi îndreptată spre Soare, folosind în cele din urmă atracția gravitațională a lui Venus și înapoi spre Pământ din spate. Secvența ar putea fi inversată, astfel încât călătoria spre exterior să fie cea mai lungă călătorie. Cu rachetele planificate, aceste traiectorii impun o cale prea lungă pentru o ședere atât de scurtă, dar ar fi interesante dacă s-ar folosi rachete nucleare foarte puternice sau navete care circulă constant între orbitele Pământului și ale Marte fără a se opri vreodată acolo.