Mars i Ziemia ustawiły się w jednej linii zeszłego lata, a trzy różne agencje kosmiczne wykorzystały swoją szansę.
To pracowity luty dla Marsa, z trzema sondami z trzech różnych krajów
przybywającymi na Czerwoną Planetę w ciągu zaledwie dziewięciu dni.
Ta marsjańska impreza nie wydarzyła się przez przypadek - ma to związek z mechaniką orbit Ziemi i Marsa.
Pierwsza misja międzyplanetarna Zjednoczonych Emiratów Arabskich, sonda Hope, osiągnęła orbitę Marsa we wtorek (9 lutego). Pierwsza misja międzyplanetarna Chin, Tianwen-1
weszła na orbitę marsjańską w środę (10 lutego). Chińska sonda zawiera
zarówno orbiter, jak i lądownik z łazikiem na pokładzie, który ma
spróbować wylądować na powierzchni w maju.
A 18 lutego pierwszy w swoim rodzaju pojazd od NASA dotrze do Marsa i przebije się bezpośrednio przez jego atmosferę.
Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, pojazd zrzuci swoją zewnętrzną
powłokę i użyje rakiet, aby zatrzymać opadanie w ostatnim momencie.
Następnie zawiśnie nad powierzchnią, by za pomocą podniebnego dźwigu
opuścić na ziemię łazik Perseverance o rozmiarach samochodu - zasilany
energią jądrową i wart 2,7 miliarda dolarów.
Pojawienie się niemal wszystkich dokładnie w tym samym czasie nie jest
przypadkowe, powiedział Jonathan McDowell, astrofizyk z Uniwersytetu
Harvarda i ekspert od lotów kosmicznych.
Mars i Ziemia są jak "biegacze na okrągłym torze wyścigowym". "I
naprawdę szybki biegacz [Ziemia] regularnie okrąża biegacza znajdującego
się na zewnątrz [Marsa]. Więc czasami są tuż obok siebie, a czasami są
po przeciwnych stronach toru."
Ten cykl Ziemia-Mars, czyli Ziemia całkowicie okrąża Marsa, zajmuje około dwóch lat.
Potrzeba by ogromnej rakiety, wielu ton paliwa i znacznie więcej czasu,
aby dotrzeć do Marsa z Ziemi, podczas gdy planety są daleko od siebie.
Jednak start, gdy planety są w ich absolutnej bliskości - 62,1 milionów
kilometrów od siebie średnio - nie jest najbardziej efektywnym sposobem
dotarcia na Marsa.
Istnieje wcześniejszy punkt w dwuletnim cyklu planet, w którym podróż zajmuje mniej czasu i wymaga mniej paliwa.
W tym momencie, który występuje raz w ciągu dwuletniego cyklu, Ziemia
jest nieco za Marsem, ale nadal porusza się szybciej niż jej sąsiad.
Takie ustawienie pozwala statkowi kosmicznemu wejść na tak zwaną "orbitę transferową Hohmanna", nazwaną tak na cześć niemieckiego inżyniera Waltera Hohmanna, który opracował podstawową matematykę w 1925 roku.
Jak to działa?
Żadna rakieta nie przewozi wystarczająco dużo paliwa, by spalić je na
całej trasie między Ziemią a Marsem, która to odległość waha się od
dziesiątek do setek milionów mil.
Oznacza to, że każda międzyplanetarna przygoda zaczyna się od krótkiego,
intensywnego okresu przyspieszenia, po którym następuje długi odcinek
postoju. Zadaniem silników rakietowych podczas tego początkowego okresu
przyspieszenia jest wprowadzenie statku kosmicznego na orbitę
wokółsłoneczną, która przetnie się z Marsem tak szybko, jak to możliwe.
Najbardziej efektywną ścieżką między planetami jest zatem orbita
wokółsłoneczna przecinająca się z Marsem, którą można osiągnąć przy
najmniejszym zużyciu paliwa, a taka orbita staje się dostępna raz na dwa
lata.
Jednak agencje kosmiczne nie muszą dokładnie trafić w ten dzień. Tak
długo jak wystrzeliwują podczas kilkutygodniowego okna wokół tej daty,
mogą umieścić swoje statki kosmiczne na orbitach transferowych Hofmanna.
Jeśli jednak zwlekają dłużej niż kilka tygodni, podróż bardzo szybko
staje się trudniejsza.
Orbiter Hope wystartował 19 lipca 2020 roku, Tian wen-1 23 lipca, a
Perseverance 30 lipca. Luki pomiędzy przylotami statków kosmicznych nie
są dokładnie zgodne z datami ich startu z powodu drobnych różnic w ich
technologii rakietowej, trajektorii w przestrzeni kosmicznej i miejsc
docelowych, powiedział McDowell. (Potrzeba innego kąta podejścia, na
przykład, aby zanurzyć się bezpośrednio w atmosferze planety, niż aby
wejść na wysoką orbitę, jak zrobił to Hope).
To nie pierwszy raz, kiedy marsjańska przestrzeń orbitalna jest tak
zatłoczona, zauważył McDowell. Związek Radziecki wystrzelił cztery
statki kosmiczne na Marsa w 1973 roku, choć jeden nie osiągnął orbity, a
żaden z pozostałych trzech nie działał zgodnie z przeznaczeniem po
dotarciu na miejsce. Dwa radzieckie statki kosmiczne i jeden amerykański
wystartowały na Marsa w 1971 roku, i wszystkie miały przynajmniej
częściowo udane misje. (Oba narody planowały w tym samym roku dodatkowe
sondy, lecz amerykańska sonda Mariner 8 zawiodła podczas startu, a
radziecki Kosmos 419 nigdy nie opuścił niskiej orbity okołoziemskiej).
Co jest inne w tym roku, powiedział McDowell, to sama różnorodność
statków kosmicznych docierających na Marsa, oraz fakt, że kilka
dodatkowych sond jest już aktywnych wokół planety. NASA ma trzy orbitery
aktywne na orbicie marsjańskiej, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) ma
jeden swój własny i jeden orbiter, który jest wspólnym projektem z
rosyjskim Roscosmosem, a Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych ma
również aktywny orbiter. Na powierzchni Marsa wciąż aktywne są także
łazik Curiosity i lądownik InSight NASA.
Pomimo tej stosunkowo zatłoczonej sytuacji, McDowell powiedział, że
wątpi, aby którakolwiek z sond nawet zbliżyła się do siebie na odległość
kilkudziesięciu tysięcy mil, nawet jeśli żaden z krajów nie sprawdziłby
wcześniej swoich trajektorii ze sobą.
"Przestrzeń kosmiczna jest duża," powiedział.
Na zdjęciu:
Animacja pokazuje drogę lądownika InSight NASA z Ziemi na Marsa, przykład orbity transferowej Hohmanna. (Image credit: Phoenix7777 - Praca własna Źródło danych: HORIZONS System, JPL, NASA/Wikimedia Commons
