Załogowy przelot wokół Jowisza- studium techniczne 1969r.

Scena z filmu "Europa Report"

Scena z filmu „Europa Report” podejmującego jako jeden z niewielu tematykę podróży załogowej w okolice Jowisza.

Na podstawie dokumentu „Symmetric round trip flybys to outer plantets” by G.R. Woodcock, NASA 1969.

autor: Orland Krzyżanowski

Od początku istnienia astronautyki załogowej jej celem nadrzędnym była misja do innych światów. Realny początek tej drogi to pierwsze udane wysłanie człowieka na orbitę a kilkanaście lat później na powierzchnię Księżyca. Rok 1969, gdy to wydarzenie stało się rzeczywistością był momentem, w którym wydawało nam się, że kosmos stoi przed nami otworem. Po Księżycu mieliśmy udać się na Marsa (pierwsze planowane misje miały się odbyć już w 1971 roku!) i dalej. Nic takiego się jednak nie wydarzyło, w 1972 roku program księżycowy anulowano. Nigdy nie wróciliśmy na Srebrny Glob nie wspominając o dalszych misjach z człowiekiem na pokładzie statku kosmicznego. Górę wzięły decyzje polityczne, które wygasiły plany dalszych lotów załogowych… a plany były ambitne i obejmowały nawet załogową misję do Jowisza!

To da się zrobić!

W wyniku  fali entuzjazmu związanej z dużymi nakładami na program księżycowy, który udało się przeprowadzić w zaledwie 10 lat od jego ogłoszenia opracowano wielką ilość poważnych naukowych prac związanych z planowaną misją marsjańską w wielkiej ilości wariantów. Część z nich znana jest każdemu nawet pobieżnie zainteresowanemu historią astronautyki. Propozycje  Wernera von Brauna -szeroko rozpoznawalnej  ikony zachodniej astronautyki-  znane są sporej grupie pasjonatów . Różne propozycje misji na Marsa odżywały i łatwo były podchwytywane przez media i programy popularnonaukowe. Niewiele osób jednak wie o wczesnych pracach nad misjami mającymi wysłać człowieka dalej. Nie były one tak zaawansowane jak te na Czerwoną Planetę gdyż musiały się mierzyć z nową jakością problemów związaną z lotami do zewnętrznej części Układu Słonecznego niemniej jednak zlecono ich przygotowanie. Tym sposobem powstało memorandum techniczne na zlecenie NASA opublikowane w 1969 roku. Rok po pojawieniu się na ekranach spektakularnej „Odysei Kosmicznej 2001” Kubrika, która rozpalała wyobraźnię wraz z rzeczywistymi misjami statków Apollo w tym samym okresie. Wydawało się wtedy, że jesteśmy tak właśnie blisko tego typu wydarzeń.

Projekt filmowego statku Discovery One pwstał przy konsultacjach naukowców i inżynierów jak taka misja powinna wyglądać!

Projekt filmowego statku Discovery One wykorzystanego w filmie „Odyseja Kosmiczna 2001″powstał przy konsultacjach naukowców i inżynierów jak taka misja powinna wyglądać! Wszystkie elementy tu zastosowane są poprawne z technicznego punktu widzenia.

Możliwości i Limity

Celem przeprowadzonej analizy była możliwość dokonania symetrycznego (wyjaśnię później) przelotu wokół planet zewnętrznego Układu Słonecznego. Do tego celu uproszczono kryteria misji, które ograniczono do teoretycznego planu lotu skupiając się na mechanice orbit. Pominięto kwestie architektury statku, sposobu budowy, wyniesienia na orbitę i tym podobne. Praca wskazała, że przy zastosowaniu dających się przewidzieć możliwości technicznych (napęd jądrowy NERVA był rozpatrywany) realną misją stałaby się ta dookoła Jowisza z czasem trwania 1000 dni. Jakkolwiek stwierdzono, że przy braku rewolucji w napędach pojazdów kosmicznych praktycznie niewykonalne są załogowe misje dalej. Znaleziono jedno odstępstwo, o którym dalej jakkolwiek Uran i Neptun były  i są do dzisiaj (z braku wspomnianej rewolucji technologicznej) nieosiągalne przy wybranej w założeniach trajektorii lotu.

Trajektoria paraboliczna

Mechanika orbit w praktyce. Misja sondy Juno.

Mechanika orbit w praktyce. Misja sondy Juno.

Decydując się na podróż kosmiczną do innych światów musimy podporządkować się pod ścisłe reguły rządzące środowiskiem w którym będziemy się poruszać. W oceanie będą to prądy oceaniczne, w przestrzeni kosmicznej rządzi mechanika orbit. Odległość od naszego świata do tego docelowego jest tak naprawdę kwestią drugorzędną. Decydując się na podróż kosmiczną z przykładowo Ziemi na Marsa może okazać się, że najwydajniejsza trasa biegnie przez orbitę Wenus (zupełnie nie po drodze) a jednak z punktu ekonomiki ma swoje uzasadnienie. Niech za przykład posłuży trajektoria sondy Juno udającej się na Jowisza, która już znajdując się za orbitą Marsa (w połowie drogi) powróci na bliski przelot wokół Ziemi, żeby udać się na orbitę Jowisza! W przypadku analizy z 1959 roku sprawa miała wyglądać zupełni inaczej. Statek miał poruszać się po trajektorii parabolicznej będącej faktycznie przez cały okres misji orbitą transferową zupełnie inną od szeroko stosowanej orbity transferowej Hohmanna zapewniającej najbardziej ekonomiczne podniesienie orbity od podstawowej do tej docelowej. Najpoważniejszą cechą trajektorii parabolicznej było zredukowanie manewrów używających systemu napędowego statku praktycznie do zera. Pole grawitacyjne planety docelowej miało zakrzywić tor lotu statku do tego stopnia, że w locie swobodnym powróciłby z powrotem do wewnętrznej części układu słonecznego po drugiej stronie słońca względem miejsca wystrzelenia. Najbardziej fascynującą sprawą byłby fakt, że po 1000 dniach lotu statek spotkałby się z Ziemią, która poruszając się po swojej orbicie znalazłaby się w miejscu, w którym doszłoby do spotkania. Poza wyeliminowaniem potrzebnych odpaleń silnika (praktycznie do jednego) trajektoria paraboliczna zapewnia względem orbity transferowej Hohmanna tak ważne przy misjach do planet zewnętrznych skrócenie czasu podróży.

Proponowany przez naukowców przebieg misji. Warto zwrócić uwagę na zmianę położenia Ziemi, która "złapałaby" wracający statek. (rys. z omawianego dokumentu)

Proponowany przez naukowców przebieg misji. Warto zwrócić uwagę na zmianę położenia Ziemi, która „złapałaby” wracający statek. (rys. z omawianego dokumentu)

Wnioski

Obliczenia znalazły 4 warianty do przeprowadzenia misji do układu Jowisza oraz 11 wariantów misji do Saturna przy zastosowaniu „szybkiej” trajektorii parabolicznej. Okazało się  jednak,  że nie ma możliwości przeprowadzenia misji o racjonalnym czasie trwania dalej. Uran i Neptun znajdują się na chwilę obecną nawet teoretycznie poza zasięgiem człowieka przy założeniu, że wykorzysta się rakietę z termicznym napędem jądrowym (program jej budowy zamknięto w 1972 roku). Zastosowanie bardziej wydajnego napędu jak zaznaczyli twórcy dokumentu mogłoby skrócić czas trwania misji jednak potrzebne byłoby opracowanie nowego studium,  które bazowałoby na konkretnych danych na temat możliwości nowego napędu.

Propozycja misji Jowisz- Saturn o długości trwania 5 lat.

Propozycja misji Jowisz- Saturn o długości trwania 5 lat.

W trakcie opracowywania dokumentu natrafiono na ciekawą kwestię. Okazało się, że istnieje możliwość przeprowadzenia misji do dwóch planet o mniejszym zapotrzebowaniu energetycznym niż do jednej! Jest to wspomniana misja której celem byłby przelot dookoła Jowisza, którego pole grawitacyjne skierowałoby statek w kierunku Saturna. Dopiero ta ostatnia planeta w czasie bliskiego przelotu (zakładano, że statek przeleci pomiędzy planetą a jej pierścieniami!) „odbiłaby” jednostkę z powrotem w kierunku Ziemi. Warto zaznaczyć, że taki lot trwałby 5 lat i stanowił górną granicę, która była dopuszczana dla tego typu misji. Lot na następną planetę to czas trwania około 15 lat…

Smoki i białe plamy

W latach 60tych niewiele wiedziano jeszcze o budowie Układu Słonecznego (dzisiaj mimo, że wiemy więcej cały czas powinniśmy zachować miejsce dla nowych rewolucyjnych odkryć, które w każdej chwili mogą zmienić nasze wyobrażenie o miejscu w którym żyjemy). Twórcy dokumentu jako istotny problem wskazują konieczność przelotu przez Pas Asteroid. Jak dzisiaj wiemy ma on na tyle rzadką strukturę, że żadna misja bezzałogowa nie miała problemu z „przebiciem się” na zewnątrz a trwająca misja sondy Dawn pokazuje, że swobodnie można w samym Pasie manewrować kilka lat bez przykrych niespodzianek. Inną kwestią jest przyjęte założenie przy trajektorii parabolicznej bliskiego przelotu nad planet docelową, żeby mogła ona jak najsilniej zagiąć tor lotu statku. W przypadku gazowych gigantów jakimi są Jowisz i Saturn misja wymagałaby wcześniejszych badań atmosfery obydwu planet które głównie z niej się składają. Przelot w odległości 70-80 tyś kilometrów od górnych warstw atmosfery byłby precyzyjną sprawą i warto byłoby się upewnić, że jej parametry nie podlegają nieplanowanym zmianom.

Zamiast zakończenia

Omówione w bieżącym tekście studium techniczne jest jednym z wielu opracowań, które NASA regularnie zleca. Możliwość zapoznania się z nimi to fascynująca lektura. Mimo, że dotyczy wydarzeń, które nigdy się nie wydarzyły daje nam wyobrażenie jak wyglądałoby przeprowadzenie tego typu przedsięwzięć gdyby dostały „zielone światło”. Z mnogości różnych wizji niestety tylko jedna z wielu a czasami żadna ma szansę skonfrontować się z rzeczywistością. Musicie wiedzieć, że pomysłów na lądowanie na Księżycu również było wiele. Wśród mnogości koncepcji gdzieś pośrodku stosu papierów znajdował się dokument”Apollo study designs”. Jedną z propozycji wybrano i wkrótce zabrała ona ludzi na Srebrny Glob…

Cały omawiany dokument do pobrania. Wczujcie się w klimat!

Cały omawiany dokument do pobrania (kliknij w fot. lub link poniżej). Wczujcie się w klimat!

  19700028253_1970028253

W wyniku perturbacji z budżetem USA na chwilę obecną (tj. październik 2013r.) Agencja NASA zamknęła swoją stronę oraz dostęp do swoich archiwów przez internet indywidualnym użytkownikom. Zbiegiem okoliczności omawiany dokument miałem już ściągnięty więc udostępniam z mojej przestrzeni dyskowej zaznaczając, że oryginalnym źródłem jest archiwum NASA, które niestety wyświetla się na dzień dzisiejszy w ten oto sposób:

Nasa

Reklamy

Informacje Orland Krzyżanowski
Witam na blogu tematycznym poświęconemu historii załogowej astronautyki. Wpisy będą miały charakter artykułów z zachowaniem poprawności formalnej w postaci podania źródeł bądź przypisów w wypadku korzystania z czyjejś pracy. W polskojęzycznym internecie nie ma wielu stron traktujących wybrane zagadnienia szczegółowo a dotyczących mniej znanych zagadnień w postaci koncepcji i różnych studiów dotyczących eksploracji przestrzeni kosmicznej w przeszłości.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s

%d blogerów lubi to: