20 februari 2020

Wiskundigen bedenken manier om goedkoper naar Mars te reizen


Probleem met reizen naar Mars is dat je met de lancering moet wachten tot Mars en Aarde gunstig in hun baan staan ten opzichte van elkaar, een situatie die zich 1x per 26 maanden voor doet, én als je bij Mars komt moet je weer flink in de remmen staan, want Mars remt door z’n ijle atmosfeer weinig af, hetgeen betekent dat je kostbare brandstof mee moet nemen om dat met remraketten te kunnen doen – zie Curiosity’s landing op 6 augustus 2012. Deze kostbare route naar Mars wordt de Hohmann route genoemd, naar de Duitser Walter Hohmann, die er in 1925 in het boek Die Erreichbarkeit der Himmelskörper over schreef. Het ‘lanceervenster’ doet zich eens per 26 maanden voor als Mars en Aarde zich aan tegenovergestelde kanten van de zon bevinden.


Maar wiskundigen hebben nu een nieuwe manier bedacht om naar Mars te reizen, een manier die goedkoper is en die altijd kan beginnen, dus niet afhankelijk is van het lanceervenster. Het wordt ‘ballistic capture’ genoemd, ballistische vangst, en het komt er op neer dat het te lanceren ruimtevaartuig niet zelf voor de brandstof van de gehele reis moet zorgen, maar dat op een gegeven moment de zwaartekracht van Mars z’n werking doet. De lancering zijn hetzelfde als bij een Hohmann route, de tocht naar Mars ook, pas bij Mars aangekomen doet het ruimtevaartuig niets meer, het laat zich als het ware meenemen door de aantrekking van Mars. Edward Belbruno (Princeton University) en Francesco Topputo (Polytechnic University of Milan) deden de berekeningen aan de ballistic capture en publiceerden er een artikel over, Earth-Mars Transfers with Ballistic Capture.

Echt nieuw is het allemaal niet, want dezelfde Belbruno heeft de techniek 25 jaar geleden al toegepast, toen hij nog werkzaam was bij NASA’s Jet Propulsion Laboratory en hij zich met maanlandingen bezig hield. Men sprak toen van de ‘low energy transfer’ en deze is toegepast bij de lancering van de Japanse Hiten sonde in 1991 en NASA’s GRAIL missie in 2011. Probleem bij toepassing van deze methode bij Mars is dat de Rode Planeet veel sneller door de ruimte vliegt dan de maan. Maar door het ruimtevaartuig te mikken op een punt waar Mars zelf in zijn baan nog moet arriveren en het ruimtevaartuig als het ware wordt ingehaald door Mars is dat probleem verholpen. Voor toekomstige bemande reizen naar Mars moet dit een flinke besparing van de kosten opleveren – op brandstof bespaart men al zo’n 25%. OK, nadeel is wel dat de reis enkele maanden langer duurt – de Hohmann route kan in zes á zeven maanden worden gedaan. Bron: Scientific American.

Comments

  1. Mooie vacantie als bij product voor het einde.

  2. Enceladus Enceladus zegt

    Maar als je bespaart op brandstof voor het remmen in de atmosfeer, kun je dan nog wel nauwkeurig navigeren? Curiosity was in astronomisch opzicht een ‘hole in one’. ik vraag me werkelijk af of je met deze methode wel kunt bepalen waar je op Mars zult landen?

    groet,
    Gert (Enceladus)

  3. De besparing van brandstof en dus gewicht, zal dat echt zoveel opwegen tegen de langere reistijd ?

  4. Ik ben momenteel wat research aan het doen en waag de correctheid van de bovenste tekening te betwijfelen. Het lanceervenster voor Mars doet zich eens in de 26 maanden voor. Nog niet zo lang geleden heeft ESA Exo Mars gelanceerd. Dat was op 14 maart. Op dat moment stond Mars echt niet helemaal aan de ander kant van de zon.

    Zou dat wel het geval zijn, dan zou de Aarde de laatste twee maanden in turbo-stand door de ruimte moeten zijn gescheurd, want aanstaande maandag bereiken we nota bene de kortste afstand. Zou de tekening wel kloppen, dan hadden we in grofweg 10 weken de afstand moeten afleggen waar we normaliter een half jaar over doen. Mijn conclusie: de bovenste tekening klopt niet en het lanceervenster is niet open op het moment dat Mars zich exact achter de zon bevindt, maar later, als wij Mars alweer in beeld krijgen.

    Sybold Deen

    • Dat plaatje is de eindsituatie…..daar waar het schip aankomt bij Mars. Mars staat dan in het plaatje op de aankomstplek. De Aarde staat in het plaatje op het vertrekpunt.

      Het vertrekpunt is als Mars nog net voorop loopt in zijn baan om de Zon. Op het plaatje (zie het als een klok) zie je de Aarde op “3 uur” staan, Mars zou ongeveer op “2 uur” moeten staan bij vertrek.

      Bij deze Hohmann trip duwen ze het schip in een hogere baan om de Zon, een eliptische baan. De korste afstand tot de Zon van deze baan is 1AU (vertrekpunt) en de grootste afstand 1,524AU (eindpunt). Dus de semi-major axis van de baan van het schip is het gemiddelde, 1,262AU. Om Mars te bereiken moet het schip 1/2 van zijn nieuwe eliptische baan om de Zon afleggen. Zou het schip Mars missen, maakt het zijn baan om de Zon af, en komt het vanzelf weer op zijn vertrekpunt terug. Alleen is de Aarde dan inmiddels wel ergens anders 🙂

      • Oke, zo kun je het plaatje ook uitleggen. Maar dan klopt de tekst nog steeds niet, want daar staat in dat Mars en Aarde zich aan tegenovergesteld kanten van de zon bevinden tijdens het lanceervenster. En dat is niet zo. We hebben Mars allang weer in de smiezen als we gaan lanceren en zijn hard op weg om de Rode Planeet door de binnenbocht in te halen.

        Het plaatje is dus een soort combinatie van begin-en eindsituatie. Een ruimteschip dat Mars mist heeft er inderdaad weinig aan dat het weer op zijn vertrekpunt terug komt. ‘Right place – wrong time’…

        Sybold Deen

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: