کشف تصادفی مسیر میانبر؛ سفر به مریخ شاید فقط در ۳۳ روز امکانپذیر باشد
ZOOMIT: کشف میانبرهای مبتنی بر دادههای سیارک، با کاهش زمان سفر رفت و برگشت به مریخ به کمتر از یک سال، رویای مأموریت ۲۰۳۱ را به واقعیت نزدیکتر میکند.
دستیابی به آرزوی دیرینه بشر برای قدم گذاشتن بر سطح سیاره سرخ همواره با چالش بزرگ «زمان» مواجه بوده است. اما یک مطالعه جدید نشان میدهد که با الهام گرفتن از مسیر سیارکها، میتوان مدت ماموریتهای مریخ را به نصف کاهش داد و کل سفر رفت و برگشت را در کمتر از یک سال کامل کرد. این رویکرد نوآورانه پتانسیل تغییر کامل تقویم اکتشاف فضا را دارد.
طبق مدلهای مرسوم و مشخصات ماموریت فعلی، رسیدن به مریخ بین ۷ تا ۱۰ ماه طول میکشد که حدود ۱.۵ برابر از خورشید دورتر از زمین است. چالش اصلی زمانی پیش میآید که متوجه میشویم زمین و مریخ فقط هر ۲۶ ماه یکبار در موقعیت ایدهآلی برای پرتابهای بهینه سوخت قرار میگیرند. موضوعی که فضانوردان را مجبور می کند تا مدت ها در مریخ منتظر باز شدن مسیر بازگشت بمانند و این باعث می شود طول کل ماموریت نزدیک به سه سال باشد.
یافتههای اخیر از دادههایی بیرون آمدهاند که قبلاً بیارزش تلقی میشدند. مارسلو دیبا بررسی تخمینهای مداری اولیه و نادقیق سیارکهای نزدیک به زمین، اولیویرا سوزا، کیهانشناس در دانشگاه ایالت شمالی ریودوژانیرو، به سرنخهای هندسی ارزشمندی برای طراحی مسیرهای بین سیارهای فوقسریع دست یافت. در گذشته، این داده ها معمولاً پس از ثبت مشاهدات دقیق تر کنار گذاشته می شدند، اما اکنون به عنوان نقشه ای برای میانبرهای فضایی شناخته می شوند.
سوزا در مصاحبه با لایو ساینس اعتراف کرد که کشف او کاملا تصادفی بوده و او در ابتدا به دنبال یافتن مسیری برای فضاپیما نبوده است. ایده اولیه این پروژه در سال ۲۰۱۵ هنگام مطالعه سیارک ۲۰۰۱ CA21 شکل گرفت. جرمی که محاسبات اولیه نشان داد مسیر نادری را بین مدار زمین و مریخ طی می کند.
اگرچه اندازهگیریهای بعدی مسیر دقیق سیارک را اصلاح کرد، اما همان هندسه اولیه در زمان رویارویی ۲۰۲۰ (زمانی که زمین و مریخ در یک سمت خورشید و در نزدیکترین فاصلهشان قرار داشتند) امکان مسیرهای «فوقالعاده کوتاه» را در ذهن دانشمند ایجاد کرد. سوزا در مقاله خود تاکید کرد که این موضوع برای او بسیار تعجب آور بوده و او اصلا به دنبال چنین هدفی نبوده است.
محاسبات انجام شده برای دوره ۲۰۲۰ نشان داد که از نظر هندسی می توان فاصله زمین تا مریخ را تنها در ۳۴ روز طی کرد. تحقق این سناریوی شگفتانگیز، البته با محدودیتهای فنی دشواری مواجه است. زیرا به سرعت خروجی ۳۲.۵ کیلومتر بر ثانیه نیاز دارد که فراتر از توان موتورهای فعلی است. همچنین این فضاپیما با سرعتی در حدود ۱۰۸۰۰۰ کیلومتر در ساعت به مریخ می رسد که برای سیستم های فرود فعلی بسیار سریع است و نمی توانند با خیال راحت آن را مهار کنند.
در عوض، سوزا از هندسه الهام گرفته شده از سیارک برای کشف سفرهای احتمالی به رویارویی های آینده مریخ در سال های ۲۰۲۷، ۲۰۲۹ و ۲۰۳۱ استفاده کرد. سوزا با استفاده از روش استاندارد محاسبه مسیر بین دو نقطه در فضا (معروف به تجزیه و تحلیل لامبرت)، دریافت که تنها مواجهه با فناوری های نزدیک به ۲۰۳۱ فرصت مناسبی را برای سفر فراهم می کند.
در سناریوی پیشنهادی سوزا، کل سفر رفت و برگشت تنها ۱۵۳ روز (حدود ۵ ماه) طول می کشد. به طوری که این فضاپیما در ۲۰ آوریل ۲۰۳۱ زمین را ترک می کند و پس از یک سفر ۳۳ روزه در ۲۳ می به مریخ می رسد و پس از ۳۰ روز اقامت در سطح این سیاره، فضانوردان در ۲۲ ژوئن برمی گردند و تا ۲۰ سپتامبر به زمین می رسند.
سوزا همچنین یک مسیر جایگزین با مصرف انرژی کمتر را در همان پنجره زمانی ۲۰۳۱ شناسایی کرده است که این ماموریت را در ۲۲۶ روز (حدود ۷.۵ ماه) به پایان می رساند. این زمان هنوز بسیار کوتاهتر از رکوردهای فعلی است. با این حال، میانبرهای سوزا عمدتاً تئوری هستند و استفاده از آنها به شدت به جزئیات ماموریت، از جمله طراحی فضاپیما، جرم محموله و قابلیت های پیشران بستگی دارد.
سرعت های مورد نیاز در طرح های پیشنهادی سوزا با سرعت های بدست آمده توسط فضاپیماهایی مانند New Horizons قابل مقایسه است. این کاوشگر که در سال ۲۰۰۶ با سرعت ۱۶.۲۶ کیلومتر بر ثانیه به فضا پرتاب شد، سریع ترین شی ساخته شده توسط بشر بود که تا آن زمان از زمین پرتاب شده بود. سوزا معتقد است که چنین مسیرهای پرسرعتی می تواند در دسترس موشک های نسل بعدی مانند استارشیپ اسپیس ایکس یا نیو گلن بلو اوریجین باشد.
