Geef me de ruimte (18)

Ons zonnestelsel met de acht planeten, Mercurius, Venus, aarde, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus. Niet meegenomen is Pluto, komend na Neptunus en sinds 2006 geen planeet meer en die vanwege haar geringe grootte een dwergplaneet wordt genoemd. Al kijkend naar het plaatje zou elk weldenkend mens verwachten dat een reis naar Mars dan niet al te moeilijk hoeft te zijn. Gewoon een kwestie van een rechtstreekse vlucht! Verderop zullen we zien dat de praktijk echter behoorlijk ingewikkelder is.

Reis naar Mars (3).

In deze bijdrage wil ik aandacht besteden aan de weg er naar toe. Hoe bereik je Mars? Allereerst sta ik stil bij het begrip de “Synodische Periode”. Dit is in zekere zin te vergelijken met de dienstregeling van een bus of trein. Vooruitlopend op mogelijke trajecten naar Mars sta ik kort stil bij de geweldige prestaties die geleverd moeten worden om de reistijd te bespoedigen. Afsluitend nog aandacht voor toekomstige banen, de zgn. Cycler Orbits.

De Synodische Periode.

Het geeft de verstreken tijd aan tussen twee gelijke situaties. Als voorbeeld nemen we de lancering van een raket, hier met als doel de planeet Mars. Deze vindt plaats op een moment dat de minste energie vereist is. We veronderstellen nu dat door technische redenen de lancering niet kan plaatsvinden. Normaal is er altijd sprake van enige spreiding van enkele dagen rondom de geplande datum, lanceervenster genoemd. Echter de problemen zijn dermate ernstig dat de gehele lancering komt te vervallen. Wat is dan de eerstkomende gelegenheid. Het antwoord is 780 dagen. Voor een reis naar de planeet Jupiter is dat 390 dagen.

We veronderstellen gemakshalve dat de aarde en Mars en cirkelvormige banen beschrijven. Afgerond staat de aarde en Mars, resp. 150 en 228 miljoen kilometer verwijderd van de zon. In wezen zijn de banen licht ellipsvormig. De aarde maakt in 365,25 dagen een volledige omwenteling om de zon. Mars doet daar 687 dagen over. Dat betekent dus dat de snelheid van de aarde in haar baan groter is dan die van Mars. In bovenstaand figuur heb ik dat grafisch weergegeven. We zien hier de situaties (I) en (II). In situatie (I) staan op dag (0), de aarde en Mars in lijn met de zon. Elke andere configuratie is overigens eveneens van toepassing. Vervolgens is de situatie weergegeven waarbij de aarde en Mars gedurende 91 dagen hun baan beschrijven. Ik heb voor 91 dagen gekozen omdat de aarde dan een kwart baan (90 graden) heeft doorlopen. Voor Mars is dat slechts 48 graden. (Voor de liefhebber: 91/687 x 360)).

In situatie (II) zien we dat na 780 dagen de aarde en Mars opnieuw in lijn met de zon staan. We hebben wederom dezelfde situatie. In deze tijd heeft de aarde iets meer dan twee volledige omlopen gemaakt en Mars slechts één. We zien wel dat alles gedraaid is over een hoek van 49 graden. Maar dat is ten opzichte van de sterren en daarmee niet van belang. Bovenstaande betekent dus dat bij gelijkblijvende omstandigheden telkens na 780 dagen een vertrek naar Mars kan plaatsvinden. De berekening van de Synodische Periode is niet moeilijk. Voor de liefhebber: Neem de reciproke waarde van het verschil van de hoeksnelheden in graden/dag van de aarde en Mars en vermenigvuldig deze met 360 graden.

De snelle- en de meest economische baan

Vertrek naar Mars.

In de volgende beschouwingen gaan we uit van het meest eenvoudige geval dat zowel bij de heen- als bij de terugreis een Hohmannbaan gevolgd wordt, dus een halve elliptische baan.

Terugreis naar de aarde.

Toekomstige ontwikkelingen.

Alhoewel van vele kanten gesproken wordt over een reis naar Mars, is SpaceX van Elon Musk wel het meest voortvarend bezig. In tegenstelling tot vele andere bedrijven lukt het hem telkens om door allerlei gigantische kostenbesparingen zijn doelen te bereiken. Uitganspunt hierbij is hergebruik. Een ander voorbeeld is het gebruik van vloeibaar methaan als raketbrandstof in plaats van vloeibare waterstof in de lanceerraket vanaf de aarde. Om een snelle reis naar Mars mogelijk te maken wordt in de baan om de aarde bijgetankt. Er wordt gedacht om een reis mogelijk te maken in 4 maanden. Verder zoals in Blog 16 al uiteengezet is vloeibaar methaan tevens de raketbrandstof die op Mars gemaakt kan worden en dus niet te hoeven worden meegevoerd voor de terugreis. Tevens maakt hij gebruik van de techniek om uitgebrande rakettrappen niet in de zee te laten vallen, maar terug te sturen naar een landingsplaats. Deze techniek kan dan ook gebruikt worden om het ruimteschip op Mars te laten landen. Hij heeft het tot een persoonlijk doel gemaakt om voor zijn pensionering (momenteel jaar 49 jaar oud) mensen op Mars te hebben gezet. Hij wil daartoe de komende 20 jaren elke 780 dagen vele ruimteschepen naar Mars sturen voor het opzetten van een nederzetting.

De Aldrin Cycler Orbit

Als ik dit schrijf hoor ik zojuist dat Starship SN15 van SpaceX een geslaagde lancering en landing heeft uitgevoerd. Een geweldig stap van een private onderneming waarmee een bemande reis naar Mars steeds reëler wordt. Voor mij een reden om nog een extra Bijdrage te wijden aan een Reis naar Mars. Daarin ga ik dan aandacht besteden aan de wijze waarop SpaceX een Reis naar Mars wil bewerkstelligen.