Η μεγάλη περιπέτεια του ανθρώπου άρχισε
Ετοιμάζεται η αποστολή Μέρος 4ο

Άρθρο, Ιούνιος 2005

Τρεις δρόμοι για τον Άρη

Το σύντομο ταξίδι:

Ταξίδι μετάβασης 224 ημέρες - Παραμονή 30 ημέρες και Ταξίδι επιστροφής 291 ημέρες

Το διαστημόπλοιο κατά το ταξίδι μετάβασης ή επιστροφής περνάει κοντά από την Αφροδίτη, έτσι ώστε η βαρυτική της έλξη να καμπυλώσει την τροχιά του. Επειδή η απόσταση Γης-Άρη αλλάζει ποτέ το ταξίδι μετάβασης δεν θα είναι της ίδιας διάρκειας με της επιστροφής.

Το οικονομικό ταξίδι:

Ταξίδι μετάβασης 240 ημέρες - Παραμονή 450 ημέρες και Ταξίδι επιστροφής 240 ημέρες

Το ταξίδι αυτό θα ακολουθήσει τη λεγόμενη τροχιά Hohmann, που είναι η πιο οικονομική. Για το λόγο αυτό, το ταξίδι μετάβασης και επιστροφής θα διαρκέσει πάρα πολύ. Το δρομολόγιο αυτό αποτέλεσε τη βάση κάθε σχεδιασμού ταξιδίων στον Άρη τα τελευταία 50 χρόνια.

Το ταξίδι express:

Ταξίδι μετάβασης 120 ημέρες - Παραμονή 600 ημέρες και Ταξίδι επιστροφής 120 ημέρες

Με τη χρήση πυρηνικής ενέργειας ο χρόνος του ταξιδιού μπορεί να μειωθεί σε 4 ή 6 μήνες, ωστόσο το σκάφος θα εξακολουθεί να είναι εξαρτημένο από τη θέση που έχουν η Γη και ο Άρης, κάτι που σημαίνει διαμονή στον Άρη μέχρι και 20 μήνες. Γι' αυτό ο συνολικός χρόνος του ταξιδιού παραμένει πολύ μεγάλος.

Τμηματική εκτόξευση του σκάφους

Η απόφαση για μια επανδρωμένη πτήση στον Άρη έχει ληφθεί, μόνο που δεν υπάρχει διαστημόπλοιο για να μεταφέρει εκεί τους αστροναύτες. Γι' αυτό η NASA έχει συγκροτήσει μια ομάδα εργασίας, η οποία θα μελετήσει και θα προτείνει τον τρόπο κατασκευής ενός τέτοιου σκάφους. Η ομάδα, την οποία αποτελούν μερικοί από τους καλύτερους ειδικούς στον κόσμο, ονόμασε την αποστολή της Project Constellation, και η πρόταση της για το διαστημόπλοιο του μέλλοντος είναι ένα CEV (Crew Exploration Vehicle) - Εξερευνητικό Όχημα Προσωπικού όπως ονομάζεται.

Το σκάφος για τον Άρη επειδή θα ζυγίζει περίπου 600 τόνους θα το συναρμολογήσουν τμηματικά σε τροχιά ύψους 400 χιλιομέτρων από τη Γη. Τα τμήματα του δηλαδή, όπως και οι αστροναύτες, θα φτάσουν στο διάστημα με πυραύλους.

Αυτό ίσως να ακούγεται δύσκολο, όμως αυτή η μέθοδος κατασκευής έχει πολλά πλεονεκτήματα συγκριτικά με την εκτόξευση του διαστημόπλοιου σαν ένα ενιαίο κομμάτι.

Διότι, πρώτον, έτσι μπορεί κανείς να κατασκευάσει διαφορετικούς τύπους διαστημοπλοίων. Ανάλογα με ποια τμήματα θα συναρμολογηθούν, μπορεί κανείς να κατασκευάσει ένα σκάφος που θα πηγαίνει μέχρι τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό ISS, μέχρι τη Σελήνη ή μέχρι τον Άρη.

Δεύτερον, η συντήρηση του διαστημόπλοιου θα είναι πιο εύκολη, επειδή θα μπορεί κανείς εύκολα να αλλάξει τα τμήματα που έχουν φθαρεί.

Όταν οι πύραυλοι θα φτάσουν στο ύψος των 400 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της Γης, τα τμήματα θα αποσυνδεθούν και θα σταλούν σε τροχιά γύρω από τη Γη. Εκεί, μια ομάδα αστροναυτών θα τα περισυλλέξει και θα τα συναρμολογήσει, ένα προς ένα. Στο τέλος, τα τμήματα θα δοκιμαστούν ώστε να εξασφαλιστεί πλήρως η ασφάλεια του διαστημοπλοίου.

Καμία βοήθεια από τον Διαστημικό Σταθμό ISS

Παρ' ότι το διαστημόπλοιο θα συναρμολογηθεί στο ίδιο ύψος πάνω από τη Γη που βρίσκεται και ο ISS, το πλήρωμα του σταθμού δε θα μπορέσει να βοηθήσει. Ο λόγος είναι ότι η τροχιά του διαστημοπλοίου θα έχει κλίση 280° προς τον Ισημερινό, ενώ εκείνη του ISS έχει κλίση 51,60°.

Οι πύραυλοι που μπορούν  να χρησιμοποιηθούν είναι:

Ο SATURN V που χρησιμοποιήθηκε και για τη Σελήνη. Μπορεί να μεταφέρει 120 τόνους. Άρα θα χρειαστούν πέντε εκτοξεύσεις.

Ο ATLAS 5 που είναι ένα εξελιγμένο μοντέλο του στρατιωτικού πυραύλου. Χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1957 και μπορεί να σηκώσει μέχρι 20 τόνους.

Ο DELTA 4 που είναι μια νέα κατασκευή με καύσιμο οξυγόνο και υδρογόνο. Μπορεί να σηκώσει μέχρι 20 τόνους.

Ο Heavy Lift Launch Vehicle που αποτελεί την εμπορική εκδοχή του διαστημικού λεωφορείου. Το διαστημικό λεωφορείο έχει αντικατασταθεί από μια κυλινδρική άτρακτο, που μπορεί να μεταφέρει μέχρι 50 τόνους φορτίο. Οι βοηθητικοί πύραυλοι και το τμήμα με τον πυραυλοκινητήρα υδρογόνου και οξυγόνου, θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν εκ νέου.

Ωστόσο δεν είναι μόνο το μέγεθος που ενδιαφέρει τους αστροναύτες. Το πιο σημαντικό γι' αυτούς είναι η ασφάλεια. Ο αστροναύτης Brent Jett λέει ένα ξεκάθαρο όχι στην πρόταση να σταλεί στο διάστημα π.χ. με έναν πύραυλο Atlas 5 ή έναν Delta 4. Ο λόγος είναι ότι οι πύραυλοι αυτοί έχουν σχεδιαστεί για την εκτόξευση δορυφόρων από εταιρείες για εμπορικούς σκοπούς, και γι' αυτό δεν είναι αρκετά αξιόπιστοι και για να μεταφέρουν ανθρώπους. Την άποψη του Brent Jett συμμερίζεται και η υπηρεσία αστροναυτών στο Χιούστον, η οποία έχει διατυπώσει εγγράφως στη NASA παρόμοιες επιφυλάξεις.

Δεν είναι σίγουρο ότι τα αιτήματα των αστροναυτών θα ικανοποιηθούν. Οι Atlas 5 και Delta 4 είναι μεγάλοι πύραυλοι, που μπορούν να θέσουν σε τροχιά γύρω από τη Γη τμήματα βάρους 20 τόνων. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να μεταφέρουν όλα τα κομμάτια ενός διαστημόπλοιου για τον Άρη με 30 εκτοξεύσεις. Το ιδανικό θα ήταν, βέβαια, να κατασκεύαζε η NASA έναν πύραυλο που θα είχε ίδιο μέγεθος με τον παλαιότερο Saturn V, ο οποίος μετέφερε τους αστροναύτες στη Σελήνη στα τέλη της δεκαετίας του 1960. Το Saturn V ήταν σε θέση να σηκώσει φορτίο 120 τόνων. Με έναν πύραυλο τέτοιου μεγέθους, η NASA θα μπορούσε να στείλει τα τμήματα του διαστημόπλοιου για τον Άρη σε τροχιά με 4 - 6 εκτοξεύσεις.

Η NASA ίσως χρησιμοποιήσει παλιά τεχνολογία

Η κατασκευή ενός τέτοιου πυραύλου είναι δαπανηρή υπόθεση, ωστόσο τα έξοδα μπορούν να μειωθούν εάν ο σχεδιασμός του βασιστεί πάνω στην τεχνολογία των διαστημικών λεωφορείων. Το πλεονέκτημα με τα διαστημικά λεωφορεία είναι ότι προσγειώνονται σαν αεροπλάνα μετά την ολοκλήρωση της αποστολής τους και, χρησιμοποιούνται ξανά.

Κατά την εκτόξευση τους, τα διαστημικά λεωφορεία είναι προσαρμοσμένα πάνω στην κεντρική δεξαμενή καυσίμων, μαζί με δυο πυραύλους στερεών καυσίμων, ο, οποίο, πυροδοτούν τους κινητήρες τους ταυτόχρονα με τους κινητήρες του διαστημικού λεωφορείου. Μετά το τέλος της αποστολής, το διαστημικό λεωφορείο προσγειώνεται σαν οποιοδήποτε αεροπλάνο, ενώ οι βοηθητικοί πύραυλοι, πέφτουν κάπου στον Ατλαντικό, περισυλλέγονται κα, ξαναχρησιμοποιούνται.

Στη διαστημική βάση του ακρωτηρίου Κανάβεραλ στη Φλόριντα εργάζονται πολλές χιλιάδες ειδικοί επιστήμονες με τα διαστημικά λεωφορεία. Κατασκευάζοντας τον νέο πύραυλο πάνω στην βία τεχνολογία, η NASA μπορεί να εκμεταλλευτεί τις μακρόχρονες εμπειρίες των ειδικών της.

Υπάρχουν και άλλες προτάσεις για έναν πύραυλο παρόμοιο με το διαστημικό λεωφορείο, τον λεγόμενο HLLV (Heavy Lift Launch Vehicle). Σε μία από τις εκδοχές του παραμένει η μεγάλη δεξαμενή καυσίμων με υγρό οξυγόνο και υδρογόνο, καθώς και οι δύο βοηθητικοί πύραυλοι. Το ίδιο το διαστημικό λεωφορείο θα αντικατασταθεί από μία κυλινδρική άτρακτο μεταφοράς φορτίων. Σε μια άλλη εκδοχή, προσαρμόζεται ένα επιπλέον τμήμα πάνω στη δεξαμενή καυσίμων, έτσι, ώστε η ανυψωτική του δύναμη να φτάσει τους 120 τόνους. Οι πύραυλοι HLLV θα χρησιμοποιούντα, μόνο για τη μεταφορά φορτίου, όχι, για ανθρώπους.

Για τις επανδρωμένες πτήσεις μελετάται η κατασκευή ενός μικρότερου πυραύλου που θα βασίζεται πάνω στην τεχνολογία του διαστημικού λεωφορείου. Ο πύραυλος αυτός θα αποτελείται από δύο τμήματα. Το πρώτο είναι ένας βοηθητικός πύραυλος στερεών καυσίμων, ο οποίος μπορεί να σηκώσει τον κυρίως πύραυλο από το έδαφος. Το δεύτερο τμήμα θα τροφοδοτείται με υγρό οξυγόνο και υδρογόνο. Ο κινητήρας του θα είναι μια νεότερη εκδοχή του λεγόμενου J2, που είχε χρησιμοποιηθεί στους πυραύλους Saturn.

Η χρήση της τεχνολογίας των διαστημικών λεωφορείων και του Saturn V, έχει το πλεονέκτημα ότι τα σκάφη αυτά έχουν σχεδιαστεί ειδικά για επανδρωμένες πτήσεις. Το διαστημικό λεωφορείο σχεδιάστηκε για να μεταφέρει αστροναύτες σε τροχιά γύρω από τη Γη, ενώ ο Saturn V, από το 1967, σχεδιάστηκε για να μεταφέρει ανθρώπους στη Σελήνη.

Οι πύραυλοι Saturn V δεν είχαν ούτε ένα ατύχημα στις συνολικά 13 αποστολές τους. Παρ' όλο που τα διαστημικά λεωφορεία επλήγησαν από σοβαρά ατυχήματα, οι προοπτικές για τη βελτίωση της ασφάλειας τους είναι καλές.

Πετούν με 40.000 χιλιόμετρα την ώρα

Όταν οι πύραυλοι θέσουν τα ξεχωριστά τμήματα σε τροχιά, σειρά έχει η συναρμολόγηση τους σε διαστημόπλοιο. Το σκάφος που θα ταξιδέψει στον Άρη θα αποτελείται από ένα θάλαμο ελέγχου, όπου οι αστροναύτες θα βρίσκονται κατά την εκτόξευση και την προσεδάφιση, και ένα ακόμα ή περισσότερα τμήματα παραμονής, όπου το πλήρωμα θα περνάει τον περισσότερο χρόνο του κατά τη διάρκεια του ταξιδιού.

Ακολουθούν τα τμήματα μεταφοράς φορτίων, πολλές δεξαμενές καυσίμων και ένα τμήμα προσεδάφισης. Ο θάλαμος ελέγχου θα πρέπει να είναι πιο ανθεκτικό σε σχέση με το υπόλοιπο διαστημόπλοιο. Κατά την επιστροφή του σκάφους από τον Άρη, ο θάλαμος ελέγχου θα αποσυνδεθεί έξω από τη γήινη ατμόσφαιρα και θα αρχίσει την κάθοδο του με μια ταχύτητα άνω των 40.000 χιλιομέτρων την ώρα. Συγκριτικά, η ταχύτητα εισόδου του διαστημικού λεωφορείου στην ατμόσφαιρα είναι μόλις 28.000 χιλιόμετρα την ώρα.

Όπως εξηγεί ο ειδικός της NASA Gary Martin, η υψηλή αυτή ταχύτητα αποκλείει τη χρήση πτερυγίων στο σκάφος. Η πίεση από την ατμόσφαιρα της Γης θα είναι τόσο μεγάλη κατά τη διαδικασία επιβράδυνσης του σκάφους, που τα πτερύγια θα ξεκολλούσαν από την άτρακτο. Γι' αυτό, πιθανότατα, ο θάλαμος ελέγχου θα έχει το ίδιο κωνικό σχήμα που είχαν και οι θαλαμίσκοι στις αποστολές Apollo, ένα σχήμα που αντέχει στην πίεση. Το μειονέκτημα εδώ είναι ότι ένας τέτοιος θάλαμος δεν μπορεί να προσγειωθεί σε αεροδρόμιο.

Όταν το διαστημόπλοιο συναρμολογηθεί, η NASA θα είναι έτοιμη να κάνει το πρώτο ταξίδι στον Άρη. Αρχικά, η NASA θα αποστείλει μια μικρή βάση μαζί με έναν πύραυλο για το ταξίδι της επιστροφής, τα οποία θα περιμένουν τους αστροναύτες σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη.

Νέος πυρηνικός αντιδραστήρας θα μειώσει το χρόνο

Αφού πρώτα αυτά φτάσουν στον προορισμό τους, θα ακολουθήσει το πλήρωμα. Κάτι τέτοιο ακούγεται απλό εκ πρώτης όψεως, ωστόσο εδώ υπάρχει ένα πρόβλημα:

Ένα τέτοιο ταξίδι προϋποθέτει τη χρήση πυρηνικής ενέργειας στο διάστημα. Οι περισσότεροι ειδικοί πιστεύουν ότι το διαστημόπλοιο για τον Άρη θα πρέπει να εξοπλιστεί με πυρηνοκίνητους πυραύλους για να φέρει εις πέρας το ταξίδι. Και αυτό γιατί η πυρηνική ενέργεια αποδίδει μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας ανά κιλό καυσίμου σε σχέση ακόμα και με τα καλύτερα χημικά καύσιμα.

Μπορεί κανείς να εξοικονομήσει το 40% των καυσίμων -το λιγότερο- χρησιμοποιώντας πυρηνική ενέργεια. Και παρόλο που τα πλεονεκτήματα της πυρηνικής ενέργειας να είναι προφανή, πολλοί είναι επιφυλακτικοί λόγω των κινδύνων που εγκυμονεί η χρήση της. Ο κίνδυνος, πάντως, μπορεί να μειωθεί εάν ο αντιδραστήρας τεθεί σε λειτουργία αφού το διαστημόπλοιο απομακρυνθεί πολύ από τη Γη. Κι εφόσον δεν ξεκινήσει κάποια αλυσιδωτή αντίδραση, τα πυρηνικά καύσιμα -όπως το διοξείδιο του ουρανίου- είναι ελάχιστα ραδιενεργά.

Ήδη πριν από 40 χρόνια η NASA πειραματιζόταν με πυραύλους πυρηνικών καυσίμων στο επονομαζόμενο πρόγραμμα NERVA. Όταν το πρόγραμμα αυτό ολοκληρώθηκε, είχαν φτάσει πολύ κοντά στην κατασκευή ενός πυραύλου που θα κινούνταν με ατομική ενέργεια. Η αρχή λειτουργίας ενός πυραύλου NERVA είναι απλή: υγρό υδρογόνο περνάει μέσα από έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, όπου θερμαίνεται μέχρι τους 3.0000 Κελσίου, και το αέριο εκτοξεύεται από το πίσω μέρος του πυραύλου με ταχύτητα 10 χλμ/δευτερόλεπτο. Η ταχύτητα διαφυγής των αερίων στην περίπτωση αυτή είναι διπλάσια της ταχύτητας που μπορεί να επιτευχθεί με χημικά καύσιμα.

Το όνειρο της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο αναζωπυρώθηκε όταν ο αστροναύτης της NASA Franklin Chang-Diaz παρουσίασε την τελευταία του εφεύρεση: έναν νέο, επαναστατικό πυραυλοκινητήρα που ονομάστηκε VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket). Ο αντιδραστήρας χρησιμοποιεί πυρηνική ενέργεια για να θερμάνει ένα πλάσμα σωματιδίων με τη βοήθεια ραδιοκυμάτων. Το υπέρερμο πλάσμα ελέγχεται από εκεί και πέρα με τη βοήθεια μαγνητικών πεδίων. Έτσι δε χρειάζεται να σχεδιαστεί κάποιο ακροφύσιο στον πύραυλο, που θα μπορεί να αντέχει στην πολλών χιλιάδων βαθμών θερμοκρασία του πλάσματος. Ο VASIMR είναι ένα μεγαλύτερο βήμα μπροστά απ' ό,τι ο NERVA, και μπορεί να μειώσει το χρόνο ταξιδιού στον Άρη από τους 8 στους 4 μήνες.

Παρ' όλα αυτά, είναι πολλοί αυτοί που θα είναι αντίθετοι και επιφυλακτικοί ως προς την πυρηνική ενέργεια, κι αυτό αποτελεί ένα σοβαρό πρόβλημα για τη NASA, και το οποίο προσπαθεί να λύσει. Παρά τα μεγάλα τους τεχνικά πλεονεκτήματα, σίγουρα θα υπάρξουν μεγάλες αντιδράσεις, αν η NASA αρχίσει να εκτοξεύει πυρηνικούς αντιδραστήρες από το ακρωτήριο Κανάβεραλ.

Ο Jim Garvin, μέλος της ομάδας προγράμματος για τον Άρη της NASA, τονίζει ότι συνεχίζουν να εξετάζουν τη δυνατότητα χρήσης χημικών καυσίμων προηγμένης τεχνολογίας. Ο Chang-Diaz υποστηρίζει ότι ένα ήδη δύσκολο έργο θα γίνει σχεδόν ανέφικτο εάν οι ειδικοί αποφασίσουν να αποκλείσουν την πυρηνική ενέργεια. Ο κίνδυνος με την πυρηνική τεχνολογία είναι ελάχιστος, εάν κανείς τηρεί τους σωστούς κανόνες, όμως ποτέ δεν πρόκειται να εξαλειφθεί εντελώς. Κανείς στη NASA δε γνωρίζει ποια θα είναι η λύση, ωστόσο ο δημόσιος διάλογος για την πυρηνική ενέργεια δείχνει πως το πραγματικό πρόβλημα είναι περισσότερο πολιτικό παρά τεχνολογικό.
 

Πηγές: Science Illustrated, NASA