クレジット:ZME Science。 火星への有人探査は、人類の持久力の絶対的な限界を押し上げることが約束されています。旅の規模を理解するために、最近の月への帰還を考えてみましょう。アルテミス II 宇宙船が月の虚空を横切ったとき、約 38 万キロメートルの深宇宙を横断しました。ミッションには10日間かかりました。
しかし、火星に向かう乗組員は、火星が地球に最も近づくときの狭い時間帯に出発しなければなりません。しかし、この絶対的に近い地点であっても、彼らは 5,500 万キロメートルという驚くべき航海に直面しており、これは月への旅行のおよそ 145 倍に相当します。言うまでもなく、宇宙船の軌道は決して直線ではプロットされません。
新しい研究では、別の疑問が投げかけられています。火星への最速ルートが、地球と火星だけを調べるのではなく、近くの小惑星の厄介な最初の軌道推定値を研究することによって見つけられるとしたらどうなるでしょうか?
それは天文学者マルセロ・デ・オリベイラ・ソウザがやったことだ。彼は、地球に近い小惑星の初期の軌道を訪問する場所としてではなく、宇宙を通る一種のガイドラインとして扱いました。その結果、火星往復の時間を通常の半分以下に短縮できる高速ルートが実現する可能性があります。
珍しい発想ですね。しかし、このことは、太陽系の最良の近道が、廃棄された小惑星追跡データの初稿の中に隠れている可能性があることを示唆しています。
ゴルディロックスの距離
火星の赤道に沿って走る広大な峡谷、マリネリス渓谷。クレジット:ウィキメディア・コモンズ 地球と火星が異なる経路と速度で太陽の周りを周回するにつれて、地球と火星の間の距離は常に伸びたり縮んだりします。
エンジニアは、およそ 26 か月ごとに開く狭い期間をターゲットにしています。火星の衝として知られるこの配列の間、地球は太陽と火星の間を直接滑ります。 2 つの惑星は主星の同じ側に位置しており、比較的近くにあります。
このように有利なスタートを切っても、従来の直行便の片道飛行には 7 ～ 10 か月かかります。
北リオデジャネイロ州立大学の天文学者マルセロ・デ・オリベイラ・ソウザ氏は、標準的な惑星の計算には重要な何かが欠けているのではないかと疑った。彼は、太陽系には、これらの接近中に一時的に開く目に見えない回廊があるのではないかと疑問に思いました。
それらを見つけるために、ソウザは惑星から目をそらして、それらの間に漂う瓦礫の方に注意を向けました。
数学の幽霊
天文学者は、地球に近い小惑星を初めて発見すると、空を横切る小惑星の動きを素早く追跡し、予備的な軌道を計算します。これらの初期近似では、多くの場合、太陽の周りの地球の軌道を含む平面に対して明確な傾きを持つ非常に偏心したスイープ軌道が明らかになります。
科学者は最終的にさらなる観測によってこれらの経路を改良し、多くの場合、初期の軌道データを脇に置きます。しかし、ソウザは、これらのラフスケッチには計り知れない価値があることに気づきました。
彼は小惑星 2001 CA21 に焦点を当てました。 2015 年の暫定的な軌道予測では、地球と火星の両方を通過しました。 Souza は、その高度に離心した軌道を純粋な幾何学的テンプレートとして使用しました。
研究者は、小惑星の特定の傾きから 5 度以内に収まる火星への飛行経路を探しました。この角度を厳密に守ると、宇宙船は宇宙を通る根本的に直接的な経路を描くことが可能になります。
次に、彼はこの幾何学的制約を、今後 3 つの火星の衝、2027 年、2029 年、2031 年に対してテストしました。
2031 年のスイート スポット
完全に明確にしておきたいが、研究者らは小惑星を重力パチンコとして使用することを提案しているわけではない。主な理由は、2001年CA21のような宇宙岩石には、宇宙船を物理的に別の惑星に向けて飛ばすのに必要な巨大な体積が欠けているからだ。その代わりに、彼らの発見は、小惑星の大きく傾いた目に見えない軌道が、原理的には技術者が宇宙船の軌道を設計できる空間を通る幾何学的な「追い越し車線」を残したということを示した。
最初の 2 つの打ち上げ期間は行き止まりであることが判明しました。 2027 年と 2029 年の惑星配列は、小惑星の好ましい形状と一致しませんでした。
これらのルートを試みる宇宙船は、非常に大きなエネルギー的ハードルに直面するでしょう。さらに重要なのは、船が火星に到着する速度が速すぎて、現在のブレーキ技術では安全に扱えないことだ。また、この幾何学形状は、対称的な地球への即時帰還をサポートできませんでした。
ただし、2031 年の調整は機能しました。
この特定の期間中、地球と火星の幾何学形状は小惑星の軌道面と同期しました。 Souza は、宇宙船の 2 つの完全で動的に健全な往復プロファイルを発見しました。
オプション 1 - 153 日。クレジット:アクタ・アストロノーティカ 最初のオプションは、ミッション全体を約 153 日で完了する超高速、高エネルギー飛行です。これには、往路での 33 日間の激しいフライト、火星の地表での 30 日間の滞在、そして復路の 90 日間が含まれます。
2 番目のオプションは、226 日かかる、より実現可能で低エネルギーのパスを提供します。乗組員は飛行に 56 日、地上で 35 日、帰国に 135 日を費やします。
オプション 2 - 226 日。クレジット:アクタ・アストロノーティカ 「2031 年の火星の衝は、CA21 に停泊する飛行機と一致する 2 つの完全なサブ年往復ミッションをサポートしており、早期の小天体軌道データが迅速な惑星間移動の機会の早期特定にどのように貢献するかを示しています」とソウザ氏は論文で説明しました。
新しい宇宙地図作成
パーサヴィアランスが撮影した火星の風景写真。もしかしたら、いつか人類がこの場所を自分の目で見ることができるかもしれない。クレジット:ウィキメディア・コモンズ この研究は、宇宙機関が太陽系を航行する方法を変える可能性があります。将来のミッションは、特に小惑星 2001 CA21 に従う必要はありません。代わりに、この研究は潜在的に有用な新しい概念を実証しています。
天文学者は主に地球を壊滅的な衝撃から守るために、宇宙の岩石がないか空を常に監視しています。現在、その同じ監視データが深宇宙ナビゲーション ツールとしても利用できます。
小惑星の生の未精製の追跡データは、従来のエネルギーベースの惑星モデルが簡単に見落としがちな軌道の近道を明らかにする可能性があります。
「この研究は、予備的な小天体軌道の明確に定義された平面形状が、惑星間移動を迅速に特定するための方法論的スクリーニング ツールとしてどのように利用できるかを示しています」とソウザ氏は述べました。
技術者らは、地球近傍の物体の広範囲にわたる経路を精査することで、太陽系への新たな鍵を握っている。彼らはついに、宇宙飛行士が何年も暗闇の中で過ごすことを要求せずに、深宇宙を探索するために必要な迅速かつ可逆的なルートを計画することができるようになりました。
この研究は雑誌Acta Astronauticaに掲載されました。 .
