GUŽVA NA PRILAZU MARSU

Tekst: Karlo Bermanec

Foto: CBC News / ProGEO

Iako su međunarodna putovanja u doba pandemije uglavnom obustavljena, međuplanetarna putovanja doživljavaju procvat! Mars je u fokusu zadnjih nekoliko tjedana, jer su u srpnju 2020. godine tri nove rakete lansirane prema ‘crvenom’ planetu. I sada, približno 8 mjeseci kasnije imamo ‘gužvu’ u orbiti Marsa.

Sjedinjene Države poslale su letjelicu s roverom Perseverance koji će krenuti u potragu za znakovima života na Marsu i testirati mali helikopter Ingenuity. Cilj misije je prikupljanje uzoraka iz kratera koji se zove “Jezero“ (upravo tako!), u kojem se nekoć davno i nalazilo jezero u kojeg je utjecala drevna rijeka koju su nazvali “Neretva“ (i na to bismo trebali biti ponosni!). Misiju Perseverance možete pratiti na stranici https://mars.nasa.gov/mars2020/ .

U trku na Mars uključila se i Kina sa sondom Tianwen-1 koja već šalje slike iz Marsove orbite, ali planirano je i slijetanje prvog Kineskog rovera na Mars zajedno s mnoštvom druge opreme, u svibnju 2021.

Iznenađenje! Svemirskoj utrci na Mars pridružili su se i Ujedinjeni Arapski Emirati, što je prva međuplanetarna misija na Bliskom istoku, i za većinu promatrača je pravo iznenađenje. Emirati su na Mars poslali sondu Amal (što znači Nada) koja već sada šalje slike iz orbite, a njen cilj je istraživanje Marsove atmosfere.

Kada je pravo vrijeme za lansiranje svemirske letjelice sa Zemlje na Mars?

Planiranje putovanja na Mars svodi se na kompliciranu nebesku geometriju, te je stoga važno dobro tempiranje. Zemlja i Mars neprestano se kreću na svojim orbitama oko Sunca, pa se i udaljenost između dva planeta neprestano mijenja. Zemlji je potrebno oko 365 dana da napravi punu orbitu oko Sunca (Zemaljska godina), ali se Mars kreće sporije jer je njegova orbita udaljenija od Sunca. Za puni krug oko Sunca (Marsova godina) potrebno mu je oko 687 zemaljskih dana. Zbog ovih različitih ciklusa, ponekad su dva planeta bliže, a ponekad dalje. Zemlja i Mars se povremeno poravnaju tako da su Sunce i Mars na suprotnim stranama Zemlje, što je u astronomskom rječniku poznato kao opozicija.

Koliko se često događa opozicija?

Znajući koliko vremena treba svakom planetu da obiđe vlastitu orbitu, možemo izračunati koliko bi zemaljskih dana trebalo Zemlji da dođe u opoziciju s Marsom. Primjena znanja rješavanja osnovnoškolske jednadžbe govori nam da je potrebno malo više od dvije godine, približno 779 dana (što je otprilike 26 mjeseci) da bi se Zemlja i Mars ponovno poravnali u taj položaj.

Moglo bi se činiti da je to najbolje vrijeme za lansiranje svemirske letjelice. Napokon, udaljenost između dva planeta je tada najmanja moguća, pa bi to trebalo biti vremenski učinkovito i ekonomično putovanje. No, to nije baš tako jednostavno! Prvi problem u planiranju leta na Mars, je taj da se Mars u odnosu na Zemlju – kreće. Ako bismo lansirali svemirsku letjelicu koja bi  putovala pravocrtno od Zemlje do Marsa tijekom opozicije, do trenutka kada bi dospjela u Marsovu orbitu, Mars bi već otišao znatno dalje od tog mjesta, jer nastavlja put po svojoj orbiti oko Sunca. Sljedeći problem proizlazi iz činjenice da nisu samo Zemlja i Mars u orbiti oko Sunca nego i naša sonda koja nakon lansiranja također leti po svojoj orbiti oko Sunca. Dakle, da bismo došli do Marsa, ne smijemo planirati putovanje ravnom linijom, već prilagodbu orbite svemirske letjelice kako bi se u pravo vrijeme susrela s Marsom. Ispostavilo se da je energetski najučinkovitiji način za to Hohmannova orbita prijenosa u kojoj letjelica započinje svoje putovanje u Zemljinoj orbiti, a mi dodajemo taman toliko energije da našu letjelicu premjestimo na “prijenosnu orbitu” koja završava njenim dovođenjem u Marsovu orbitu. Udaljenost koju će svemirska letjelica prijeći bit će dakle veća od dužine izravne staze između Zemlje i Marsa tijekom opozicije.

Ovdje je cilj energetska učinkovitost. Raketno gorivo je teško i skupo, pa je maksimiziranje energetske učinkovitosti s Hohmannovom orbitom za prijenos praktično i relativno povoljno za putovanje do ‘crvenog’ planeta. Sličan je postupak i putovanje do drugih planeta, samo je proračun malo drugačiji.

‘Prozor’ za lansiranje

‘Prozor’ za lansiranje je period od 10 dana prije opozicije (za Mars svakih 26 mjeseci), kada su planeti u pravim položajima kako bi omogućili ovu vrstu putovanja. A ako se propusti taj ‘prozor’ za lansiranje, treba pričekati sljedećih 26 mjeseci da planeti ponovo dođu u potrebne položaje za lansiranje.

Zapravo je planiranje putovanja na Mars još složenije. Naš primjer pretpostavlja da Zemlja i Mars imaju savršeno kružne orbite, ali to nije sasvim točno. Orbite Zemlje i Marsa nisu savršeni krugovi, nego su eliptične. Čak je Marsova orbita nešto eliptičnija od Zemljine koja je približno kružna. Kao rezultat toga, planeti ne putuju uvijek konstantnom brzinom. Da se stvar još više zakomplicira, Zemlja i Mars čak i ne kruže oko Sunca u istoj ravnini. Nagib Marsove orbite se u odnosu na Zemljinu razlikuje za gotovo dva stupnja. A gdje je još gravitacijski utjecaj Sunca i drugih planeta u Sunčevom sustavu? Svi ovi čimbenici čine putovanje na Mars zadatkom koji zahtijeva ogromnu količinu planiranja i veliku preciznost.

Tko je do sada sve tamo?

Do sada je samo nekolicina država uspjela dostići ‘crveni’ planet (SAD, SSSR odnosno Rusija, Indija i Europska svemirska agencija) ali više od polovice svih dosadašnjih misija nije uspjelo. Uz ranije navedene, za 2020. godinu bila je planirana i četvrta misija koju su zajednički razvile Europska svemirska agencija i Rusija, nazvana ExoMars. Trebala je poletjeti u srpnju, ali je ‘prizemljena’ zbog pandemije i daljnjih ispitivanja opreme dok se sljedeći ‘prozor’ za lansiranje na Mars ne ‘otvori’ 2022. godine. Za 2024. godinu je planirana i Japanska misija Martian Moons eXploration (MMX), koja bi trebala prikupiti uzorke s Marsovog mjeseca Phobos i vratiti ih nazad na Zemlju.

Dakle, došla su vremena uzbudljivog iščekivanja novih rezultata istraživanja Marsa, a svemirska utrka se zahuktava baš kao i 60-tih godina prošlog stoljeća!

Naslovna slika – Marsovi Orbiteri

Slika 1 – Predviđeno mjesto  slijetanja rovera Perseverance je krater Jezero, Neretva Valley na Marsu

Slika 2 –  Prva slika Marsa koju je snimila Kineska sonda Tianwen-1

Slika 3 – Slika koju je napravila sonda Amal Ujedinjenih Arapskih Emirata s udaljenosti 24.700 km od Marsa

Slika 4 – Jednadžba za proračun perioda opozicije

Slika 5 – Animacija koja prikazuje ‘prijenosnu’ orbitu za Mars