הלכתי לחפש את ExoMars בדיקה ומצא את האמת על כביש מהיר

החללית ExoMars של סוכנות החלל האירופית נמצאת בימים אלה בשייט בכביש המהיר, שמונה ימים במסעה בן שבעה חודשים אל הפלנטה האדומה. אנחנו יודעים שזה ינחת על מאדים ב -19 באוקטובר, אבל איפה זה יהיה בעוד חודש? או בארבעה ביולי? מיקומו נראה לי מחושב.בהתחשב זמן האצת החללית, מהירות שיוט, ומרחק מאדים על ההשקה, חשבתי שאני יכול crunch כמה מספרים. זה היה - אני יודע עכשיו - היבריס טהור. מדע הטילים הוא אבן בוחן תרבותית, אפילו קלישאה, מסיבה.

מצאתי את זה בזמן שניסה למצוא חללית.

כבישים מהירים אינם דומים לכבישים יבשתיים, הסביר מייקל חאן, דוקטור לפילוסופיה, מומחה לכירורגיה שמימית במשרדי ניתוח המשימה של סוכנות החלל האירופית, כאשר ביקשתי את עצתו באיתור אקסומארס. אם יש דבר אחד שצריך לזכור, הוא אומר, זה זה: אין קווים ישרים בחלל. באימייל כתוב היטב, הוא הסביר מדוע כולנו צריכים ללמוד לנהוג על עקומה - ולמה העתיד של מסע בחלל הוא מסובך הרבה יותר ממה שאנחנו חושבים.

במקום לנסות לסכם את ההסבר שלו, אני הולך להדביק את זה למטה כי זה יפה.

אני חושש מכניקה שמימית, שהיא המדע שבבסיס חישוב מסלולים של כל מסלולים בחלל (טבעי או מעשה ידי אדם), עובד קצת אחרת ממה שאתה נראה בהנחה.

העברה בין כוכבית מכדור הארץ לכוכב אחר (במקרה זה, מאדים) אינה עניין של טיסה בקו ישר עם מהירות שיוט נתונה כמו מטוס על פני כדור הארץ, או כמו ספינה שנודדת באוקיינוס, כמה שינויים בכיוון נקודות ציון נתונות. לא כך זה עובד במערכת השמש. כי זה לא עובד ככה, אני לא חושב שזה יהיה פשוט (או אפילו אפשרי) לעשות חישובים פשוטים, מחוספס מוכן באשר לאן ExoMars יהיה באיזו שעה.

ביסודו של דבר, חוקי הטבע המסדירים את הטיסה של אובייקט דרך החלל היו על ידי אייזיק ניוטון ויוהנס קפלר לפני מאות שנים. אני פשוט לפשט קצת: כדור הארץ מאדים לנוע על מסלולים כי הם פחות או יותר עגול (למאדים, זה לא לגמרי נכון, אבל זה עובד בתור התחלה). עכשיו יש לנו את מסלול כדור הארץ, מעגל רחב סביב השמש, ואת מסלול מאדים, מעגל רחב עוד יותר, כי יש גם את השמש במרכזו.

מסלול המעבר ואחריו ExoMars הוא אליפסה. במקום שבו האליפסה הזו קרובה ביותר לשמש, היא רועדת את מסלול כדור הארץ. איפה הוא הרחוק ביותר מן המשנה, זה רועה מסלול מאדים. החללית טסה מנקודה נמוכה זו לנקודה הרחוקה ביותר. הוא הגיע אל האליפסה על ידי הדחיפה העצומה שהוטלה לה על ידי טיל פרוטון M ששימש להפעלת ExoMars, לזרוק אותו גבוה כל כך מהר כי החללית למעשה משאיר את כוח המשיכה של כדור הארץ עם בדיוק את הכיוון הנכון ואת הכיוון לפגוש את האליפסה ההעברה הנדרשת למאדים. בשלב זה (בריחה כדור הארץ), ExoMars היה די מהר יותר מאשר כדור הארץ על מסלולו סביב השמש.

על העברה זו אליפסה, מהירות ExoMars תהיה ירידה מתמדת. כדי להבין מדוע זה כך, לדמיין מטוטלת שעון, כמו המטוטלת מתנדנד, הוא נע לאט יותר לאט. זה בגלל שיש שני סוגים של אנרגיה: אנרגיה פוטנציאלית (= גובה אנרגיה) ואנרגיה קינטית (= תנועה אנרגיה). למסלול החלל יש אנרגיה כוללת מסוימת. זה היה נתון על ידי משגר. אנרגיה זו אינה גדלה. זה כמו כסף בכיס או משכורת, אנחנו רק צריכים לעשות את זה לאחרונה.

אם הרקטה לא נתנה לה מספיק אנרגיה, מסלול ה- ExoMars לא היה מגיע אל מסלול המאדים. לעומת זאת, אם הרקטה היתה מקבלת יותר מדי אנרגיה, מסלול החללית היה הולך הרבה מעבר למסלול מאדים. אז רצינו (וקיבלתי) בדיוק את הכמות הנכונה של אנרגיה, לא מעט מדי, אבל לא יותר מדי. זה שונה מכיס כיס או משכורת, שם יותר מדי בהחלט טוב יותר מאשר מעט מדי.

עכשיו, על ההעברה האליפטית, החללית היא מטפסת הרחק מהשמש לעבר מסלול המאדים, והשמש נאחזת בחלליות בחומרתה. אז כמו ExoMars הוא מטפס, האנרגיה גובה שלה עולה. לכן, האנרגיה התנועה חייבת לרדת. האנרגיה הכוללת נשארת זהה. אז על הטיסה שלה למאדים, ExoMars ברציפות מקבל לאט לאט.

כדי לחשב את ההעברה, דבר אחד יש בהחלט לקחת בחשבון היא המשיכה הכבידה דרך השמש. יש גם השפעות אחרות, כגון הלחץ הקטן מאוד של האור על המערכים הסולריים וכוח הכבידה של כוכבי הלכת במערכת השמש, וכמובן, עלינו לקחת בחשבון כל פעם שאנו משתמשים במנועי הטילים על גבי ExoMars כדי לשנות את המסלול. אבל לכל זה יש השפעה פחותה בהרבה מאשר כוח הכבידה הסולרי.

בעיקרו של דבר, אנו משתמשים במחשב כדי לחשב את המסלול של החללית תוך התחשבות בכל הגורמים המשפיעים על המסלול, ואנחנו יכולים גם למדוד היכן החללית היא ואיזו מהירות היא נוסעת מהזמן שבו האותות נוטלים מהכדור לכדור הארץ חללית וחזרה ובאמצעות תדירות האות משתנה לאורך זמן.

מאוחר יותר הוא הוסיף:

הדבר החשוב ביותר שאתה רואה הוא כי מסלול ExoMars, כמו כל מסלולים בחלל, הוא מעוקל באופן ברור. אין קווים ישרים בחלל. ברגע שיש לך גופים שיש להם מסה, כגון כוכבים וכוכבי לכת, יש לך כוח הכבידה, ונוכחות הכבידה, הכל יטוס על הקימורים. Curves הם טבעיים, קווים ישרים הם לא. המרחק המכוסה בעקבות הקו האדום המעוקל מכדור הארץ למאדים הוא כ -500 מיליון קילומטרים, כדי לשים אותו בפרספקטיבה. חצי מיליארד קילומטר.