Hvad er det interplanetariske transportnet?

Det var med stor fanfare, at Elon Musk annoncerede SpaceX's planer om at kolonisere Mars med det interplanetariske transportsystem.

Jeg ville virkelig ønske, at de holdt sig til deres oprindelige navn, BFR, den store fabelagtige raket, eller noget i den stil.

Problemet er, at det interplanetære transportsystem er et alt for tæt navn til en anden rigtig fed idé, det interplanetære transportnetværk, hvilket giver dig en næsten energifri måde at rejse på tværs af hele solsystemet. Forudsat at du ikke har nogen form for travlt.

Når du forestiller dig, at raketter sprænger mod fjerne destinationer, du forestiller dig sandsynligvis at pege din raket mod din destination, affyring af thrusterne, indtil du når dertil. Måske vende om og sætte farten ned igen for at lande på den fremmede verden. Det er sådan, du kan køre din bil, eller flyve et fly for at komme herfra til der.

Men hvis du har spillet et Kerbal Space Program, du ved, at det ikke er sådan det fungerer i rummet. I stedet, det handler om baner og hastighed. For at komme væk fra planeten Jorden, du har kørt omkring 8 km/s eller 28, 000 km/t sidelæns.

Så nu, du kredser om Jorden, som kredser om solen. Hvis du vil til Mars, du har hævet din bane, så den matcher Mars. Den absolutte minimumsenergi, der er nødvendig for at foretage denne overførsel, er kendt som Hohmann-overførselsbanen. For at komme til Mars, du skal affyre dine thrustere, indtil du kører omkring 11,3 km/s.

Så slipper du for Jordens træk, følg en flot buet bane, og opsnappe Mars' bane. Forudsat at du har timet alt rigtigt, det betyder, at du opsnapper Mars og går i kredsløb, eller lande på dens overflade, eller opdag en portal til helvede gravet ind i en forskningsstation på Phobos.

Hvis du vil bruge mere energi, Fortsæt, du kommer hurtigere dertil.

Men det viser sig, at der er en anden måde, hvorpå du kan rejse fra planet til planet i solsystemet, ved at bruge en brøkdel af den energi, du ville bruge med den traditionelle Hohmann-overførsel, og det er at bruge Lagrange-point.

Vi lavede en hel artikel om Lagrange-punkter, men her er en hurtig genopfriskning. Lagrangepunkterne er steder i solsystemet, hvor tyngdekraften mellem to objekter balancerer fem steder. Der er fem Lagrange -punkter vedrørende jorden og solen, og der er fem Lagrange-punkter relateret til Jorden og månen. Og der er punkter mellem solen og Jupiter, etc.

Tre af disse punkter er ustabile. Forestil dig en kampesten på toppen af ​​et bjerg. Det kræver ikke meget energi at holde det på plads, men det er nemt at slå det ud af balance, så det kommer rullende ned.

Nu, forestil dig hele solsystemet med alle disse Lagrange-punkter for alle objekter, der tyngdekraftigt interagerer med hinanden. Når planeterne går rundt om solen, disse Lagrange-punkter kommer tæt på hinanden og overlapper endda hinanden.

Og hvis du tager tingene rigtigt, du kan ride med i ét gravitationsmæssigt afbalanceret punkt, og rulle ned ad gravitationsbakken til en anden planets greb. Hæng derude lidt og hop derefter i kredsløb til en anden planet.

Faktisk, du kan bruge denne teknik til at krydse hele solsystemet, fra Merkur til Pluto og videre, kun stole på den interagerende tyngdekraft i alle disse verdener for at give dig den hastighed, du har brug for for at foretage rejsen.

Velkommen til det interplanetariske transportnetværk, eller interplanetarisk motorvej.

I modsætning til en almindelig motorvej, selvom, den faktiske form og retning, disse veje tager, ændrer sig hele tiden, afhængig af den aktuelle konfiguration af solsystemet.

Hvis du synes, det lyder som science fiction, du vil blive glad for at høre, at rumorganisationer allerede har brugt en version af dette netværk for at få gjort noget seriøst videnskabeligt.

NASA udvidede i høj grad missionen for International Sun/Earth Explorer 3, ved hjælp af disse lavenergioverførsler, det var i stand til at udføre sin primære mission og derefter undersøge et par kometer.

Det japanske Hiten-rumfartøj skulle rejse til månen, men dens raket formåede ikke at få nok hastighed til at bringe den i den rigtige bane. Forskere ved NASAs Jet Propulsion Laboratory beregnede en bane, der brugte Lagrange-punkterne til at hjælpe den med at bevæge sig langsomt og komme til månen på nogen måde.

NASAs Genesis Mission brugte teknikken til at fange partikler fra solvinden og bringe dem tilbage til Jorden.

Der har været andre missioner for at bruge teknikken, og der er blevet foreslået missioner, der kan udnytte denne teknik til fuldt ud at udforske alle Jupiters eller Saturns måner, for eksempel. Rejser fra måne til måne, når tyngdekraftspunkterne står i kø.

Det lyder alt sammen for godt til at være sandt, så her er ulempen. Det er langsomt. Virkelig, smertefuldt langsomt.

Ligesom det kan tage år og endda årtier at flytte fra verden til verden.

Forestil dig i en fjern fremtid, der er rumstationer placeret ved de store Lagrange-punkter omkring planeterne i solsystemet. Måske er de gigantiske roterende rumstationer, som i 2001, eller måske er de udhulede asteroider eller kometer, som er blevet manøvreret på plads.

De hænger ud ved Lagrange-punkterne og bruger minimalt med brændstof til stationshold. Hvis du ønsker at rejse fra en planet til en anden, du lægger dit rumfartøj til ved rumstationen, tanke op, og vent derefter på, at en af ​​disse lavenergibaner åbner sig.

Så sparker du bare væk fra Lagrange-punktet, falde i tyngdekraften på din destination, og du er på vej.

I den fjerne fremtid, vi kunne have rumstationer ved alle Lagrange-punkterne, og langsomme færger, der bevæger sig fra verden til verden langs lavenergibaner, at bringe last fra verden til verden. Eller tage passagerer, der ikke har råd til Hohmann -overførselsteknikken med høj hastighed.

Du kunne forestille dig rumstationerne udstyret med kraftige lasere, der fylder dit skibs solsejl med de fotoner, det skal bruge for at tage dig til den næste destination. Men derefter, Jeg er sømand, så måske romantiserer jeg det for meget.

Her er en anden, endnu mere tankevækkende koncept. Astronomer har observeret, at disse netværk åbner sig mellem interagerende galakser. Vil du overføre fra Mælkevejen til Andromeda? Bare få dit rumfartøj til det galaktiske Lagrange-punkt om et par milliarder år, når de passerer gennem hinanden. Med meget lidt energi, du vil være i stand til at slutte dig til de seje børn i Andromeda.