Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Astronomi

Hvordan vil landing på Mars fungere?

Rosetta, Den Europæiske Rumorganisations kometjager, sejlede forbi Mars og fotograferede planeten i 2007. Se flere Mars-billeder. European Space Agency/Getty Images

Sidste gang mennesket satte sin fod på månen var for næsten 40 år siden, og der er planer om en slags genforeningsturné. En stor del af dette fokus vil være at etablere butik på månen og bruge disse bestræbelser til at forberede sig til robot- og bemandede ekspeditioner til Mars . Bare det at vende tilbage til månens overflade (planlagt til at finde sted senest i 2020) er en stor opgave; men planlægningen og ren og skær opfindsomhed, der kræves for at sende mennesker til en anden planet, er – for at sige det enkelt – astronomisk.

Mars Billedgalleri

For at hjælpe med at forsøge en sådan bedrift skal videnskabsmænd og ingeniører løse hundredvis af spørgsmål og problemer. Forskere formulerer svar om Mars' overflade baseret på observationer foretaget af deres cirkulerende satellitter og roving-robotter.

Lad os tage en hurtig genopfriskning på den røde planet. Mars er den fjerde planet fra solen og er omtrent på samme alder som Jorden, omkring 4,6 milliarder år gammel. Mars har en radius på omkring 2.107 miles (3.390 kilometer), hvilket er omkring halvdelen af ​​vores planets størrelse. I det hele taget er det meget køligere (selvom somrene kan blive varmere). Tænk dog ikke på at løbe rundt på Mars' overflade uden din rumdragt endnu. Hvis atmosfærens lavtryk ikke dræber dig, vil kuldioxiden, der udgør 95 procent af det, gøre det. Marsatmosfæren indeholder kun 0,13 procent ilt mod Jordens 21 procent. Mars mangler et stærkt magnetfelt, selvom forskerne har mistanke om, at et stærkere magnetfelt (et biprodukt af en varm, brændende kerne) eksisterede på én gang. Store støvstorme forekommer ofte på Mars, og to små måner ved navn Phobos og Deimos kredser om planeten [kilde:NASA].

Så hvad har gymnaster og Mars-bundne astronauter til fælles? Udover at bære skæve uniformer, skal begge holde fast i deres landinger for at lykkes. Denne artikel vil specifikt fokusere på et aspekt af en bemandet mission til Mars - landingen. Lad os læse om nogle af de udfordringer, forskere skal overvinde for sikkert at ankomme til Mars.

Indhold
  1. Udfordringer ved en Mars-landing
  2. Forventet missionsplan til Mars
  3. Detaljerne om landing på Mars
  4. Mars Landing:Forfatterens note
  5. Mars Landing:Snydeark

Udfordringer ved en Mars-landing

En kunstners gengivelse af en af ​​de to Mars Exploration Rovers, Spirit og Opportunity. Begge var lettere at lande end mennesker-tilgængelige landingskøretøjer, fordi de er så lette. Billede udlånt af NASA/JPL

Udfordringerne ved en Mars-landing er talrige, selvom forskere planlægger og arbejder hårdt på at finde ud af præcis, hvordan vi skal klare det. Forudsat at folk er i stand til at ankomme i nærheden af ​​Mars, er der et par elementer at overveje, når det kommer til landing. Forskere og ingeniører kaster allerede rundt med forskellige processer og designideer. Der tages hensyn til køretøjets form, den type brændstof, det vil bruge, placeringen af ​​dets motorer og størrelsen af ​​dets nyttelast. Et andet spørgsmål er, om fremdriftsmanøvrer, udført i form af korte thrusterforbrændinger, vil blive ledsaget af faldskærme under landing. Der er også spørgsmålet om, hvordan man bedst kan rumme astronauter under interplanetariske missioner ... listen fortsætter.

Et af hovedproblemerne med at lande mennesker på Mars er at finde ud af, hvordan man bremser farten, så køretøjets landing ikke smadrer i jorden. Problemet er Mars' tynde atmosfære. Dette problem påvirker ikke Mars-rovernes landinger, fordi disse maskiner er lette. Hvis mennesker lander på Mars, bliver de nødt til at medbringe en hel del bagage og uden en tæt atmosfære for at give friktion , vil det være meget svært at bremse denne tungere nyttelast.

Den måde friktion hjælper langsomt bevægende objekter på, kan ses i din hverdag. Tænk f.eks. på et tidspunkt, hvor du så en bilist smække på bremsen for at stoppe hurtigt. Flyvemaskiner - ligesom rumfartøjer - bruger også luftens friktion til at reducere hastigheden og lande sikkert.

Landingssituationen kompliceres yderligere af andre faktorer, der påvirker tætheden af ​​Mars atmosfære. Årstiden, vejret, breddegraden og endda tidspunktet på dagen kan ændre atmosfærens tæthed. For eksempel forlader næsten 8 millioner tons kuldioxid og kommer ind i Mars atmosfære igen sæsonmæssigt. Det kan sammenlignes med ni tommer (23 centimeter) tøris (fast kuldioxid) [kilde:Encyclopaedia Brittanica]. Forskere arbejder på at modellere Mars' atmosfæriske ændringer, så astronauterne kan lande inden for en tilstrækkelig tæt del, der stadig giver tilstrækkelig udsyn. Planlæggere overvejer, om det ankommende rumfartøj straks skal fortsætte til overfladen (muligvis lettere fra et operationelt synspunkt), eller parkere i kredsløb før landing. Parkering i kredsløb giver astronauterne mere fleksibilitet i tilfælde af, at en støvstorm rammer, ligesom når fly kredser om lufthavnen i dårligt vejr.

Nu hvor vi har set på nogle af de udfordringer, som missionsplanlæggere står over for, lad os se på nogle af de mulige løsninger, der bliver kastet rundt på næste side.

Prospektiv missionsplan til Mars

Disse modeller af Orion-besætningens efterforskningskøretøj (til venstre) og Ares I og Ares V (højre) ) repræsenterer rumfartøjet, der snart rejser til månen. Disse rumfartøjer, eller lignende, kunne senere være på vej til Mars. Matt Stroshane/Getty Images

At lande på Mars bliver ikke en tur i parken, men det er måske heller ikke så vanskeligt som først antaget. Selvom ideer stadig bliver hamret ud, er her nogle detaljer om, hvad en fremtidig missionsplan til Mars kan indebære.

Planlæggere skal beslutte, om landingen skal ske i etaper, ved at sende nyttelast ned separat eller alle på én gang. Landing af en stor masse kunne sandsynligvis opnås, men astronauter kan være begrænset til at lande på dele af planeten med lav højde, og de kan muligvis kun bære en lille mængde forsyninger til et kort besøg af begrænset omfang.

En idé fremsat af rumfartsekspert Robert Zubrin i sin bog, "The Case for Mars", involverer at sende et lastbærende rumfartøj forud for habitat-rumfartøjet, der indeholder den menneskelige besætning. Dette fragtkøretøj kunne levere nok forsyninger til at forlænge længden af ​​astronauternes ophold og allerede være påfyldt og klar til hjemturen (diskuteret nedenfor). Astronauterne kan forlade det habitat-rumfartøj, de oprindeligt ankom i, for at begynde udviklingen af ​​en infrastruktur på Mars.

Nøglen til Zubrins plan er, at brændstoffet til returrejsen er fremstillet på Mars. Atmosfæren på Mars (i modsætning til månens) har en overflod af kuldioxid, som kan komme til nytte for fremtidige astronauter. For eksempel ved at blande omkring seks tons brint (et overskud af brint kunne tages ombord af denne grund) med kuldioxid kunne en kemisk processor skabe nok metan og ilt til at drive køretøjet frem under afgang og turen tilbage til Jorden. Ud fra de samme grundlæggende byggeklodser kunne processoren også generere den ilt, vand og brændstof, som vores astronauter ville have brug for under et længere ophold på Mars, såvel som flyvningen hjem, hvilket sparer udgående lastrum.

Planlæggere undersøger også, om de skal efterlade en del af rumfartøjet i kredsløb eller bringe det hele ned til overfladen. Men at vide, at rumfartøjet (hvad der er tilbage af originalen, der eksploderede fra Jorden) er i stand til at lande på Mars, er en vigtig faktor i missionsplanens design. Den resterende del omtales nogle gange som Earth Return vehicle (ERV ), og det er, hvad astronauter ville bruge til til sidst at rejse tilbage til Jorden. At være i stand til at lande hele ERV - i modsætning til bare en lander - kunne give mulighed for længere besøg og undgå komplikationer relateret til komplekse orbitale manøvrer [kilde:Zubrin]. Men den slags tekniske beslutninger diskuteres stadig.

Det ser ud til, at vi er klar til at gå ned til overfladen, så lad os se nærmere på, hvad vi rider i. I øjeblikket er et rumfartøj på vej mod Mars beregnet til at ligne det gamle Apollo-program - i stil med det nye Konstellationsprogram, som er planlagt til at tage mennesker tilbage til månen.

ERV (eller hvilken som helst del af rumfartøjet, der lander) vil sandsynligvis ende med at ligne en gummidråbe. En stor, fadformet aeroskal (eller varmeskjold ) vil hjælpe med at øge mængden af ​​friktion, der skabes, når fartøjet skærer ind i atmosfæren og dermed bremse den [kilde:Zubrin].

Et sandsynligt scenarie er, at efter at fartøjet har foretaget en indledende passage gennem atmosfæren for at reducere dets hastighed, vender det tilbage til en orbital position. På det valgte tidspunkt bruges aeroshellen igen - muligvis med en faldskærm - til at lave den sidste passage gennem atmosfæren mod Mars' overflade. Små thrustere kan derefter affyres for at sikre en jævn landing. For at lære mere om landingsmanøvrer, læs Hvordan rumfærger fungerer.

Nu hvor vi har undersøgt nogle af de ukendte aspekter omkring en Mars-landing, lad os diskutere de andre spørgsmål om missionen.

Detaljerne om landing på Mars

Den enorme Valles Marineris er et kæmpe system af kløfter på Mars og en af ​​de mange overfladefunktioner videnskabsmænd ønsker at studere på egen hånd. Stocktrek-billeder/emner/Getty-billeder

Bemandede missioner er stadig langt væk, da mange af detaljerne omkring landing på Mars skal behandles. Den amerikanske plan er at vende tilbage til månen i 2020 og i sidste ende bygge en permanent base der. Estimaterne for, hvornår vi tager det næste skridt og rejsen til Mars, er foreløbige. Ifølge British National Space Centre er målet en international samarbejdsindsats for at opsende astronauter til Mars inden 2030.

Prisen for at sende mennesker til Mars vil variere meget afhængigt af det endelige rumfartøj og missionsplandesign. Brug af teknologi svarende til det, der allerede er blevet udviklet, hjælper med at holde omkostningerne mere overskuelige. For eksempel er Constellation-raketterne baseret på Saturn Vs, der gør brug af nogle designelementer i rumfærgen-programmet. En anden pengebesparelse, der kan bruges, er at bruge Mars-atmosfæren til at generere brændstof, ilt og vand (som vi læste om på forrige side).

Der er mulighed for, at foreløbige rejser kan sende mennesker ind i Mars' kredsløb uden egentlig at sætte sig ned på overfladen, selvom mange i felten hævder, at det er meningsløst at udforske, hvis du ikke vil komme helt tæt på planetens overflade. . Det er som at køre til stranden og bruge hele eftermiddagen på at se havet fra din bil. Dette kunne dog hjælpe med at løse nogle af knækerne ved langdistance-rumrejser og gøre det muligt for opdagelsesrejsende at modtage realtidsrapporter fra robotter på planetens overflade uden risiko og omkostninger ved en landing. Robotkøretøjer, der kan vende tilbage fra Mars med prøver, er også på vej.

Ak, når først støvet har lagt sig omkring det landede rumfartøj, og astronauterne kan tage de første utrolige skridt på Mars' overflade, åbner de også en helt ny dåse orme, som videnskabsmænd kan løse - hovedsageligt, hvordan vil astronauterne overleve de barske og kompromisløse Mars klima, og hvordan vil de bruge deres tid, mens de er der? Vi gemmer disse spørgsmål til en anden dag.

For mere information om Mars og fremtiden for rumudforskning, besøg linkene på næste side.

Forebyggelse af kontaminering

En anden overvejelse ved landing på Mars er muligheden for krydskontaminering mellem denne planet og Jorden. De Forenede Nationers kontor for ydre rumanliggender (UNOOSA) har en traktat herom, som er blevet ratificeret af 98 lande og 27 andre har underskrevet. Traktaten siger, at nationer så vidt muligt bør undgå at forurene Jorden med udenjordisk materiale, især hvis en sådan forurening ville forårsage varig skade eller ændring af forholdene på Jorden. Vi må gengælde denne følelse med vores egen indvirkning på andre himmellegemer. Kritikere argumenterer begge veje:Nogle siger krydskontaminering kan være skadelig; andre siger, at chancen for, at liv fra Mars forårsager problemer på Jorden, er et fuldstændigt problem. Et mere moderat argument er, at selvom det er meget usandsynligt, er der en chance for, at Mars-mikrober kan have en skadelig indvirkning på Jorden, f.eks. ved at konkurrere med eksisterende organismer.

Mars Landing:Forfatterens note

Jessika Toothman, Staff Writer HowStuffWorks 2009

Det gør mig ked af, at i tiden siden jeg skrev denne artikel, er Shuttle-programmet afsluttet, og Constellation-programmet er blevet aflyst. Offentlig og privat rumudforskning er et konstant skiftende felt af forskellige internationale aktører, men det er mit håb, at andre vil vælge kappen til at tage os tilbage til månen og videre til Mars.

Jeg elskede at skrive denne artikel og især læse Robert Zubrins bog. Mange mennesker har foreslået måder, hvorpå vi kunne udføre bemandede interplanetariske missioner, men Zubrins strategi forekom mig den mest elegante og praktiske. Hans plan indebærer at bruge den røde planets ressourcer til at brænde en sekvens af bemandede og ubemandede missioner for at bygge en infrastruktur, der vil give os mulighed for virkelig at udforske vores himmelske nabo på egen hånd, samtidig med at der skabes en redundans i tilfælde af, at noget udstyr eller rumfartøj ikke fungerer korrekt. .

Kilder

  • Aldridge, E.C. et al. "En rejse for at inspirere, innovere og opdage." Rapport fra præsidentens kommission om implementering af USA's politik for rumudforskning. 6/2004. (13. maj 2008) http://govinfo.library.unt.edu/moontomars/docs/M2MReportScreenFinal.pdf
  • Klokke, Jim. "Plads til begge? Mennesker vs. Robotiske rummissioner." Scientific American Science Talk Podcast. 18-07-2007. (13. maj 2008) http://www.sciam.com/podcast/episode.cfm?id=D9A7341D-E7F2- 99DF-3D14CB5FAD1A7A66
  • British National Space Centre. "Aurora:Udforske Månen, Mars og videre." (13. maj 2008) http://www.bnsc.gov.uk/content.aspx?nid=5616
  • Christian, John et al. "Størrelse af et indgangs-, anstændigt og landingssystem til menneskelig Mars-udforskning." Space 2006 Proceedings. 2006. (13. maj 2008)
  • Connolly, John. "Constellation Program Oversigt." Constellation Program Oversigt. 10/2006. (13. maj 2008) http://www.nasa.gov/pdf/163092main_constellation_program_overview.pdf
  • "Konstellation:NASAs nye rumfartøj:Ares og Orion." (13. maj 2008) http://www.nasa.gov/mission_pages/constellation/ares/index.html
  • "Constellation Program:America's Spacecraft for a New Generation of Explorers." (13. maj 2008) http://www.nasa.gov/pdf/166914main_FS_Orion508c.pdf
  • Landis, Geoffrey. "Teleoperation fra Mars-kredsløb:Et forslag til menneskelig udforskning." Acta Astronautica. 1/2008. (13. maj 2008)
  • "Mars:Ekstrem planet." NASA's Jet Propulsion Laboratory. 22-03-2006. (13. maj 2008) http://marsprogram.jpl.nasa.gov/facts/
  • "Mars (planet)." Encyclopaedia Brittanica. (13. maj 2008) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/366330/Mars
  • "Mars Sample Return:The Next Step in Exploring the Red Planet." Mars Daily. 7/3/2008. (13. maj 2008) http://www.marsdaily.com/reports/Mars_Sample_Return_The_Next_Step_In_ Exploring_The_Red_Planet_999.html
  • McCulloch, Marie. "Menneskeliv på Mars?" FirstScience.com. 7/8/2007. (13. maj 2008) http://www.firstscience.com/home/articles/space/human-life-on-mars_ 34740.html
  • Moomaw, Bruce. "Mars invaderer Jorden." Terra Daily. 04/06/2001. (13. maj 2008) http://www.spacedaily.com/news/life-01p1.html
  • Squyres, Steven W. "Mars." World Book Online Reference Center. 2004. 13. maj 2008) http://www.worldbookonline.com/wb/Article?id=ar346000
  • FN's kontor for ydre rumanliggender. "Traktat om principper, der styrer staternes aktiviteter i udforskningen og brugen af ​​det ydre rum, herunder Månen og andre himmellegemer." 1/2008. (13. maj 2008) http://www.unoosa.org/oosa/SpaceLaw/outerspt.html
  • Wells, Grant et al. "Indgangs-, nedstignings- og landingsudfordringer ved menneskelig Mars-udforskning." American Astronautical Society. 2/2006. (13. maj 2008) http://smartech.gatech.edu/bitstream/1853/14772/1/AAS_20GN%26C_ 2006-072.pdf
  • York, Stephen. "Motorplacering til bemandet nedstigning på Mars i betragtning af enkeltmotorfejl." Massachusetts Tekniske Institut. 25/8/2006. (13. maj 2008) http://dspace.mit.edu/handle/1721.1/37949
  • Zubrin, Robert. "Sagen om Mars." Berøringssten. 1996. (13. maj 2008)

Mars Landing:Cheat Sheet

Ting, du skal vide:

  • At rejse til Mars vil være en bedrift, ligesom at udforske overfladen og vende hjem. Men planlægningen af, hvordan astronauterne rent faktisk vil lande, et tilsyneladende simpelt skridt for denne betydningsfulde mission, vil faktisk udgøre en række udfordringer i sig selv.
  • En tynd, variabel atmosfære er en af ​​de vigtigste komplikationer, når det kommer til landing på Mars. Rumfartøjet med astronauter ville sandsynligvis være betydeligt tungere end de forskellige rovere, der er landet på Mars-terrænet til dato, så det vil være et problem at bremse dem med succes.
  • Mange forskellige konfigurationer af køretøjsdesign, missionsplaner og strategiske taktikker er blevet kastet rundt og diskuteret, men fra 2011 er intet blevet afsluttet.
  • En interessant idé er at lande ubemandede fartøjer i rækkefølge med bemandede fartøjer for at begynde at bygge en infrastruktur. Det første ubemandede køretøj til at lande ville bruge overskydende brint til at stimulere kemiske processer med Mars-atmosfæren for at generere brændstof og vand og ilt, som astronauterne kan få adgang til, når de ankommer næste gang.
  • Tidslinjerne, deltagerne og omkostningerne forbundet med at sende menneskeheden til Mars udvikler sig konstant.

Test nu din viden med disse quizzer!

  • Placeret ud:Mars Quiz
  • Den ultimative månequiz
  • Spaceced Out:Space Shuttle Quiz
  • Den ultimative meteoritquiz
  • Faktum eller fiktion:Strålingssyge

Tjek disse billedgallerier!

  • Astronautbilleder
  • Mars-landingsbilleder
  • Raketbilleder
  • Tågebilleder
  • Kometbilleder




Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com