นักฟิสิกส์จากบราซิลสร้างการคำนวณวงโคจรที่ทำให้การเดินทางไปดาวอังคารทั้งหมดสั้นลงเหลือเพียงเจ็ดเดือน

นักวิจัยจาก Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro ได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่สามารถเปลี่ยนการวางแผนภารกิจระหว่างดาวเคราะห์ในอนาคตได้ นักฟิสิกส์ มาร์เซโล เด โอลิเวรา โซซา นำเสนอการคำนวณวิถีที่ช่วยให้สามารถเดินทางไปและกลับจากดาวเคราะห์สีแดงในช่วงเวลาที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน ข้อเสนอนี้ท้าทายมาตรฐานวิศวกรรมการบินและอวกาศในปัจจุบันโดยการปรับการจัดตำแหน่งระหว่างวัตถุท้องฟ้าและความสามารถในการขับเคลื่อนของยานอวกาศให้เหมาะสม

เส้นทางใหม่นี้จะร่นระยะเวลาการสำรวจทั้งหมดให้เหลือเพียงเจ็ดเดือน ซึ่งครอบคลุมทั้งการออกจากโลกและการกลับมาอย่างปลอดภัยของลูกเรือ แบบจำลองนี้ใช้หลักการขั้นสูงของกลไกการโคจรเพื่อสร้างเส้นทางที่ตรงยิ่งขึ้นผ่านห้วงอวกาศ การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในระยะเวลาการบินช่วยแก้ไขปัญหาคอขวดในอดีตในภาคส่วนนี้ ลดการสัมผัสของมนุษย์ต่อสภาวะที่รุนแรง และลดต้นทุนการดำเนินงานของหน่วยงานด้านอวกาศ

พลศาสตร์ของวงโคจรและแนวคิดของสะพานโน้มถ่วง

ภารกิจดั้งเดิมที่มุ่งเป้าไปที่ดินแดนของดาวอังคารนั้นต้องใช้เวลาเปลี่ยนผ่านซึ่งแตกต่างกันไปตั้งแต่หกถึงเก้าเดือนสำหรับขาออกเท่านั้น หลังจากมาถึงแล้ว นักบินอวกาศจะต้องรอบนพื้นผิวโลกเป็นเวลานานจนกว่าวงโคจรของโลกและดาวอังคารจะเรียงตัวกันอีกครั้งในลักษณะที่ดีสำหรับการเดินทางกลับ ระยะเวลารอคอยนี้เปลี่ยนการเดินทางที่มีคนขับเป็นความมุ่งมั่นหลายปี ด้วยเหตุนี้ การเดินทางจึงเพิ่มความเสี่ยงของความล้มเหลวทางกลไกในอุปกรณ์สนับสนุนเพิ่มขึ้นอย่างมาก ความเหนื่อยล้าทางร่างกายของผู้ที่เกี่ยวข้องยังกลายเป็นตัวแปรที่ไม่อาจคาดเดาได้ในช่วงเวลาที่ยาวนานเช่นนี้ การศึกษาที่ดำเนินการในสถาบันรีโอเดจาเนโรได้ทำลายกระบวนทัศน์นี้ด้วยการนำเสนอแนวทางการนำทางที่แตกต่างในสุญญากาศ การวิจัยได้แยกแยะเส้นทางทั่วไปที่ให้ความสำคัญกับการประหยัดเชื้อเพลิงสูงสุดเมื่อเวลาผ่านไป แต่การมุ่งเน้นกลายเป็นความสมดุลที่สมบูรณ์แบบระหว่างความเร็วในการล่องเรือและความปลอดภัยของลูกเรือ การเปลี่ยนแปลงมุมมองนี้เป็นพื้นฐานที่ช่วยให้มนุษย์สามารถดำรงอยู่ได้บนดาวเคราะห์ดวงอื่นอย่างต่อเนื่อง

วิธีแก้ปัญหาที่ทีมงานค้นพบมุ่งเน้นไปที่การใช้หน้าต่างส่งยานให้เกิดประโยชน์สูงสุดผ่านสะพานโน้มถ่วงประเภทหนึ่ง เส้นทางที่ออกแบบนั้นจำเป็นต้องมีการซิงโครไนซ์ระหว่างแรงกระตุ้นของเครื่องยนต์กับแรงดึงดูดที่กระทำโดยดาวเคราะห์ระหว่างการเดินทาง พลวัตนี้ช่วยให้เรือได้รับความเร็วในลักษณะประหยัดพลังงาน โดยตัดเส้นทางผ่านระบบสุริยะโดยไม่จำเป็นต้องบรรทุกเชื้อเพลิงในปริมาณที่ไม่สามารถปฏิบัติได้ การคำนวณจะพิจารณาเงื่อนไขทางโหราศาสตร์เฉพาะของสภาพแวดล้อมระหว่างดาวเคราะห์ ซึ่งต้องใช้ความแม่นยำทางคณิตศาสตร์สัมบูรณ์ในช่วงเวลาของการเร่งความเร็วและการเบรก

เพื่อให้การซ้อมรบใช้งานได้จริง วิศวกรจะต้องปรับมวลรวมของยานอวกาศและปรับปรุงระบบขับเคลื่อนในปัจจุบัน การดำเนินการที่สมบูรณ์แบบขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่สามารถรักษาแรงผลักดันที่คงที่และเชื่อถือได้ในช่วงหลายเดือนของการขนส่งในห้วงอวกาศ

ผลกระทบโดยตรงต่อสุขภาพและความปลอดภัยของลูกเรือ

ความเป็นไปได้ในการส่งมนุษย์ไปไกลสุดขีดนั้นมักขัดกับขีดจำกัดของชีววิทยามนุษย์อยู่เสมอ นอกเหนือจากการปกป้องสนามแม่เหล็กของโลกแล้ว นักเดินทางในอวกาศยังเสี่ยงต่อการแผ่รังสีกาแลคซีและพายุสุริยะในระดับที่สูงมาก การสัมผัสกับสภาวะเหล่านี้เป็นเวลานานจะเพิ่มโอกาสในการเกิดมะเร็ง การกลายพันธุ์ทางพันธุกรรม และความเสียหายทางระบบประสาทที่ไม่สามารถรักษาให้หายขาดได้อย่างรุนแรง ด้วยการบีบอัดระยะเวลาการเดินทางทั้งหมดให้เหลือเพียงเศษเสี้ยวของเวลาเดิม โมเดลบราซิลจึงทำหน้าที่เป็นมาตรการป้องกันเบื้องต้นต่อสุขภาพของลูกเรือ

ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งที่บรรเทาลงได้ด้วยเส้นทางใหม่คือความเสื่อมโทรมของร่างกายที่เกิดจากการขาดแรงโน้มถ่วง เดือนที่ลอยอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักส่งผลให้สูญเสียมวลกระดูก กล้ามเนื้อลีบ และปัญหาหลอดเลือดและหัวใจ แม้ว่าจะออกกำลังกายเป็นประจำทุกวันบนเรือก็ตาม การกลับสู่โลกหรือแรงโน้มถ่วงของดาวอังคารเร็วขึ้นช่วยรักษาความสมบูรณ์ทางกายภาพของทีมได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าการแทรกแซงทางการแพทย์แบบประคับประคองใดๆ ที่ดำเนินการภายในยานอวกาศ

การถูกกักขังในพื้นที่เล็กๆ เป็นเวลานานหลายปียังสร้างความเครียดทางจิตใจอย่างมากอีกด้วย ความคาดหวังของภารกิจเจ็ดเดือนทำให้จิตใจมนุษย์มีกรอบเวลาที่สามารถยอมรับได้มากขึ้น กรอบเวลานี้ช่วยลดความขัดแย้งระหว่างบุคคลและป้องกันภาวะซึมเศร้าในหมู่ผู้เชี่ยวชาญที่อยู่โดดเดี่ยวในอวกาศ

การประหยัดการจัดหาและการกำหนดค่าโหลดใหม่

โลจิสติกส์ช่วยชีวิตแสดงถึงภาระที่หนักที่สุดและซับซ้อนที่สุดในบรรดาการปล่อยอวกาศ การรักษาทีมให้อยู่รอดต้องใช้น้ำจืด อาหารขาดน้ำ ออกซิเจนอัด และระบบกรองอากาศจำนวนมาก กิโลกรัมเพิ่มเติมแต่ละกิโลกรัมที่ส่งขึ้นสู่อวกาศมีค่าใช้จ่ายหลายล้านดอลลาร์และต้องใช้พลังจรวดมากขึ้น การลดเวลาการขนส่งจะช่วยลดความต้องการด้านลอจิสติกส์ลงอย่างมาก โดยเปลี่ยนสถาปัตยกรรมภายในของเรือที่ออกแบบมาสำหรับการสำรวจดาวอังคาร

เนื่องจากความต้องการด้านอุปทานลดลงมากกว่าครึ่ง นักออกแบบจึงได้รับพื้นที่อันมีค่าและความสามารถในการรับน้ำหนัก การหย่อนนี้สามารถเติมเต็มได้หลายวิธีเชิงกลยุทธ์ หน่วยงานอาจเลือกที่จะรวมอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนมากขึ้น รถสำรวจเพิ่มเติม หรือโมดูลที่อยู่อาศัยที่สะดวกสบายมากขึ้น หรืออีกทางหนึ่ง พื้นที่ว่างสามารถเปลี่ยนเป็นชั้นป้องกันรังสีเพิ่มเติมได้ เพื่อเพิ่มความปลอดภัยในภารกิจ

การดำเนินการตามแผนนี้ขึ้นอยู่กับความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในด้านวิศวกรรมเครื่องยนต์ ตัวขับดันไอออนิกและความร้อนนิวเคลียร์ในปัจจุบันอยู่ระหว่างการพัฒนาเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดในการจ่ายพลังงานตามวิถีโคจรที่คำนวณในบราซิล

ข้อได้เปรียบเชิงกลยุทธ์สำหรับภาคการบินและอวกาศ

การใช้เส้นทางที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมจะเปลี่ยนกำหนดการสำรวจระบบสุริยะทั่วโลก สถาบันภาครัฐและบริษัทเอกชนในภาคการบินและอวกาศได้รับเครื่องมือใหม่ๆ ในการวางแผนการตั้งอาณานิคมและการวิจัยทางวิทยาศาสตร์นอกวงโคจรโลก ความยืดหยุ่นที่ได้จากการคำนวณวงโคจรทำให้เกิดผลกระทบต่อเนื่องตลอดห่วงโซ่การวางแผนภารกิจระหว่างดาวเคราะห์

• การขยายหน้าต่างปล่อยยานสำหรับส่งยานสำรวจและยานพาหนะควบคุม
• ลดค่าเชื้อเพลิงและค่าบำรุงรักษาระบบช่วยชีวิตลงอย่างมาก
• ความเป็นไปได้ที่แท้จริงในการจัดภารกิจกู้ภัยหรือส่งสิ่งของฉุกเฉินด้วยความคล่องตัวที่มากขึ้น
• การสึกหรอน้อยลงในส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และกลไกของเรือเนื่องจากเวลาลดลงในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตร
• เร่งกำหนดการก่อสร้างฐานวิจัยถาวรแห่งแรกบนพื้นผิวดาวอังคาร

การพัฒนาเชิงปฏิบัติเหล่านี้ทำให้การสำรวจดาวอังคารเป็นเป้าหมายที่เข้าถึงได้ทางการเงินมากขึ้น การลดต้นทุนทำให้ประเทศต่างๆ จำนวนมากขึ้นมีส่วนร่วมในการวิจัย โดยกระจายอำนาจการผูกขาดของมหาอำนาจอวกาศ

น้ำหนักของวิทยาศาสตร์แห่งชาติในเวทีโลก

การวิจัยที่นำโดย Marcelo de Oliveira Souza เน้นย้ำถึงกำลังการผลิตทางวิทยาศาสตร์ของบราซิลในพื้นที่ที่มีความซับซ้อนสูง แม้ว่าจะไม่มีโครงการของตนเองในการส่งมนุษย์ขึ้นสู่อวกาศหรือโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการยิงจรวดขนาดใหญ่ แต่ประเทศนี้ก็มีส่วนสนับสนุนรากฐานทางทฤษฎีที่จำเป็นสำหรับความก้าวหน้าของมนุษยชาติ มหาวิทยาลัยรีโอเดจาเนโรรวบรวมตำแหน่งเป็นศูนย์กลางที่สร้างความรู้ระดับแนวหน้า ซึ่งสามารถสื่อสารบนพื้นฐานที่เท่าเทียมกับศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก

การตรวจสอบความถูกต้องขั้นสุดท้ายของเส้นทางใหม่นี้จะต้องได้รับความร่วมมือจากประชาคมระหว่างประเทศในปีต่อๆ ไป หน่วยงานที่มีงบประมาณนับพันล้านดอลลาร์ได้ทุ่มเททั้งแผนกเพื่อศึกษาวิถีที่เร็วขึ้นและปลอดภัยยิ่งขึ้น แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของบราซิลมีศักยภาพที่จะรวมเข้ากับซอฟต์แวร์จำลองของสถาบันต่างประเทศเหล่านี้ ก่อนที่จะนำไปใช้กับภารกิจจริง การคำนวณจะต้องผ่านการทดสอบความเป็นไปได้อย่างเข้มงวดบนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ วิศวกรจะต้องจำลองสถานการณ์ที่แตกต่างกันนับพันเพื่อให้แน่ใจว่าเรือจะไม่เบี่ยงเบนไปจากเส้นทางของมัน งานนี้ยังอยู่ในขั้นตอนการนำเสนอในการประชุมเฉพาะทางด้านการบินและอวกาศ ปัจจุบันการวิจัยกำลังรอการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิซึ่งจะยืนยันการใช้งานในอนาคตในคู่มือการนำทาง หากได้รับการอนุมัติ การค้นพบนี้จะทำให้ชื่อของวิทยาศาสตร์แห่งชาติจารึกไว้ในประวัติศาสตร์การสำรวจระบบสุริยะ ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญในการเปลี่ยนแปลงการมีอยู่ของมนุษย์บนดาวอังคารให้กลายเป็นความเป็นจริงในการปฏิบัติงานที่จับต้องได้