Az ősi aszteroidaadatokban felfedezett orbitális parancsikon lehetővé teszi az Marte-hez való oda-vissza utat mindössze 226 nap alatt, a visszaút pedig 56 napot vesz igénybe. Az útvonal geometriailag érvényes a Naprendszer jelenlegi konfigurációjában, és 2031-ben nyílik meg. Az Porém eléréséhez nukleáris termikus meghajtás szükséges, egy olyan technológia, amelyet az Europa már fejleszt és tesztel partnerügynökségekkel.
A rendkívül gyors pályát az Oliveira Souza Marcelo asztrofizikusa, az Norte Fluminense Universidade Estadual asztrofizikusa azonosította. Az Ele a 2001 CA21 aszteroida előzetes 2015-ös pályaadatait használta referencia geometriai modellként, és elemzési tervet készített az Terra és Marte közötti átviteli szögek tesztelésére, amelyeket a hagyományos megközelítések nem rögzítenek.
Geometria, amely ellenáll a kémiai hajtásnak
Az Terra-ről 2031. április 20-án induló űrszonda 56 nappal később érkezik a marsi pályára. A legénység öt hétig a felszínen marad, majd 135 nappal az Marte indulása után tér vissza az Terra-re, összesen 226 napos küldetésben. Az Para oda-vissza pálya, ez az idővonal radikálisan rövidebb, mint bármely emberes küldetés, amelyet valaha is elképzeltek.
A nagy igénybevételt jelentő vegyi meghajtás hét-kilenc hónapot igényel csak a kiutazáshoz. Az 56 napos tranzit eléréséhez szükséges sebesség minden hagyományos vegyi forgatókönyvet megsemmisít. A túlzott hiperbolikus sebesség ezen a pályán eléri a 16,9 kilométer/másodperc értéket, ami 15-ször több energiát igényel, mint egy szabványos Marte küldetés.
Az úgynevezett “extrém” alternatíva tovább csökkenti a teljes időt 153 napra, ami 33 napot a kiutazáskor, 30 napot a felszínen és 90 napot a visszatéréskor kombinál. Porém ez az opció 40-szer annyi energiát igényel, mint egy hagyományos küldetés, elérve a 27,5 kilométer/s felszállási sebességet, ami meghaladja a már használt vegyi fokozatok elméleti határát. Az Marte megérkezése 16,6 kilométer/másodperc sebességgel történne, és az Terra légkörébe való visszatérés 15,1 kilométer/s sebességgel történne, ami a még fejlesztés alatt álló hővédő anyagok határait teszteli.
Miért csak a nukleáris meghajtás oldja meg a problémát?
Az Acta Astronautica folyóiratban megjelent tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a kémiai rakéták nem tudják betölteni ezt az energiahiányt. Az egyetlen azonosított technológiai kar a nukleáris termikus propulzió vagy NTP, amely a folyékony hidrogént a reaktormagon keresztül melegíti fel, és a gázt a kémiai égés nagyjából kétszeres hatékonyságával üríti ki.
Az Essa technológia nem marad az elméleti területen. A francia CEA kutatási ügynökség 2023-ban elindította az Alumni elnevezésű megvalósíthatósági tanulmányt, amelyet az ArianeGroup és az Framatome együttműködésével fejlesztettek ki az Agência Espacial Europeia számára. Az ügynökség hivatalos közleménye részletezi, hogy a cél az Marte-re való áthaladások csökkentése, csökkentve az űrhajósok kozmikus sugárzásnak való kitettségét a hosszabb repülés során.
A CEA egy párhuzamos kutatási vonalat is fejleszt RocketRoll néven, amely a nukleáris elektromos meghajtásra összpontosít olyan küldetésekhez, ahol a napfény nem elegendő a napelemekhez. Az Ambos projektek beépülnek egy európai technológiai ütemtervbe, amely egy 2035 körüli prototípust céloz meg, ami elég közel van a 2031-es bevezetési időszakhoz ahhoz, hogy működési szempontból releváns legyen.
Európai Competência az űrnukleáris technológiában
Az Xavier Averty, a CEA programvezetője arról számolt be, hogy a szervezet az 1980-as évek óta fejleszt nukleáris termikus és elektromos térhajtást, és továbbra is az egyetlen európai kutatószervezet, amely rendelkezik ezzel a képességgel. A felhalmozott kompetenciák az Europa-et vezető pozícióba helyezik az egyetlen olyan technológia terén, amely képes gyors utazást tenni az Marte-re.
Az Alumni és a RocketRoll projektek nem elszigetelt kezdeményezések. Az Representam egy olyan stratégiai integráció, amelyben a francia kutatás, az európai repülőgépipar és a kontinentális űrügynökség szabályozási kerete egy konkrét cél felé közeledik: lehetővé téve az Marte küldetést, amelynek időtartama összeegyeztethető az asztronautikai biztonsággal és biológiai életképességgel.
A felfedezési módszer régi adatokon keresztül
Az Oliveira Souza Marcelo nem hivatkozott egzotikus fizikára és nem tervezett új motorokat. Az Ele módszertani megközelítést alkalmazott, ahol a régi pályaadatok geometriai szűrőként működnek. A 2001 CA21 aszteroida 2015-ös adatai egy megnyúlt, kis dőlésszögű ellipszist írtak le, amely metszi az Terra és Marte pályáját. Később az Observações finomította ezt a pályát, megváltoztatva az alakját, de a kezdeti adatok valami ritkaságot kínáltak: egy referenciasíkot az extrém átviteli szögek tesztelésére.
A kutató szigorú szabályt támasztott: minden jelölt pályának az aszteroida keringési síkjához képest öt fokon belül kell maradnia. Az Usando az Lambert megoldója, egy szabványos asztrodinamikai eszköz, amely a tér két pontja közötti lehetséges trajektóriákat számítja ki, és a marsi oppozíció három jövőbeli ablakát szimulálta. A 2027-es és 2029-es év kudarcot vallott. Az energiaigény túlságosan megnőtt, vagy a geometria megakadályozta a visszatérő kör zárását.
A 2031-es ablak másként viselkedett. Az Produziu két komplett oda-vissza architektúra, mindkettő áprilisban ugyanazon a napon indul az Terra-ről, és csak a tranzitidő és a marsi tartózkodási lehetőségek különböztetik meg őket.
Az Transformar elmélet valósággá vált
Az Acta Astronautica-ben megjelent cikk nem foglalkozik a jármű tervezésével, a tömegköltségvetésekkel, a szívóprofilokkal vagy a hőelnyelési számításokkal. Az Oferece azonban számszerű bizonyíték arra, hogy az Marte gyors és zárt küldetési geometriája létezik a valós orbitális efemeridiás adatokon belül. A megoldás érintetlen marad a megfigyelési bizonytalanságot tükröző helyzetoszcillációk hatására.
A kérdés most az, hogy más korai aszteroidamegoldások kódolnak-e hasonló modelleket. Az Levantamento populáció a jövőbeni munkára marad. A 226 napos utazás egyelőre csak papíron létezik. Az Transformá fémben és hajtóanyagban olyan motort igényel, amely megfelel a geometria által leírt ambíciónak.