.
Eksploracja Układu Słonecznego

Eksploracja Układu Słonecznego

Jaka sonda kosmiczna odleciała najdalej od Słońca
Czy można przeprowadzić terraformowanie Marsa
Jakie cenne minerały/pierwiastki można wydobywać na Księżycu
Czy możliwa jest budowa orbitalnych elektrowni
Gdzie najlepiej ulokować bazę na Księżycu
Jaką najwiekszą prędkość osiągnął statek kosmiczny
Jak długo leci się na Marsa

Jaka sonda kosmiczna odleciała najdalej od Słońca

Cztery sondy, które przekroczyły trzecią prędkość kosmiczną, znajdują się obecnie (koniec roku 2002) w następujących (zaokrąglonych do jedności) odległościach względem Słońca:

Voyager-1: 87 AU
Pioneer-10: 80 AU
Voyager-2: 70 AU
Pioneer-11: 60 AU

AU - jednostka astronomiczna równa średniej odległości Ziemi od Słońca, czyli około 149,6 miliona km; aphelium orbity Plutona to 48 AU.

Ciekawostką jest to, że sondy Voyager 1,2 nadal funkcjonują i wykonują badania naukowe przestrzeni kosmicznej (stopniowo redukowane wraz ze zmiejszaniem się wydajności energetycznej ich generatora RTG). Rozplanowano dla nich zadania do roku 2025, gdy skończą się zapasy paliwa w generatorze radioizotopowym RTG, zasilającym sondy w elektryczność. Jeśli tak zakończy się misja Voyagerów, to użyteczne dla ludzkości byłyby przez blisko 60 lat!

Pod koniec roku 2003 Voyager 1 był odległy od Słońca o 90 AU i funkcjonował zgodnie z oczekiwaniami.

Czy można przeprowadzić terraformowanie Marsa

Istnieją już takie plany np. naszkicowane przez C.Sagana czy R.Zubrina.

Kluczem do procesu jest wywołanie efektu cieplarnianego np. poprzez uwolnienie zasobów CO₂ z czap polarnych i regolitu, co prawdopodobnie zwiększyłoby gęstość atmosfery kilkukrotnie doprowadzając do wzrostu ciśnienia przy powierzchni do poziomu 500 hPa (połowa ziemskiego). Można tego dokonać poprzez umieszczenie na orbicie wokółmarsjańskiej luster słonecznych ogrzewających powierzchnię lub wykorzystując zmodyfikowane genetycznie bakterie.

Atmosfera ostatecznie wzbogacona będzie w tlen pozyskany na drodze fotosyntezy za pomocą bakterii i roślin zdolnych przetrwać w atmosferze beztlenowej, a poźniej stopniowo wprowadzać się będzie coraz to bardziej efektywne rośliny.
Stosując ten proces przy aktualnej technologii ziemskiej, należy się liczyć z tym, że potrwa to parę tysięcy lat, lecz wiele procesów może dokonywać się bez bezpośredniego nadzoru człowieka.

Problem jednak będzie, jeśli twórcy nie doczekają końca swego dzieła, ale mimo wszystko Mars posiadłby wówczas odprysk ziemskiego życia, być może w przyszłości wytwarzając na drodze ewolucyjnej własne istoty inteligentne.

Jakie cenne minerały/pierwiastki można wydobywać na Księżycu

Nasza współczesna wiedza o minerałach księżycowych oparta jest głównie na wynikach badań próbek gruntu przywiezionych na Ziemię przez załogowe wyprawy programu Apollo. Wykryto w nich praktycznie te same minerały, co występujące na Ziemi, otwierając tym drogę do przyszłego zagospodarowania Księżyca.
Na uwagę zasługuje zwłaszcza oszacowanie ilości dostępnego izotopu helu He₃. Na Ziemi jest on wielką rzadkością, a na Księżycu występuje w ilościach o parę rzędów wielkości większych. Hel He₃ ciekawi fizyków jądrowych, ponieważ reakcja syntezy termojądrowej jest stosunkowo prosta przy zastosowaniu tego substratu. Być może po skonstruowaniu reaktorów termojądrowych (gorących), paliwo do nich pozyskiwać się będzie przede wszystkim z Księżyca.

Czy możliwa jest budowa orbitalnych elektrowni

Technicznie rzecz biorąc, to jest możliwa nawet i dziś budowa elektrowni orbitalnej, która przetwarzać będzie energię słoneczną.
Istnieją jednak główne dwa problemy:

finansowanie przedsięwzięcia,
bezkonfliktowe przekazanie energii na Ziemię.

Jeśli chodzi o drugi problem, który może być rozpatrywany w aspektach ścisłych, to obecnie naukowcy raczej przychylają się do koncepcji transmisji wiązek mikrofalowych o stosunkowo niskiej gęstości energetycznej. Umożliwi to ominięcie ograniczeń związanych z możliwym sklasyfikowaniem takiej instalacji jako ofensywnej broni kosmicznej i uniknie się także zarzutów ze strony ekologów co do katastroficznej szkodliwości takiej wiązki (np. dla przelatujących ptaków).

Gdzie najlepiej ulokować bazę na Księżycu

W trakcie trwania programu Apollo wydawało się, że w bliskiej przyszłości nastąpi budowa stałej, załogowej bazy księżycowej. Niestety, jej koszty przestały być akceptowalne zarówno dla społeczństwa USA jak i ZSRR, krajów wówczas przodujących w badaniach kosmicznych.

Obecnie planuje się, że jeśli już powstawać będzie taka baza, to w dużej mierze finansowanie jej działalności odbywać się winno ze źródeł komecyjnych. Możliwe jest to do spełnienia jeśli nada się jej charakter turystyczny z licznymi atrakcjami. Dla tak określonych zadań najlepiej nadają się okołobiegunowe obszary Księżyca, gdzie to na bazie istniejącego krateru zbudowana byłaby baza przykryta od góry szklana kopułą, utrzymująca ziemską atmosferę wewnątrz. Bliskobiegunowe jej zlokalizowanie pozwoli także na dość prostą konstrukcję luster służących do oświetlania bazy promieniami słonecznymi, a także do jej dogrzewania przez praktycznie cały czas bez względu na pozycję Księżyca względem Ziemi i Słońca (w innych szerokościach selenograficznych noc trawałaby nawet i dwa tygodnie).
Istnieje też prawdopodobieństwo znalezienia lodu w tych obszarach (dane z sondy Clementine, Lunar Prospector), co ułatwiłoby jej funkcjonowanie i potaniło koszty eksploatacji.

Jaką najwiekszą prędkość osiągnął statek kosmiczny

Mniejsza o prędkość względem Słońca, bo tu przodują wszystkie sondy, które przekroczyły III prędkość kosmiczną (Pioneer 10 i 11, Voyager 1 i 2). Do czasu samobójczego lotu sondy Galileo największą prędkość względną (względem Jowisza) miał atmosferyczny próbnik wypuszczony z sondy Galileo na Jowisza. Jego względna prędkość wynosiła około 47 km/s.
21 września 2003 sama sonda Galileo, zgodnie z planem NASA zanurzyła się w atmosferze Jowisza w samobójczym locie z prędkością 48,26 km/s względem Jowisza.

Jak długo leci się na Marsa

Czas podróży zależy od przyjętej trajektorii misji oraz zasobów energetycznych.
Rozważmy następujące trajektorie:

Hohmanna (minimalnoenergetyczna),
Bezpośrednia,
Opozycyjna.

1. Trajektoria Hohmanna

Autorem jej jest Niemiec - Walter Hohmann (1880-1943), który w 1925 roku w swej książce "Możliwość osiągnięcia ciał kosmicznych" ("Die Erreichbarkeit der Himmelskorper") opisywał teoretyczne aspekty podróży międzyplanetarnych, twierdząc, że celem astronautyki jest dotarcie w sąsiedztwo innych ciał niebieskich.

Przeanalizawał w niej, po jakich orbitach powinny się odbywać te wyprawy, z jaką prędkością i jak długo będą trwały. Proponował odbycie podróży na Marsa po klasycznej orbicie stycznej do jego orbity, natomiast lot powrotny - po orbicie stycznej najpierw do orbity Merkurego, a następnie po przelocie koło tej planety, po stycznej do orbity Ziemi; w efekcie otrzymał skrócenie czasu podróży w porównaniu z trajektorią styczną do obu orbit. Orbitę tę nazwano "podróżą okólną Hohmanna".

Innym wynalazkiem była trajektoria minimalnoenergetyczna, charakteryzująca się tym, że start z danej planety odbywałby się w momencie, gdy planeta docelowa byłaby po drugiej stronie Słońca (koniunkcja). Trajektorię tę nazywa się dziś "trajektorią Hohmanna".
Obecnie bardzo często wykorzystują ją bezzałogowe próbniki marsjańskie, przez co możliwe jest ich wynoszenie mniejszymi rakietami nośnymi..

2. Trajektoria bezpośrednia.
Wymaga największego zużycia energii, gdyż trajektoria ta wykorzystuje dla startu okres największego zbliżenia planet i w przypadku skrajnym staje się trajektorią fotonową (dla podróży z prędkością światła). W realnym przypadku prędkości podróżne ograniczają się do 30-40 km/s wzgędem Słońca. Trajektoria ta wymaga za to największej zmiany prędkości przy dolocie (hamowania), ale jest za to najkrótsza czasowo.

3. Trajektoria opozycyjna.
Start odbywa się, gdy Ziemia i Mars znajdują się po tej samej stronie Słońca i ponadto wykorzystuje się asystę grawitacyjną w okolicach Wenus podczas lotu na Marsa lub podczas lotu powrotnego. Pozwala minimalizować całkowity czas misji, ale kosztem skróconego pobytu na Marsie.

Porównanie przykładowych planów podróży na Marsa.

Trajectoria	Hohmanna	Bezpośrednia	Opozycyjna
Czas podróży na Marsa	259 dni	70 dni	180 dni
Czas podróży na Ziemię	259 dni	70 dni	430 dni
Czas pobytu na Marsie	457 dni	791 dni	30 dni
Całkowity czas misji	975 dni	930 dni	640 dni
Średnia dawka promieniowania	52 rem	52 rem	58 rem
Czas przebywania w nieważkości	360 dni	140 dni	610 dni
Przelot w pobliżu Wenus	Nie	Nie	Tak

godzina...

. Eksploracja Układu Słonecznego