Rychlejší cesta na Mars

Nový pohled na cestování k sousední planetě. Jak doletět na Mars v kratší době? Návod dávají některé asteroidy. (délka blogu 3 min.)

Sluneční soustava není jen obří a poměrně prázdný prostor, ale také hustá síť neviditelných drah, které se v průběhu času neustále mění.

Hlavním hrdinou tohoto blogu je vědec, který využil pro své bádání blízkozemní asteroid 2001 CA21 a jeho dráhu vypočítanou v roce 2015. Vědci ji označují jako JPL Horizons Solution 11.

Jak mohou pomoci asteroidy?

Základní myšlenka celého výzkumu spočívá v tom, že rané předpovědi drah malých těles jsou často velmi nepřesné - ale velmi rychle se u nich zjistí orientace jejich oběžné roviny v prostoru.

Autor článku zjistil, že rovina, ve které se asteroid 2001 CA21 pohybuje, funguje jako geometrický filtr. Trajektorie pro kosmické lodě mířící k Marsu by se měly nacházet v rozmezí pěti stupňů od této roviny. Vtip spočívá v tom, že tato metoda odhaluje vysokoenergetické dráhy, které by se při běžném hledání pomocí standardních metod nebraly v úvahu. S trochou nadsázky se dá situace přirovnat k hustému lesu, ve kterém jste našli skrytou dálnici, o které nikdo neví, protože všichni ostatní hledají jen vyšlapané lesní pěšinky.

Výzkum se pak zaměřil na tři startovní okna v letech 2031, 2033 a 2035. Autor nehledal jen nejlevnější cestu, ale také tu nejrychlejší.

Pro rok 2031 jeho výpočty ukazují na možnost dosáhnout Marsu za pouhých 56 dní. To je velký rozdíl oproti současným misím, které trvají sedm až devět měsíců.

Taková rychlost je samozřejmě energeticky mnohem náročnější než pomalé verze - má ovšem jednu výhodu: čím méně času lidé stráví v hlubokém vesmíru, tím menší dávku kosmického záření obdrží a tím méně budou trpět jejich orgány, kosti a svaly v mikrogravitaci.

Energetická náročnost cesty

Autor ve své práci zmiňuje dva scénáře. Prvním je využití vysoce výkonných chemických pohonů nebo solárně-elektrických systémů, které jsou již dnes poměrně dostupné.

Druhým scénářem je nasazení nukleárně-termálních raket. Tato technologie, o které se mluví už od šedesátých let minulého století, využívá jaderný reaktor k ohřevu pracovní látky na extrémní teploty. To umožňuje dosáhnout mnohem vyššího specifického impulsu než u nejlepších chemických motorů.

Právě s tímto pohonem by mohla cesta k Marsu v roce 2031 trvat neuvěřitelných 33 dní. To už se blíží době, která by mohla být pro lidské tělo relativně snesitelná.

Cesta tam a zpět

Nejzajímavější je samozřejmě analýza misí, které počítají s lety tam a zpět neboli round-trip. Tradiční mise k Marsu předpokládá, že loď doletí k planetě, tam zůstane rok a půl a teprve pak se vrátí. Delší pobyt na Marsu je nutný, protože se naše planety při cestě kolem Slunce setkávají zhruba každé dva roky.

Autor navrhuje koncepty bleskových misí které zvládnou celou trasu včetně krátkého pobytu u Marsu za méně než jeden rok. Konkrétně pro rok 2031 uvádí variantu trvající celkem 226 dní a pro jaderný pohon dokonce extrémní verzi o délce 153 dní.

Aby to bylo proveditelné, musí loď u Marsu provést manévr zvaný aerocapture - tedy zachycení kosmické lodi pomocí brzdění o atmosféru planety. Místo situace, kdy by loď brzdila motory a pálila drahocenné palivo, využije odporu marsovského vzduchu k tomu, aby se dostala na oběžnou dráhu planety.

Technická náročnost

Energetická náročnost takové cesty ovšem není jediným problémem. Obrovská je také technická náročnost mise.

Například hodnoty celkové změny rychlosti, které jsou známé jako tzv. delta-v, se u těchto rychlých drah pohybují mezi 20 a 30 kilometry za sekundu. Pro srovnání u standardních misí, které využívají tzv. Hohmannovy dráhy (a trvají daleko déle) se delta-v pohybuje kolem 10 až 12 kilometrů za sekundu.

To znamená, že potřebujeme lodě s obrovským množstvím paliva nebo právě výše zmiňované jaderné pohony, které dokážou vygenerovat velký tah s mnohem menší hmotností pracovní látky.

V roce 2033 se startovní okno pro tyto mise mimochodem mírně mění a vyžaduje odlišné parametry příletu, což potvrzuje, že každý rok je v meziplanetární navigaci unikátní. Rok 2035 pak nabízí další příležitost pro rychlý transfer, i když je pak energeticky o něco náročnější než ideální rok 2031.

Učíme se díky vesmíru

Využití dráhy asteroidu 2001 CA21 jako průvodce pro navigaci k Marsu je elegantním příkladem toho, jak se věda dokáže učit od samotného vesmíru. I když se později ukázalo, že tento konkrétní asteroid má jinou dráhu a pro let na Mars by nebyl užitečný, jeho původní domnělá dráha pomohla identifikovat skryté symetrie v gravitačním poli, které lze využít k urychlení takové cesty. Možná tedy v budoucnosti nebude mise na Mars nutně znamenat odloučení od Země na celé roky - ale spíše jen na několik měsíců.

Podmínkou bude samozřejmě vývoj potřebné technologie pro bezpečné brzdění v atmosféře a pokročilých jaderných pohonů.

^{Zdroj: Odkaz, Marcelo de Oliveira Souza, Using asteroid early orbital data for rapid mars missions, Acta Astronautica, Volume 246, 2026, Pages 354-366}