Bemannet Reise til mars NASAs fremtidsplan: Bemannet Reise til mars En gjennomgang v/Tom R. Henriksen, TAF

Framdriftsteknologier Det er viktig å minimere reisetid og minske drivstoffandelen slik at mer nyttelast kan være med. Dette krever forbedret framdriftsteknologi.

Aktuelle teknologier Kjemisk LH2/O2 Atomdrevet Nukleær termisk framdrift NERVA Plasma som drivstoff VASIMR Også omtalt i artikkel i Corona 2/2007 (http://www.taf-astro.no/arkiv/corona/2007/corona2007-2.pdf)

Rakettenes ”liter/mil”

Rakettenes ”liter/mil”

Rakettenes ”liter/mil”

Kjemisk framdrift Flytende hydrogen og oksygen Gir MEGET stor skyvkraft! Typisk 12.000 kN (romfergas faststoffrakett) Lite effektivt, med Isp = ca. 450 Egner seg best for å løfte utstyr og mannskap fra jordoverflata til lav jordbane. Kan sammenlignes med 1. giret i en bil Trygg og velutprøvd teknologi

Nukleær termisk framdrift (Nuclear Thermal Rocket - NTR)

NERVA NASA-teknologi fra 60-årene: Høy skyvkraft (334 kN) Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application Høy skyvkraft (334 kN) Spesifikk impuls på 850 s i tomt rom Ferdig testet og utprøvd i 60-åra, første testkjøring varte i 2 timer! Klassifisert som egnet til en Mars-ferd Stoppet da Nixon la ned romprogrammet i 1972. Videre forskning har skjedd i det stille og har oppnådd Isp = 925 (i 2010) Noen design kan teoretisk oppnå Isp = 1500 - 2000

Fra wikipedia: Diameter: 10,55 m Lengde: 43,69 m Nettovekt: 34.019 kg Bruttovekt: 178.321 kg Skyvkraft: 333,6 kN Isp: 850 s Brenntid: 1200 s Drivstoff: LH2

VASIMR VAriable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket

VASIMR virkemåte Drivstoffet varmes opp til plasma Bruker høyeffektive radiobølger Må ha atomreaktor for å levere nok kraft Plasmaet ledes i superhøy hastighet gjennom en magnetisk dyse Eksoshastighet på 300 km/s kan kan oppnås (romferga 4,5 km/s) Gjerrig på drivstoff, ned mot 0,15 gram/s Teknologien kjent siden 1979

VASIMR forts Kan variere spesifikk impuls Perfekt for Mars-reise! Høy eksoshastighet, lavt forbruk, liten skyvkraft Lav eksoshastighet, høyt forbruk, større skyvkraft Mindre skyvkraft enn de andre, typisk 40 – 500 N Isp kan varieres fra 1.000 s – 30.000 s Perfekt for Mars-reise! Økt skyvkraft trengs for inn- og utflyvning til/fra lav omløpsbane Magnetfeltet beskytter mot kosmisk stråling

VASIMR - status Mange bakketester, stor suksess I 2006 ble rakettprodusenten Ad Astra subkontraktør av NASA for videre forskning på teknologien (www.adastrarocket.com) Mange bakketester, stor suksess Skulle vært testet ut som banekorrigerings- raketter på ISS nå i slutten av 2011 Bruker ISS sin kraftkilde istedet for atomreaktor Tydeligvis er dette litt forsinket

Logistikk Siden avstanden til Mars er i størrelsesorden 100 ganger lengre enn til Månen, stilles det store krav til logistikken.

Reise til Mars = flere turer Kan ikke gjøre alt på en reise! Forhåndsbygge Mars-fartøy i rommet á lá ISS Transport til lav jordbane Sende utstyr til Mars på forhånd Landingsfartøy i lav Mars-bane Utstyr til overflaten Boligmodul Strømforsyning (mini-atomkraftverk) Mars-rovere m/boreutstyr Produksjonsutstyr for oksygen, metan etc.

Overføringsbaner

Reiseruter til Mars Hohmann bane Reise om Venus En elliptisk bane rundt Sola som tangerer Jord- og Mars-banen. Det mest energiøkonomiske alternativet. Utskytningsvindu ca. hver 26. måned Reise om Venus Bruker Venus som gravitasjonsslynge Tar litt lengre tid, men også energiøkonomisk Egnet for ubemannede mellomferder med forsyninger Direkte overføringsbaner Er raskere men krever mye mer energi enn Hohmann banen. Ikke vurdert i NASA’s foreløbige plan.

Hohmann overføringsbane Utskytningsvindu Ca. annethvert år Antall døgn reisetid Ca. 180 – 400 Hastighetsendring DVtot = 3,5 – 4,0 km/s

Reise om Venus Utskytningsvindu 2-4 års mellomrom Antall døgn reisetid Ca. 300 – 500 Hastighetsendring DVtot = 3,8 – 4,5 km/s

Mars: utreiser 2030 - 2040

Mars: utreiser 2030 - 2040 Tot. aksellerasjon Tot. oppbremsing v/avgang Tot. oppbremsing v/ankomst

Mars: returer 2030 - 2040

Direkte overføringsbaner Mulig med VASIMR

Astronautenes utfordringer En bemannet reise medfører at man må planlegge for menneskelige behov, sikkerhet og medvirkning.

Stråling Utbrudd fra Sola Kosmisk stråling Strålingsskjold er tunge Vanntanker kan ha dobbeltfunksjon som skjold? VASIMR lager magnetskjold som bi-effekt Redusere overfartstiden

Risiko for feil Grundig uttesting først på ISS Bruk av reiser til Månen: Habitat Rovere Boreutstyr Strømforsyning Fartøy for oppstigning og nedstigning etc. Ubemannede Mars-reiser

Fysiologisk degradering Astronauter kan ikke gå av egen hjelp etter lange opphold i rommet, tross mye trening Vil astronautene være i fysisk stand til å utføre oppgaver etter landing på Mars? Kunstig gravitasjon i form av rotasjon? Gjør romskipet større og mer komplekst Redusere overfartstiden

Litt om kunstig gravitasjon (Fra ”2001 – a Space Odyssey”)

Rotasjon Kan bruke sentrifugalkraft for å simulere gravitasjon Gir noen spesielle effekter Hodet opplever mindre G-kraft enn føttene Man føles tyngre når man går i rotasjonsretningen Coriolis-effekten (se innfelt bilde) Kan føre til omtåkethet og kvalme Ved < 2 rpm er effekten neglisjerbar

Lineær aksellerasjon En konstant aksellerasjon på 1G? Kjemisk drivstoff kan gi mange G, men bare i minutters varighet NTR/NERVA kan gi noen tideler av G men bare i timers varighet VASIMR kan holde konstant aksellerasjon over lang tid, men gir bare tusendeler av G

Roterende romskip? Anta rotasjon på maks 2 rpm For å oppnå 1G må romskipet være 448 m langt. Ganske uhåndterbart! Har foreløbig ingen forskning på lav G-kraft over tid (Mars Gravity Biosatellite stanset av pengemangel) Forskning viser at man trenger bare 2 timer pr. døgn med normal G-kraft for å motvirke muskelsvinn Man heller mer til å bruke sentrifuge med kort akse ombord enn å rotere hele romskipet DRA 5.0 har ingen kunstig gravitasjonsløsning

Psykologiske utfordringer Følelse av isolasjon Jevnlig kontakt med familie og venner Åpenhet og tillit til jordbase Kommunikasjonsdelay Personlig ”albuerom” Liten plass. Skiftene veksler på køyene på ISS. Samarbeid, etiske verdier Man er fullstendig avhengig av med-astronauter Er astronautene ”profesjonelle” over så lang tid?

Operasjonell planlegging Delay i kommunikasjon Vedlikehold av utstyr underveis, i vektløs tilstand Hvor godt husker man inntrente prosedyrer etter flere måneder? Må stole på menneskers evne til å vurdere feil og risiko Nødsituasjoner: hva om skroget punkteres av en meteoritt? Kan ikke bare fly hjem igjen.. En fordel med lange reiser: mindre tidspress Planetary protection: smitte av liv

Kan ikke ta med alt.. Ekstra forsyninger i egne ubemannede ferder Resirkulering Utvinne oksygen på Mars Til opphold og hjemreise Komponent i brennstoff til hjemreisen Metan kan også utvinnes og brukes som drivstoff Lokalisere og utvinne vann fra Mars Mobilt boreutstyr Dyrke mat? Plasskrevende, men mye CO2 på Mars

Mars DRA 5.0 utstyr Vi gjennomgår konkret utstyr til Mars-ferden slik DRA 5.0 foreslår det

Takk for meg!