Transcript Foredrag.

NASAs fremtidsplan:
BEMANNET REISE TIL MARS
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:
 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
 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
 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
 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
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!