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!