När man skickar rymdskepp till Mars innebär den nuvarande, föredragna metoden att skjuta rymdfarkoster mot Mars i full hastighet och sedan utföra en bromsmanöver när fartyget är tillräckligt nära för att bromsa det och föra det i omloppsbana.
Känd som "Hohmann Transfer" -metoden är denna typ av manöver känd för att vara effektiv. Men det är också ganska dyrt och förlitar sig mycket på timing. Därför föreslås en ny idé som skulle innebära att rymdfarkosten skickas ut före Mars: s banbana och sedan vänta på att Mars skulle komma vidare och skopa upp det.
Det här är det som kallas ”Ballistic Capture”, en ny teknik föreslagd av professor Francesco Topputo från Polytechnic Institute of Milan och Edward Belbruno, en gästassisterande forskare vid Princeton University och tidigare medlem av NASAs Jet Propulsion Laboratory.
I sitt forskningsdokument, som publicerades i arXiv Astrophysics i slutet av oktober, beskrev de fördelarna med denna metod jämfört med traditionella. Förutom att sänka bränslekostnaderna skulle ballistisk fångst också ge viss flexibilitet när det gäller lanseringsfönster.
För närvarande är lanseringar mellan Jorden och Mars begränsade till en period där rotationen mellan de två planeterna är helt rätt. Missa det här fönstret, och du måste vänta ytterligare 26 månader på att en ny kommer med.
Samtidigt kräver det mycket bränsle att skicka en raket ut i rymden, genom den enorma viken som skiljer jorden och Mars: s bana, och sedan skjuta thrusterar i motsatt riktning för att sakta ner. Detta innebär i sin tur att rymdskeppet som ansvarar för att transportera satelliter, rover och (en dag) astronauter måste vara större och mer komplicerade och därmed dyrare.
Som Belbruno berättade för Space Magazine via e-post: ”Denna nya klass av överföringar är mycket lovande för att ge en ny strategi för framtida Mars-uppdrag som borde sänka kostnader och risk. Denna nya klass av överföringar bör tillämpas på alla planeter. Detta borde ge alla möjliga nya möjligheter till uppdrag. ”
Idén föreslogs först av Belbruno medan han arbetade för JPL, där han försökte komma med numeriska modeller för lågenergibanor. ”Jag kom först på idén om ballistisk fångst i början av 1986 när jag arbetade på en JPL-studie som heter LGAS (Lunar Get Away Special),” sade han. "Denna studie involverade att sätta ett litet 100 kg solelektriskt rymdskepp i omloppsbana runt månen som först kastades ut från en Get Away Special Canister på rymdfärjan."
Testet av LGAS var inte en lyckad framgång, eftersom det skulle gå två år innan det kom till månen. Men 1990, när Japan var ute efter att rädda sin misslyckade månbana, Hiten, lade han fram förslag till ett ballistiskt fångstförsök som snabbt införlivades i uppdraget.
"Flygtiden för den här var fem månader," sade han. "Det användes framgångsrikt 1991 för att få Hiten till månen." Och sedan dess har LGAS-designen använts för andra månmissioner, inklusive ESA: s SMART-1-uppdrag 2004 och NASA: s GRAIL-uppdrag 2011.
Men det är i framtida uppdrag, som innebär mycket större avstånd och utgifter för bränsle, som Belbruno ansåg bäst dra nytta av denna metod. Tyvärr mötte idén ett visst motstånd, eftersom inga uppdrag verkade vara väl lämpade för tekniken.
”Helt sedan 1991 när Japans Hiten använde den nya ballistiska fångstöverföringen till månen ansågs det att det inte var möjligt att hitta en användbar för Mars på grund av Mars mycket längre sträcka och dess höga orbitalhastighet om solen. Men jag kunde hitta en i början av 2014 med min kollega Francesco Topputo. ”
Det finns visserligen några nackdelar med den nya metoden. För det första skulle ett rymdskepp skickat ut före Mars: s banbana ta längre tid att komma in i en bana än ett som bromsar sig ner för att upprätta bana.
Dessutom är Hohmann Transfer-metoden en tidtestad och pålitlig metod. En av de mest framgångsrika tillämpningarna av denna manöver ägde rum i september, när Mars Orbiter Mission (MOM) gjorde sin historiska omloppsbana runt Röda planeten. Detta utgjorde inte bara första gången en asiatisk nation nådde Mars, det var också första gången som någon rymdbyrå hade uppnått en Mars-bana vid första försöket.
Ändå har möjligheterna till förbättringar jämfört med den nuvarande metoden för att skicka hantverk till Mars människor på NASA upphetsade. Som James Green, chef för NASA: s planetary Science Division, sa i en intervju med Scientific American: "Det är en ögonöppnare. Denna [ballistiska fångsteknik] kunde inte bara tillämpas här på robotens slut, utan också den mänskliga utforskningen. ”
Då blir inte förvånad om kommande uppdrag till Mars eller det yttre solsystemet utförs med större flexibilitet och med en stramare budget.
