Bildkredit: NASA
NASAs astronom Martin Lo har utarbetat vad han tror är en serie lågenergiflygvägar som rymdskepp kan ta för att minimera de bränsle de behöver för att flytta runt vårt solsystem. Varje planet och måne har fem punkter nära dem där tyngdkraften balanserar ut, kallad Lagrange-punkter - genom att nätverka dem tillsammans har Lo arbetat ut banor som kommer att använda mycket lite bränsle för att resa från planet till planet. Det första rymdskeppet som utnyttjar sitt arbete är NASA: s Genesis-uppdrag, som kommer att samla solpartiklar och sedan återföra dem tillbaka till jorden.
En "motorväg" genom solsystemet som liknar ett stort antal virtuella lindningstunnlar och ledningar runt solen och planeterna, som en tekniker vid NASA: s Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien, kan tappa den mängd bränsle som behövs för framtida rymd uppdrag.
Systemet kallas Interplanetary Superhighway och var tänkt av Martin Lo, vars mjukvara användes för att utforma flygvägen för NASA: s Genesis-uppdrag, som för närvarande använder denna "motorväg i rymden" på sitt uppdrag att samla solvindpartiklar för att återvända till jorden .
De flesta uppdrag är utformade för att dra fördel av hur gravitationen drar på ett rymdskepp när det svänger av en kropp som en planet eller en måne. Lo's koncept drar nytta av en annan faktor, solens dragning på planeterna eller en planets dragning på dess närliggande månar. Krafter från många riktningar avbryter nästan varandra och lämnar vägar genom tyngdkraftsfälten där rymdskepp kan färdas.
Varje planet och måne har fem platser i rymden som kallas Lagrange-punkter, där en kropps gravitation balanserar en annan. Rymdfarkoster kan kretsa där medan de bränner väldigt lite bränsle. För att hitta den interplanetära motorvägen kartlade Lo några möjliga flygvägar mellan Lagrange-punkterna, varierande avståndet som rymdskeppet skulle gå och hur snabbt eller långsamt det skulle resa. Som trådar tvinnade ihop för att bilda ett rep, bildade de möjliga flygvägar rör i rymden. Lo planerar att kartlägga dessa rör för hela solsystemet.
Lo: s forskning är baserad på teoretiskt arbete som började i slutet av nittonhundratalet av den franska matematikern Henri Poincar ?. 1978 var NASAs International Sun-Earth Explorer 3 det första uppdraget att använda lågenergibanor runt en Lagrange-punkt. Senare, med lågenergibanor mellan Jorden och månen, sände kontrollörer vid NASA: s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md., Rymdskeppet till det första möte med en komet, Comet Giacobini-Zinner, 1985.
1991 användes en annan metod för analys av lågenergibanor av ingenjörer från JPL och den japanska rymdorganisationen för att möjliggöra det japanska Hiten-uppdraget att nå månen. Inspirerat av detta banbrytande arbete och forskning som bedrivs av forskare vid universitetet i Barcelona, uppfattade Lo teorin om den interplanetära snabbvägen.
Lo och hans kollegor har förvandlat den underliggande matematiken i Interplanetary Superhighway till ett verktyg för uppdragsdesign som kallas "LTool", med hjälp av modeller och algoritmer utvecklade vid Purdue University, West Lafayette, Ind. Den nya LTool användes av JPL-ingenjörer för att utforma flygningen igen väg för Genesis uppdrag att anpassa sig till en förändring i lanseringsdatum. Genesis lanserades i augusti 2001.
Flygvägen utformades för att rymdskeppet skulle lämna jorden och resa till banan Lagrange. Efter fem slingor runt denna Lagrange-punkt, kommer rymdfarkosten att falla ur bana utan några manövrer och sedan passera från Jorden till en Lagrange-punkt på motsatt sida av planeten. Slutligen kommer den att återvända till jordens övre atmosfär för att släppa sina prover av solvind i Utah-öknen.
"Genesis skulle inte behöva använda något bränsle alls i en perfekt värld," sade Lo. ”Men eftersom vi inte kan kontrollera de många variablerna som uppstår under uppdraget, måste vi göra några korrigeringar när Genesis slutför sina slingor runt en Lagrange-punkt på jorden. Besparingarna på bränslet innebär ett bättre och billigare uppdrag. ”
Lo tilllade: ”Detta koncept garanterar inte enkel åtkomst till alla delar av solsystemet. Jag kan dock föreställa mig en plats där vi kan konstruera och serva vetenskapliga plattformar runt en av Månens Lagrange-punkter. Eftersom Lagrange-punkter är landmärken för Interplanetary Superhighway, kan vi kanske rymma rymdfarkoster till och från sådana plattformar. ” Ett team vid NASA: s Johnson Space Center, Houston, som arbetar med NASA Exploration Team, föreslår att de en dag använder Interplanetary Superhighway för framtida mänskliga rymduppdrag.
"Lo: s arbete har lett till genombrott i att förenkla uppdragskoncept för mänsklig och robotutforskning bortom låg jordbana," säger Doug Cooke, chef för Johnsons avancerade utvecklingskontor. "Dessa förenklingar resulterar i färre utrymme fordon som behövs för ett brett utbud av uppdrag alternativ."
Arbetet med Interplanetary Superhighway för design av rymdmissioner nominerades till en Discover Innovation Award av Discover tidningsredaktörer och en extern expertpanel.
JPL förvaltas för NASA av California Institute of Technology, Pasadena. För mer information om Genesis-uppdraget, besök Internet på: http://www.genesismission.org/.
Originalkälla: NASA / JPL News Release
