W 1954 roku Ernst Stuhlinger jako pierwszy rozważył użycie napędu jonowego, w którym turbina obracana byłaby dzięki pracy reaktora atomowego lub baterii słonecznych. Wytwarzany przez nią prąd, służył by do napędzania silnika jonowego, w którym paliwem miał być cez. Plan ten w latach 1953-59 rozważała Wojskowa Agencja Pocisków Balistycznych w USA, a do szerszej publiczności dotarł on dzięki audycji Walta Disneya z 4 grudnia 1957. Stuhlinger planował wyprawę składającą się z 10 statków, na pokładzie których na czerwoną planetę polecieć miało 200 ludzi.

Źródło: http://www.astronautix.com/craft/stus1957.htm

Tłumaczenie: Joanna Jodłowska


Stuhlinger Mars 1957 - prawa autorskie: Mark Wade
Klasa: lot załogowy. Państwo: USA. Projektant: Wojskowa Agencja Pocisków Balistycznych.

W 1954 roku Ernst Stuhlinger jako pierwszy rozważył użycie napędu jonowego, w którym turbina obracana byłaby dzięki pracy reaktora atomowego lub baterii słonecznych. Wytwarzany przez nią prąd, służyłby do napędzania silnika jonowego, w którym paliwem miał być cez. Plan ten w latach 1953-59 rozważała Wojskowa Agencja Pocisków Balistycznych USA, a do szerszej publiczności dotarł on dzięki audycji Walta Disneya z 4 grudnia 1957. Stuhlinger planował wyprawę składającą się z 10 statków, na pokładzie których na czerwoną planetę polecieć miało 200 ludzi.

Szczególną cechą projektu Ernsta Stuhlingera, był proponowany napęd. Stuhlinger proponował silnik jonowy napędzany przez reaktor atomowy - roztwór sodowo-potasowy miał odbierać ciepło wytwarzane przez reaktor i napędzać turbinę wytwarzającą prąd. Ciepłe powietrze byłoby następnie chłodzone przez wielki, obracający się dysk złożony z tub chłodzących - coś na kształt  gigantycznego parasola. W centralnym miejscu owego parasola miały się znajdować, ułożone na kształt koła z pustym środkiem, pomieszczenia dla załogi, zapewniające sztuczne ciążenie. Natomiast po drugiej stronie, w "rączce", znajdować się miał reaktor. Między reaktorem a pomieszczeniami dla załogi przewidziano zaś miejsce do przechowywania lądownika oraz paliwa cezowego.

Niski współczynnik ciągu do ciężaru oznaczał, że wyprawa z użyciem napędu proponowanego przez Stuhlingera musiałaby trwać dłużej niż w wariancie z trajektorią Hohmanna, który proponował wcześniej Wernher von Braun, zwolennik rakiety z napędem chemicznym. Plan misji był następujący:

  • Dzień 0: statek odpala silniki z początkowym przyspieszeniem 7 x 10^-5 G (czyli 0,75 mm/sek2) i stopniowo, spiralnym ruchem oddala się od ziemi. Po dwóch godzinach powinien znajdować się na orbicie o 30 kilometrów wyższej, niż w momencie startu.
  • Dzień 100: statek wykonał już 376 lotów wokół orbity Ziemi i znajduje się teraz na orbicie o wysokości 160.000 kilometrów
  • Dzień 115: statek jest na wyższej orbicie, niż Księżyc (300.000 kilometrów)
  • Dzień 124: statek osiągnął drugą prędkość kosmiczną i zaczyna się oddalać od orbity Ziemi.
  • Dzień 195: środkowy dzień lotu na Marsa -  statek obraca się o 180 stopni i rozpoczyna hamowanie
  • Dzień 276: prędkość statku spada poniżej drugiej kosmicznej dla Marsa, statek wchodzi na orbitę czerwonej planety.
  • Dzień 402: statek znajduje się na orbicie na wysokości 970 kilometrów i wyłącza silniki.
  • Dzień 432: po wybraniu dogodnego miejsca do lądowania, załoga statku wsiada na pokład, napędnego silnikiem rakietowym, lądownika i udaje się ku powierzchni planety. Lądownik miał być wyposażony w krótkie, grube lotki, a w atmosferę wchodzić dziobem naprzód. Następnie, przy pomocy spadochronu i silników rakietowych, miał wykonać pionowe lądowanie. Załoga miała teraz spędzić 412 dni na powierzchni planety.
  • Dzień 844: załoga startuje z powierzchni planety i dokuje lądownikiem na statku macierzystym, na orbicie.
  • Dzień 874: statek główny pozbywa się lądownika i uruchamia silniki jonowe na podróż powrotną,  bliźniaczo podobną do poprzedniej.
  • Dzień 1276: Po 42 miesiącach spędzonych w kosmosie, załoga wraca na Ziemię.

Wyprawa według planu Stuhlingera musiała być znacznie dłuższa niż według von Brauna, ale istniały względy przemawiające za użyciem silników jonowych - były one znacznie skuteczniejsze i ponad ośmiokrotnie zmniejszały masę statku (na niskiej orbicie, w przeliczeniu na członka załogi). W latach sześćdziesiątych Stuhlinger wielokrotnie wracał do sprawy, lecz przegrywał ze zwolennikami mniej wydajnych ale szybszych rakiet jądrowych. Inni zwolennicy napędów jonowo-elektrycznych (Korolow w ZSRR i Lewis w USA)  udoskonalali koncepcję Stuhlingera, proponując by załoga docierała do statku w osobnych pojazdach zaraz przed startem. Pozwoliłoby to uniknąć wyczekiwania na orbicie oraz długiego przebywania pod wpływem pasów radiacyjnych Ziemi (które nie były jeszcze znane, gdy Stuhlinger tworzył swój plan).

Interesujący jest fakt, że Stuhlinger jako pierwszy zaproponował użycie lądownika zdolnego do pionowego lądowania (zamiast szybowca von Brauna). Kolejni architekci wypraw na Marsa przejęli ten pomysł i planowali użycie statku pionowego lądowania jeszcze zanim Mariner, w 1965 roku, ujawnił jak rzadka jest atmosfera czerwonej planety.


Plan Stuhlingera z 1957 roku - streszczenie:

  • Pierwszy załogowy lot na Marsa, wykorzystujący napęd jonowo-elektryczny
  • Napęd: jądrowo-jonowo-elektryczny
  • Hamowanie na Marsie: na silniku
  • Typ misji: powolne przyspieszanie
  • Pojedynczo czy wszyscy na raz: wszyscy na raz
  • Wykorzystywanie marsjańskich surowców: nie
  • Planowany rok startu: 1980
  • Załoga: 20
  • Lot do celu, w dniach: 402
  • Pobyt na Marsie, w dniach: 472
  • Powrót, w dniach: 402
  • Całkowite trwanie misji, w dniach: 1276
  • Całkowity ładunek potrzebny na niskiej orbicie ziemskiej, w tonach: 660
  • Całkowite potrzebne paliwo, w tonach: 332
  • Wypełnienie paliwem: 0,50
  • Masa w przeliczeniu na członka załogi, w tonach: 33
  • Udźwig pojazdu wynoszącego na orbitę, w tonach: 14
  • Liczba lotów wymaganych do wyniesienia całego ładunku na orbitę: 50
  • Pojazdu wynoszący: według projektu von Brauna z 1956 roku

Załoga: 20. Trwałość: cztery lata. Długość: 46,00 m. Masa: 660.000 kg. Ładunek: 136.000 kg. Ciąg głównego silnika: 490 N. Paliwo głównego silnika: cez do napędu jonowego. Paliwo głównego silnika: 332.000 kg. Impuls właściwy silnika głównego: 8.200 sek. Zasilanie: reaktor jonowy. Wydolność zasilania: średnio 23.000,000 kW.


Bibliografia:

  • Miller Ron. The Dream Machines. Malabar, Floryda: Krieger Publishing, 1993. ISBN: 0894640399. Niesamowity zbiór chronologicznie ułożonych tekstów, zdjęć i rysunków związanych z niemal każdym statkiem kosmicznym który wymyślono, a którego nie zbudowano. Kopalnia informacji dla ludzi szurniętych na punkcie kosmosu.