W 1963 roku TRW Incorporated opracowało plan wyprawy na Marsa z wykorzystaniem hamowania w atmosferze zarówno Marsa jak i Ziemi oraz przy wykorzystaniu grawitacji Wenus do zmiany prędkości lotu. Okazało się, że taka kombinacja pozwoliłaby zmniejszyć całkowitą masę statku na niskiej ziemskiej orbicie aż pięciokrotnie, co umożliwiłoby skuteczne wykorzystanie napędu chemicznego.

 

 

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

Tłumaczenie: Joanna Jodłowska

Klasa: lot załogowy. Typ: wyprawa na Marsa. Państwo: USA. Projektant: TRW Incorporated.

W 1963 roku ośrodek badawczy NASA w Ames zlecił TRW Incorporated stworzenie planu wyprawy na Marsa, którego podstawą byłoby osiągnięcie minimalnej masy całkowitej dzięki zastosowaniu jak najskuteczniejszych metod jej zmniejszania oraz innowacyjnych sposobów prowadzenia samej misji. Zakładano rozpoczęcie misji w 1975 roku. Najważniejszym krokiem do zmniejszenia masy statku okazało się wykorzystanie hamowania w atmosferze, zarówno na orbicie Marsa jak i Ziemi.

Budowa TRW Mars - prawa autorskie: Mark Wade
Ogólnie zakładano, że statek poleci na Marsa, gdy ten będzie w opozycji do Ziemi, cała wyprawa trwać będzie od 400 do 450 dni, a pobyt na powierzchni planety – 10 dni. Statek miał stożkowaty dziób w kształcie podobnym do rakiety Atlas i cylindryczny, rozszerzający się ku rufie, środek. Taki sam kształt miał ważący 11,4 tony lądownik, czyli Marsjański Moduł Załogowy. Podczas pracy przyjęto, że ciśnienie atmosferyczne na Marsie wynosi 10% ziemskiego.

Plan misji był następujący:

  • Do zmontowania statku na niskiej orbicie ziemskiej potrzeba byłoby siedmiu lotów rakiety typu Saturn V. Jednego z rakietą, która miała umożliwić odlot z Ziemi, drugiego z rakietą umożliwiającą odlot z Marsa, trzeciego z modułem załogowym i czterech z zapasowym paliwem dla rakiety używanej do odlotu z Ziemi.
  • Kurs na Marsa miała statkowi nadać rakieta o napędzie chemicznym na ciekły tlen lub wodór.
  • Po zużyciu rakiety, między nią a modułem załogowym, rozciągnąć się miała 152 metrowa uprząż. Przy jej pomocy statek i rakieta zostały by wprawione w ruch obrotowy, co miało zapewnić sztuczne ciążenie podczas lotu. Prąd zaś miały zapewniać dwa kolektory słoneczne, o powierzchni 70 m2 każdy.
  • Przygotowaniem do zakończenia dryfu miało być odłączenie uprzęży z rakietą oraz schowanie kolektorów i anten.
  • Następnie statek miał wykonać hamowanie w atmosferze, na eliptycznej orbicie Marsa i ponownie wysunąć kolektory słoneczne.
  • Potem statek dokonałby zmiany orbity na silniku – jej perycentrum miało zostać przeniesione poza atmosferę, by zapewnić statkowi bezpieczną orbitę postojową.
  • Po wstępnym oszacowaniu powierzchni planety, Moduł Załogowy miał się oddzielić od statku i udać na dziesięć dni na powierzchnię.
  • Po zakończeniu badań na powierzchni, statek miał obrać kurs na Marsa przy pomocy rakiety służącej do odlotu z Marsa.
  • Podobnie jak podczas lotu na czerwoną planetę, w trakcie dryfu między zużytą rakietą a statkiem miała zostać umocowana uprząż służąca do wprawiania w ruch obrotowy i zapewniania sztucznego ciążenia.
  • W celu zmniejszenia prędkości w momencie przybycia na Ziemię, statek miał wykonać przelot koło Wenus. Bez niego prędkość byłaby zawrotna: 20 km/sek według planów dla misji w 1975 i 21,3 km/sek według planów dla roku 1980. Żaden znany ówcześnie pojazd do wejścia w atmosferę, nie byłby w stanie wytrzymać takiej szybkości. Dlatego też TRW zaproponowało skorzystanie z przelotu koło Wenus dla zmienienia orbity powracającego statku i obniżenia prędkości do sensowych 14 km/sek. TRW opracowało trajektorie takiego przelotu dla każdego wariantu lotu powrotnego.
  • Ostatecznie od Modułu Załogowego miał się oddzielić Ziemski Pojazd Powrotny, który dokonałby bezpośredniego wejścia w atmosferę planety. Dla Pojazdu planowano kształt podobny do wykorzystanego w module dowodzenia Apollo lub oparty na opływowym kadłubie, zdolnym do wytworzenia siły nośnej bez skrzydeł. Ostateczny projekt przedstawiony przez TRW to pół stożkowaty kadłub o długości 6,5 metra, wysokości 1,97 metra i rozpiętości 3,84 metra.

Końcowym wnioskiem badania było oszacowanie, że wyprawa na Marsa rozpoczynająca się w 1975 roku, z wykorzystaniem wyłącznie napędu chemicznego i hamowaniem na silniku, wymagałaby statku o masie 3250 ton. Natomiast statek wykorzystujący hamowanie w atmosferze zgodnie z projektem TRW, ważyłby zaledwie 650 ton.


Wyprawa Marsjańska TRW – streszczenie:

  • Pierwszy plan wyprawy opisujący szczegółowo zminimalizowanie masy statku poprzez wykorzystanie hamowania w atmosferze
  • Napęd: ciekły tlen lub ciekły wodór
  • Hamowanie na Marsie: aerodynamiczne
  • Typ misji: opozycja
  • Pojedynczo czy wszyscy naraz: wszyscy naraz
  • Wykorzystywanie marsjańskich surowców: nie
  • Planowany rok startu: 1975
  • Załoga: 6
  • Lot do celu, w dniach: 200
  • Pobyt na Marsie, w dniach: 10
  • Powrót, w dniach: 220
  • Całkowite trwanie misji, w dniach: 450
  • Całkowity ładunek potrzebny na niskiej orbicie ziemskiej, w tonach: 650
  • Masa w przeliczeniu na członka załogi, w tonach: 108
  • Udźwig pojazdu wynoszącego na orbitę, w tonach: 100
  • Liczba lotów wymaganych do wyniesienia całego ładunku na orbitę: 7
  • Wynoszenie za pomocą: Saturn V

Załoga: 6. Trwałość: 450 dni. Długość: 17,80 m. Największa średnica: 6,10 m. Masa: 650 000 kg. Paliwo głównego silnika: ciekły tlen lub ciekły wodór. Zasilanie: słoneczno-jądrowe.


Bibliografia:

  • Miller Ron. The Dream Machines. Malabar, Floryda: Krieger Publishing, 1993. ISBN: 0894640399.
  • Portree David S. F. Humans to Mars: Fifty Years of Mission Planning, 1950 - 2000. NASA Monographs in Aerospace History Series, Number 21, February 2001.