Bij het verzenden van ruimtevaartuigen naar Mars, is de huidige, geprefereerde methode het schieten van ruimtevaartuigen op volle snelheid naar Mars en vervolgens een remmanoeuvre uitvoeren zodra het schip dichtbij genoeg is om het te vertragen en in een baan om de aarde te brengen.
Bekend als de "Hohmann Transfer" -methode, is dit type manoeuvre bekend als effectief. Maar het is ook vrij duur en leunt sterk op timing. Vandaar dat er een nieuw idee wordt voorgesteld waarbij het ruimtevaartuig vóór het baanpad van Mars wordt gestuurd en vervolgens wordt gewacht tot Mars langskomt en het opschept.
Dit is wat bekend staat als 'Ballistic Capture', een nieuwe techniek die is voorgesteld door professor Francesco Topputo van het Polytechnisch Instituut van Milaan en Edward Belbruno, een bezoekende geassocieerde onderzoeker aan de Princeton University en voormalig lid van NASA's Jet Propulsion Laboratory.
In hun onderzoekspaper, dat eind oktober in arXiv Astrophysics werd gepubliceerd, schetsten ze de voordelen van deze methode in vergelijking met traditionele methoden. Naast het verlagen van de brandstofkosten, zou ballistische vangst ook enige flexibiliteit bieden als het gaat om het starten van vensters.
Momenteel zijn lanceringen tussen de aarde en Mars beperkt tot een periode waarin de rotatie tussen de twee planeten precies goed is. Mis dit venster en je moet nog 26 maanden wachten voordat er een nieuw komt.
Tegelijkertijd kost het veel brandstof om een raket de ruimte in te sturen, door de enorme kloof die de baan van de aarde en Mars scheidt, en vervolgens stuwraketten in de tegenovergestelde richting af te vuren. Dit betekent op zijn beurt dat het ruimtevaartuig dat verantwoordelijk is voor het transport van satellieten, rovers en (ooit) astronauten groter en ingewikkelder en dus duurder moet zijn.
Zoals Belbruno via e-mail aan Space Magazine vertelde: “Deze nieuwe klasse van transfers is veelbelovend voor het geven van een nieuwe benadering voor toekomstige Mars-missies die de kosten en het risico zouden moeten verlagen. Deze nieuwe klasse van transfers zou van toepassing moeten zijn op alle planeten. Dit moet allerlei nieuwe mogelijkheden voor missies opleveren. ”
Het idee werd voor het eerst voorgesteld door Belbruno terwijl hij werkte voor JPL, waar hij probeerde numerieke modellen te bedenken voor energiezuinige trajecten. "Ik kwam begin 1986 voor het eerst op het idee van ballistische vangst toen ik werkte aan een JPL-studie genaamd LGAS (Lunar Get Away Special)", zei hij. "Deze studie omvatte het plaatsen van een klein zonne-elektrisch ruimtevaartuig van 100 kg in een baan rond de maan dat voor het eerst werd uitgestoten uit een speciale wegwerpbus op de Space Shuttle."
De test van de LGAS was geen doorslaand succes, want het zou twee jaar duren voordat hij op de maan kwam. Maar in 1990, toen Japan op zoek was om hun mislukte maanbaan Hiten te redden, diende hij voorstellen in voor een poging tot ballistische gevangenneming die snel in de missie werden opgenomen.
'De vluchttijd voor deze was 5 maanden', zei hij. "Het werd met succes gebruikt in 1991 om Hiten op de maan te krijgen." En sinds die tijd is het LGAS-ontwerp gebruikt voor andere maanmissies, waaronder de ESA's SMART-1-missie in 2004 en NASA's GRAIL-missie in 2011.
Maar het was in toekomstige missies, die veel grotere afstanden en brandstofuitgaven met zich meebrachten, dacht Belbruno dat deze methode het meest zou profiteren. Helaas stuitte het idee op enige weerstand, omdat er geen missies geschikt voor de techniek leken.
"Al sinds 1991, toen Hiten in Japan de nieuwe ballistische vangoverdracht naar de maan gebruikte, werd het gevoel dat het niet mogelijk was om een bruikbare voor Mars te vinden vanwege de veel langere afstand van Mars en de hoge baansnelheid rond de zon. Maar ik heb er begin 2014 een gevonden met mijn collega Francesco Topputo. ”
Toegegeven, er zijn enkele nadelen aan de nieuwe methode. Ten eerste zou een ruimtevaartuig dat vóór het baanpad van Mars wordt uitgestuurd, langer nodig hebben om in een baan om de aarde te komen dan een ruimtevaartuig dat zichzelf vertraagt om een baan om de aarde te maken.
Bovendien is de Hohmann Transfer-methode beproefd en betrouwbaar. Een van de meest succesvolle toepassingen van deze manoeuvre vond plaats in september, toen de Mars Orbiter Mission (MOM) zijn historische baan rond de Rode Planeet maakte. Dit was niet alleen de eerste keer dat een Aziatische natie Mars bereikte, het was ook de eerste keer dat een ruimteagentschap bij de eerste poging een baan om Mars had bereikt.
Desalniettemin zijn mensen bij NASA enthousiast over de mogelijkheden voor verbeteringen ten opzichte van de huidige methode om vaartuigen naar Mars te sturen. Zoals James Green, directeur van NASA's Planetary Science Division, zei in een interview met Wetenschappelijke Amerikaan: "Het is een eye-opener. Deze [ballistische vangtechniek] zou hier niet alleen van toepassing kunnen zijn op het robotische einde ervan, maar ook op het einde van de menselijke verkenning. ”
Wees dan niet verbaasd als aanstaande missies naar Mars of het buitenste zonnestelsel flexibeler worden uitgevoerd en met een kleiner budget.
