Vědci našli neviditelný vesmírný koridor ze Země na Mars. Cesta se zkrátí na pouhých 153 dní

Tradiční mise trvají roky kvůli gravitačním pastím

Mezery mezi planetami působí na první pohled jako řešitelný problém. Když se Mars a Země nacházejí na stejné straně Slunce, dělí je jen 55 milionů kilometrů – méně než poloviční vzdálenost mezi naší planetou a Sluncem. Realita meziplanetárního cestování je však mnohem komplikovanější.

Rakety nemohou letět po přímé linii. Neustále musí vyrovnávat gravitační síly Slunce, Země i Marsu. Energeticky nejvýhodnější trasu představuje takzvaná Hohmannova transferová dráha z 20. let minulého století. Kosmická loď se pohybuje po eliptické trajektorii, která se v jednom místě dotýká zemské oběžné dráhy a v druhém marťanské. Tato cesta zabere přibližně šest až devět měsíců v každém směru.

Skutečný problém však začíná po přistání. Posádka musí na Marsu čekat na vhodnou planetární konstelaci pro návrat – a to trvá 14 až 16 měsíců. Teprve pak může odstartovat zpátky k Zemi, což znamená dalších šest až devět měsíců letu. Celková doba mise v klasickém provedení dosahuje dvou až tří let. Pro robotické sondy přijatelné, pro lidskou posádku obrovský problém vzhledem k vystavení kosmickému záření, úbytku kostní a svalové hmoty v mikrogravitaci a psychické zátěži z izolace.

Asteroid ukázal skrytou cestu

Příběh začíná v roce 2015. Marcelo de Oliveira Souza, fyzik a astrodynamik ze Státní univerzity v Rio de Janeiru Sever, zkoumal trajektorie asteroidů blízkých Zemi pomocí databáze JPL Horizons NASA. Mezi mnoha objekty zaujal jeho pozornost asteroid označený 2001 CA21.

První orbitální údaje z roku 2015 odhalily fascinující detail: předpokládaná dráha CA21 protínala oběžné dráhy obou planet. Jeho orbitální rovina vykazovala jasně definovanou geometrii, lehce nakloněnou vůči ekliptice – rovině, v níž Země obíhá kolem Slunce.

Pozdější přesnější měření sice upravila oficiální parametry asteroidu, Oliveira Souza si však všiml něčeho, co plánovači misí běžně přehlížejí. Původní předběžná oběžná dráha, ačkoliv už neplatí jako popis pohybu asteroidu, definovala geometrickou rovinu, podél které orbitální mechanika upřednostňuje rychlý přesun mezi oběma planetami.

Nenavrhujeme sledovat asteroid ani využívat jeho gravitaci k podpůrnému manévru. Využíváme jeho počáteční oběžnou dráhu jako nástroj pro prohledávání prostoru řešení – jakýsi geometrický filtr, který nám umožňuje identifikovat cesty, jež by tradiční metody plánování mohly minout

Rok 2031 otevírá okno příležitosti

Oliveira Souza analyzoval tři po sobě následující opozice Marsu v letech 2027, 2029 a 2031. Hledal momenty, kdy geometrie soustavy Země-Mars odpovídá koridoru vymezenému oběžnou dráhou CA21. Své hledání omezil na dráhy s odklonem maximálně 5 stupňů od roviny asteroidu. K výpočtu trajektorií použil Lambertovu metodu – klasický nástroj orbitální mechaniky určující dráhu mezi dvěma body v prostoru v daném čase.

Výsledek? Pouze opozice v roce 2031 poskytuje konfiguraci, při níž se koridor CA21 dostatečně shoduje s geometrií Země-Mars a umožňuje rychlejší cestu než cokoli dříve zvažovaného. A dokonce ne jednu, ale dvě kompletní architektury misí s oběma směry.

Extrémní varianta počítá s 33 dny pro let Země-Mars, 30 dny na oběžné dráze nebo povrchu a 90 dny pro návrat. Celkem 153 dní, tedy zhruba pět měsíců. To je téměř třikrát kratší než nejkratší realistické scénáře uvažované pro pilotované mise.

Reálnější scénář by zahrnoval 56 dní tam, pobyt na Marsu a 135 dní zpět. Celkem 226 dní – přibližně sedm a půl měsíce. Tato varianta je kompatibilní s pohonnou technologií, která již dnes existuje nebo je v pokročilé fázi vývoje.

Proč je to tak zásadní objev

Zkrácení mise z dvou až tří let na pět až sedm měsíců není jen otázka komfortu. Jde o přežití posádky. V meziplanetárním prostoru čelí astronauti dvěma typům záření: galaktickému kosmickému záření (neustálý proud vysokoenergetických částic z hlubin galaxie) a energetickým částicím ze slunečních erupcí.

Na Zemi nás chrání magnetosféra a atmosféra. Na trase mezi planetami existuje pouze ochrana stěnami lodi, které současnou technologií blokují jen část záření. Každý měsíc ve vesmíru přidává další dávku, zvyšuje riziko rakoviny, poškození centrální nervové soustavy a šedého zákalu.

NASA odhaduje, že tradiční tříletá mise na Mars by astronauty vystavila dávkám záření blízkým nebo dokonce přesahujícím limity vhodné pro celou kariéru. Snížení expozice z 30 měsíců na sedm měsíců tuto rovnici zásadně mění.

Pro srovnání: klasická mise na Hohmannově oběžné dráze vyžaduje minimálně 600 až 900 dní. Mise s jaderným tepelným pohonem, které NASA zvažuje v rámci programu DRACO, by zkrátily jednosměrný let na zhruba 100 dní, ale neodstraňují problém čekání na návratové okno.

Oliveira Souza publikoval svou studii v prestižním časopise Acta Astronautica. Jeho objev ukazuje, že někdy stačí podívat se na známé problémy z jiného úhlu – a najít řešení tam, kde ostatní nehledali.