A vörös bolygóra eljutni egyszerűbbnek bizonyul, mint elhagyni azt. Bár mindenki egy távoli világ felszínéről induló hősies rakétafelszállást képzel el, a valóság sokkal prózaibb és drámaibb. A mérnökök számára a legnagyobb fejfájást nem maga a felszállás, hanem az azt megelőző folyamatok okozzák.
Amikor a leszállás csapdává válik
Képzeljünk el egy hatalmas üzemanyagtartályt, amelyet úgy kell óvatosan leereszteni egy másik bolygó felszínére, hogy egyetlen rendszer se sérüljön meg. Sci-fi filmbe illő feladatnak hangzik, pedig pontosan ez a marsi odüsszeia kulcsproblémája.
A kisebb pilóta nélküli eszközök már bizonyították, hogy képesek talajmintákat visszahozni a Földre. Egy emberes küldetés azonban teljesen más léptéket igényel. Ahhoz, hogy legénységet szállító űrhajót küldjünk a Marsra, egy olajszállító tanker méretével vetekedő hordozóeszközre van szükség, amelynek teljes tömegén belül a hasznos teher csak kis részt tesz ki, a többi üzemanyag.
A Marson a gravitáció a földi érték körülbelül 40%-a, a légkör pedig jelentősen ritkább. Elsőre egyszerűbbnek tűnhet onnan felszállni, ám a visszatéréshez olyan rakéta kellene, amely egy földi hordozórakéta teljesítményének harmadát nyújtja, és amelyet közvetlenül a Marson kellene teljesen feltölteni üzemanyaggal.
Ha helyszíni utántöltés nélküli oda-vissza utat terveznénk, további 1400 tonna üzemanyagot kellene magunkkal vinni, aminek a megvalósítása jelenleg túlmutat a meglévő technológiákon.
A megtévesztő légkör
Egyrészt a légkör lehetővé teszi az aerodinamikai fékezést, amivel értékes üzemanyag takarítható meg. Másrészt viszont a sűrűsége nem elegendő az ejtőernyős rendszerek hatékony működéséhez.
Amikor egy hatalmas, üzemanyaggal teli tartály leszállásáról van szó, a helyzet kritikussá válik. A puha landoláshoz erős hajtóművekre van szükség, ami kolosszális üzemanyag-fogyasztást jelent. Emellett szükség van egy az űrhajó méretéhez igazodó masszív hőpajzsra is, ami tovább csökkenti a hasznos teher arányát.
Paradox módon a légkör hiánya egyszerűbbé tenné a feladatot, hiszen legalább lehetőség nyílna a leszállási folyamat pontosabb irányítására.
A marsi légkör sűrűsége jelentős ingadozásoknak van kitéve. Néha elég sűrű ahhoz, hogy hatékonyan, olykor akár túl erősen fékezze az űreszközt, és ezzel a túlmelegedését kockáztassa; máskor viszont annyira ritka, hogy alig befolyásolja a lassulást. Éppen ezért a modern mérnökök a rakétahajtóműves leszállást részesítik előnyben.
Az egész folyamatnak teljesen automatizáltnak kell lennie, mivel a Mars és a Föld közötti jelátvitel a fénysebesség ellenére is többperces késleltetéssel jár. A sikeres marsi leszállás így is kiemelkedő technikai teljesítmény marad.
A bolygók tánca
A legtrükkösebb rész az égi mechanikában rejlik. A Föld és a Mars közötti távolság folyamatosan változik a keringési sebességük különbsége miatt. A Föld körülbelül 365 és negyed nap alatt kerüli meg a Napot, míg a távolabbi Mars éve 687 földi napig tart, ami majdnem a duplája.
A vörös bolygó az idő nagy részében hatalmas távolságra van tőlünk, néha a Nap mögött, ami technikailag lehetetlenné teszi a közvetlen repülést. A kedvező konfiguráció, amikor a két bolygó egy vonalba kerül a Nappal, ritkán, körülbelül 778 naponta – azaz 2 év, 1 hónap és 18 naponta – fordul elő.
Ezek az időszakok jelentik a lehetőségek ablakát az energia- és időhatékony bolygóközi utazáshoz. Ha sikeresen elértük a Marsot egy ilyen közelség idején, mi történik utána?
A visszatérés csak a bolygók következő együttállása után válik lehetővé. Ez azt jelenti, hogy több mint két évet kell a Marson tölteni a hazaútra alkalmas pillanatra várva.
Pályamenti valóság
Sokan tévesen azt hiszik, hogy a rakéták függőlegesen felszállnak, majd egyenes vonalban haladnak a cél felé. A valóság ennél sokkal bonyolultabb: még akkor sem az együttállás pillanatában indulnak el, amikor a bolygók egy vonalba kerülnek.
Az űrhajó az indítóbolygó keringési sebességével mozog tovább. A cél nem a másik bolygó aktuális pozíciója, hanem az a pont, ahol a jövőben lesz. Ez egyfajta kozmikus biliárd, ahol minden objektum mozgását figyelembe véve kell célozni.
A Marsról való visszatérés óriási technikai kihívás, amely a hatalmas űreszköz biztonságos leszállásától a bolygók helyzetét figyelembe vevő pontos pályaszámításokig számos feladatot foglal magában. A küldetés sikere mindegyik elemen múlik, az emberiség pedig továbbra is keresi az optimális megoldásokat erre a grandiózus feladatra.
