Sẽ mất bao lâu để đến được từng hành tinh bằng nhiều phương tiện khác nhau?

Sẽ mất bao lâu để đến được từng hành tinh bằng nhiều phương tiện khác nhau?

Điểm mấu chốt là nó phụ thuộc rất nhiều vào quỹ đạo cụ thể mà bạn đi. Thông thường, các quỹ đạo ở dạng ‘vòng cung lớn’ kết nối duyên dáng thời gian phóng tại Trái đất với điểm đến. Những cung này thường dài hơn nhiều lần so với khoảng cách theo đường thẳng giữa hai hành tinh tại một thời điểm cụ thể. Để giảm chi phí du hành, các nhà thiên văn học thường dựa vào lực hấp dẫn hỗ trợ ‘Quỹ đạo súng cao su’ từ các hành tinh bên trong để đến Sao Mộc và nhờ Sao Mộc để đến các thế giới xa hơn. Những vòng lặp lặp lại này kéo dài thêm nhiều năm thời gian di chuyển cho một nhiệm vụ. Giả sử cho các tính toán của chúng tôi rằng chúng tôi chỉ thực hiện phương pháp tiếp cận trực tiếp đơn giản nhất và sử dụng khoảng cách ‘đối lập’ tối thiểu giữa Trái đất và một hành tinh.

Bảng dưới đây cho bạn biết thời gian cần thiết để đến mỗi hành tinh với tốc độ khác nhau.

Động cơ tên lửa ion đạt được tốc độ bằng cách tăng tốc liên tục 24 giờ một ngày trong nhiều tháng và hai phiên bản của công nghệ này được cung cấp cho động cơ ion công suất thấp và công suất cao. Các vệ tinh quay quanh trái đất thường sử dụng công nghệ động cơ ion để giữ trạm. NASA cũng đã sử dụng công nghệ động cơ ion trên hai tàu vũ trụ liên hành tinh: Deep Space 1 và Dawn. Cả hai tàu vũ trụ đều sử dụng động cơ có lực đẩy rất thấp hoạt động trong hàng nghìn ngày để đưa tàu vũ trụ đến các tiểu hành tinh (Dawn đã đến thăm Ceres và Vesta; Chữ nổi DS1: 9969) và sao chổi (Borrelly) để nghiên cứu.

Cuối cùng, và ít nhất là trên lý thuyết, buồm mặt trời có thể đạt tốc độ gần bằng tốc độ của gió mặt trời (500 km/giây), và các kỹ sư hy vọng rằng công nghệ này sẽ sớm được thử nghiệm trong không gian.

Như bạn có thể thấy, chúng ta hiện đang bị mắc kẹt trong phương thức di chuyển mà phải mất gần 10 năm để đến Sao Diêm Vương. Có lẽ trong một trăm năm nữa, thời gian du hành này sẽ giảm xuống còn một năm hoặc ít hơn… giả sử Nhân loại cảm thấy nhu cầu kinh tế cấp bách để tiếp tục loại hình khám phá này.

Giả định: Truyền động ion sử dụng lực đẩy không đổi A) 0,1 pound B) 1 pound có thêm giảm tốc quay vòng. Hai năm tăng tốc để đạt tốc độ tối đa. Solar Sail ước tính tốc độ 450 km/giây hoặc một triệu dặm/giờ)

Một cách khác để đánh giá tốc độ tối đa của tàu vũ trụ là tốc độ khí thải của động cơ. Tốc độ xả của động cơ có liên quan đến một thông số kỹ thuật được gọi là Xung lực cụ thể. SI là tốc độ khí thải chia cho gia tốc trọng trường trên bề mặt Trái đất. Ví dụ, tên lửa hóa học có SI=250 giây và do đó tốc độ xả tối đa của chúng là 250 x 9,8 m/giây2 = 2,4 km/giây. Vì không có trọng tải tên lửa nào có thể di chuyển nhanh hơn tốc độ khí thải của nó, chúng ta có thể so sánh thời gian vận chuyển hành tinh về mặt SI của công nghệ tên lửa.

Trong bảng này, tôi giả sử rằng tên lửa liên tục tăng tốc từ Trái đất cho đến khi nó đi được một nửa khoảng cách đến đích, sau đó quay lại và giảm tốc trong nửa sau của hành trình. Các phương trình có liên quan là

        quãng đường = 1/2 gia tốc x Thời gian ^2
        vận tốc = gia tốc x thời gian

Với: khoảng cách tính bằng mét, thời gian tính bằng giây, tốc độ tính bằng m/giây và gia tốc tính bằng mét/giây^2

Vì vậy, nếu chúng ta có thể thiết kế một con tàu, gọi nó là Hệ thống A, tạo ra gia tốc không đổi a = 0,05 mét/giây^2, chúng ta có thể đến Sao Hỏa chỉ sau 24 ngày. Tương tự như vậy đối với Hệ C với gia tốc 0,2 mét/giây^2, chuyến đi đến sao Hỏa chỉ mất một tuần! Đối với các kỹ sư, chúng ta cũng có thể ước tính cho Hệ thống C rằng cấu hình sao Hỏa sẽ cần SI=34.000 giây để đưa chúng ta đến đó trong 8 ngày. Nếu chúng ta muốn đến Sao Diêm Vương với cùng một gia tốc, thì hóa ra việc tăng tốc trong một nửa hành trình 68 ngày sẽ đưa bạn đạt tốc độ tối đa khoảng 2900 km/giây, điều này đặt ra giới hạn cho tốc độ khí thải của chúng ta và dẫn đến tốc độ tối đa SI khoảng 300.000 giây! Các ước tính SI này lớn hơn nhiều so với 300 giây mà tên lửa hóa học cung cấp, và vì vậy chúng tôi phải xem xét các công nghệ hoàn toàn khác để biến thời gian di chuyển này thành hiện thực. Đáng buồn thay, không thành vấn đề nếu chúng ta kéo theo những thùng nhiên liệu khổng lồ để chạy tên lửa hóa học của mình. Chúng sẽ không bao giờ cung cấp tốc độ khí thải cao mà chúng tôi cần để vận chuyển cả nhiên liệu và tải trọng đến các điểm đến của chúng tôi. Chúng ta phải sử dụng các công nghệ làm tăng đáng kể tốc độ khí thải.