Kategorie
Kosmologia

Kolonizacja systemu Jowisza

Załóżmy, że mieszkamy w kolonii produkcyjnej na Kallisto i musimy szybko wysłać zasoby do bazy wydobywającej hel 3 na Tytanie. Na Kallisto występuje lód, więc można go użyć do wytworzenia wodorowo-tlenowego materiału napędowego, by dostać się na orbitę i wykonać kilka manewrów w systemie Jowisza do osiągnięcia dużego ciągu. Aby wystartować z Kallisto i osiągnąć wysoką docelową orbitę eliptyczną wokół księżyca, będziemy potrzebowali AV około 2,4 km/s. Tam uzupełniamy paliwo albo docieramy do wybranego statku międzyplanetarnego, a następnie wytwarzamy AV równą 1,4 km/s, by opuścić Kallisto i znaleźć się na eliptycznej orbicie, której najbliższy punkt oddalony jest od środka Jowisza o 489 tysiące kilometrów. Okres obiegu na takiej orbicie będzie dokładnie o połowę krótszy niż czas obiegu Kallisto wokół planety, więc po wykonaniu dwóch okrążeń statek ponownie spotka się z księżycem (16,7 dnia później). Po drodze dobrze będzie przelecieć w pobliżu Europy lub Ganimedesa i wykorzystać ich pola grawitacyjnego, by nieznacznie zmienić orbitę w celu osiągnięcia większej prędkości, potrzebnej do wykonania lotu powrotnego na Kallisto. Na tym etapie należy przeprowadzić następną asystę grawitacyjną, by obniżyć pułap przelotu nad planetą do 78 640 kilometrów od jej środka, to znaczy przelecieć nad jej powierzchnią na wysokości 7150 kilometrów. Znajdziemy się wtedy w samym centrum pasów radiacyjnych Jowisza, więc trzeba będzie odpowiednio zabezpieczyć zarówno członków załogi, jak i wrażliwe urządzenia elektroniczne na pokładzie statku. Ze względu na tak bliski przelot nad powierzchnią planety w najniższym punkcie prędkość będzie wynosiła aż 55,7 km/s. Prędkość ucieczki z Jowisza na tej wysokości to 56,8 km/s, a zatem dodatkowe 1,1 km/s pozwoli odlecieć w przestrzeń międzyplanetarną. Zamiast jednak lekko przyspieszyć odpalamy silniki chemiczne rakiety, by osiągnąć AV równą, powiedzmy, 6 km/s. Napędy rakietowe działają tak samo, niezależnie od prędkości, z jaką w danym momencie porusza się statek. Z drugiej strony, energia statku kosmicznego jest wprost proporcjonalna do kwadratu jego prędkości, więc im szybciej leci, tym więcej energii dodajemy, zwiększając jego prędkość o daną wartość. Opisuje to równanie:

gdzie Vo oznacza prędkość, z jaką pojazd opuszcza planetę, Vmaks określa maksymalną prędkość osiągniętą tuż po odpaleniu silników w trakcie nurkowania przez niską orbitę, a Vu to prędkość ucieczki w najniższym punkcie orbity. Implikacje tego równania omawiałem już w Czasie Marsa. Bez zagłębiania się w obliczenia matematyczne spróbuję zastosować je do przypadku, którym się zajmujemy. W tabeli możemy się przyjrzeć wynikom opisanego manewru.

Tabela. Wylot z Jowisza z dużą prędkością przy użyciu rakiet o dużej sile nośnej (początkowa orbita to 78 640 km x 1 883 000 km, licząc od środka Jowisza).

Tak więc zamiast przyspieszenia 6 km/s, osiągniętego podczas nurkowania orbitalnego, rakieta opuszcza system Jowisza z oszałamiającą prędkością 24 km/s! Pojazd może więc przebyć 5 jednostek astronomicznych rocznie przy zwykłym napędzie chemicznym. Można też użyć zaawansowanych układów napędowych, takich jak elektryczny jądrowy napęd rakietowy lub napęd wykorzystujący fuzję termojądrową, by rozpędzić się jeszcze bardziej po opuszczeniu planety.

Kiedy zatem rozkwitnie handel helem 3, pochodzącym z zewnętrznego Układu Słonecznego, Jowisz, dzięki zasobom znajdującym się na jego zewnętrznych księżycach i ze swoją studnią grawitacyjną, może się stać ważnym węzłem komunikacyjnym. Dziewiętnastowiecznym mieszkańcom Nowej Anglii wydawało się, że robią niesamowicie dobry interes, sprzedając lód. Wyobraźmy sobie ich zazdrość, gdyby mogli powstać z martwych i zobaczyć kolonistów Kallisto sprzedających… grawitację!

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *