더 빨라진 화성 여행:새로운 추진 방법으로 여행 시간 단축 가능

유인 화성 탐사는 인간 지구력의 절대적인 한계를 뛰어넘을 것을 약속합니다. 여행의 규모를 파악하려면 최근 달로의 귀환을 생각해 보세요. 아르테미스 II 우주선이 달의 보이드를 통과했을 때 약 380,000km에 달하는 심우주를 횡단했습니다. 임무는 10일 걸렸습니다.

그러나 붉은 행성으로 향하는 승무원은 화성이 지구에 가장 가까워지는 좁은 시간 동안 발사해야 합니다. 하지만 이 가장 가까운 지점에서도 그들은 달까지 여행하는 것보다 약 145배 더 먼 5,500만 킬로미터의 놀라운 항해에 직면해 있습니다. 우주선의 궤적이 결코 직선으로 그려지지 않는다는 점은 말할 것도 없습니다.

새로운 연구에서는 다른 질문을 던집니다. 화성으로 가는 가장 빠른 경로를 지구와 화성만 보는 것이 아니라 근처 소행성의 지저분한 첫 번째 궤도 추정치를 연구하여 찾는다면 어떨까요?

천문학자 마르셀로 데 올리베이라 수자(Marcelo de Oliveira Souza)가 바로 그런 일을 했습니다. 그는 지구에 가까운 소행성의 초기 궤도를 방문할 장소가 아니라 공간을 통과하는 일종의 안내선으로 취급했습니다. 그 결과 화성 왕복 여행 시간을 평소의 절반 미만으로 단축할 수 있는 빠른 경로가 가능해졌습니다.

그것은 특이한 생각이다. 하지만 이는 태양계 최고의 지름길 중 일부가 폐기된 소행성 추적 데이터의 초안 속에 숨어 있을 수도 있음을 시사합니다.

골디락스 거리

지구와 화성 사이의 거리는 서로 다른 경로와 속도로 태양 주위를 돌면서 끊임없이 늘어나고 압축됩니다.

엔지니어들은 대략 26개월마다 열리는 좁은 창을 목표로 합니다. 화성의 대립으로 알려진 이 정렬 동안 지구는 태양과 화성 사이에서 직접 미끄러집니다. 두 행성은 우리 모항성의 같은 쪽에 위치하여 상대적으로 서로 가까워집니다.

이렇게 먼저 출발하더라도 기존의 직항 편도 비행에는 7~10개월이 소요됩니다.

북부 리우데자네이루 주립대학교의 천문학자 마르셀로 데 올리베이라 수자(Marcelo de Oliveira Souza)는 표준 행성 계산에는 중요한 것이 빠져 있다고 의심했습니다. 그는 태양계에 이렇게 가까이 다가가는 동안 일시적으로 열리는 보이지 않는 통로가 있는지 궁금했습니다.

그들을 찾기 위해 Souza는 행성에서 그 사이에 떠다니는 잔해 쪽으로 주의를 돌렸습니다.

수학적 유령

천문학자들은 지구에 가까운 소행성을 처음 발견하면 하늘을 가로지르는 소행성의 움직임을 빠르게 추적하여 예비 궤도를 계산합니다. 이러한 초기 근사치는 종종 태양 주위의 지구의 궤도를 포함하는 평면에 대해 뚜렷한 기울기를 갖는 고도로 이심하고 광범위한 궤적을 나타냅니다.

과학자들은 결국 추가 관찰을 통해 이러한 경로를 개선하고 종종 초기 궤도 데이터를 옆으로 버립니다. 그러나 Souza는 이러한 대략적인 스케치가 엄청난 가치를 지니고 있음을 깨달았습니다.

그는 소행성 2001 CA21에 집중했습니다. 2015년 예비 궤도 예측은 지구와 화성의 경로를 모두 통과했습니다. Souza는 고도로 이심한 궤도를 순수한 기하학적 템플릿으로 사용했습니다.

연구원은 소행성의 특정 경사도에서 5도 이내로 유지되는 화성까지의 비행 경로를 검색했습니다. 이 각도를 엄격하게 고수하면 우주선이 우주를 통해 근본적으로 직접적인 경로를 개척할 수 있습니다.

그런 다음 그는 다가오는 세 가지 화성 반대(2027, 2029, 2031)에 대해 이 기하학적 제약 조건을 테스트했습니다.

2031년 최적의 장소

완전히 명확하게 말하면, 연구자들은 소행성을 중력 새총으로 사용하는 것을 제안하지 않습니다. 그 이유는 주로 2001 CA21과 같은 우주 암석에는 우주선을 다른 행성으로 물리적으로 채찍질하는 데 필요한 거대한 부피가 부족하기 때문입니다. 대신, 그들의 발견은 소행성의 고도로 기울어지고 보이지 않는 궤도 경로가 원칙적으로 엔지니어들이 우주선 궤도를 설계할 수 있는 공간을 통해 기하학적인 "고속 차선" 뒤에 남겨진다는 것을 보여주었습니다.

처음 두 개의 출시 기간은 막다른 골목임이 입증되었습니다. 2027년과 2029년의 행성 정렬은 소행성의 유리한 기하학적 구조와 일치하지 못했습니다.

이러한 경로를 시도하는 우주선은 엄청난 에너지 장애물에 직면하게 됩니다. 더 중요한 것은 우주선이 현재의 제동 기술이 안전하게 처리하기에는 너무 빠른 속도로 화성에 도착할 것이라는 점입니다. 또한 기하학은 대칭적이고 즉각적인 지구 복귀 여행을 지원하지 못했습니다.

그러나 2031년 조정은 효과가 있었습니다.

이 특정 기간 동안 지구-화성 기하학은 소행성의 궤도 평면과 동기화되었습니다. Souza는 우주선에 대한 두 개의 완전하고 역동적인 왕복 프로필을 발견했습니다.

첫 번째 옵션은 약 153일 만에 전체 임무를 완료하는 초고속 고에너지 비행입니다. 여기에는 33일간의 출국 비행, 30일간의 화성 표면 체류, 90일간의 왕복 여행이 포함됩니다.

두 번째 옵션은 226일이 소요되는 보다 실현 가능하고 에너지가 낮은 경로를 제공합니다. 승무원은 비행기를 타고 56일, 지상에서 35일, 집으로 돌아오는 데 135일을 보냅니다.

Souza는 자신의 논문에서 "2031년 화성 반대측은 CA21 고정 비행기와 일치하는 2개의 완전한 연간 왕복 임무를 지원하며, 이는 초기 소형 궤도 데이터가 빠른 행성 간 이동 기회를 조기에 식별하는 데 어떻게 기여할 수 있는지를 보여줍니다."라고 설명했습니다.

새로운 우주 지도 제작

이 연구는 우주 기관이 태양계를 탐색하는 방법을 바꿉니다. 향후 임무에서는 소행성 2001 CA21을 구체적으로 따를 필요는 없습니다. 대신, 이 연구는 잠재적으로 유용한 새로운 개념을 보여줍니다.

천문학자들은 주로 치명적인 영향으로부터 지구를 보호하기 위해 하늘에서 우주 암석을 지속적으로 모니터링합니다. 이제 동일한 감시 데이터가 심우주 탐색 도구로도 활용될 수 있습니다.

소행성에 대한 정제되지 않은 원시 추적 데이터는 기존의 에너지 기반 행성 모델이 쉽게 간과하는 궤도 지름길을 노출할 수 있습니다.

Souza는 "이 연구는 예비 소체 궤도의 잘 정의된 평면 기하학이 신속한 행성 간 이동 식별을 위한 방법론적 검사 도구로 어떻게 사용될 수 있는지를 보여줍니다."라고 말했습니다.

엔지니어들은 지구 근처 물체의 광범위한 경로를 조사함으로써 태양계에 대한 새로운 열쇠를 갖게 됩니다. 그들은 마침내 우주비행사가 어둠 속에서 몇 년을 보내지 않고도 깊은 우주를 탐험하는 데 필요한 신속하고 가역적인 경로를 도표화할 수 있게 되었습니다.

이 연구는 Acta Astronautica 저널에 게재되었습니다. .