Załogowy Orbiter Wenus (1967)

0

W dniu dzisiejszym prezentujemy Wam pierwszy z serii tekstów dotyczących różnych koncepcji rozwojowych programu kosmicznego, które nigdy nie doczekały się realizacji. Poniższy tekst pochodzi z blogu Beyond Apollo, należącego do Davida S.F. Portree, który przedstawia w nim najciekawsze pomysły, które przewijały się przez pierwsze 20 lat obecności ludzkiej technologii w Kosmosie.

Jednym z ważnych sukcesów NASA w zdobywaniu przewagi nad Związkiem Radzieckim była misja Mariner II, która 14 grudnia 1962 roku przeleciała w odległości około 35,000 kilometrów od pokrytej gęstymi chmurami Wenus. Ważący 203,6 kilograma pojazd kosmiczny stał się tym samym pierwszą, udaną sondą międzyplanetarną, która opuściła wyrzutnię na Przylądku Canaveral 27 Sierpnia 1962 roku. Kontrolerzy misji i naukowcy odetchnęli z ulgą, gdy z powodzeniem oddzieliła się ona od swojej rakiety nośnej Atlas-Agena B – tylko nieco ponad miesiąc wcześniej awaria identycznej rakiety przyniosła zagładę jej poprzednikowi – sondzie Mariner I; wydarzenie to miało miejsce 22 lipca 1962 roku.

Zebrane dane z Marinera II niemal natychmiast zweryfikowały plany załogowych misji mających lądować na Wenus.  Of 1956 roku, gdy odkryto niezwykle silne promieniowanie mikrofalowe w zakresie trzech centymetrów pochodzące z planety, podejrzewano, że temperatura powierzchni Wenus jest znacznie wyższa niż temperatura wrzenia wody. Dane napływające z Marinera II szybko potwierdziły te przypuszczenia – wskazywały temperaturę przynajmniej 800 stopni Fahrenheita (około 420 stopni Celsiusza) na powierzchni całej planety. Astronom pracujący na Cornell University – Carl Sagan – wyjaśnił przyczynę tego zjawiska: gęsta atmosfera Wenus złożona z ditlenku węgla zachowuje się jak szyba w szklarni, zatrzymując ciepło przed jego wypromieniowaniem w przestrzeń kosmiczną.

Do 1967 roku, rola Wenus w lotach załogowych zmieniła się z miejsca potencjalnego lądowania do koncepcji „stacji pośredniej” dla pojazdów lecących i powracających z Marsa. Projektanci misji zasugerowali kilka metod, w których załogowy pojazd marsjański mógłby wykorzystać grawitację Wenus do zmiany swojej trajektorii, a także zmniejszenia lub zwiększenia prędkości bez konieczności użycia silnika rakietowego i przez to zużycia pewnej ilości cennego paliwa, którego ilość jest ograniczona.

Niektórzy zaczęli spoglądać na Wenus również pod kątem jej przydatności jako swego rodzaju poligon doświadczalny dla rozwoju technologii kosmicznych. W 1967 roku, w należącym do NASA Centrum Badawczym Lewis’a, inżynier Edward Willis zaproponował załogową misję orbitalną do Wenus, opartą o „technologię napędową opartą o projekt Apollo” i zaplanowaną na okres następujący zaraz po zakończeniu misji załogowych Apollo na Księżyc. Jednocześnie odrzucił on koncepcję załogowych misji orbitalnych do Wenus oraz Marsa opartych jedynie o bliski przelot (tzw. flyby), które to brano pod uwagę jako kolejny cel następujący po programie Apollo, ponieważ uznał iż oferują one zbyt mało czasu na badania planet w ich pobliżu. O ile był on zwolennikiem załogowych misji orbitalnych do Wenus, to Willis kwestionował także zasadność ekwiwalentnej misji do Marsa. Napisał, że „powszechnie uważa się, że … celem załogowej misji do Marsa powinno być lądowanie oraz eksploracja jego powierzchni”, a nie tylko krótkotrwały pobyt na jego orbicie.

Willis obliczył, że nawet w scenariuszu najmniej wymagającej energetycznie misji transferowej z Ziemi na Marsa, załogowy orbiter musiałby mieć znacznie większą masę w momencie opuszczania ziemskiej orbity, niż załogowy orbiter Wenus w najmniej korzystnym wariancie misji transferowej z Ziemi do tej planety. W istocie załogowy pojazd orbitalny na Marsa miałby tak dużą masę, że prawdopodobnie sięgnąłby szczytów możliwości technologicznych programu Apollo.

Załogowa misja mająca wylądować na powierzchni Marsa, ze swojej strony będzie „jeszcze cięższa niż misja orbitalna” z czego wynika, że najprawdopodobniej „najlepszym rozwiązaniem byłoby  użycie napędu nuklearnego”. Rakiety nuklearne wymagałyby jednak dodatkowego rozwoju zanim mogłyby zostać wykorzystane do wysyłania ludzi na Marsa. Willis pisze „to sugeruje, że z punktu widzenia [technologicznych]trudności i czasu, misja orbitalna do Wenus powinna mieć miejsce przed misjami orbitalnymi do Marsa oraz lądującymi na jego powierzchni”.

Willis wyjaśnia, że kluczem do orbitera Wenus o niskiej masie będzie wybór odpowiedniej orbity wokół tej planety. Wejście i opuszczenie orbity wysoce eliptycznej wymagałoby znacznie mniej energii (a zatem paliwa) niż wejście i opuszczanie orbity o charakterze kołowym. Zasugerował więc orbitę Wenus o pery centrum wynoszącym 13,310 kilometrów (1,1 promienia Wenus) i apocentrum 252,890 kilometrów (20,9 promieni Wenus).

Obliczenia Willisa wskazywały, że orbiter Wenus oparty o technologię Apollo, opuszczający kołową orbitę Ziemi na wysokości około 600 kilometrów, pozostający na wspomnianej orbicie Wenus przez okres 40 dni i przy całkowitym czasie trwania misji równym 565 dniom, posiadałby masę rzędu około 680 ton na orbicie okołoziemskiej w przypadku energetycznie niekorzystnego lotu z Ziemi do Wenus w misji zaplanowanej na rok 1980. Orbiter Marsjański wysłany w roku 1986 w najkorzystniejszym położeniu Ziemi i Marsa spośród wszystkich rozpatrywanych przez Willisa, posiadałby masę o około 70% większą – bliską 1,100 tonom.

Statek kosmiczny wysłany do Wenus miałby wykonać dwie orbity w ciągu swojego 40 dniowego pobytu w pobliżu tej planety, z czego dwa dni spędziłby w odległości bliższej niż 26,300 kilometrów (około trzech promieni Wenus) od jej powierzchni. Byłby to zatem czas kilkukrotnie dłuższy niż w przypadku misji polegającej jedynie na pojedynczym przelocie w pobliżu planety. Podczas przebywania na orbicie Wenus załoga badałaby planetę, używając do tego celu sprzętu naukowego o łącznej masie około 13,6 tony. Podczas dwóch przejść przez perycentrum, astronauci mogliby także wykorzystać radar do zbadania rzeźby terenu, ukrytego pod gęstą warstwą wenusjańskich chmur.

W większej odległości od planety, wysłano by sondy badawcze o łącznej masie około 4,5 tony, mające spenetrować atmosferę Wenus. W tym czasie załoga monitorowałaby odbierane z nich dane, a dzięki wysokiemu apocentrum i powolnej rotacji planety (jeden obrót Wenus trwa 243 dni ziemskie) orbiter mogłyby być w stałym kontakcie z sondami przez okres wielu dni, w przeciwieństwie do misji typu flyby, która w najlepszym razie mogłaby utrzymać kontakt radiowy z sondami przez kilka godzin.

Podobnie jak wiele innych, koncepcja ta nigdy nie doczekała się realizacji.

David S.F. Portree
Beyond Apollo blog

Na podstawie: Manned Venus Orbiting Mission, NASA TM X-52311, E. A. Willis, Jr., 1967.

Wenus (NASA)

Share.

Comments are closed.