1 / 52

Bemannet Reise til mars

NASAs fremtidsplan:. Bemannet Reise til mars. En gjennomgang v/Tom R. Henriksen, TAF. Framdriftsteknologier. Det er viktig å minimere reisetid og minske drivstoffandelen slik at mer nyttelast kan være med. Dette krever forbedret framdriftsteknologi. Aktuelle teknologier. Kjemisk LH 2 /O 2

maxim
Download Presentation

Bemannet Reise til mars

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. NASAs fremtidsplan: Bemannet Reise til mars En gjennomgang v/Tom R. Henriksen, TAF

  2. Framdriftsteknologier Det er viktig å minimere reisetid og minske drivstoffandelen slik at mer nyttelast kan være med. Dette krever forbedret framdriftsteknologi.

  3. Aktuelle teknologier • Kjemisk LH2/O2 • Atomdrevet • Nukleær termisk framdrift • NERVA • Plasma som drivstoff • VASIMR • Også omtalt i artikkel i Corona 2/2007 (http://www.taf-astro.no/arkiv/corona/2007/corona2007-2.pdf)

  4. Rakettenes ”liter/mil”

  5. Rakettenes ”liter/mil”

  6. Rakettenes ”liter/mil”

  7. Kjemisk framdrift • Flytende hydrogen og oksygen • Gir MEGET stor skyvkraft! • Typisk 12.000 kN (romfergas faststoffrakett) • Lite effektivt, med Isp = ca. 450 • Egner seg best for å løfte utstyr og mannskap fra jordoverflata til lav jordbane. • Kan sammenlignes med 1. giret i en bil • Trygg og velutprøvd teknologi

  8. Nukleær termisk framdrift (Nuclear Thermal Rocket - NTR)

  9. NERVA • NASA-teknologi fra 60-årene: • Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application • Høy skyvkraft (334 kN) • Spesifikk impuls på 850 s i tomt rom • Ferdig testet og utprøvd i 60-åra, første testkjøring varte i 2 timer! • Klassifisert som egnet til en Mars-ferd • Stoppet da Nixon la ned romprogrammet i 1972. • Videre forskning har skjedd i det stille og har oppnådd Isp = 925 (i 2010) • Noen design kan teoretisk oppnå Isp = 1500 - 2000

  10. Fra wikipedia: Diameter: 10,55 m Lengde: 43,69 m Nettovekt: 34.019 kg Bruttovekt: 178.321 kg Skyvkraft: 333,6 kN Isp: 850 s Brenntid: 1200 s Drivstoff: LH2

  11. VASIMR • VAriable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket

  12. VASIMR virkemåte • Drivstoffet varmes opp til plasma • Bruker høyeffektive radiobølger • Må ha atomreaktor for å levere nok kraft • Plasmaet ledes i superhøy hastighet gjennom en magnetisk dyse • Eksoshastighet på 300 km/s kan kan oppnås (romferga 4,5 km/s) • Gjerrig på drivstoff, ned mot 0,15 gram/s • Teknologien kjent siden 1979

  13. VASIMR forts • Kan variere spesifikk impuls • Høy eksoshastighet, lavt forbruk, liten skyvkraft • Lav eksoshastighet, høyt forbruk, større skyvkraft • Mindre skyvkraft enn de andre, typisk 40 – 500 N • Isp kan varieres fra 1.000 s – 30.000 s • Perfekt for Mars-reise! • Økt skyvkraft trengs for inn- og utflyvning til/fra lav omløpsbane • Magnetfeltet beskytter mot kosmisk stråling

  14. VASIMR - status • I 2006 ble rakettprodusenten Ad Astra subkontraktør av NASA for videre forskning på teknologien (www.adastrarocket.com) • Mange bakketester, stor suksess • Skulle vært testet ut som banekorrigerings-raketter på ISS nå i slutten av 2011 • Bruker ISS sin kraftkilde istedet for atomreaktor • Tydeligvis er dette litt forsinket

  15. Logistikk Siden avstanden til Mars er i størrelsesorden 100 ganger lengre enn til Månen, stilles det store krav til logistikken.

  16. Reise til Mars = flere turer • Kan ikke gjøre alt på en reise! • Forhåndsbygge Mars-fartøy i rommet á lá ISS • Transport til lav jordbane • Sende utstyr til Mars på forhånd • Landingsfartøy i lav Mars-bane • Utstyr til overflaten • Boligmodul • Strømforsyning (mini-atomkraftverk) • Mars-rovere m/boreutstyr • Produksjonsutstyr for oksygen, metan etc.

  17. Overføringsbaner

  18. Reiseruter til Mars • Hohmann bane • En elliptisk bane rundt Sola som tangerer Jord- og Mars-banen. • Det mest energiøkonomiske alternativet. • Utskytningsvindu ca. hver 26. måned • Reise om Venus • Bruker Venus som gravitasjonsslynge • Tar litt lengre tid, men også energiøkonomisk • Egnet for ubemannede mellomferder med forsyninger • Direkte overføringsbaner • Er raskere men krever mye mer energi enn Hohmann banen. Ikke vurdert i NASA’s foreløbige plan.

  19. Hohmann overføringsbane Utskytningsvindu Ca. annethvert år Antall døgn reisetid Ca. 180 – 400 Hastighetsendring DVtot = 3,5 – 4,0 km/s

  20. Reise om Venus Utskytningsvindu 2-4 års mellomrom Antall døgn reisetid Ca. 300 – 500 Hastighetsendring DVtot = 3,8 – 4,5 km/s

  21. Mars: utreiser 2030 - 2040

  22. Mars: utreiser 2030 - 2040 Tot. aksellerasjon v/avgang Tot. oppbremsing v/ankomst

  23. Mars: returer 2030 - 2040

  24. Direkte overføringsbaner • Mulig med VASIMR

  25. Astronautenes utfordringer En bemannet reise medfører at man må planlegge for menneskelige behov, sikkerhet og medvirkning.

  26. Stråling • Utbrudd fra Sola • Kosmisk stråling • Strålingsskjold er tunge • Vanntanker kan ha dobbeltfunksjon som skjold? • VASIMR lager magnetskjold som bi-effekt • Redusere overfartstiden

  27. Risiko for feil • Grundig uttesting først på ISS • Bruk av reiser til Månen: • Habitat • Rovere • Boreutstyr • Strømforsyning • Fartøy for oppstigning og nedstigning • etc. • Ubemannede Mars-reiser

  28. Fysiologisk degradering • Astronauter kan ikke gå av egen hjelp etter lange opphold i rommet, tross mye trening • Vil astronautene være i fysisk stand til å utføre oppgaver etter landing på Mars? • Kunstig gravitasjon i form av rotasjon? • Gjør romskipet større og mer komplekst • Redusere overfartstiden

  29. Litt om kunstig gravitasjon (Fra ”2001 – a Space Odyssey”)

  30. Rotasjon • Kan bruke sentrifugalkraft for å simulere gravitasjon • Gir noen spesielle effekter • Hodet opplever mindre G-kraft enn føttene • Man føles tyngre når man går i rotasjonsretningen • Coriolis-effekten (se innfelt bilde) • Kan føre til omtåkethet og kvalme • Ved < 2 rpm er effekten neglisjerbar

  31. Lineær aksellerasjon • En konstant aksellerasjon på 1G? • Kjemisk drivstoff kan gi mange G, men bare i minutters varighet • NTR/NERVA kan gi noen tideler av G men bare i timers varighet • VASIMR kan holde konstant aksellerasjon over lang tid, men gir bare tusendeler av G

  32. Roterende romskip? • Anta rotasjon på maks 2 rpm • For å oppnå 1G må romskipet være 448 m langt. Ganske uhåndterbart! • Har foreløbig ingen forskning på lav G-kraft over tid • (Mars Gravity Biosatellite stanset av pengemangel) • Forskning viser at man trenger bare 2 timer pr. døgn med normal G-kraft for å motvirke muskelsvinn • Man heller mer til å bruke sentrifuge med kort akse ombord enn å rotere hele romskipet • DRA 5.0 har ingen kunstig gravitasjonsløsning

  33. Psykologiske utfordringer • Følelse av isolasjon • Jevnlig kontakt med familie og venner • Åpenhet og tillit til jordbase • Kommunikasjonsdelay • Personlig ”albuerom” • Liten plass. Skiftene veksler på køyene på ISS. • Samarbeid, etiske verdier • Man er fullstendig avhengig av med-astronauter • Er astronautene ”profesjonelle” over så lang tid?

  34. Operasjonell planlegging • Delay i kommunikasjon • Vedlikehold av utstyr underveis, i vektløs tilstand • Hvor godt husker man inntrente prosedyrer etter flere måneder? • Må stole på menneskers evne til å vurdere feil og risiko • Nødsituasjoner: hva om skroget punkteres av en meteoritt? Kan ikke bare fly hjem igjen.. • En fordel med lange reiser: mindre tidspress • Planetary protection: smitte av liv

  35. Kan ikke ta med alt.. • Ekstra forsyninger i egne ubemannede ferder • Resirkulering • Utvinne oksygen på Mars • Til opphold og hjemreise • Komponent i brennstoff til hjemreisen • Metan kan også utvinnes og brukes som drivstoff • Lokalisere og utvinne vann fra Mars • Mobilt boreutstyr • Dyrke mat? • Plasskrevende, men mye CO2 på Mars

  36. Mars DRA 5.0 utstyr Vi gjennomgår konkret utstyr til Mars-ferden slik DRA 5.0 foreslår det

More Related