Miskomprenoj pri spacesplorado

Sciencfikcio kaj scienca ĵurnalismo ĉiam estas interesaj por legi, sed kiam oni ne sufiĉe atentas la detalojn, oni facile kreas miskomprenojn. Kompreneble ĉiu verko havas siajn proprajn kritikeblajn punktojn, sed ĉi tie mi kolektis kelkajn el la plej oftaj miskomprenoj kiujn homoj emas havi pri kiel funkcias raketoj kaj spacesplorado. Sendube ĉiam estos miskomprenoj kaj ankaŭ mi havas ilin, sed espereble ĉi tiel ni ĉiuj povas lerni iom.

La motoro ne konstante estas aktiva.

Unu el la plej oftaj miskomprenoj kiujn homoj havas estas la ideo ke la motoro de raketo devas esti konstante aktiva, sed tio ne estas la vero. Teorie oni nur bezonas aktivigi la motoron kvarfoje por atingi la lunon kaj pro ekonomiaj kialoj tio estas bona strebo. La fonto de tiu ĉi miskompreno estas ke oni tiom alkutimiĝis al vivi surtere, kie la fizikaj leĝoj ja samas, sed la kondiĉoj ne. Kiam oni ekzemple biciklas, oni devas konstante meti energion en la biciklon por resti movanta, pro tio ke oni devas kontraŭi la fortojn de la vento kaj froto de la vojo. Tamen Isaac Newton priskribis per siaj leĝoj de moviĝo ke kiam ne estas iu kontraŭa forto, la rapido de movanta objekto restas konstanta. En la kosmo fortoj kiel atmosfera froto estas ignoreble etaj kiam oni ne restas tie tro longe. Gravito estas la reganta forto kaj kvankam ĝi ja transformas energion, oni ne perdas ĝin ekzemple kiel varmon. Moviĝi tra la gravita kampo de la tero transformas kinetan energion al potenciala energio kaj inverse, same kiel oni devas labori dure por bicikli sur monton, kvankam la revojo estas multe pli facila. Tamen por profiti de tiu efiko, oni ja bezonas esti en orbito, pri kiu estas aldona miskompreno.

Orbitoj estas necesaj.

Kiel gravito funkcias en la kosmo estas al multaj homoj, inkluzive pli juna versio de mi, iom malfacile komprenebla. Kiam oni vidas filmetojn de homoj kiuj senpeze ŝvebas en la Internacia Spacstacio, povas aspekti kvazaŭ estas neniu gravito tie, sed fakte la gravita forto estas je la alteco de la Internacia Spacstacio preskaŭ same granda kiel tiu sur la tero. La kialo pro kiu oni ne rimarkas tiun gravitan forton, kvankam ĝi ja ekzistas, estas ke oni estas konstante falanta kaj faras tion same rapide kiel la spacstacio aŭ raketo. Tial oni ne falas relative al la ŝipo. La efiko estas iom komparebla al lifto, ĉar oni sentas sin pli peza kiam oni rapidiĝas supren, sed malpli peza kiam oni rapidiĝas suben. Malkiel lifto tamen, kosmoŝipo ne falas teren. Tio estas pro tio ke oni ne nur havas rapidon suben, sed ankaŭ flanken. Pro tio, oni ankaŭ moviĝas preter la planedon kaj se oni faras tion sufiĉe rapide, por malalta orbito ĉirkaŭ sep kilometroj sekunde, la direkto de la gravita forto turniĝas pro la relativa moviĝo de la tero. Pro tio la vojo de la ŝipo kurbiĝas, kaj se oni ne iras tro rapide aŭ malrapide, tiu kurbo iĝas elipso. Tial vi nek falas surteren, nek flugas tro for. Konklude do ne estas iu limo de la kosmo, preter kiu ĉio subite ŝvebas. Gravito funkcias same tie kiel ĉi tie kaj kompreni ĝin estas necesa.

Oni ne flugas rekte.

Kiel ni jam konstatis, raketo funkcias tute malsame ol biciklo kaj ankaŭ serĉi la ĝustan vojon funkcias malsame. Surtere estas klare ke la vojo kiu kostas malplej da energio estas kutime rekta linio de A al B, se ne estas iu obstaklo survoje. Tamen en la kosmo, ĉio konstante moviĝas kaj la vojo kiun objekto sekvas estas sia orbito. Kompreneble oni povus klinigi la raketon tiel kiel ĝi estas en rekta linio kun la luno kaj ekflugi, sed tio kostus amasojn da energio kaj energio venas de pezaj brulaĵoj. Alia problemo estas ke kiam oni finfine estas tie kie la luno estis, la luno mem forŝovis, pro tio ke ĝi mem estas en orbito ĉirkaŭ la tero. La plej ekonomia solvo estas Hohmann-transirorbito. La ideo malantaŭ tio estas ke kiam oni bruligas la motoron, oni ne vere proksimiĝas al la luno, sed oni ja povas ŝanĝi la formon de la orbito, ekzemple por klinigi ĝin aŭ igi ĝin pli elipta aŭ ronda. Oni ankaŭ enkalkulu la moviĝon de la luno, do se oni iras al la inversa flanko de la tero ol kie la luno estos post kiam vi alvenos tio, kio sonas tre komplika, sed estas logika kiam oni alkutimiĝas al pensi pri orbitoj, kaj bruliĝas la motoron dum via raketo estas orientigita laŭ la direkto de la orbito, la orbito plieliptiĝos ĝis la pinto atingos la saman altecon kiel la orbito de la luno. Poste oni atendu kaj kiam oni estas maksimume proksima al la luno, oni turnu la raketon kaj bruligu inverse, por ke oni povas kaptiĝi de la luno kaj resti en orbito ĉirkaŭ ĝi. Alia ekzemplo de kiel orbitoj povas esti ege kontraŭintuitivaj estas kiam du kosmoŝipoj provas renkontiĝi enorbite. Se oni estas malantaŭ la alia ŝipo, oni pensus ke necesas rapidiĝi en la direkton de tiu ŝipo por alproksimiĝi, sed la malo estas vera. Por alproksimiĝi oni devas turni la raketon en la malan direkton kaj bruligi la motoron, ĉar tiel la orbito iĝas malpli granda. Pro tio daŭras malpli longe ĉirkaŭiri la orbiton por vi ol por la alia ŝipo, do oni alproksimiĝas. Oni do preskaŭ neniam klinigas la raketon en la direkton de la celo.

Atingi Marson kostas multe pli da energio ol atingi la Lunon.

Laste estas la miskompreno ke kostas nekredeble multe da energio iri al Marso kiam oni komparas ĝin al iri al la Luno, sed ankaŭ tio ne ĝustas. Fakte, fiziko instruas al ni ke ju pli for oni iras de la gravita mezpunkto, despli efike oni vojaĝas, do ĉiu aldona kilometro kostos malpli da energio. Fakte, la vis-viva ekvacio, per kiu oni povas kalkuli kiom oni bezonas rapidiĝi por ŝanĝi sian orbiton, montras ke oni bezonas rapidiĝi je 30km/s por fali en la sunon, kvankam oni nur bezonas rapidiĝi √2*30-30km/s aŭ 12km/s por eskapi la tutan sunsistemon. Ke oni ne sukcesas transporti homojn al marso per la nunaj raketoj estas pro alia problemo, nome ke la kvanto da energio kiun oni bezonus por la vojaĝo ege dependas de la raketo. Pro tio ni uzas alian mezuron kiu estas sendependa de la raketo kaj nur dependas de la vojo tien. Tiu mezuro nomiĝas Δv (delta v) kaj priskribas kiom oni ŝanĝu la rapidecon de la ŝipo por ĉiu orbitŝanĝo. La sumo de ĉiuj ŝanĝoj donas la totalan rapidŝanĝon kiun raketo devas atingi. La plejparto de la Δv troveblas en la kreado de stabila orbito ĉirkaŭ la tero. Teorie tiu rapidŝanĝo estas ĉirkaŭ 7km/s, sed pro la atmosfera froto kiu kontraŭas la raketon, la vera valoro estas ĉirkaŭ 10 km/s. Kiam oni atingis tiun orbiton, oni bezonas ĉirkaŭ 3-4km/s da Δv por atiningi aŭ la Lunon aŭ Marson, kvankam tio dependas de kiel oni kalkulas kaj la relativa pozicio de Marso kaj la Tero ĉirkaŭ la suno. Marso ja estas iom pli malfacile atingebla do, sed la diferenco estas nenio kompare al la 10km/s de la unua orbito kaj Venuso eĉ pli facile atingeblas ol Marso. La problemo tamen estas la raketo. Ni multfoje sukcesis sendi robotajn misiojn al la ruĝa planedo, sed neniam homojn. La simpla kialo estas ke homoj estas multe pli pezaj ol robotoj. Oni povas kalkuli per la rakedekvacio de Tsiolkovsky kiom da Δv oni povas elspezi per raketo, depende de ĝiaj kvalitoj kaj grava parto de tiu ekvacio estas la rilatumo inter la pezo de la raketo mem, inkluzive la homojn kiujn ĝi transportas kaj la brulaĵoj, kaj la pezo de la brulaĵoj. Tio signifas ke ju pli da kilogramoj oni volas transporti, des pli da brulaĵoj oni kunportu, kaj kiam oni kunportas pli da brulaĵoj, oni bezonas eĉ pli da brulaĵoj pro la aldona pezo. Estas do ege kosta kaj teĥnike malfacila sendi multe da pezo en la kosmon kaj oni devas konstrui kiel eble plej malpezan raketon. Tio eblas kiam oni sendas homojn al la luno por misio de pli malpli tri tagojn, sed kiam oni volus vojaĝi marsen, oni estus en la ŝipo dum monatoj. Tio signifas ke oni kunportu manĝaĵojn por longa tempo kaj eĉ ke oni ekpensu ekzemple pri konstrui sportejon ene de la ŝipo, pro tio ke mikrogravito estas malbona por la muskoloj kaj ostoj. Kompreneble tia projekto estus nekredeble peza, dum roboto ne bezonus tiajn aferojn. Tial ĝis nun oni nur sendis robotojn al aliaj planedoj.

Spacesplorado povas foje ŝajni nekredeble komplika kaj kiam oni rigardas ĝin tre detale, ĝi estas, sed ĝi aŭskultas la samajn leĝojn kiel ĉio en la universo kaj kiam oni alkutimiĝas al rigardi fizikon el tiu perspektivo, oni supriziĝus de kiom oni ja povas kompreni. Mi esperas ke mi almenaŭ sukcesis inspiri homojn esplori tion.

Advertisements

Respondi

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Ŝanĝi )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Ŝanĝi )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Ŝanĝi )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Ŝanĝi )

Connecting to %s