ทำไมนักบินอวกาศจึงไม่สามารถบินจากโลกไปดาวอังคารได้?

แรงโน้มถ่วงมีมากถึง 40% ของบรรยากาศโลก บางครั้งหนา บางครั้งบาง ระยะห่างจากโลกเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา... นี่คือสาเหตุที่การส่งมนุษย์ไปยังดาวอังคารและการกลับมายังคงเป็นเรื่องยาก

ลองนึกภาพว่าเมื่อนักบินอวกาศเหยียบดาวอังคาร นั่นหมายความว่าการเดินทางไปยังดาวอังคารนั้นประสบความสำเร็จเพียงครึ่งเดียวเท่านั้น เนื่องจากเมื่อนักบินอวกาศต้องการกลับยังโลก การออกจากดาวอังคารก็ไม่ใช่เรื่องง่าย

ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่นี่คือการลงจอดยานอวกาศขนาดใหญ่บนพื้นผิวดาวอังคารอย่างปลอดภัยในสภาพทางเทคนิคและภูมิประเทศที่เหมาะสมที่สุด เพื่อที่จะสามารถขึ้นบินออกจากดาวอังคารได้

อันที่จริง ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ สามารถสร้างสถานีอวกาศไร้คนขับขนาดเล็กที่สามารถออกจากโลก ลงจอดอย่างนุ่มนวลบนดาวอังคาร เจาะเก็บตัวอย่างบางส่วน แล้วจึงทะยานขึ้นสู่อวกาศและกลับมายังโลกได้ แต่ยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุมนั้นจะเป็นอีกเรื่องหนึ่ง

ประการแรก การจะส่งยานอวกาศที่มีมนุษย์โดยสารซึ่งมีขนาดเพียงพอจากโลกไปสู่อวกาศระหว่างดาวเคราะห์ จำเป็นต้องใช้จรวดขนาดยักษ์ที่มีเครื่องยนต์อันทรงพลัง

โดยพื้นฐานแล้ว ระบบจะต้องมีขนาดเท่ากับเรือบรรทุกน้ำมันขนาดกลาง โดยมีเชื้อเพลิงจำนวนมากอยู่ใต้ท้องเรือ และแน่นอนว่าต้องมีสินค้าบางส่วนที่เป็นประโยชน์ต่อนักบินอวกาศด้วย

ดาวอังคารมีแรงโน้มถ่วงประมาณร้อยละ 40 ของโลกและมีชั้นบรรยากาศเบาบาง ดังนั้นการเดินทางกลับมายังโลกจะต้องใช้จรวดที่มีขนาดประมาณหนึ่งในสามของจรวดที่พาพวกเขาไปที่นั่น

จรวดต้องเติมเชื้อเพลิงให้เต็มถังเพื่อขึ้นบินและนำนักบินอวกาศกลับบ้าน ดังนั้น หากนักบินอวกาศต้องการบินไปยังดาวอังคารและกลับมายังโลก พวกเขาจำเป็นต้องบรรทุกเชื้อเพลิงประมาณ 1,400 ตัน

ควรสังเกตว่าเชื้อเพลิงจรวดนั้นติดไฟและระเบิดได้ง่ายมาก ดังนั้นจึงต้องเก็บไว้ในถังพิเศษเพื่อไม่ให้แตกเมื่อยานอวกาศลงจอดบนดาวอังคาร

ดาวอังคารก็มีชั้นบรรยากาศเช่นกัน แต่น่าเสียดายที่ชั้นบรรยากาศไม่หนาแน่นเพียงพอที่ร่มชูชีพจะทำงานได้อย่างเหมาะสม ซึ่งหมายความว่าชั้นบรรยากาศของดาวอังคารไม่เหมาะที่จะใช้ชะลอความเร็วของยานอวกาศ (ด้วยระบบร่มชูชีพ) เพื่อให้สามารถลงจอดบนพื้นผิวดาวอังคารได้อย่างนุ่มนวล เพื่อความปลอดภัยแก่นักบินอวกาศและถังเชื้อเพลิง

ดังนั้นยานอวกาศจะต้องสตาร์ทเครื่องยนต์แบบย้อนกลับในระหว่างการลงจอด ซึ่งยังสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมากอีกด้วย

ยานอวกาศจะทะยานขึ้นจากดาวอังคารในแนวตั้งหรือแนวเฉียง? (ภาพ: dzen)

คงจะง่ายกว่านี้มากหากดาวอังคารไม่มีชั้นบรรยากาศเลย เพราะจะทำให้สามารถควบคุมกระบวนการลงจอดได้แม่นยำยิ่งขึ้น

อย่างไรก็ตาม บรรยากาศของดาวอังคารนั้น "ไม่แน่นอน" มาก หมายความว่าความหนาแน่นของบรรยากาศบนดาวอังคารนั้นเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา บางครั้งบรรยากาศจะหนาแน่นมากจนทำให้ยานอวกาศเคลื่อนที่ช้าลงได้อย่างง่ายดาย (หรืออาจถึงขั้นเผาไหม้ได้) แต่บางครั้งบรรยากาศก็บางมากจนแทบไม่มีผลต่อความเร็วของยานอวกาศเลย

เมื่อเผชิญกับสถานการณ์ดังกล่าว นักวิทยาศาสตร์ได้เลือกใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนแบบย้อนกลับเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการลงจอดบนดาวอังคารอย่างนุ่มนวล

นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมการลงจอดยานอวกาศไม่ว่าเล็กหรือใหญ่บนดาวอังคารอย่างนุ่มนวลจึงยังถือเป็นความสำเร็จทางเทคนิคที่ยิ่งใหญ่ ไม่ว่าจะทำไปกี่ครั้งก็ตาม

แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด สิ่งที่ซับซ้อนที่สุดที่นี่คือระยะห่างระหว่างโลกและดาวอังคารเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา เนื่องจากดาวเคราะห์ทั้งสองโคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยความเร็วที่ต่างกัน

โลกอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่า จึงใช้เวลาเพียง 365.25 วันในการโคจรรอบดวงอาทิตย์หนึ่งรอบ ดาวอังคารอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากกว่า เคลื่อนที่ช้ากว่า และใช้เวลา 687 วันบนโลกในการโคจรรอบดวงอาทิตย์หนึ่งรอบ (ซึ่งยาวนานเกือบสองเท่าของโลก)

ผลก็คือ ดาวอังคารอยู่ห่างจากโลกค่อนข้างมากตลอดทั้งปี จนทำให้ไม่สามารถบินจากโลกไปดาวอังคารได้

ตำแหน่งที่เหมาะสมสำหรับเที่ยวบินจากโลกไปดาวอังคารจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อดาวเคราะห์ทั้งสองดวงอยู่ด้านเดียวกันของดวงอาทิตย์ และตำแหน่งนี้จะเกิดขึ้นเพียงครั้งเดียวในทุก ๆ 778 วัน (หรืออีกนัยหนึ่งคือ ครั้งหนึ่งในทุก ๆ 2 ปี 1 เดือน และ 18 วัน)

หน้าต่างเวลา 778 วันนี้ที่เกิดขึ้นเพียงครั้งเดียวถือเป็นโอกาสที่ดีเยี่ยมในการบินจากโลกไปยังดาวอังคาร ในแง่ของการประหยัดพลังงานและเวลาบิน

สมมติว่านักบินอวกาศประสบความสำเร็จในการบินแบบ “กำหนดเวลา” และไปถึงดาวอังคารได้สำเร็จ แต่จะเกิดอะไรขึ้นต่อไป? พวกเขาสามารถกลับมายังโลกได้หลังจากการโคจรเข้าใกล้ระหว่างดาวเคราะห์ทั้งสองอีกครั้ง ซึ่งหมายความว่าพวกเขาจะต้องอยู่บนดาวอังคารเป็นเวลา 2 ปี 1 เดือน และ 18 วันพอดี จึงจะทันจังหวะเวลาที่เหมาะสมและบินกลับมายังโลก

แผนภูมิเปรียบเทียบวงโคจรของดาวอังคารและวงโคจรของโลก ปีดาวอังคารและปีโลก (ภาพ: dzen)

ยานอวกาศจะต้องขึ้นและบินไปในทิศทางเดียวกันกับที่ดาวอังคารโคจรรอบดวงอาทิตย์ จากนั้นนักบินอวกาศจะต้องปรับวิถีของยานอวกาศซ้ำแล้วซ้ำเล่าเพื่อให้ตรงกับวงโคจรของโลกและความเร็วที่โคจรรอบดวงอาทิตย์

เหล่านี้เป็นปฏิบัติการทางเทคนิคที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งนักบินอวกาศจะต้องดำเนินการในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์

นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมการ “บินตรง” พานักบินอวกาศไปดาวอังคาร พักอยู่ที่นั่นสองสามวัน แล้วกลับมายังโลกจึงยังคงเป็นไปไม่ได้ - จนกระทั่งปัจจุบัน

(เวียดนาม+)

ที่มา: https://www.vietnamplus.vn/vi-sao-cac-nha-du-hanh-vu-tru-van-chua-the-bay-tu-trai-dat-toi-sao-hoa-post1042222.vnp