Седам минута терора

Иако би наслов овог текста можда могао код читаоца да изазове помисао на нешто сасвим друго, заправо се ради о стандардној синтагми (“seven minutes of terror“) коју инжењери и научници чувене Насине лабораторије Jet Propulsion Laboratory (JPL) користе да опишу процесе који се дешавају приликом уласка међупланетарних летелица у атмосферу Марса и слетања на његову површину.

Због чега је овај процес толико страшан за Насине инжењере па су му прилепили такву етикету? До сада је послато 16 мисија ка Марсу са циљем да слете на његову површину, од чега је 9 завршило потпуним неуспехом, тј. губитком летелице, укључујући и последњи покушај који су заједничким снагама извели Европска свемирска агенција и Руска свемирска агенција у оквиру мисије Entry, Descent and Landing Demonstrator Module (EDM). Ова летелица, као што јој и само име каже, управо је имала за циљ да демонстрира технологију која ће се у будућности користити за слетање на површину Марса, али нажалост, постала још једна од оних које нису успеле да преживе седам минута терора.

Јединствена карактеристика Марса која његове највеће тајне чува од посетилаца са Земље

Ако погледамо топографски модел Марса приказан на Слици 1, већ на први поглед можемо уочити јединствену карактеристику његове површине која се назива глобална дихотомија. Услед ове карактеристике, читава површина Марса је подељена на две веома различите области – северне низије које заузимају скоро читаву северну хемисферу, и јужне висоравни које се протежу читавом јужном хемисфером и местимично залазе унутар северних низија.

Радознали читалац би се могао запитати на који начин се на једној пустињској планети, попут Марса, мери оно што на Земљи називамо надморском висином, тј. како тамо разликовати низије од висоравни. Елевација површине („надморска висина“) на Марсу, као и на другим небеским телима (попут Месеца) дефинише се, баш као и на Земљи, као висина у односу на једну карактеристичну евипотенцијалну површ, на којој је константан  збир гравитационе силе и центрифугалне силе услед ротације тела. Једина разлика у односу на Земљу је што на површини Марса нема воде, али када би је било у одговарајућој количини, она би заузела облик управо ове површи, као што је то учинила на нашој планети.

Осим „надморске висине“, ове две регије на Марсу се разликују и по површинским структурама, које су у највећој мери последица старости површине. Северне низије су у релативно скорој прошлости биле изложене интензивној вулканској активности, те је њихова површина глатка и млада, док на јужним висоравнима и даље стоје ожиљци из древне прошлости Марса, у виду огромних кратера насталих у веома раним фазама еволуције Сунчевог система. Управо због овога постоји велики научни интерес за истраживање јужних висоравни.

Зашто је Марс тако смротоносан за своје посетиоце?

Марсова атмосфера, чија је густина на површини планете око 60 пута мања него густина ваздуха на површини Земље, није довољно густа да аеродинамичким отпором ефикасно апсорбује огромну количину кинетичке енергије летелице која долази са међупланетарне путање и успори је довољно да се изврши безбедно слетање на површину планете, а са друге стране, довољно је густа да узрокује огромно термичко оптерећење летелице. Ако погледамо локације слетања свих успешних мисија до сада, које су приказане на Слици 2, уочићемо да су сва ова слетања извршена у областима северних низија, испод „нивоа мора“, док на јужним висоравнима, и поред више покушаја, још увек није остварено ниједно успешно слетање.

Будући да је Марсова атмосфера много ређа него Земљина, летелице које улазе у атмосферу Марса почињу значајније да успоравају, услед отпора атмосфере, на много мањим висинама него што је то случај приликом слетања на Земљу. Због овога је висина атмосферског слоја кроз који летелица пролази од кључног значаја за успешно слетање и главни је разлог због којег је свих седам успешних слетања до сада извршено у ниским областима северних низија. Иако утицај атмосферског отпора на путању летелице почиње да се осећа већ на висини од око 120 км, испоставља се да је разлика од око 4 км између средњих елевација јужних висоравни и северних низија кључна за спровођење безбедног слетања.

Осим што је веома ретка и хладна, атмосфера Марса је такође и веома динамична, те поставља и друге смртоносне замке летелицама, попут локалних, регионалних и глобалних пешчаних олуја,  од којих се једна догодила током јуна и јула ове године.

Такође, услед динамичности атмосфере, параметри који утичу на аеродинамичко окружање летелице током проласка кроз Марсову астмосферу су веома променљиви. Тако на пример густина атмосфере, која има пресудни утицај на путању летелице, може вишеструко да се мења током Марсовог дана и године, што је незамисливо на Земљи. Све ове промене узроковане су астрономским феноменима попут специфичне расподеле осунчаности Марсове површине, која је пак резултат велике ексцентричности (елиптичности) његове орбите и специфичног положаја његове осе ротације. Управо због оваквих феномена, процес слетања летелица на површину Марса представља илустрацију неопходности интеракције и кооперације различитих фундаменталних и примењених научних дисциплина, попут астродинамике, аеротермодинамике, геологије, конструкције и структуре летелице, науке о материјалима и других дисциплина, у циљу остваривања најамбициознијих подухвата.

Колико су мале земље попут Србије далеко од свемирске технологије?

И највећим оптимистима је јасно је да земље попут Србије у предвидљивој будућности неће имати прилике да партиципирају у тако амбициозним пројектима, попут мисија које укључују слетање на површину Марса или неког другог небеског тела. То су подухвати који ће несумљиво, и у наредним деценијама, бити резервисани за највеће научне и технолошке силе. Међутим, у последње време су се у области свемирских технологија појавили сектори у којима више не постоји ексклузивитет највећих сила и у којима све више партиципирају мале земље, са којима Србија, са својим научним, технолошким и економским потенцијалима, у најмању руку јесте, или би барем требало да буде упоредива.

Сектор у коме су од недавно широм отворена врата за укључивање малих земаља и (не)академских организација, којима је директан приступ свемиру до скоро био незамислив, представљају специфични нано-сателити, тзв.cubesats (кјуб-сателити), чија је експлоатација последњих година постала масовна. У питању су стандардизовани сателити сачињени од градивних јединица које чине коцке страница 10 цм и масе реда 1 кг. До сада је лансирано скоро 1000 кјуб-сателита. Међу земљама које имају, или су у претходним годинама имале, овакве сателите у ниским орбитама око Земље су Бугарска, Словенија, Мађарска, Румунија, Литванија, Гана, Кенија, Бангладеш, Монголија, Бутан, Перу, Еквадор и друге.

Цене оваквих пројеката зависе наравно од њихове комплексности али се оквирно крећу око 100000 УСД, заједно са трошковима лансирања. У последње време се појављују и пројекти који укључују мање јединице као што су PocketQubes (странице 5 цм) и Suncubes (странице 3цм), чији трошкови би били још мањи.

Ипак, пре започињања неког конкретног пројекта, неопходно је укључивање наших истраживача у међународне токове у области свемирских истраживања. Примера ради, на највећем научном скупу у овој области International Astronautical Congress, који је у октобру одржан у Бремену, био је по један учесник из Хрватске, Словеније и Словачке, 5 учесника из Румуније, 7 из Чешке, 10 из Мађарске, 32 из Пољске и нико из Србије.

Сада је време када се мале земље укључују у процесе који су им до скоро били потпуно недоступни. Ако је Србија толико далеко од водећих технолошких сила, што је природно, не би смела да дозволи да већ у старту остане далеко иза земаља чија је научна и технолошка инфраструктура и даље слабије развијена од наше, јер ће касније бити веома тешко надокнадити то заостајање.

Оне земље које буду искористиле овај тренутак, заузеће боље позиције да се што пре у будућности укључе у озбиљније подухвате, каквих ће бити све више, и тиме драматично подигну свој технолошки ниво. На пример, Пољска академија наука је на веома озбиљном нивоу већ укључена у пројекат InSight, у оквиру којег је 26. новембра ове године предвиђено слетање на Марс. Треба имати на уму да је већ почела и реализација пројеката који укључују и међупланетарне кјуб-сателите, као што су летелице МарЦО, које су послате ка Марсу, такође у оквиру мисије InSight.

Пројекти попут кјуб-сателита представаљају јефтин и приступачан начин да се уђе у воз који је кренуо, путоваће све брже и неће чекати на нас. То је такође прилика да се тестирају и унапреде наше могућности за интеграцију одговарајућих ресурса у области фундаменталних наука, попут математике, астрономије и физике, и примењених научних и техничких дисциплина, попут машинства и електротехнике. Нема никакве сумње да би ово био дуготрајан  и нимало једноставан подухват, али пут од хиљаду миља почиње једним кораком.

Аутор: Душан Марчета, дип.инж.ваздухопловног машинства, др астрономских наука, доцент на Катедри за астрономију Математичког факултета у Београду

(Извор: Машински факултет)