Her skytes sonden med NASAs nye Mars-rover opp fra Cape Canaveral i Florida, 30. juli 2020.
Her skytes sonden med NASAs nye Mars-rover opp fra Cape Canaveral i Florida, 30. juli 2020.

Hvorfor er det tre rom-oppdrag på vei til Mars akkurat nå?

Som astrologene kunne sagt, planetene står i fordelaktig posisjon. Men dette er bare en del av historien.

Publisert

I løpet av de siste ukene har tre forskjellige nasjoner sendt romsonder og flere rovere på vei til den røde planeten Mars.

Kjempen NASA har sendt roveren Perseverance, en videreutvikling av 2011-roveren Curiosity. Den har også med seg et mikrohelikopter og en norskutviklet radar, som du kan lese mer om i denne forskning.no-saken. Den ble sendt opp 30. juli.

Den kinesiske romfartsorganisasjonen CNSA har også kastet seg på rover-racet, og sendte både en rover og en Mars-satellitt den 23. juli.

Men først ut i årets oppskytninger var De forente arabiske emirater, som forlot jorden den 19. juli. De har sendt en sonde som skal gå i bane rundt Mars og undersøke værsystemene på planeten.

Egentlig skulle fire oppdrag vært på vei. Den europeisk-russiske ExoMars-roveren, kalt Rosalind Franklin, skulle egentlig ha vært avgårde i løpet av juli 2020, men den ble flyttet til 2022.

– De fikk blant annet trøbbel med en fallskjermtest, og de fikk trøbbel med samarbeidet på grunn av blant annet korona. De vurderte det som for risikofylt å gå for oppskytningen i 2020, sier Terje Wahl til forskning.no. Han er forskningsdirektør ved Norsk romsenter.

Og flyttingen til 2022 henger direkte sammen med hvorfor det er tre oppdrag på vei til Mars akkurat nå.

Vi har akkurat lagt oppskytningsvinduet til Mars for 2020 bak oss. Neste mulighet er ikke før i 2022, og det tar rundt 25 måneder mellom hver mulighet.

Denne illustrasjonen viser sonden som skal gå i bane rundt Mars, sendt av De forente arabiske emiratene.
Denne illustrasjonen viser sonden som skal gå i bane rundt Mars, sendt av De forente arabiske emiratene.

Skyt opp, når du vil?

Først, oppskytningsvinduet til Mars er ikke en naturlov som er skrevet i stein. Dette er et begrep som beskriver den mest drivstoffeffektive måten å reise til den røde planeten, eller en annen planet i solsystemet.

– Hvis du har nok drivstoff, kan du i teorien bare fyre raketten din rett mot Mars og reise dit når du vil, sier Terje Wahl til forskning.no.

Dette er imidlertid en fryktelig ineffektiv måte å reise mellom planetene i solsystemet.

Alt i solsystemet beveger seg forutsigbart i forhold til hverandre. I visse perioder oppstår det muligheter til å utnytte disse posisjonene, slik at du får en mest mulig effektiv reise mellom for eksempel jorden og Mars. Reisen vil også være treg, men her er det altså effektivitet som er det viktigste.

– Oppskytningsvinduet handler bare om effektivisering. Du vil reise så langt som mulig uten å bruke drivstoff, sier Terje Wahl.

Hvis du skal navigere romskipet ditt til Mars, må du foreløpig ha med deg alt drivstoffet fra jordens overflate du trenger for å komme trygt fram. Og hver kilo kan koste hundretusenvis av kroner, selv om blant annet SpaceX jobber hardt med å få denne kostnaden kraftig redusert, ifølge bransjenettstedet Spacenews.

I en forenklet verden trenger du bare fyre av raketten din to ganger i forskjellige intervaller for å reise fra jorden til en bane rundt Mars. Dette er mer komplisert i virkeligheten, men kjernen i ideen er fortsatt den samme.

Dette kalles en Hohmann-bane, og her skal vi ta en nærmere kikk på akkurat hva dette er for noe.

Lag en ellipse

Her er det først og fremst snakk om den mest effektive banen mellom jorden og Mars.

– For å få brukt Hohmann-banen må både jorden og Mars være på riktig sted, de må være i hver sin start-blokk, sier Wahl til forskning.no.

Før oppskytningen vet for eksempel NASA på forhånd når planetene står riktig i forhold til hverandre, og hvor de vil være i månedene og årene som kommer.

Når raketten står på jordoverflaten, følger den samme banen rundt solen som jorden. Men den første brenningen av raketten gir den mer fart i samme retning som jorden (og raketten) går i.

Fysikken er forutsigbar i denne sammenhengen. I verdensrommet er det svært lite friksjon eller andre former for motstand, så hvis romfartøyet først har fått en dytt i den riktige retningen, vil det bare fortsette i den samme banen uten at du må bruke motoren.

Denne rakettfyringen må være kraftig nok og i riktig retning til å sette romfartøyet i en elliptisk bane, som akkurat kommer fram til Mars-banen. Hvis ikke rakettmotoren fyres av igjen, vil romfartøyet snu og falle vekk fra Mars.

Illustrasjonen (som ikke er i riktig skala) viser jorden og Mars relativt til hverandre, hvor Mars ligger lengre ut i solsystemet. De hvite strekene viser en del av planetenes bane rundt solen. Når raketten fyrer fra jorden i riktig retning, havner den inn i en bane (rød ellipse). Raketten vil følge denne banen hvis den ikke brenner motoren igjen.
Illustrasjonen (som ikke er i riktig skala) viser jorden og Mars relativt til hverandre, hvor Mars ligger lengre ut i solsystemet. De hvite strekene viser en del av planetenes bane rundt solen. Når raketten fyrer fra jorden i riktig retning, havner den inn i en bane (rød ellipse). Raketten vil følge denne banen hvis den ikke brenner motoren igjen.

Samtidig må du sørge for at romfartøyet når fram til Mars-banen på riktig tidspunkt - det vil si når Mars og fartøyet er på omtrent samme punkt i Mars-banen. Her kommer oppskytningsvinduet inn.

Oppskytningsvinduet viser den perioden hvor rakettfartøyet har kapasitet til å nå Mars i en effektiv Hohmann-bane, samtidig som at Mars vil være på riktig sted i sin bane når raketten fra jorden kommer fram til Mars-banen. Dette skjer altså omtrent hver 25 måned.

Da har du forhåpentligvis både fartøyet og Mars på samme sted og på samme tid i solsystemet, og det er tid for å fyre opp rakettmotoren igjen.

Her har raketten kommet fram til Mars langs den røde banen, uten å bruke motoren, og det er på tide å bremse ned. Jorden går raskere enn Mars rundt solen, og har i tidsrommet gått forbi Mars. Etter dette stadiet kan romfartøyet enten gå inn i bane rundt Mars, eller justere kursen slik at det lander.
Her har raketten kommet fram til Mars langs den røde banen, uten å bruke motoren, og det er på tide å bremse ned. Jorden går raskere enn Mars rundt solen, og har i tidsrommet gått forbi Mars. Etter dette stadiet kan romfartøyet enten gå inn i bane rundt Mars, eller justere kursen slik at det lander.

Nedbremsing

Dette er den andre fyringen av rakettmotoren i Hohmann-banen. Da gjør du den elliptiske banen om til en halv ellipse, som ender ved der Mars kommer til å være.

– Nedbremsingen ved Mars skjer i flere stadier, sier Terje Wahl.

– Du vil bli fanget av Mars' tyngdefelt, og må derfor redusere hastigheten.

Dette gjøre ved å brenne rakettmotoren, men i Mars' tilfelle kan man også bruke atmosfæren til Mars. Ved å sende fartøyet inn i Mars' øvre atmosfære, kan ingeniørene bruke friksjonen som oppstår til å bremse fartøyet mer - uten å bruke mer drivstoff.

Dette handler altså om effektivitet og kostnad, og selv om dette eksempelet er forenklet, blir varianter av dette prinsippet brukt på nesten hver eneste Mars-ferd.

1600-talls matematikk

Isaac Newtons forståelse av tyngdekraften var god nok til bruke den på Mars-ferder.
Isaac Newtons forståelse av tyngdekraften var god nok til bruke den på Mars-ferder.

Ideen er altså oppkalt etter Walter Hohmann, en tysk ingeniør som publiserte denne framgangsmåten i en bok om romfart i 1925.

– Han var tidlig ute med dette, sier Terje Wahl.

– Og du trenger ikke Einsteins ligninger når du holder på dette. Her holder det med Newton.

Lenge før det var mulig å sende sonder til andre steder i solsystemet, var altså det teoretiske rammeverket på plass. Og på denne tiden var kunnskapen god nok til å lage modeller som faktisk beskriver praktisk romfart.

Samtidig er Newtons beskrivelse av tyngdekraften fra slutten av 1600-tallet presis nok til å brukes i denne sammenhengen, siden Einsteins relativistiske effekter har svært lite å si når det er snakk om disse skalaene. Selv om det faktisk er snakk om å reise mellom planeter i solsystemet.

Nå legger vi bak oss oppskytningsvinduet for 2020, ifølge NASA. Deres siste dag i årets oppskytningsvindu var 15. august. Så neste gang planetene står i riktig posisjon blir 2022.

Alle oppdragene som er underveis nå vil nå Mars i løpet av februar 2021, hvis alt går etter planen.