SpaceX har fullført det siste avgjørende trinnet i Falcon Heavys første testflukt etter vellykket oppskyting av Elon Musks Tesla Roadster ut av jordens bane, på en bane i det dype rom. Men hva vil skje med bilen og 'Starman' når den tar sin lange reise til Mars? La oss utforske detaljene.
Selv om Elon Musk indikerte at Tesla hadde blitt plassert i en bane som nærmest skulle strekke seg til begynnelsen av solsystemets første asteroidbelte (i gjennomsnitt mer enn 150 millioner miles unna Jordens bane), oppdaterte SpaceX dette baneestimatet omtrent 24 timer senere og bekreftet at bane var betydelig nærmere Mars 'bane enn asteroide beltet utenfor den røde planeten.
Starman gir et siste farvel til Jorden når han drar til dypt plass ombord på Musks Tesla Roadster. (SpaceX)
Forståelig nok har den endelige destinasjonen og tilstanden til Roadster vært kilden til en rekke spørsmål fra de som er mindre kjent med interplanetær reise og omløpsmekanikk - de fleste.
Hvordan fungerer romfart?
Før jeg går inn på detaljene, er det avgjørende at jeg prøver å gi alle like fot i form av en grunnleggende forståelse av hva, hvordan og whens av romfart. For å nå bane lanserte Falcon Heavy sin nyttelast Tesla horisontalt. Når den først steg loddrett over majoriteten av jordas atmosfære, vinklet raketten over til den i det vesentligste presset parallelt med jordens overflate. Tenk på det som å snurre en ball på en streng: bare etter en viss hastighet vil ballen lykkes i en sirkel - snur for sakte, og ballen faller ganske enkelt. Å nå jordbane er veldig lik konsept: Falcon Heavy øker det øvre trinnet over jordas atmosfære, og det øverste trinnet antennes og får så mye horisontal hastighet som mulig.
Hele denne tiden blir både den og dens Tesla nyttelast trukket ned av jordens tyngdekraft, men med en viss hastighet (8 kilometer per sekund, eller ~ 18 000 mph), ender raketten og dens nyttelast opp raskere rundt jorden enn dens tyngdekraft kan trekke dem ned. En kjent analogi finnes i en enkel tennisball: kastet normalt vil ballen bue over og til slutt falle til bakken. Imidlertid, hvis en ball blir kastet raskt nok (og også var i stand til å unngå å bli forbrent av friksjon mot atmosfæren), kan man forestille seg at ballen går over horisonten, reiser rundt jorden og kommer rett tilbake til kasteren.
Elon Musk går blant sine gjenfunnet Falcon Heavy boosters på LZ-1 og 2. (Elon Musk)
Kaster en ball (eller romskip) i bane
Utrolig nok blir dette et langt rimeligere forslag når man arbeider med asteroider, kometer og måner med mye lysgravitet enn Jordens “1G.” For eksempel på Mars 'lille måne Phobos kunne en astronaut nesten flykte fra månen ved å løpe, og nesten uten anstrengelse kunne kaste en ball raskt nok til å gå i bane rundt Phobos (en blærende 25 mph ville være nødvendig). Jorden er bare sånn, bare mye, mye, mye større, og med en tykk atmosfære som både holder oss, mennesker, i live og også gjør det ganske vanskeligere for oss å komme i bane.
Tilbake til Jordens bane. Det første stabilitetspunktet (når du går raskere fremover enn jorden kan trekke deg ned) kalles "lav jordbane" (LEO) som er omtrent den laveste høyden og hastigheten som er nødvendig for å stabilt bane rundt jorden. Det er omtrent der den internasjonale romstasjonen (ISS) ligger (~ 250 miles over). Famous, astronauter og satellitter i denne høyden reiser rundt jorden en gang hvert 90 minutt, halvparten i rent sollys, halvparten av mørket i jordens egen skygge - egentlig en spesiell soloppgang og solnedgang hver tredje fjerdedel av en time.
Mars 'største måne Phobos fanget ved kanten av planetens lem. Phobos er mindre enn 15 mil i diameter. (ESA / Mars Express)
Nå utvider du modellen av Jorden og Roadster i bane rundt den til hele solsystemet. I denne modellen går jorden og alle andre objekter i bane rundt solen i forskjellige avstander og hastigheter, som forskjellige bånd av samme trering. Solsystemet er imidlertid massivt, og dermed må alt skaleres opp: for eksempel går jorden i bane rundt sola med 30 kilometer per sekund (~ 70 000 mph), nesten fire ganger raskere enn vår ydmyke Tesla i LEO.
Husk: når du går i bane rundt Jorden, er gjenstander fortsatt under fast tak i planetens tyngdekraft, men bare beveger seg så raskt at de er i en konstant tilstand av fritt fall. Fjern luften, og å være på ISS tilsvarer fallskjermhopping, men hvis fallskjermhallen aldri tok slutt. For å virkelig unnslippe jordens tyngdekraft og dra til månen, Mars eller utover, trenger en rakett å gå enda raskere. Når det gjelder Roadster, betydde dette at det gikk raskere opp til 8 km / s for å nå en stabil bane rundt jorden, etterfulgt av flere timer senere av en siste forbrenning som ga nyttelasten ytterligere 3-4 km / s hastighet. På skalaen fra solsystemet kan Roadsters reise bort fra Jorden tenkes som, vel, en Roadster som tar veien til toppen av en bratt bakke. Etter å ha klatret til toppen, er Roadster nesten tom for energi, men har akkurat nok til å akselerere når den begynner på den andre siden. Rundt seks timer etter oppskytningen toppet rakettens øvre etappe toppen av jordens gravitasjonsbakke før den raket ned på den andre siden, på vei til det dype rom, Mars og utover.
I hovedsak flyttet raketten Musks Tesla fra en bane rundt jorden til en bane rundt selve sola. Akkurat som det tar 365 dager (et år) på jorden å reise en gang rundt sola, vil Roadster fullføre en bane om solen hver gang på et stykke tid, sannsynligvis nærmere de to jordårene det tar for Mars å fullføre sin bane. Tilsvarende, bevises av Jorden og alle de andre planetene i solsystemet, som kretser rundt solen, er vanligvis veldig stabilt - mennesker lever ikke akkurat i frykt for at Jorden faller i solen, vi fortsetter bare rundt og rundt. I likhet med planetene vil Musk's Roadster nesten helt sikkert forbli i sin nåværende bane i millioner av år - kanskje til og med en milliard år - og fullføre en bane rundt solen hvert annet år for det som faktisk er en evighet på menneskelig skala. Etter hvert er det mulig at Roadster og Starman vil bli trukket over tid av jordens tyngdekraft på en slik måte at det kommer tilbake jordens atmosfære og brenner opp, men det vil neppe komme i tusenvis av årtusener.
Hvor er Roadster på vei?
Grafikken som er tweetet av Musk fungerer som en god innledende forklaring på komplekse begrep som brukes til å beskrive orbital mekanics. Fordi den ikke er sirkulær, er bane kjent som elliptiske, mens punktene nærmest (perihelion) og lengst fra (aphelion) Sun har også sine spesielle navn. AU nevnt i grafikken refererer til astronomiske enheter, en standardmåling basert på den gjennomsnittlige avstanden mellom Jorden og Solen - omtrent 93 millioner miles. Til sammenligning er en hel tur rundt jordens ekvator litt under 25 000 mil. Plassen er uutholdelig enorm.
Falcon Heavy eksploderer av Pad 39A i et skue av brann, Roadster på slep. (Tom Cross) Roadsters bane vil nå ut i den ene enden så langt som til Mars, SpaceXs endelige destinasjon som selskap. (SpaceX)
Falcon Heavys øvre etappe ser ut til å ha brent helt til den gikk tom for drivstoff, og klarte med den ytterste enden av sin bane på omtrent 1, 61 astronautiske enheter (~ 250 millioner km) er betydelig mindre enn Musks pressekonferanseforslag før forslaget om at Roadster forventet å havne i en bane på 380 til 450 millioner kilometer.
Mysk: Hvis den tredje forbrenningen går som vi håper, vil Tesla komme så langt unna 380 til 450 millioner km fra Jorden.
- Eric Berger (@SciGuySpace) 5. februar 2018
Skal Roadster til Mars?
Dessverre er svaret et hardt "nei." På det meste kan Tesla ha blitt sendt inn i en bane rundt solen (heliosentrisk bane) med en veldig nær tilnærming til Mars - en flyby, så å si. Det ser ut til at SpaceX klarte å komme ganske nær det opprinnelige målet, og det er fullt mulig at Starman's Roadster kunne passere nær Mars på punkter langs dens bane, selv om det ikke vil være noen måte å fange eller overføre bilder fra Roadster.
Selv om det ikke vil være noen kameraer for å fange den, ser det ut som Starman faktisk - en dag - kunne passere nær den røde planeten på sin milliarder år lange reise. (SpaceX)
Kanskje viktigst av alt: for å lansere Roadster i en så høy bane, måtte SpaceX sørge for at rakettens øverste etappe kunne kyste i flere timer i jordens bane og fortsatt kunne presist reignite sin Merlin Vacuum (MVac) -motor for en endelig forbrenning. Ved å oppnå nettopp det, har SpaceX tatt et stort skritt mot å kunne konkurrere med United Launch Alliance for alle regjerings- og forsvarsrelaterte lanseringskontrakter, også de som krever direkte plassering i geostasjonær bane (GEO), kontra en langsommere, men mer vanlig geostasjonær overføringsbane (GTO). Ikke tilfeldig betyr den muligheten også at SpaceX effektivt kan sende nyttelast utover Jordens bane, slik de nå har gjort for første gang med Musks Tesla Roadster.
Hvor lang tid vil det ta?
Fordi Roadster faktisk ikke skal til noen planeter, måner eller asteroider, vil den aldri nå dem. Imidlertid betyr den elektriske bilens nyfundne banehjem at den i det minste vil være langt, langt fra Jorden - på steder vil dens bane krysse nærmest banene til Mars og Jorden. Det vil ta minimum flere måneder for Roadster å nå disse avstandene, selv med sin blærehastighet på 12 kilometer i sekundet i forhold til jorden. Jonathan McDowell, en praktiserende astronom, anslått at Roadster ville passere Mars bane - for å være klar, ikke ankomme Mars, ganske enkelt å nå samme avstand fra solen som Mars går i bane - i juli 2018, omtrent fem måneder fra i dag.
Korrigerte omløpsdata for Roadster: 0, 99 x 1, 71 AU x 1, 1 deg
C3 = 12.0, passerer bane til Mars Jul 2018, aphelion november
- Jonathan McDowell (@ planet4589) 8. februar 2018
Hva kommer til å skje med Starman og Roadster?
Stiger gjennom det harde vakuumet fra dype rom, kan det ikke forventes at det skjer mye med Elon Musks Tesla Roadster og Starman. Som nevnt vil den høye heliosentriske bane den ble plassert i være utrolig stabil, noe som sannsynligvis vil tillate at bilen blir liggende på et dypt rom i flere titalls millioner år. Nå, det er ikke å si at fremtidige menneskelige oppdagelsesreisende millioner av år fra nå vil kjenne igjen hva som gjensto - dyp plass er preget av et relativt ekstremt strålingsmiljø som ikke vil være god for mange komponenter som utgjør Roadster-strukturen. Karbonfiber, plast, lær og maling inneholder alle organiske komponenter som vil bli angrepet av et miljø som er langt tøffere enn det i og rundt Jorden.
Elons Tesla Roadster og hans astronaut stand-in. (Elon Musk)…….. Jepp. Dette er en ting, nå. (SpaceX)
Likevel hevder hyperbolic at "Stråling vil rive Elon Musks rakettbil til biter om et år" er latterlig overdrevet. Vakuum er preget av fravær av noe, og det inkluderer alle tenkelige erosjonsmetoder. Mens høyenergistråling som er funnet i dype rom kan og sannsynligvis vil makulere Teslas strukturelle integritet og til slutt bleke eller misfarge bilen, vil Roadster være perfekt suspendert i forhold til mikrogravitet (i utgangspunktet null tyngdekraft), uten nesten noen sjanse for noen innvirkning av til og med liten plass rusk som mikrometeoritter. Hvis en ambisiøs bilsamler prøvde å gjenvinne det eksentriske og historiske trofeet fra verdensrommet i flere århundrer / årtusener, ville Roadster sannsynligvis falt i stykker eller til og med smuldre opp til støv når de ble flyttet eller plassert i et miljø med betydelig tyngdekraft. Men det vil nesten uten tvil beholde sin gjenkjennelige form nesten på ubestemt tid, i det minste på menneskelig skala. Det kan forventes at Starman reagerer veldig likt.
hyperbolisk hevder at "Stråling vil rive Elon Musks rakettbil til biter om et år" er latterlig overdrevet.
Endelig ser det ut til at SpaceX ikke har installert noen metode for kraftproduksjon eller kommunikasjon på Starmans kjøretur, noe som betyr at mennesker sannsynligvis så sine siste synspunkter av kjøretøyet etter at SpaceX kuttet live feed til Starman. Dette betyr dessverre at det ikke vil være noen fotoops med Starman som skyver forbi Mars eller utforsker asteroidebeltet, selv om dette alternativet absolutt vil være forbeholdt eventuelle fremtidige eksentriske, muskiske test nyttelast.
Hvorfor betyr det å sende en bil ut i dype rom?
Til syvende og sist er denne endelige suksessen et uvurderlig kirsebær på toppen av det som allerede var en fantastisk prestasjon. Uten et eneste skrubbet utskytningsforsøk eller utilsiktet hold under den endelige nedtellingen, var SpaceXs første oppskyting av den som nå er den mest dyktige operative raketten i verden en perfekt suksess i nesten alle henseender. Selv om den enorme rakettens sentrumsforsterker ikke klarte å lande ombord drone-skipet Of Course I Still Love You (OCISLY) på grunn av en tilsynelatende mangel på de kjemiske komponentene som ble brukt for å reignite boosterens motorer, ble begge sideforsterkerne gjenvunnet på land med det som bare kan være beskrevet som veloljet kompetanse. I mellomtiden overlevde raketten ganske enkelt lanseringen generelt, ødela ikke puten, testet den uprøvde sidebooster-separasjonsmekanismen vellykket og lanserte en eksentrisk nyttelast til den høyeste bane som ennå er oppnådd av det kommersielle lanseringsselskapet.
Det er lett å forstå hvorfor Musk selv lo av at Roadster likte CGI. (SpaceX) Er dette virkelig? Hvem vet lenger. (SpaceX)…….. Jepp. Dette er en ting, nå. (SpaceX)
Når det gjelder Elon Musk ser det ut til at det er mulig å - minst en gang og et øyeblikk - ha ens kake og spise den også. Følg med live som lanseringsfotograf Tom Cross og jeg dekker disse spennende prosedyrene så nærme levende som mulig.
Teslarati - Instagram - Twitter