1. A doua viteza cosmica A. Introducere Latura cea mai complexa a navigatiei cosmice o constituie, fara indoiala, realizarea zborului de la o planeta la alta, cu stationare pe suprafata planetei de destinatie. Totodata, aceasta latura se prezinta ca o faza superioara a dezvoltarii cosmonauticii. Pentru a zbura de pe o planeta pe alta trebuie tinuta seama de legile care guverneaza miscarea planetelor si, inainte de toate, de legea atractiei universale. Toate planetele sistemului solar se misca in jurul Soarelui pe orbite inchise (elipse), viteza cu care ele dau ocol astrului fiind din ce in ce mai mica, pe masura ce orbitele sunt mai mari, adica pe masura ce planetele sunt mai departate de Soare. Astfel, Mercur, planeta cea mai apropiata de Soare (distanta medie 57,93 milioane km), se invarteste cu viteza de 47,9 km pe secunda, in timp ce Venus – planeta imediat urmatoare – care se afla la o departare medie de Soare de 108 milioane km, are viteza de rotatie de numai 35 km pe secunda, iar Pamantul (departare medie de Soare de 108 milioane km) se roteste in jurul astrului cu 29,8 km pe secunda. B. A doua viteza cosmica Cum se stie, pentru a se putea plasa un satelit pe orbita, trebuie sa i se imprime acestuia o viteza de egala cu prima viteza cosmica corespunzatoare inaltimii respective (7,9 km pe secunda la suprafata Pamantului, 7,85 km pe secunda la 250 de km altitudine si asa mai departe descrescand pe masura ce inaltimea orbitei este mai mare). Cand viteza initiala este exact cea necesara (prima viteza cosmica sau viteza circulara), satelitul descrie o orbita circulara cu centrul in centrul Pamantului. In acest caz viteza satelitului este aceeasi in oricare punct al orbitei. Daca, insa, la introducerea pe orbita se imprima satelitului o viteza mai mare decat viteza circulara, orbita satelitului se alungeste, luand forma unei elipse. Continuand sa marim viteza initiala, orbita se alungeste tot mai mult, pana la infinit; este cazul vitezei de 11,2 km pe secunda – a doua viteza cosmica, pentru care orbita satelitului nu se mai inchide, ea devenind hiperbola, corpul parasind orbita Pamantului. 2. Sondele spatiale A. Generalitati Sondele spatiale sunt sateliti mai speciali, destinati fie sa se plaseze pe orbita in jurul Soarelui, fie sa efectueze o lunga calatorie, in spatiu, inainte de a intalni astrul pe care au fost programati sa il studieze. Misiunea unei sonde spatiale este complexa si costisitoare. Intalnirea, departe de Pamant, dintre un corp ceresc si o sonda spatiala, necesita o pregatire indelungata si participarea unui mare numar de specialisti din cele mai diferite domenii. Sonda trebuie sa fie lansata intr-o perioada stabilita foarte exact (care depinde de pozitia relativa a Pamantului fata de corpul ceresc vizat). Ea trebuie sa faca o lunga calatorie: de la patru pana la sase luni pentru Venus, aproape un an pentru Marte, mai multi ani pentru Jupiter si planetele situate mai departe … Cum, in general, nu revin pe Pamant, ele trebuie sa dispuna de instrumente capabile sa functioneze, fara erori, mult timp in vidul spatial si sa poata trasmite, prin radio, toate informatiile pe care le culeg. B. Cum se ajunge la o planeta Ca o sonda sa ajunga la o planeta, s-ar putea crede ca este suficient ca aceasta sa urmeze o traiectorie in linie dreapta. Cum planetele se invartesc aproape toate in acelasi plan (in afara de Mercur si Pluto), traiectoria cea mai economica, este o elipsa tangenta in acelasi timp si la orbita Pamantului (in momentul lansarii sondei) si la cea a planetei vizate (in momentul sosirii sondei). Aceasta este traiectoria Hohmann, dupa numele inginerului german care a calculat-o pentru prima oara. Din pacate aceasta traiectorie, desi cea mai economica, este si cea mai lunga: durata calatoriei variaza de la 3 luni si jumatate pentru a ajunge la Mercur, pana la 45 de ani jumate pentru a ajunge la Pluto. Pe de alta parte ea impune ca lansarea sondei sa aiba loc la o data foarte bine precizata (din cauza miscarii relative a planetelor) si care nu se repeta decat o data la patru luni pentru Mercur la nouasprezece luni pentru Venus, la douazeci si sase de luni pentru Marte si asa mai departe. Pentru eliberarea de aceste constrangeri, se folosesc nu orbite tangente la cea a Pamantului si a planetei vizate, ci orbite care le intersecteaza. In acest fel, datorita si vitezei initiale mai mari, calatoria sondelor este mai rapida si specialistii pot avea la dispozitie cateva saptamani pentru o lansare spre Marte sau Venus. C. Orbita si traiectoria Astazi, pentru lansarea unei sonde spre o planeta, se incepe, intotdeauna, prin plasarea ei pe o orbita de asteptare in jurul Pamantului. Aceasta permite stabilirea, cat mai exact cu putinta, a caracteristicilor propulsiei care urmeaza sa fie aplicata la adevarata lansare spre planeta aleasa. Acest lucru are loc in urma punerii in functiune a unui motor, dupa cate ture pe orbita de asteptare. Chiar daca aceasta tehnica este mare precizie adeseori necesita efectuarea unei corectii de traiectorie in cursul misiuni. Odata ajunsa in apropierea planetei, dupa mai multe luni sau mai multi ani, sonda va trebui sa franeze pentru a se sateliza: pierzand din viteza, ea se plaseaza, pe orbita, in jurul planetei. D. Instumentele de cercetare Sondele sunt prevazute cu diferite calculatoare, captatoare, si detectoare. Cu ajutorul acestor instrumente ele studiaza particulele, radiatiile si micrometeoritii pe care in intalnesc in mediul interplanetar. Sondele destinate studierii unei planete sau a unei comete au, in general, una sau mai multe camere video, aparate pentru detectarea si analizarea atmosferei, un instrument pentru masurarea temperaturii si asa mai departe. Survolarea unei planete permite obtinerea de informatii privind atmosfera acesteia: grosime, densitate, compozitie … Plasata pe orbita in jurul planetei, sonda poate efectua aceleasi masuratori de mai multe ori. Cu ajutorul unui radar, ea studiaza relieful astrului. In sfarsit, daca sonda coboara pe planeta, ea poate sa inceapa o studierea amanuntita a solului: compozitie chimica, proprietati fizice, activitate seismica, nivelul radiatiilor si asa mai departe. In orice caz, analiza foarte exacta a traiectoriei unei sonde planetare, contribuie la o mai buna cunoastere a masei pe care o are planeta de care s-a apropiat si a valorii fortei gravitationale de la suprafata acesteia. Ce este ajutorul gravitational ? Cand o sonda survoleaza o planeta, ea poate folosi o parte din atractia pe care planeta o exercita asupra sa pentru a-si curba traiectoria, a-si mari viteza si a-si “lua avant” spre o alta planeta: aceasta este tehnica ajutorului gravitational care a permis in special sondei americane Voyager 2 sa survoleze planete Jupiter, Saturn, Uranus si Neptun. F. Primii pasi… Discutia despre zborul spre Marte a iesit, de fapt, din cadrul strict teoretic o data cu lansarea din Uniunea Sovietica, la 2 ianuarie 1959, a primei rachete purtatoare care a atins si depasit viteza de scapare (11,2 km/s). S-a demonstrat, astfel, posibilitatea trecerii la explorarea Lunii si a planetelor vecine, cu ajutorul aparatelor cosmice automate. Pasul spre Marte facut prin lansarea mentionata, a fost important nu atat prin marimea sa, cat prin semnificatia sa deosebita. Containerul cu aparate stiintifice, lansat atunci in directia Lunii, nu mai era un satelit artificial al Pamantului, ci constituia o categorie noua de tehnica astronautica, iar evolutia sa reprezenta o forma noua, calitativ superioara, de zbor in Cosmos. Racheta purtatoare a primei statii interplanetare sovietice, a luat startul in seara de 2 ianuarie 1959. Pornirea s-a facut dupa metoda obisnuita de lansare a rachetelor purtatoare de obiecte cosmice: racheta a urcat cativa km vertical, dupa care, la comanda sistemului automat de dirijare, a inceput sa se incline treptat. Pe masura consumarii combustibilului din rezervoare au fost desprinse de racheta partile devenite incarcatura de prisos (neutilizabila), ramanand, in final, pe o traiectorie spre Luna, numai ultima treapta a rachetei, impreuna cu obiectul purtat. In ultima etapa de zbor, dupa desprinderea containerului cu aparate stiintifice (mai departe vom folosi denumirea generala de “sonda” pentru obiectul cosmic lansat pe traiectorie interplanetara), acesta a atins o viteza mai mare decat a doua viteza cosmica, care i-a asigurat descrierea unei unei traiectorii hiperbolice cu focarul in centrul Pamantului. Curbarea aceastei traiectorii a fost foarte pronuntata in apropierea planetei. Indepartandu-se de Pamant, sonda si-a indreptat usor traiectoria, astfel incat in vecinatatea orbitei lunare se misca aproape in linie dreapta. Sub influenta campului gravitational lunar, sonda a fost abatuta catre in jos si a trecut la o apropiere maxima de Luna de 5000-6000 km (1,5 diametre lunare), cu o viteza de 2,4 km/s. Indepartandu-se de Luna, sonda si-a micsorat, din nou, viteza, astfel ca la o distanta de circa un milion de km de Pamant, ea se misca cu aproximativ doi km pe secunda, intrand in plin camp de atractie solara. La sapte spre opt ianuarie 1959 sonda s-a transformat in planeta artificiala de Soare. La acea data, Pamantul se afla inca aproape de periheliul orbitei sale, avand o viteza in miscarea sa heliocentrica apropiata de valoarea vitezei orbitale maxime (30,3 km pe secunda). Aceasta a determinat ca, in momentul desprinderii sale de pe orbita Pamantului, sonda sa aiba o viteza heliocentrica de 32 km pe secunda. Faptul ca viteza heliocentrica a sondei a depasit valoarea vitezei circulare locale, a determinat, ca si in cazul satelitilor artificiali ai Pamantului, iesirea pe o orbita eliptica, mai alungita decat orbita planetei noastre. Acest fapt s-a petrecut pe data de 14 ianuariei 1959 cand sonda se afla in periheliul orbitei sale situat la o departare de aproximativ un milion de km de orbita terestra. Din acel moment sonda s-a tot departat de Soare, descriind o larga curba eliptica. La inceputul lunii aprilie 1960 sonda s-a reintors in periheliu, redobandind viteza orbitala maxima de 32,5 km pe secunda. Trecusera 15 luni de la desprinderea sa, pentru totdeauna de orbita terestra. In acest timp, Pamantul isi incheiase o rotatie completa in jurul Soarelui si, continuandu-si miscarea, mai parcursese un sfert de orbita (decalajul fata de aceasta fiind de trei luni), gasindu-se, astfel, intr-o pozitie mult mai avansata fata de statie. In ceea ce priveste constructia sondei vom face mai putine consideratii deoarece scopul lansarii nu a fost legat nemijlocit de explorarea planetei Marte. Tinand cont de nivelul dezvoltarii tehnologice din acea perioada, putem afirma ca au fost efectuate unele cercetari asupra campului magnetic terestru si al Lunii, deosebit de precise. Containerul cu aparatura cantarea 361,3 kg si functiona in conditiile unei presiuni de 1,3 atm si a temperaturii de circa 20 de grade Celsius. Cu aceasta ocazie, au fost trase concluzii foarte utile, pentru viitor, privind constructia, detaliile de asamblare si amplasare a aparaturii stiintifice intr-o statie orbitala, modalitatea asigurarii si sporirii sigurantei in functionare a instrumentelor de masura. MAINE IN COSMOS, Andreescu D. Stefan, Editura Tinerutului, Bucuresti 1963 SPRE MARTE, Andreescu D. Stefan, Editura Tineretului, Bucuresti 1966 UNIVERSUL – ENCICLOPEDIA PENTRU TINERI –, Larousse, Editura Rao, Bucuresti 1999
