この記事は2012年7月にSpace Magazineに最初に掲載されましたが、関連動画で更新されています。
火星は夜空で最も明るい天体の1つであり、肉眼では明るい赤い星として簡単に見ることができます。火星と地球は2年ごとに最も近い地点に到達します。火星は地球から55,000,000 kmほど離れることができます。そして2年ごとに、宇宙機関はこの軌道整列を利用して宇宙船を赤い惑星に送ります。火星に行くのにどれくらいかかりますか？
地球から火星までの総移動時間は、打ち上げの速度、地球と火星の配置、および宇宙船が目標に到達するまでにかかる移動時間の長さによって異なりますが、150〜300日かかります。それは実際にそこに到達するために燃やしていく燃料の量に依存します。より多くの燃料、より短い移動時間。
火星に行く歴史：
地球から火星まで旅する最初の宇宙船は、1964年11月28日に打ち上げられ、1965年7月14日に火星に到着し、21枚の写真の撮影に成功したNASAのマリナー4でした。マリナー4の総飛行時間は228日でした。
火星への次の成功したミッションはマリナー6で、1969年2月25日に爆破し、1969年7月31日に惑星に到達しました。飛行時間はたったの156日。成功したマリナー7は、旅をするのに131日しかかかりませんでした。
マリナー9号は、1971年5月30日に打ち上げられ、1971年11月13日に167日間着陸し、火星を周回する軌道に初めて成功した。これは、火星探査の約50年以上にわたって続いてきた同じパターンで、約150〜300日です。
次にいくつかの例を示します。
- バイキング1（1976）– 335日
- バイキング2（1976）– 360日
- 火星偵察オービター（2006）– 210日
- フェニックスランダー（2008）– 295日
- 好奇心ランダー（2012）– 253日
なぜそんなに時間がかかるのですか？：
火星が5500万kmしか離れておらず、宇宙船が時速20,000 kmを超えて移動しているという事実を考慮すると、宇宙船は約115日で飛行することが予想されますが、さらに長くかかります。これは、地球と火星の両方が太陽の周りを周回しているためです。火星を直接指してロケットを発射することはできません。そこに着くまでに、火星はすでに動いていたからです。代わりに、地球から打ち上げられた宇宙船はどこに向けられる必要があります 火星は.
他の制約は燃料です。繰り返しになりますが、燃料の量に制限がない場合は、宇宙船を火星に向け、ロケットを途中まで向けて発射してから、振り返って減速します。移動時間を現在の数分の1に減らすことができますが、不可能な量の燃料が必要になります。
最小限の燃料で火星に到達する方法：
エンジニアの主な関心事は、最小限の燃料で宇宙船を火星に運ぶ方法です。ロボットは宇宙の敵対的な環境をあまり気にしないので、ロケットの打ち上げコストを可能な限り削減することは理にかなっています。
NASAのエンジニアは、ホーマン移動軌道（最小エネルギー移動軌道）と呼ばれる移動方法を使用して、可能な限り少ない量の燃料で宇宙船を地球から火星に送ります。このテクニックは、1925年に最初の操作の説明を発表したWalter Hohmannによって最初に提案されました。
ロケットを直接火星に向けるのではなく、宇宙船の軌道をブーストして、地球よりも太陽の周りの軌道が大きくなるようにします。最終的に、その軌道は火星の軌道と交差します- 火星もそこにいるまさにその瞬間に.
より少ない燃料で発射する必要がある場合は、軌道を上げるのに時間がかかり、火星への旅が増えるだけです。
火星までの移動時間を短縮するための他のアイデア：
火星に到達するまでに宇宙船が250日間移動するのを待つには多少の忍耐が必要ですが、人間を送る場合は、まったく異なる推進方法が必要になる場合があります。宇宙は敵対的な場所であり、惑星間空間の放射線は人間の宇宙飛行士に長期的な健康リスクをもたらす可能性があります。背景の宇宙線は、がんを誘発する放射線を絶え間なく吹き込みますが、大規模な太陽嵐のリスクが大きくなり、数時間で保護されていない宇宙飛行士を殺す可能性があります。移動時間を短縮できる場合は、宇宙飛行士が放射線に追われている時間を減らし、帰りの旅に必要な物資の量を最小限に抑えます。
核に行く：
一つのアイデアは 核ロケットは、水素などの作動流体を原子炉内の激しい温度まで加熱し、ロケットノズルから高速で噴射して推力を発生させます。核燃料は化学ロケットよりはるかにエネルギー密度が高いため、少ない燃料でより高い推力速度を得ることができます。核ロケットは移動時間を約7か月に短縮できると提案されています
磁気に行く：
別の提案は、 可変比インパルスマグネトプラズマロケット （またはVASIMR）。電波を利用して推進剤を電離・加熱する電磁推進機です。これにより、プラズマと呼ばれるイオン化ガスが生成され、高速で磁気探査機の背面から磁気的に放出されます。元宇宙飛行士のフランクリンチャンディアズはこの技術の開発の先駆者であり、プロトタイプが地球上の高度を維持するために国際宇宙ステーションに設置される予定です。火星へのミッションでは、VASIMRロケットは移動時間を5か月に短縮できます。
反物質に行く：
おそらく、最も極端な提案の1つは、 反物質ロケット。粒子加速器で作成された反物質は、おそらく使用できる最も密度の高い燃料です。物質の原子が反物質の原子に出会うと、アルバートアインシュタインの有名な方程式E = mcによって予測されるように、それらは純粋なエネルギーに変わります2。たった10ミリグラムの反物質が、たった45日で火星への人間の使命を推進するために必要とされるでしょう。しかし、その後、そのごくわずかな量の反物質でさえ、約2億5000万ドルの費用がかかります。
火星への将来のミッション：
火星までの移動時間を短縮するためにいくつかの信じられないほどの技術が提案されていますが、エンジニアは化学ロケットを使用して最小エネルギー移動軌道をたどる実証済みの方法を使用します。 NASAのMAVENミッションは、この手法とESAのExoMarsミッションを使用して2013年に打ち上げられます。他の方法が一般的な技術になるまでには数十年かかるかもしれません。
さらに調査する：
惑星間軌道に関する情報– NASA
7分の恐怖–火星への着陸の課題
NASAの核ロケットエンジンの提案
ホーマン移動軌道–アイオワ州立大学
最小転送と惑星間軌道
火星ミッションのための新しく改善された反物質宇宙船– NASA
天文学キャストエピソード84：太陽系を回避する
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