Choć naszą wyobraźnię rozpalają nieodległe załogowe loty wokół Księżyca czy trochę bardziej mglista wizja lotu na Marsa, to nie powinniśmy się ograniczać. Nie bójmy się myśleć z większym rozmachem, o jeszcze okazalszej kosmicznej wycieczce. Jej trasa pozwoliłaby załodze zobaczyć wszystkie wielkie planety w Układzie Słonecznym.
Uwalnianie się z grawitacyjnego nelsona Słońca przez załogowy statek kosmiczny wymagałoby przepalenia gigantycznych ilości paliwa. Na razie rakiety z wielkim mozołem odrywają się od Ziemi, aby tylko dotrzeć na orbitę, ledwo wychodząc za próg naszego ziemskiego domu. Ludzie nie polecieli jeszcze w stronę planet będących najbliższymi sąsiadami, a co dopiero mówić o tych dalszych. Nie ma w kosmosie stacji paliw, które umożliwiłyby zwiększenie zasięgu rakiet. Jest jednak promyczek nadziei, bo problem ten został już rozwiązany w przeszłości.
Podczas swoich studiów na Uniwersytecie Kalifornijskim Los Angeles matematyk Michael Minovitch dorabiał w czasie miesięcy letnich w Jet Propulsion Laboratory (JPL) w Pasadenie jako projektant trajektorii lotów kosmicznych. Miał liczyć względnie proste trajektorie układu dwóch ciał. Jednak w roku 1961 ten 25-letni student wpadł na rewolucyjny pomysł, który umożliwiałby międzyplanetarne podróże właściwie bez napędu i bez paliwa. To tak, jakby w koncernie samochodowym powiedzieć, że dałoby się przejechać z Lizbony do Władywostoku z pustym bakiem i z biegiem wrzuconym na luz.
Minovitch obsesyjnie rozpracowywał swoją ideę przez 12–16 godzin na dobę w pracy oraz w domu przez całe wakacje. Pod koniec sierpnia zapewne wykończony, ale przepełniony słuszną dumą, złożył 47-stronicowy opis techniczny do kierownictwa JPL. Rzecz została w pierwszym czytaniu odrzucona przez szefa działu zajmującego się projektowaniem trajektorii jako niemożliwa. Zresztą jak by to wyglądało, gdyby jakiś młokos nie mający żadnego doświadczenia w dziedzinie napędów rakietowych czy podróży kosmicznych zdołał wymyślić coś radykalnie lepszego od starych wyjadaczy? A jednak tak właśnie się stało.
JPL w końcu przejrzało na oczy. Minovitch dostał dostęp do najnowocześniejszego wówczas mainframe’a IBM 7090, którego jedna godzina pracy kosztowała instytucję circa 1000 dolarów. Przez kolejne trzy lata wyszukiwał metodami numerycznymi z intensywnym wsparciem komputera rozwiązania problemu trzech ciał dla wyznaczenia optymalnych trajektorii układu Słońce, planeta, sonda kosmiczna.
Genialny pomysł Minovitcha polegał na wykorzystaniu grawitacji planety przy bliskim przelocie sondy, aby nabrać dodatkowej prędkości. Można to porównać do rakiety tenisowej, która potężnym uderzeniem wybija piłkę albo do wyrzucenia kamienia za pomocą obrotowej procy. Zresztą dzisiaj manewr asysty grawitacyjnej czasem nazywa się też właśnie procą grawitacyjną. Kluczowe jest, by mijać planetę zgodnie z jej kierunkiem obiegu wokół Słońca. Mijanie jej w kierunku przeciwnym wyhamuje prędkość, co skądinąd też w kosmosie bywa przydatne.
Okazja do pełnego wykorzystania nowej, cudownej metody podróży bez paliwa natrafiła się dopiero w 1977 roku, kiedy NASA wystrzeliła w kosmos dwie sondy Voyager. Czas dobrano nieprzypadkowo i zespoły przygotowujące te misje pracowały jak w ukropie, by zdążyć na czas. Takie okno startowe pozwalało bowiem skorzystać z unikatowej konfiguracji dużych planet: Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna, zwanej właśnie kosmicznym Grand Tour. Wszystkie układały się po tej samej stronie Słońca jak po sznureczku, umożliwiając wykonanie manewru asysty grawitacyjnej Minovitcha kolejno na każdej z nich.
Dzięki takiemu kaskadowemu rozpędzaniu dzisiaj, po blisko 42 latach, Voyager 1 jest najdalszym od Ziemi obiektem stworzonym ludzką ręką, w odległości około 22 miliardów kilometrów. Wyrwał się z objęć Słońca za pomocą sprytnego wykorzystania grawitacji, wykorzystując tylko odrobinę paliwa na drobne korekty kursu.
Ewentualna ambitna załogowa powtórka trasy Grand Tour mogłaby mieć miejsce w roku 2150. Dopiero wtedy wszystkie duże planety ponownie ustawią się tak, jak trzeba. Wydaje się to odległym terminem, ale w obecnym tempie rozwoju załogowych lotów planetarnych może być wręcz ciasno z czasem. Niestety, podróże bez paliwa są tanie, ale nie do końca tak szybkie, jak byśmy oczekiwali. Dotarcie z Ziemi do Neptuna zajęło Voyagerowi 1 aż 12 lat. Aby ktokolwiek zdecydował się na tak długa wycieczkę, należałoby opracować sposób hibernacji załogi albo inną sensowną metodę wydłużenia czasu ich życia. Ale to już problem do rozwiązania przez jakiegoś innego zdolnego studenta.
Artykuł ukazał się w Pixelu #46, którego nakład został już wyczerpany. Zapraszamy jednak do sklepu Pixela po inne wydania drukowanego magazynu oraz po wersje cyfrowe Pixela.
