Οδύσσεια του Διαστήματος: Τα διαπλανητικά ταξίδια και η βαρυτική σφενδόνη

«‘οἱ δὲ δύω σκό­πε­λοι ὁ μὲν οὐρα­νὸν εὐρὺν ἱκά­νει
ὀξείῃ κορυ­φῇ, νεφέ­λη δέ μιν ἀμφι­βέ­βη­κε
κυα­νέη: τὸ μὲν οὔ ποτ᾿ ἐρω­εῖ, οὐδέ ποτ᾿ αἴθρη
κεί­νου ἔχει κορυ­φὴν οὔτ᾿ ἐν θέρει οὔτ᾿ ἐν ὀπώ­ρῃ.
οὐδέ κεν ἀμβαίη βρο­τὸς ἀνὴρ οὐδ᾿ ἐπι­βαίη,
οὐδ᾿ εἴ οἱ χεῖρές τε ἐεί­κο­σι καὶ πόδες εἶεν:
πέτρη γὰρ λίς ἐστι, περι­ξε­στῇ ἐικυ­ῖα.
μέσ­σῳ δ᾿ ἐν σκο­πέ­λῳ ἔστι σπέ­ος ἠεροει­δές,
πρὸς ζόφον εἰς Ἔρε­βος τετραμ­μέ­νον, ᾗ περ ἂν ὑμε­ῖς
νῆα παρὰ γλα­φυ­ρὴν ἰθύ­νε­τε, φαί­διμ᾿ Ὀδυσ­σεῦ.
οὐδέ κεν ἐκ νηὸς γλα­φυ­ρῆς αἰζή­ιος ἀνὴρ
τόξῳ ὀιστεύ­σας κοῖλον σπέ­ος εἰσα­φί­κοι­το.
ἔνθα δ᾿ ἐνὶ Σκύλ­λη ναί­ει δει­νὸν λελα­κυ­ῖα.
τῆς ἦ τοι φωνὴ μὲν ὅση σκύ­λα­κος νεο­γι­λῆς
γίγνε­ται, αὐτὴ δ᾿ αὖτε πέλωρ κακόν: οὐδέ κέ τίς μιν
γηθή­σειεν ἰδών, οὐδ᾿ εἰ θεὸς ἀντιά­σειεν.
τῆς ἦ τοι πόδες εἰσὶ δυώ­δε­κα πάντες ἄωροι,
ἓξ δέ τέ οἱ δει­ραὶ περι­μή­κε­ες, ἐν δὲ ἑκά­στῃ
σμερ­δα­λέη κεφα­λή, ἐν δὲ τρί­στοι­χοι ὀδό­ντες
πυκνοὶ καὶ θαμέ­ες, πλε­ῖοι μέλα­νος θανά­τοιο.
μέσ­ση μέν τε κατὰ σπεί­ους κοί­λοιο δέδυ­κεν,
ἔξω δ᾿ ἐξί­σχει κεφα­λὰς δει­νο­ῖο βερέ­θρου,
αὐτοῦ δ᾿ ἰχθυάᾳ, σκό­πε­λον περι­μαι­μώ­ω­σα,
δελ­φῖνάς τε κύνας τε, καὶ εἴ ποθι μεῖζον ἕλῃσι
κῆτος, ἃ μυρία βόσκει ἀγά­στο­νος Ἀμφι­τρί­τη.
τῇ δ᾿ οὔ πώ ποτε ναῦται ἀκή­ριοι εὐχε­τό­ω­νται
παρ­φυ­γέ­ειν σὺν νηί: φέρει δέ τε κρα­τὶ ἑκά­στῳ
φῶτ᾿ ἐξαρ­πά­ξα­σα νεὸς κυα­νο­πρῴροιο.
«‘τὸν δ᾿ ἕτε­ρον σκό­πε­λον χθα­μα­λώ­τε­ρον ὄψει, Ὀδυσ­σεῦ.
πλη­σί­ον ἀλλή­λων: καί κεν διοϊ­στεύ­σειας.
τῷ δ᾿ ἐν ἐρι­νε­ὸς ἔστι μέγας, φύλ­λοι­σι τεθη­λώς:
τῷ δ᾿ ὑπὸ δῖα Χάρυ­βδις ἀναρ­ροι­βδεῖ μέλαν ὕδωρ.
τρὶς μὲν γάρ τ᾿ ἀνί­η­σιν ἐπ᾿ ἤμα­τι, τρὶς δ᾿ ἀνα­ροι­βδεῖ
δει­νόν: μὴ σύ γε κεῖθι τύχοις, ὅτε ῥοι­βδή­σειεν:
οὐ γάρ κεν ῥύσαι­τό σ᾿ ὑπὲκ κακοῦ οὐδ᾿ ἐνο­σί­χθων.
ἀλλὰ μάλα Σκύλ­λης σκο­πέ­λῳ πεπλη­μέ­νος ὦκα
νῆα παρὲξ ἐλά­αν, ἐπεὶ ἦ πολὺ φέρ­τε­ρόν ἐστιν
ἓξ ἑτά­ρους ἐν νηὶ ποθή­με­ναι ἢ ἅμα πάντας.’^[1]

Ομή­ρου Οδύσ­σεια, Ραψω­δία μ΄, στ. 73–110

Όπου ο Οδυσ­σέ­ας εξη­γεί, πώς κατά­φε­ρε να περά­σει
μέσα από την Σκύλ­λα και την Χάρυ­βδη.

Εισα­γω­γή

Oι πύλες προς το Σύμπαν είναι ανοι­κτές. Η Οδύσ­σεια του Δια­στή­μα­τος εν εξε­λί­ξει και με δεδο­μέ­νη αφε­τη­ρία ψάχνει προ­ο­ρι­σμούς και τρό­πους μετά­βα­σης. Οι σύγ­χρο­νοι «θαλασ­σο­πό­ροι» ‑σχε­δια­στές αποστολών‑, ανα­ζη­τούν φυσι­κά το κατάλ­λη­λο «ιστιο­φό­ρο» για να εξε­ρευ­νή­σουν τον Ωκε­α­νό του Σύμπα­ντος. Και παράλ­λη­λα προ­σπα­θούν να χαρά­ξουν τα ‑στο μέτρο του δυνα­τού- ιδα­νι­κά Κοσμι­κά Κανά­λια για το ταξί­δι τους, αρχής γενο­μέ­νης από την «γει­το­νιά» της Γης, το Ηλια­κό μας Σύστη­μα. 

Το ερώ­τη­μα που ανα­δύ­ε­ται άμε­σα στην βάση αυτής της προ­σπά­θειας είναι φυσι­κά το εξής:

«Υπάρ­χει τρό­πος να περι­δια­βού­με τον Δια­πλα­νη­τι­κό Χώρο, με το δυνα­τόν χαμη­λό­τε­ρο ενερ­γεια­κό κόστος;» 

Ή…

…αν υπο­θέ­σου­με ότι οι σύντρο­φοι του Οδυσ­σέα είναι η πολύ­τι­μη ενέρ­γεια και η Σκύλ­λα και η Χάρυ­βδη η ενερ­γο­βό­ρα πλα­νη­τι­κή βαρύ­τη­τα που κυριαρ­χεί στον μεσο­πλα­νη­τι­κό χώρο, θα μπο­ρού­σα­με να βρού­με τον τρό­πο να τις χρη­σι­μο­ποι­ή­σου­με προς όφε­λός μας, ελα­χι­στο­ποιώ­ντας τις ενερ­γεια­κές απώ­λειες;

Τα όπλα στην φαρέ­τρα των σχε­δια­στών δια­στη­μι­κών απο­στο­λών, ως προς αυτήν την παρά­με­τρο, χρη­σι­μο­ποιούν ένα ‑εκ πρώ­της όψε­ως- παρά­δο­ξο πυρο­μα­χι­κό: την ίδια τη βαρύ­τη­τα. 

Η έρευ­να έχει απο­δώ­σει καρ­πούς κι έχει οδη­γή­σει στην δημιουρ­γία ενός μεγά­λου δικτύ­ου μεσο­πλα­νη­τι­κών τρο­χιών χαμη­λής ενέρ­γειας που κάνει χρή­ση τόσο του φαι­νο­μέ­νου της Βαρυ­τι­κής Σφεν­δό­νης (τίτλος ολί­γον ατυ­χής), όσο και των ιδιο­τή­των των χαρα­κτη­ρι­στι­κών Λαγκραν­ζια­νών Σημεί­ων που αντι­στοι­χούν σε κάθε ζεύ­γος αλλη­λε­πι­δρώ­ντων ουρα­νί­ων σωμά­των. 

Ας πάρου­με όμως τα πράγ­μα­τα με τη σει­ρά κι ας δού­με πρώ­τα πώς ακρι­βώς δου­λεύ­ει η Βαρυ­τι­κή Σφεν­δό­νη.

Βαρυ­τι­κή Σφεν­δό­νη ή Βαρυ­τι­κή Ώθη­ση

Oι περισ­σό­τε­ρες δια­στη­μι­κές απο­στο­λές που έχουν ξεκι­νή­σει από τον πλα­νή­τη μας για να εξε­ρευ­νή­σουν τον χώρο που μας περι­βάλ­λει, από την κοντι­νή μας γει­το­νιά ως τα όρια του Ηλια­κού συστή­μα­τος, είναι σχε­δια­σμέ­νες με βάση την Ουρά­νια Μηχα­νι­κή των Johannes Kepler (1571 – 1630) και Sir Isaac Newton (1643 – 1727).

Σε αυτό το θεω­ρη­τι­κό πλαί­σιο, ανα­ζη­τή­θη­κε ένας εύκο­λος τρό­πος χάρα­ξης τρο­χιών χαμη­λής ενέρ­γειας. Οι ελιγ­μοί βαρυ­τι­κής ώθη­σης (ή όπως αλλιώς ανα­φέ­ρο­νται οι βαρυ­τι­κές σφε­ντό­νες), είναι ένας σχε­τι­κά απλός και ανέ­ξο­δος τρό­πος να χρη­σι­μο­ποι­η­θεί η βαρύ­τη­τα ενός μεγά­λου ουρά­νιου σώμα­τος για την επι­τά­χυν­ση ενός δια­στη­μο­πλοί­ου.

Ας παρα­κο­λου­θή­σου­με, λοι­πόν, ένα δια­στη­μό­πλοιο που πλη­σιά­ζει έναν πλα­νή­τη, εισερ­χό­με­νο στο βαρυ­τι­κό του πεδίο, έτσι ώστε να περά­σει αρκε­τά κοντά του, χωρίς όμως να παγι­δευ­τεί από αυτόν, εξερ­χό­με­νο στο τέλος από το βαρυ­τι­κό του πεδίο. 

Σύστη­μα ανα­φο­ράς πλα­νή­τη

Παρα­τη­ρώ­ντας το δια­στη­μό­πλοιο από το σύστη­μα ανα­φο­ράς του πλα­νή­τη, κι εφαρ­μό­ζο­ντας την Αρχή Δια­τή­ρη­σης της Ενέρ­γειας, οδη­γού­μα­στε στο συμπέ­ρα­σμα πως δεν απο­κο­μί­ζει κανέ­να ενερ­γεια­κό πλε­ό­να­σμα, αφού η βαρύ­τη­τα είναι δύνα­μη δια­τη­ρη­τι­κή. Πιο συγκε­κρι­μέ­να, όσο πλη­σιά­ζει προς τον πλα­νή­τη τόσο πιο γρή­γο­ρα κινεί­ται, αφού η βαρυ­τι­κή έλξη του πλα­νή­τη το επι­τα­χύ­νει. Καθώς όμως απο­μα­κρύ­νε­ται, η ίδια βαρυ­τι­κή έλξη το επι­βρα­δύ­νει, έχο­ντας εκ πρώ­της όψε­ως κερ­δί­σει μόνο την αλλα­γή κατεύ­θυν­σής του. Η περί­πτω­ση αυτή, μοιά­ζει με εκεί­νην ενός ποδη­λά­τη που κατη­φο­ρί­ζει επι­τα­χυ­νό­με­νος προς μία κοι­λά­δα ενώ στη συνέ­χεια επι­βρα­δύ­νε­ται ανερ­χό­με­νος από αυτήν.

Οι παρα­τη­ρή­σεις και τα συμπε­ρά­σμα­τά μας είναι βέβαια σωστά, εφό­σον βρι­σκό­μα­στε στο σύστη­μα ανα­φο­ράς του πλα­νή­τη, για το οποίο ο πλα­νή­της είναι ακί­νη­τος.

Σύστη­μα ανα­φο­ράς ήλιου

Για έναν παρα­τη­ρη­τή που βρί­σκε­ται στον ήλιο, τα πράγ­μα­τα θα είναι δια­φο­ρε­τι­κά. Σύμ­φω­να με τον παρα­τη­ρη­τή αυτόν, ο πλα­νή­της κινεί­ται και αυτή ακρι­βώς η κίνη­ση είναι το κλει­δί για την κατα­νό­η­ση του φαι­νο­μέ­νου της βαρυ­τι­κής σφεν­δό­νης. Στη νέα αυτή θεώ­ρη­ση των πραγ­μά­των, πρέ­πει να ληφθεί υπό­ψιν η περι­φο­ρά του πλα­νή­τη γύρω από τον ήλιο και η τερά­στια στρο­φορ­μή του. 

Καθώς το σύστη­μα δια­στη­μό­πλοιο – πλα­νή­της αλλη­λε­πι­δρά, ο πλα­νή­της «παρα­σύ­ρει» στην κίνη­σή του το δια­στη­μό­πλοιο, έτσι ώστε αυτό να «κερ­δί­ζει» ένα μέρος από την στρο­φορ­μή και την κινη­τι­κή ενέρ­γεια του πλα­νή­τη, αμε­λη­τέα για τον ίδιο, ιδιαί­τε­ρα σημα­ντι­κή για το δια­στη­μό­πλοιο, αφού μπο­ρεί να αυξή­σει την ταχύ­τη­τά του έως και δύο φορές την τρο­χια­κή ταχύ­τη­τα του πλα­νή­τη!

Στην εικό­να που ακο­λου­θεί, απει­κο­νί­ζε­ται η βαρυ­τι­κή ώθη­ση του Δία σε ένα δια­στη­μι­κό σκά­φος που εισέρ­χε­ται στο βαρυ­τι­κό του πεδίο.

Θεω­ρη­τι­κή θεμε­λί­ω­ση

Περιο­ρι­ζό­με­νοι, όπως και πριν στις δύο δια­στά­σεις, υπο­θέ­του­με με πολύ καλή προ­σέγ­γι­ση, ότι η τρο­χιά του πλα­νή­τη κατά το χρο­νι­κό διά­στη­μα που διαρ­κεί η αλλη­λε­πί­δρα­ση είναι περί­που ευθύ­γραμ­μη και η αλλη­λε­πί­δρα­ση πλα­νή­τη-δια­στη­μι­κού σκά­φους μοιά­ζει με μία ελα­στι­κή κρού­ση. Σε αυτήν την περί­πτω­ση, μπο­ρού­με να χρη­σι­μο­ποι­ή­σου­με δύο βασι­κές αρχές της φυσι­κής: την αρχή δια­τή­ρη­σης της Ορμής και την αρχή δια­τή­ρη­σης της Κινη­τι­κής Ενέρ­γειας. Για περαι­τέ­ρω απλού­στευ­ση του προ­βλή­μα­τος, μπο­ρού­με να κάνου­με κάποιες επι­πλέ­ον παρα­δο­χές:

• Η μάζα του πλα­νή­τη είναι σημα­ντι­κά μεγα­λύ­τε­ρη από την μάζα του δια­στη­μο­πλοί­ου, έτσι ώστε ο λόγος

$$ \mathbf{\frac{m}{M}\approx 0} $$

• Κατά την αλλη­λε­πί­δρα­ση των δύο σωμά­των ο πλα­νή­της μετα­βάλ­λει σημα­ντι­κά την ταχύ­τη­τα του δια­στη­μο­πλοί­ου, χωρίς να υπάρ­χει μετρή­σι­μη μετα­βο­λή στην δική του ταχύ­τη­τα.

• Η βαρυ­τι­κή έλξη απλά στρέ­φει το διά­νυ­σμα της ταχύ­τη­τας του δια­στη­μο­πλοί­ου, στο σύστη­μα ανα­φο­ράς του πλα­νή­τη, αφή­νο­ντας το μέγε­θός του αναλ­λοί­ω­το. Αυτή ακρι­βώς η στρέ­ψη (επι­τά­χυν­ση) αλλά­ζει το μέτρο της ταχύ­τη­τας στο ηλιο­κε­ντρι­κό σύστη­μα ανα­φο­ράς.

Μετω­πι­κή Αλλη­λε­πί­δρα­ση

Ξεκι­νά­με με την απλή περί­πτω­ση που ένα δια­στη­μό­πλοιο πλη­σιά­ζει «μετω­πι­κά» τον πλα­νή­τη, δηλα­δή με αρχι­κή ταχύ­τη­τα $latex \vec{V}$ παράλ­λη­λη προς την τρο­χια­κή ταχύ­τη­τα $latex \vec{U}$  του πλα­νή­τη, έτσι ώστε να περά­σει πίσω από τον πλα­νή­τη σε μια εξαι­ρε­τι­κά έκκε­ντρη υπερ­βο­λι­κή τρο­χιά και να στρα­φεί κατά 180^o, όπως φαί­νε­ται στην παρα­κά­τω εικό­να. Και οι δυο ταχύ­τη­τες ορί­ζο­νται στο σύστη­μα ανα­φο­ράς του Ήλιου. Συμ­βο­λί­ζου­με \( |\vec{V}|=V_{IN}\equiv V \) και \( |\vec{U}|=U_{IN}\equiv U \).

Η δια­τή­ρη­ση της κινη­τι­κής ενέρ­γειας και της ορμής δίνουν:

$$ \mathbf{MU_{IN}^{2}+mV_{IN}^{2}=MU_{OUT}^{2}+mV_{OUT}^{2}}$$

$$ \mathbf{MU_{IN}-mV_{IN}=MU_{OUT}-mV_{OUT}}$$

Όπου Μ, η μάζα του πλα­νή­τη, m, η μάζα του δια­στη­μο­πλοί­ου, και οι δεί­κτες ΙN και OUT, αντι­στοι­χούν στην προ και μετάαλλη­λε­πί­δρα­σης κατά­στα­ση αντί­στοι­χα.

Σε συμ­φω­νία με τις παρα­δο­χές που κάνα­με αρχι­κά, \( \mathbf{U_{OUT}\approx 0} \) συνε­πώς λύνο­ντας το παρα­πά­νω σύστη­μα ως προς \( \mathbf{V_{OUT}} \) έχου­με:

$$ \mathbf{V_{OUT}=\frac{\left ( 1-\frac{m}{M} \right )V_{IN}+2U_{IN}}{1+\frac{m}{M}}} $$

Κι εφό­σον

$$ \mathbf{\frac{m}{M}\approx 0}$$

τελι­κά προ­κύ­πτει

$$ \mathbf{V_{OUT}=V+2U} $$

Δηλα­δή, σε αυτήν την περί­πτω­ση το δια­στη­μό­πλοιο κερ­δί­ζει ταχύ­τη­τα ίση με το διπλά­σιο της τρο­χια­κής ταχύ­τη­τας του πλα­νή­τη!!!

Υπό γωνία αλλη­λε­πί­δρα­ση

Ας εξε­τά­σου­με τώρα την περί­πτω­ση που το δια­στη­μό­πλοιό μας πλη­σιά­ζει έναν πλα­νή­τη υπό γωνία, όπως φαί­νε­ται στην παρα­κά­τω εικό­να. Δεχό­μα­στε ότι η διεύ­θυν­ση κίνη­σης του πλα­νή­τη είναι ο x‑άξονας και η κάθε­τη σε αυτόν που κεί­ται στο τρο­χια­κό επί­πε­δο, ο y‑άξονας. Το δια­στη­μό­πλοιο αρχι­κά κινεί­ται με ταχύ­τη­τα μέτρου $latex |\vec{V}|=V$, η οποία σχη­μα­τί­ζει γωνία θ με την ταχύ­τη­τα του πλα­νή­τη.

Ανα­λύ­ο­ντας σε συνι­στώ­σες και χρη­σι­μο­ποιώ­ντας τον ίδιο συμ­βο­λι­σμό όπως και παρα­πά­νω, έχου­με για την αρχι­κή ταχύ­τη­τα:

$$ \mathbf{\left (V_{IN}\right )_{x}=-V\cos \theta } $$

και

$$ \mathbf{\left (V_{IN}\right )_{y}=V\sin \theta } $$

ενώ για την τελι­κή ταχύ­τη­τα

$$ \mathbf{\left (V_{OUT}\right ){y}=\left (V{IN}\right )_{y}=V\sin \theta } $$

και

$$ \mathbf{\left (V_{OUT}\right )_{x}=V\cos \theta + 2U} $$

και με λίγη μαθη­μα­τι­κή επε­ξερ­γα­σία

$$ \boldsymbol{V_{OUT}=\left ( V+2U \right )^2 \sqrt[]{1-\frac{4UV\left ( 1-\cos \theta \right )}{\left ( V+2U \right )^2} }} $$

Όπως εύκο­λα δια­πι­στώ­νου­με, όσο οξύ­τε­ρη είναι η γωνία αυτή, τόσο μεγα­λύ­τε­ρη η ώθη­ση του δια­στη­μο­πλοί­ου. Μάλι­στα όταν θ=0^o, τότε κατα­λή­γου­με στο απο­τέ­λε­σμα της μετω­πι­κής αλλη­λε­πί­δρα­σης, δηλα­δή \( \mathbf{V_{OUT}=V+2U} \).

Θα πρέ­πει εδώ να τονι­στεί, αν και ίσως είναι περιτ­τό, ότι η αύξη­ση της ταχύ­τη­τας που προ­κα­λεί μια βαρυ­τι­κή ώθη­ση, και συνε­πώς της Κινη­τι­κής Ενέρ­γειας του δια­στη­μο­πλοί­ου, δεν συνε­πά­γε­ται καμία παρα­βί­α­ση της αρχής δια­τή­ρη­σης της ενέρ­γειας, αφού για έναν ηλιο­κε­ντρι­κό παρα­τη­ρη­τή η αύξη­ση της Κινη­τι­κής Ενέρ­γειας του δια­στη­μο­πλοί­ου ισο­φα­ρί­ζε­ται από μια ίση μεί­ω­ση της Κινη­τι­κής Ενέρ­γειας του Πλα­νή­τη, οπό­τε στο σύστη­μα δια­στη­μό­πλοιο — Πλα­νή­της, η ενέρ­γεια συνο­λι­κά παρα­μέ­νει στα­θε­ρή.

Voyagers

Με την χρή­ση ενός δικτύ­ου κωνι­κών τομών και κατάλ­λη­λων ελιγ­μών βαρυ­τι­κών ωθή­σε­ων, σε δια­φο­ρε­τι­κά ενερ­γεια­κά επί­πε­δα, είναι δυνα­τόν να πλοη­γη­θεί κάποιος σε ολό­κλη­ρο το Ηλια­κό Σύστη­μα. 

Xαρα­κτη­ρι­στι­κό παρά­δειγ­μα εφαρ­μο­γής των ελιγ­μών που χρη­σι­μο­ποιούν βαρυ­τι­κές ωθή­σεις, είναι η χάρα­ξη της πορεί­ας της «δια­στη­μι­κής εκστρα­τεί­ας» στο Ηλια­κό μας Σύστη­μα — και πέρα από αυτό‑, των δια­στη­μο­πλοί­ων Voyager 1 και 2.

H δια­στρι­κή δια­στη­μι­κή απο­στο­λή τους ξεκί­νη­σε με την εκτό­ξευ­ση του Voyager 2, στις 20 Αυγού­στου 1977, από το Κέντρο Δια­στη­μι­κών Πτή­σε­ων Kennedy. Ακο­λού­θη­σε η εκτό­ξευ­ση του Voyager 1, στις 5 Σεπτεμ­βρί­ου, 1977.

Σκο­πός της, η επέ­κτα­ση της εξε­ρεύ­νη­σης του Ηλια­κού Συστή­μα­τος, πέρα από την γει­το­νιά των εξω­τε­ρι­κών πλα­νη­τών, στο όριο επιρ­ρο­ής της Ηλιό­σφαι­ρας και πιθα­νόν ακό­μη παρα­πέ­ρα. Δια­σχί­ζο­ντας το εξω­τε­ρι­κό Ηλια­κό Σύστη­μα, τα δύο Voyagers ανα­ζη­τούν το όριο της Ηλιό­παυ­σης, τα εξω­τε­ρι­κά όρια του Ηλια­κού Μαγνη­τι­κού Πεδί­ου και την προς τα έξω ροή του ηλια­κού ανέ­μου. 

Πρό­σφα­τα μάλι­στα το Voyager 1, έχο­ντας δια­σχί­σει περί­που 18 δισ. χλμ., εισήλ­θε σε μια μυστη­ριώ­δη περιο­χή μετά­βα­σης στα όρια της Ηλιό­σφαι­ρας, την λεγό­με­νη Ζώνη Εξα­σθέ­νη­σης ή Μαγνη­τι­κή Λεω­φό­ρο, της οποί­ας την ύπαρ­ξη δεν γνω­ρί­ζα­με. Στην περιο­χή αυτή, οι γραμ­μές του Μαγνη­τι­κού Πεδί­ου που παρά­γε­ται από τον Ήλιο πυκνώ­νουν ενώ τα φορ­τι­σμέ­να, χαμη­λής ενέρ­γειας σωμα­τί­δια που επι­τα­χύ­νο­νται στo ταρα­χώ­δες εξω­τε­ρι­κό στρώ­μα της ηλιό­σφαι­ρας εξα­φα­νί­ζο­νται. Οι επι­στή­μο­νες εκτι­μούν ότι αυτή είναι η τελευ­ταία περιο­χή της Ηλιό­σφαι­ρας που δια­σχί­ζουν τα δια­στη­μό­πλοια πριν εξέλ­θουν στον Δια­στρι­κό Χώρο.

Galileo

Στις 18 Οκτω­βρί­ου 1989, ένας άλλος ουρά­νιος εξε­ρευ­νη­τής με το όνο­μα Galileo, εκτο­ξεύ­τη­κε με προ­ο­ρι­σμό τον πλα­νή­τη Δία. Η απο­στο­λή του έλη­ξε όταν βυθί­στη­κε στην συν­θλι­πτι­κή ατμό­σφαι­ρα του γιγά­ντιου πλα­νή­τη στις 21 Σεπτεμ­βρί­ου 2003. Η κατα­στρο­φή του ήταν σκό­πι­μη, ώστε να προ­στα­τευ­τεί μία από τις ανα­κα­λύ­ψεις του — ένας πιθα­νός ωκε­α­νός κάτω από την παγω­μέ­νη κρού­στα του δορυ­φό­ρου Ευρώ­πη.

Ο Γαλι­λαί­ος άλλα­ξε τον τρό­πο με τον οποί­ου βλέ­που­με το ηλια­κό μας σύστη­μα. Ήταν το πρώ­το σκά­φος που πέτα­ξε πίσω από έναν αστε­ροει­δή και το πρώ­το που ανα­κά­λυ­ψε δορυ­φό­ρο σε αστε­ροει­δή και παρεί­χε άμε­σες παρα­τη­ρή­σεις σύγκρου­σης ενός κομή­τη με έναν πλα­νή­τη.

Πρώ­τος πήρε μετρή­σεις της ατμό­σφαι­ρας του Δία, με την χρή­ση ενός κατα­βα­τι­κού ανι­χνευ­τή και πρώ­τος πραγ­μα­το­ποί­η­σε μακρο­πρό­θε­σμες μετρή­σεις του πλα­νή­τη. Βρή­κε επί­σης στοι­χεία ύπαρ­ξης αλμυ­ρού νερού κάτω από την Ευρώ­πη, τον Γανυ­μή­δη και την Καλ­λι­στώ και απο­κά­λυ­ψε την έντα­ση της ηφαι­στεια­κής δρα­στη­ριό­τη­τας στην Ιώ.

Ναι μεν… αλλά!

Έχο­ντας δια­βά­σει κάποιος την απλου­στευ­μέ­νη σκια­γρά­φη­ση του φαι­νο­μέ­νου της βαρυ­τι­κής σφεν­δό­νης που προη­γή­θη­κε, ίσως απο­κο­μί­σει την εντύ­πω­ση πως τα πράγ­μα­τα «εκεί έξω» είναι απλά. Ή πως το μόνο που χρειά­ζε­ται για μια δια­στη­μι­κή απο­στο­λή είναι ένα καλό και τεχνο­λο­γι­κά εξο­πλι­σμέ­νο δια­στη­μο­σκά­φος, καύ­σι­μα αρκε­τά για την εκτό­ξευ­ση και την απο­δέ­σμευ­ση από το βαρυ­τι­κό πεδίο της Γης, και το ακρω­τή­ριο… Κανά­βε­ραλ. Την υπό­λοι­πη δου­λειά την κάνει ο βοη­θός της Βαρύ­τη­τας που προ­σφέ­ρε­ται δωρε­άν και απλό­χε­ρα στον Μεσο­πλα­νη­τι­κό Χώρο του Ηλια­κού Συστή­μα­τος. 

Στην πραγ­μα­τι­κό­τη­τα βέβαια, τα πράγ­μα­τα είναι… κάπως πιο πολύ­πλο­κα!

H αλή­θεια είναι πως οι Χωρι­κοί και Χρο­νι­κοί περιο­ρι­σμοί στους οποί­ους υπό­κει­νται τα δια­στη­μι­κά μας ταξί­δια (εντός ή εκτός του ηλια­κού συστή­μα­τος) είναι τερά­στιοι και δεν είναι καθό­λου εύκο­λο να τους υπερ­σκε­λί­σει κανείς. Μάλι­στα, κάποιος θα πει πως, από ένα σημείο και μετά, δεν είναι καν εφι­κτό.

Αξιο­λο­γώ­ντας από την σκο­πιά της ενέρ­γειας τις δια­στη­μι­κές απο­στο­λές που χαρά­χθη­καν στην βάση της Ουρά­νιας Μηχα­νι­κής των Kepler και Newton, δια­πι­στώ­νει ότι όσο πετυ­χη­μέ­νες κι αν ήταν αυτές, παρα­μέ­νουν κάποια βασι­κά μειο­νε­κτή­μα­τα που περιο­ρί­ζουν το «βελη­νε­κές» τους. 

Κι αυτό, διό­τι παρό­λο που το μοντέ­λο σχε­δί­α­σης των απο­στο­λών το οποίο βασί­ζε­ται στις κωνι­κές τομές, φαί­νε­ται να λει­τουρ­γεί καλά, ο παρά­γο­ντας της καύ­σι­μης ύλης που είναι απα­ραί­τη­τη για την πραγ­μα­το­ποί­η­σή τους, περιο­ρί­ζει σημα­ντι­κά το δρο­μο­λό­γιο του δια­στη­μο­πλοί­ου, ακό­μη και με την αρω­γή της βαρυ­τι­κής ώθη­σης. 

Για παρά­δειγ­μα, χρειά­ζε­ται μία σημα­ντι­κή ποσό­τη­τα καυ­σί­μων ώστε ένα σκά­φος να «φρε­νά­ρει», να τεθεί σε τρο­χιά γύρω από κάποιον πλα­νή­τη ή δορυ­φό­ρο, να παρα­μεί­νει εκεί για λίγο και στην συνέ­χεια να εκτο­ξευ­τεί προς τον επό­με­νο προ­ο­ρι­σμό. 

Συνε­πώς, καθώς το μέγε­θος ενός σκά­φους είναι περιο­ρι­σμέ­νο, όσο αυξά­νε­ται η ποσό­τη­τα του καυ­σί­μου με το οποίο πρέ­πει να εφο­δια­στεί μια απο­στο­λή, τόσο μικραί­νει ο επι­στη­μο­νι­κός εξο­πλι­σμός που μπο­ρεί να μετα­φέ­ρει. 

Μειώ­νο­ντας επο­μέ­νως την ποσό­τη­τα του απαι­τού­με­νου καυ­σί­μου, αυξά­νε­ται η ικα­νό­τη­τα ενός δια­στη­μο­σκά­φους να μετα­φέ­ρει επι­στη­μο­νι­κό εξο­πλι­σμό, κάτι που κρί­νε­ται ιδιαί­τε­ρα σημα­ντι­κό για την εξε­ρεύ­νη­ση του δια­στή­μα­τος. 

Εξάλ­λου,  τα περά­σμα­τα των δια­στη­μο­πλοί­ων από τους πλα­νή­τες (όπως αυτά των Voyagers) κατα­λή­γουν να είναι πολύ σύντο­μα (αφού η ταχύ­τη­τά τους είναι αρκε­τά μεγά­λη σχε­τι­κά με τις πλα­νη­τι­κές ταχύ­τη­τες), ώστε το χρο­νι­κό διά­στη­μα παρα­τή­ρη­σής τους να είναι ανε­παρ­κές.

Το επό­με­νο στά­διο των προ­σπα­θειών  επί­τευ­ξης της μέγι­στης «ενερ­γεια­κής οικο­νο­μί­ας» των δια­στη­μι­κών απο­στο­λών, έχει σημείο εκκί­νη­σης τις προ­σπά­θειες επί­λυ­σης από τον εξέ­χο­ντα Γάλ­λο μαθη­μα­τι­κόJules-Henri Poincaré (1854 – 1912) του προ­βλή­μα­τος των τριών σωμά­των, σταθ­μούς τα αστα­θή Λαγκραν­ζια­νά σημεία, χαο­τι­κά χαρα­κτη­ρι­στι­κά και απο­τέ­λε­σμα την απο­κά­λυ­ψη ενός δαι­δα­λώ­δους ουρά­νιου δικτύ­ου, της Δια­πλα­νη­τι­κής Λεω­φό­ρου.

^[1]Κεί­θε θα ιδείς δυο θαλασ­σό­βρα­χους᾿ του ενός στα ουρά­νια φτά­νει
    η σου­βλε­ρή κορ­φή᾿ το σύγνε­φο, που εκεί ψηλά τον ζώνει,
    το σκο­τει­νό, κανέ­νας άνε­μος δεν το σκορ­πά­ει, και μήτε
    για καλο­καί­ρι για χινό­πω­ρο ποτέ η κορ­φή ξανοί­γει.
   Θνη­τός απά­νω εκεί δεν πάτη­σε᾿ κι είκο­σι χέρια αν είχε
    κι είκο­σι πόδια, δε θα δονού­νταν ν᾿ ανέ­βει στην κορ­φή του᾿
    κοφτός ο βρά­χος ίσια υψώ­νε­ται, λες κι είναι δου­λε­μέ­νος.
    Στη μέση εκεί του θαλασ­σό­βρα­χου, στραμ­μέ­νη στο σκο­τά­δι,
    στα δυσμι­κά, μια μαύ­ρη ανοί­γε­ται σπη­λιά᾿ και σεις εκεί­θε
    θα προσ­δια­βεί­τε λέω με τ᾿ άρμε­νο, περί­λα­μπρε Οδυσ­σέα.
    Να ρίξει κι ένας χερο­δύ­να­μος θνη­τός με το δοξά­ρι
    κάτω­θε, απ᾿ τ᾿ άρμε­νο, δε δύνε­ται να φτά­σει στην κου­φά­λα
    του σπή­λιου. Μέσα η Σκύλ­λα κάθε­ται κι άγρια αλι­χτά­ει᾿ κι αν είναι 
    σαν κου­τα­βιού μικρού, νιο­γέν­νη­του το γαύ­γι­σμά της, όμως
    ατή της άγριο είναι παράλ­λα­μα᾿ θωρώ­ντας τη μπρο­στά του
    κανείς δε θα ‘νιώ­θε ανα­γάλ­λια­ση, κι αθά­να­τος αν ήταν.
    Έχει μαθές ποδά­ρια δώδε­κα, μισε­ρω­μέ­να, κι έξι
    λαι­μούς ψηλούς, κι από ‘να υψώ­νε­ται στις άκρες τους κεφά­λι
    τρο­μα­χτι­κό, που ανοιεί το στό­μα του με τρεις αρά­δες δόντια
    πυκνά, σφι­χτο­δε­μέ­να, θάνα­το που ξεχει­λί­ζουν μαύ­ρο.
    Με το μισό κορ­μί της κρύ­βε­ται στο βαθου­λό το σπή­λιο,
    κι απ᾿ τα φρι­χτά του βάθη βγά­ζο­ντας τις κεφα­λές της όξω
    ψαρεύ­ει αυτού, στο βρά­χο ολό­γυ­ρα γυρεύ­ο­ντας δελ­φί­νια,
    σκυ­λό­ψα­ρα, για κι αν τρα­νό­τε­ρο θεριό­ψα­ρο τσα­κώ­σει,
    από τα μύρια που η βαριό­μου­γκρη θεά Αμφι­τρί­τη βόσκει.
    Δε βρί­σκε­ται άρμε­νο που οι ναύ­τες του να παι­νευ­τούν πως φύγαν
    από το πλοίο το γαλα­ζό­πλω­ρο και το τρα­βά­ει μαζί του.
    Ο άλλος ωστό­σο θαλασ­σό­βρα­χος τόσο αψη­λός δεν είναι
    κι ουδέ μακριά απ᾿ τον πρώ­το᾿ αν έρι­χνες, τον έφτα­νε η σαγί­τα.
    Μια αγριο­συ­κιά κει πέρα βρί­σκε­ται μεγά­λη, φυλ­λω­μέ­νη,
    κι η Χάρυ­βδη η θεϊ­κιά στη ρίζα της ανα­ρου­φά­ει το κύμα.
    Τρεις το ξερ­νά­ει κάθε μερό­νυ­χτο φορές και τρεις βρου­χιώ­ντας
    το ανα­ρου­φά­ει᾿ να μη σου τύχαι­νε να ‘σαι, ως ρου­φά­ει, κοντά της,
    τι απ᾿ το χαμό δε θα σε γλί­τω­νε μηδέ κι ο Κοσμο­σεί­στης!
    Γι᾿ αυτό στης Σκύλ­λας κοντο­ζύ­γω­σε το βρά­χο το καρά­βι
    και πέρ­να γρή­γο­ρα᾿ καλύ­τε­ρα πολύ από τ᾿ άρμε­νό σου
    να λεί­ψουν έξι μόνο σύντρο­φοι παρά να λεί­ψουν όλοι.᾿