Konstnärens koncept av en bimodal kärnkraftsraket i låg jordomloppsbana. Kredit:NASA
Det var med stor fanfar som Elon Musk tillkännagav SpaceX:s planer på att kolonisera Mars med det interplanetära transportsystemet.
Jag önskar verkligen att de hade hållit fast vid sitt ursprungliga namn, BFR, den stora fantastiska raketen, eller något sådant.
Problemet är att Interplanetary Transport System är ett alldeles för nära namn till en annan riktigt cool idé, det interplanetära transportnätet, vilket ger dig ett nästan energifritt sätt att resa genom hela solsystemet. Förutsatt att du inte har bråttom.
När du föreställer dig raketer som spränger mot avlägsna destinationer, du föreställer dig förmodligen att rikta din raket mot din destination, avfyra thrusters tills du kommer dit. Kanske vända och sakta ner igen för att landa på den främmande världen. Det är så du kan köra din bil, eller flyga ett plan för att ta dig härifrån till dit.
Men om du har spelat något Kerbal Space Program, du vet att det inte är så det fungerar i rymden. Istället, allt handlar om banor och hastighet. För att komma bort från planeten jorden, du har färdats cirka 8 km/s eller 28, 000 km/h i sidled.
Så nu, du kretsar runt jorden, som kretsar runt solen. Om du vill komma till Mars, du har höjt din bana så att den matchar Mars. Den absoluta minimienergi som behövs för att göra den överföringen är känd som Hohmann-överföringsbanan. För att komma till Mars, du måste avfyra dina thrusters tills du åker ca 11,3 km/s.
Då slipper du jordens dragning, följ en fin krökt bana, och fånga upp Mars bana. Förutsatt att du tog rätt tid, det betyder att du avlyssnar Mars och går in i omloppsbana, eller landa på dess yta, eller upptäck en portal till helvetet grävd ner i en forskningsstation på Phobos.
Om du vill lägga mer energi, Varsågod, du kommer dit snabbare.
Men det visar sig att det finns ett annat sätt att resa från planet till planet i solsystemet, använda en bråkdel av energin du skulle använda med den traditionella Hohmann-överföringen, och det är att använda Lagrange-poäng.
Vi gjorde en hel artikel om Lagrange-poäng, men här är en snabb uppfräschning. Lagrangepunkterna är platser i solsystemet där gravitationen mellan två objekt balanserar ut på fem platser. Det finns fem lagrangepunkter relaterade till jorden och solen, och det finns fem Lagrange-punkter relaterade till jorden och månen. Och det finns punkter mellan solen och Jupiter, etc.
Tre av dessa punkter är instabila. Föreställ dig ett stenblock på toppen av ett berg. Det tar inte mycket energi att hålla den på plats, men det är lätt att slå det ur balans så det kommer rullande.
Nu, föreställ dig hela solsystemet med alla dessa Lagrange-punkter för alla föremål som interagerar med varandra genom gravitation. När planeter går runt solen, dessa Lagrange-punkter kommer nära varandra och till och med överlappar varandra.
Och om du tar rätt tid, du kan åka med i en gravitationsmässigt balanserad punkt, och rulla nerför gravitationsbacken till en annan planets grepp. Häng där en liten stund och hoppa sedan banor till en annan planet.
Faktiskt, du kan använda den här tekniken för att korsa hela solsystemet, från Merkurius till Pluto och därefter, lita bara på den interagerande gravitationen i alla dessa världar för att ge dig den hastighet du behöver för att göra resan.
Sun-Earth Lagrange Points. Kredit:NASA
Välkommen till det interplanetära transportnätverket, eller Interplanetary Highway.
Till skillnad från en vanlig motorväg, fastän, den faktiska formen och riktningen dessa vägar tar förändras hela tiden, beroende på den aktuella konfigurationen av solsystemet.
Om du tycker att det här låter som science fiction, du kommer att bli glad att höra att rymdorganisationer redan har använt en version av detta nätverk för att få lite seriös vetenskap gjord.
NASA utökade kraftigt uppdraget för International Sun/Earth Explorer 3, använda dessa lågenergiöverföringar, den kunde utföra sitt primära uppdrag och sedan undersöka ett par kometer.
Den japanska rymdfarkosten Hiten var tänkt att resa till månen, men dess raket lyckades inte få tillräckligt med hastighet för att sätta den i rätt omloppsbana. Forskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory beräknade en bana som använde Lagrange-punkterna för att hjälpa den att röra sig långsamt och komma till månen på något sätt.
NASA:s Genesis Mission använde tekniken för att fånga partiklar från solvinden och föra dem tillbaka till jorden.
Det har varit andra uppdrag att använda tekniken, och uppdrag har föreslagits som kan utnyttja denna teknik för att helt utforska alla månar av Jupiter eller Saturnus, till exempel. Reser från måne till måne när gravitationspunkterna är i linje.
Ett stiliserat exempel på en av de många, ständigt föränderliga rutter längs ITN. Kredit:NASA
Allt låter för bra för att vara sant, så här är nackdelen. Det är långsamt. Verkligen, smärtsamt långsam.
Som att det kan ta år och till och med decennier att flytta från värld till värld.
Föreställ dig i en lång framtid, det finns rymdstationer placerade vid de stora Lagrange-punkterna runt planeterna i solsystemet. Kanske är de gigantiska roterande rymdstationer, som 2001, eller kanske är de urholkade asteroider eller kometer som har manövrerats på plats.
De hänger på Lagrange-punkterna och använder minimalt med bränsle för stationshållning. Om du vill resa från en planet till en annan, du dockar din rymdfarkost vid rymdstationen, tanka, och vänta sedan på att en av dessa lågenergibanor öppnar sig.
Sedan sparkar du bara iväg från Lagrange-punkten, falla i gravitationsbrunnen för din destination, och du är på väg.
I en lång framtid, vi skulle kunna ha rymdstationer vid alla Lagrange-punkter, och långsamma färjor som rör sig från värld till värld längs lågenergibanor, föra last från värld till värld. Eller ta passagerare som inte har råd med Hohmann-transfertekniken med hög hastighet.
Du kan föreställa dig rymdstationerna utrustade med kraftfulla lasrar som fyller ditt fartygs solsegel med de fotoner som behövs för att ta dig till nästa destination. Men då, Jag är en sjöman, så jag kanske överdrivet romantiserar det.
Här är en annan, ännu mer sinnesböjande koncept. Astronomer har observerat dessa nätverk öppnas upp mellan interagerande galaxer. Vill du flytta från Vintergatan till Andromeda? Ta bara din rymdfarkost till den galaktiska Lagrange-punkten om några miljarder år när de passerar genom varandra. Med väldigt lite energi, du kommer att kunna gå med de coola barnen i Andromeda.