اللوجيستيات الصعبة لوضع المستكشفين البشريين على سطح المريخ

لطالما نظر البشر إلى النجوم ، كنا نحلم بالخروج وزيارة هذه الأماكن البعيدة. ولم يكن أي مكان هدفًا للتكهنات أكثر من المريخ. الآن ، وصلنا أخيرًا إلى مكان يمكن أن يصبح فيه حلم البشر على كوكب آخر حقيقة واقعة في حياتنا.

نحن نفهم التكنولوجيا التي نحتاجها لإرسال البشر إلى المريخ ، ولدينا خبرة في إرسال بعثات آلية إلى هناك أيضًا. إذن ، متى سنقوم بهذه القفزة العملاقة التالية ونرسل مهمة مأهولة إلى كوكب آخر لأول مرة؟ وما الذي يتطلبه الأمر لتحقيق ذلك؟

تحدثنا إلى خبير الفضاء مايكل هيشت من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، والمخضرم في مختبر الدفع النفاث والمحقق الرئيسي في جهاز MOXIE لصنع الأكسجين على متن مركبة المثابرة ، لفهم كيفية انتقالنا من الأرض إلى المريخ - وكيف سنحصل على أحذية على الأرض لأول مرة وقت.

دائما على بعد 15 سنة

مع موجة الاهتمام الأخيرة باستكشاف المريخ ، يبدو أننا أقرب من أي وقت مضى لإيصال الناس إلى سطح الكوكب. ومع ذلك ، فهو أيضًا هدف يبدو دائمًا بعيد المنال.

بعد بعثات أبولو في الستينيات والسبعينيات ، افترض العديد من المتحمسين للفضاء أننا سنستمر في الوصول والاستكشاف ، والانتقال إلى الهدف التالي للاستكشاف: المريخ. لكن الاهتمام العام تضاءل ، وتلاشى الدعم لأبولو ، ولم يغادر البشر مدار الأرض منذ ذلك الحين.

في العقود التي تلت ذلك ، تكهن الكثيرون أن البشر سوف تطأ أقدامهم المريخ في غضون 15 عامًا فقط. أنه حتمًا سننتهي على الكوكب الأحمر قريبًا. لكن خطة مهمة جادة وملموسة لوضع الناس على المريخ لم تتحقق بعد.

لدينا التكنولوجيا اللازمة للقيام بمهمة مأهولة إلى المريخ الآن ، وهناك اهتمام متزايد بالموضوع. لكن Hecht يجادل بأن مجتمع الفضاء ، ونحن كنوع ككل ، لا يزال يتعين علينا تقديم التزام مالي وعملي جاد لتحقيق مهمة بالفعل. إذا قررنا القيام بذلك ، يمكننا ذلك. لكننا بحاجة إلى تقديم هذا الالتزام.

قال هيشت: "كان من الممكن أن نلاحق أبولو". "كان يمكن أن يكون صعبا ، وكان يمكن أن يكون خطيرا. لكن يمكننا القيام بذلك بأمان أكبر الآن. كان من الممكن أن نذهب في ذلك الوقت ، ويمكننا أن نذهب الآن ".

بقعة سحرية واحدة في الدورة

عند محاولة تصور الشكل الذي قد تبدو عليه مهمة المريخ المأهولة ، هناك طريقة عملية واحدة فقط للانتقال من هنا إلى هناك. بسبب مدار كوكب المريخ حول الشمس ، تدوم سنة هناك أقل بقليل من عامين على الأرض. السماح بوقت السفر ، هذا يعني أنك إذا كنت ترغب في السفر من الأرض إلى المريخ ، فهناك فترة واحدة في دورة مدتها 26 شهرًا عندما هذه الرحلة أسهل: عندما يكون الكوكبان قريبان ويمكن إرسال صاروخ إلى ما يسمى نقل هوهمان يدور في مدار.

أوضح هيشت: "هناك بقعة سحرية واحدة في دورة الـ 26 شهرًا". عندما ينطلق صاروخ من الأرض في الوقت المناسب تمامًا ، يمكن أن يتقاطع مع مدار المريخ في نفس الوقت الذي يحدث فيه المريخ. "إنه مثل تغيير الممرات على الطريق السريع."

على الرغم من أنه من الممكن إرسال مركبات إلى المريخ باستخدام مدارات أخرى ، إلا أنها أكثر صعوبة وخطورة وأغلى بكثير. لذا فإن هذه الدورة التي تبلغ مدتها 26 شهرًا تضع حدًا عمليًا على الوقت الذي يمكننا فيه إرسال بعثات إلى المريخ. ولهذا السبب غالبًا ما يتم إطلاق بعثات المريخ في نفس الوقت تقريبًا ، مثل المركبات الفضائية الثلاث التي تم إطلاقها في صيف 2020 - المركبة الجوالة المثابرة التابعة لناسا ، ومهمة تيانوين 1 الصينية ، ومهمة الأمل الإماراتية.

وهناك فرصة مكافئة للعودة في الاتجاه الآخر. يضع هذا إطارًا عمليًا حول الشكل الذي ستبدو عليه مهمة المريخ المأهولة: رحلة مدتها ستة أو سبعة أشهر من الأرض إلى المريخ ، ما يزيد قليلاً عن عام ونصف على السطح ، وستة أو سبعة أشهر أخرى قادمة خلف. هذه مهمة تستغرق حوالي ثلاث سنوات في المجموع.

مهمة أطول مما اعتدنا عليه

يمثل طول هذه المهمة التي تبلغ ثلاث سنوات تحديات ، حيث إنها مهمة أطول مما اعتدنا على إرسال الأشخاص إليها. استغرقت المهمات إلى القمر بضعة أيام فقط ، واستمر تناوب الطاقم في محطة الفضاء الدولية عادةً ما بين ستة أشهر وسنة واحدة.

إن وجود أشخاص على سطح المريخ لمدة 18 شهرًا يمنحهم الفرصة للقيام ببعض العلوم والاستكشاف الجاد ، ولكنه ينطوي أيضًا على مخاطر أكبر. إذا كانت هناك مشكلة في مهمة المريخ ، فسيكون من الصعب للغاية - إن لم يكن من المستحيل - إرسال المساعدة أو الإمدادات من الأرض. إذا حدث خطأ ما ، فسيكون رواد الفضاء بمفردهم.

قال هيشت: "لا أحد على مقربة من هذا يتوهم أنه آمن". من التهديد الصحي من التعرض للإشعاع للمخاطر أثناء الإطلاق والهبوط إلى المشاكل التي تنشأ لك قضاء عام ونصف في ظروف ضيقة حيث لا يمكنك الخروج بدون بدلة الفضاء: "إنها مغامرة محفوفة بالمخاطر."

هذا هو السبب في أن التركيز في التخطيط للمهمة المأهولة هو الحصول على أكبر قدر ممكن من المعدات الأساسية قبل أن يغادر أي شخص الأرض. لتقليل المخاطر التي يتعرض لها رواد الفضاء ، يمكنك إرسال الآلات والمعدات إلى الكوكب خلال النافذة السابقة في دورة الـ 26 شهرًا حتى يكون جاهزًا لوصول رواد الفضاء. تحتاج إلى التأكد من تلبية الاحتياجات الأساسية لرواد الفضاء ، مثل الأكسجين والماء ، بالفعل.

مشروع Hecht's MOXIE هو أحد الأمثلة على نوع التكنولوجيا التي من شأنها تمكين مهمة المريخ المأهولة وتقليل مخاطرها. إنها طريقة لإنتاج الأكسجين من وفرة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للمريخ ، وهي طريقة صغيرة نسخة من التكنولوجيا موجودة حاليًا داخل عربة بيرسفيرانس وقد حققت عدة عمليات تشغيل ناجحة بالفعل. يمكن إرسال نسخة أكبر من هذه التقنية إلى المريخ مع خزان أكسجين كبير يمكن ملؤه بالأكسجين استعدادًا لوصول طاقم المريخ.

القمر إلى المريخ؟

تخطط ناسا للعودة إلى استكشاف الإنسان للفضاء من خلال مهمات Artemis القادمة إلى القمر ، و صرحت الوكالة باستمرار أن أحد أسباب السفر إلى القمر هو الاستعداد لمهمة مأهولة ل المريخ.

كما قال مدير ناسا السابق جيم بريدنشتاين في تقرير حديث ، "ناسا دائما ما تضع نصب عينيها على استكشاف الإنسان للمريخ. الآن مع عودة البشر إلى القمر في غضون أربع سنوات لتأسيس استكشاف مستدام للقمر بواسطة نهاية العقد ، يمكننا أن نرى بوضوح أن القمر هو نقطة انطلاق مهمة للكوكب الأحمر. إن تعلم العيش والعمل على القمر سيقربنا أكثر فأكثر من القفزة العملاقة التالية بينما نبحث عن حياة أبعد في النظام الشمسي ".

ومع ذلك ، فإن مدى تشابه مهمات القمر بالضبط مع بعثات المريخ هي مسألة نقاش في مجتمع الفضاء. يجادل البعض بأن أي استكشاف بشري للفضاء سيساعد في بناء المعرفة والتقنيات والإجراءات التي ستكون مفيدة في المساعي المستقبلية - وهذا هو ما وقال رائد فضاء أرتميس كجيل ليندجرين لـ Digital Trends عندما قابلناه حول أهداف بعثات أرتميس.

لكن آخرين ، مثل Hecht ، يشككون في مقدار ما يمكنك تعلمه عن مهمة المريخ بالذهاب إلى القمر. قال هيشت: "أنا أكافح من أجل إيجاد قواسم مشتركة بين الاثنين ، لأكون صادقًا". وأشار إلى الاختلافات بين المريخ والقمر من حيث مدة الرحلات والجاذبية والبيئات الترابية سيواجه رواد الفضاء ، وجود أو عدم وجود الغلاف الجوي وكيف يؤثر ذلك على عمليات الإنزال والموارد التي توجد متاح. "أنا فقط لا أراها كنقطة انطلاق."

عندما يتعلق الأمر بالمريخ ، قال هيشت ، "لا أعتقد أنك تتدرب بالذهاب إلى مكان آخر. لكني أفهم وجهة نظر الأشخاص الذين يقولون إن الذهاب إلى أي مكان - لا يهم إذا كان كويكبًا أو القمر - يمنحنا خبرة في العمل خارج الأرض ".

ليس الأمر أن الأشخاص الذين يؤيدون مهمة إلى المريخ يعارضون زيارة القمر - مؤيدو استكشاف الفضاء بشكل عام دعم المزيد من المهمات من جميع الأنواع - بل بالأحرى إذا أردنا السفر إلى المريخ ، يجب أن نركز على المريخ وفريده التحديات.

محطة ماكموردو للكوكب الأحمر

هناك الكثير من الحديث عن مدن مستقبلية على سطح المريخ ، وعن إرسال مئات أو حتى آلاف الأشخاص للعيش هناك على المدى الطويل. لكن من غير المرجح أن تحدث الأفكار بعيدة المنال في أي وقت قريب. وبدلاً من ذلك ، فإن الرؤية الأكثر واقعية ستكون موقعًا للبحث العلمي ، مثل قاعدة ماكموردو في أنتاركتيكا ، حيث يقضي حفنة من رواد الفضاء وقتًا هناك في نوبات مدتها 18 شهرًا.

سيكون من المجدي إنشاء أول بعثة مأهولة إلى المريخ في غضون 20 إلى 25 عامًا وإنشاء موقع بحثي هناك في غضون العقود القادمة.

على الرغم من أنه قد يكون من الممكن أن يتم التخطيط لمثل هذه المهمة وتنفيذها من قبل دولة واحدة ، إلا أنه يمكن أن تكون هناك مهمة أكثر قوة في حالة مشاركة دول مختلفة. حاليًا ، تتعاون ناسا بشكل وثيق مع وكالات الفضاء الأخرى مثل وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) واليابان وكالة الفضاء (JAXA) ، ولكن هناك انقسام بين الولايات المتحدة وأحد أكبر اللاعبين في مهمات الفضاء: الصين. لا يزال من غير الواضح ما إذا كانت هذه الوكالات المختلفة مستعدة للعمل معًا في مهمة مستقبلية إلى المريخ أم لا.

قال هيشت: "نأمل أن تشمل المهمة الأولى [إلى المريخ] ليس فقط وكالة ناسا وليس الولايات المتحدة فقط ، ونأمل أن تشمل الصين أيضًا ، لذلك لن تكون هناك نقطة فشل واحدة فقط. سيستمر الأمر إذا قرر أحد الشركاء الذهاب إلى مكان آخر ".

لن يقتصر الأمر على الهيئات الحكومية المشاركة في المشروع أيضًا. تشارك شركات مثل SpaceX و Blue Origin و Boeing بشكل كبير في مهمات الفضاء وأنت يمكن أن تتوقع منهم أن يشاركوا كمقاولين من الباطن أو حتى مديري مشاريع في بعثات المريخ المستقبلية حسنًا.

لماذا نذهب إلى المريخ؟

كلما ظهر موضوع مهمة مأهولة إلى المريخ ، هناك دائمًا أشخاص يعترضون على الوقت و سيتطلب مثل هذا التعهد المال ويجادل بأن هذا المال سيكون من الأفضل إنفاقه على حل المشكلات هنا أرض. ومما لا يمكن إنكاره ، في العام الماضي على وجه الخصوص ، رأينا تصدعات في الأنظمة التي من المفترض أن تدعم الاحتياجات الأساسية للكثيرين ، مثل الإسكان والتعليم والرعاية الصحية.

لكن Hecht يشير إلى أننا لا ننفق الأموال فقط على تلبية المتطلبات الأساسية للحياة. ووصف محاولته بشكل محموم لجمع مليون دولار من التمويل لوضع قطعة جديدة من المعدات العلمية على المريخ ، وتشغيل التلفزيون لمشاهدة الإعلانات التي تم عرضها خلال Super Bowl. كان من الممكن أن تدفع تكلفة كل بقعة مدتها 30 ثانية مقابل قطعة معداته عدة مرات.

قال: "إننا ننفق الأموال على جميع أنواع الأشياء السخيفة مثل إعلانات Super Bowl". "والكثير منها يتعلق بتمتعنا الشخصي بالحياة والوفاء - سواء كانت الرياضة ، سواء كانت مكتبات ، سواء كانت فنًا ، أو موسيقى ، أو حدائق. سنكون عذرًا سيئًا جدًا للمجتمع إذا كان الشيء الوحيد الذي سننفق عليه المال هو الطعام والمأوى ".

عندما يتعلق الأمر باستكشاف الفضاء ، لدينا الفرصة للتدريس والإلهام ، وربما الأهم من ذلك كله ، أن نفهم المزيد عن الكون ومكاننا فيه. إذا أردنا الإجابة على بعض أكبر الأسئلة في الحياة: من أين أتينا وما إذا كنا وحدنا في الكون - إذن نحن بحاجة إلى الخروج من كوكبنا والاستكشاف.

ما نتعلمه من الاستكشاف

سوف يجادل العديد من مؤيدي استكشاف المريخ بأنه يجب علينا السفر إلى المريخ لأن هناك أشياء محددة يمكننا تعلمها هناك عن الأرض. من الدراسة بعض أقدم الصخور في النظام الشمسي للتعرف على تكوين الأرض لدراسة مناخ للحصول على نظرة ثاقبة حول القضية الملحة لتغير المناخ ، هناك العديد من الطرق التي يمكن للاكتشافات التي تم إجراؤها على المريخ أن تحسن الحياة هنا على الأرض.

لكن بالنسبة لهشت ، فإن محاولة تبرير مهمات الفضاء بهذه الطريقة "تتعارض مع التاريخ. بمعنى أنه نعم ، كانت هناك دائمًا تلك الفوائد الملموسة [للاستكشاف]. لكننا لم نكن جيدين في التنبؤ بها. هذا هو الشيء الرائع في الأمر. تذهب وتستكشف مكانًا جديدًا وتتعلم شيئًا لم تتوقع أبدًا أن تتعلمه ".

نحن ببساطة لا نعرف ما سنكتشفه من المريخ حتى نذهب إلى هناك. كان هذا صحيحًا دائمًا في الاكتشافات العلمية - من الاكتشافات العرضية للبنسلين أو الأشعة السينية إلى الطريقة التي التكنولوجيا المطورة لمهمات أبولو القمر تؤدي إلى تحسين آلات غسيل الكلى وتحسين معدات الحماية لرجال الإطفاء.

وبعيدًا عن المكاسب العملية لتطوير التقنيات والمعرفة العلمية ، هناك دافع أعمق للاستكشاف. قال هيشت: "السعي وراء المعرفة هو ما يجعلنا بشرًا".

"لقد فعلنا ذلك منذ المرة الأولى التي ضربنا فيها حجرتين معًا. نسعى وراء المعرفة. واستكشاف أماكن جديدة - وهذا هو السبب في عدم وجود ركن من الكرة الأرضية لم تطأ فيه أقدام البشر ، بما في ذلك قاع المحيط. هذا ما نفعله نحن."

توصيات المحررين

• الاتصالات الكونية: كيف سيتواصل البشر الأوائل على المريخ مع الأرض
• علم النفس الفلكي: كيف تبقى عاقلًا على المريخ
• محطات توليد الطاقة على الكواكب الأخرى: كيف سنولد الكهرباء على كوكب المريخ
• حصاد الماء: كيف سيخلق المستوطنون في المستقبل المياه ويجمعونها على المريخ
• الزراعة الفلكية: كيف سنزرع المحاصيل على المريخ