Сложната логистика на изпращането на човешки изследователи на Марс

Откакто хората са гледали към звездите, ние сме мечтали да излезем и да посетим тези далечни места. И никое място не е било обект на повече спекулации от Марс. Сега най-накрая сме на място, където мечтата на човешките същества да стъпят на друга планета може да се превърне в реалност в рамките на нашия живот.

Разбираме технологията, от която се нуждаем, за да изпратим хора на Марс, и имаме опит с изпращането на роботизирани мисии също там. И така, кога ще направим този следващ гигантски скок и ще изпратим мисия с екипаж на друга планета за първи път? И какво ще е необходимо, за да се случи това?

Разговаряхме с космическия експерт Майкъл Хехт от Масачузетския технологичен институт, ветеран от Лабораторията за реактивни двигатели и главен изследовател на Инструмент за производство на кислород MOXIE на марсохода Perseverance, за да разберем как ще стигнем от Земята до Марс - и как ще пуснем ботуши на земята за първи път време.

Винаги след 15 години

С неотдавнашния прилив на интерес към изследването на Марс, изглежда, че сме по-близо от всякога до действителното извеждане на хора на повърхността на планетата. И все пак това е цел, която постоянно изглежда недостижима.

След мисиите на Аполо през 60-те и 70-те години на миналия век много космически ентусиасти предполагаха, че ще продължим да достигаме и изследваме и ще преминем към следващата цел за изследване: Марс. Но общественият интерес намаля, подкрепата за Аполо пресъхна и оттогава хората не са напускали околоземната орбита.

През следващите десетилетия мнозина спекулираха, че хората ще стъпят на Марс само след 15 години; че неизбежно скоро ще се окажем на червената планета. Но конкретен, сериозен план за мисия за изпращане на хора на Марс все още не е реализиран.

Разполагаме с технологията да осъществим мисия на Марс с екипаж сега и има нарастващ интерес към темата. Но Хехт твърди, че космическата общност и ние като вид като цяло все още трябва да поемем сериозен финансов и практически ангажимент, за да осъществим наистина една мисия. Ако решим да направим това, бихме могли. Но трябва да поемем този ангажимент.

„Можехме да тръгнем след Аполо“, каза Хехт. „Щеше да е трудно и щеше да е опасно. Но сега можем да го направим по-безопасно. Можехме да отидем тогава и можем да отидем сега.

Едно вълшебно място в цикъла

Когато се опитвате да си представите как може да изглежда мисия на Марс с екипаж, наистина има само един практичен начин да стигнете от тук до там. Поради орбитата на Марс около слънцето, една година там продължава малко под две земни години. Като вземем предвид времето за пътуване, това означава, че ако искате да пътувате от Земята до Марс, има един период в 26-месечен цикъл, когато това пътуване е най-лесно: когато двете планети са близо и ракета може да бъде изпратена в това, което се нарича трансфер на Hohmann орбита.

„Има едно вълшебно място в този 26-месечен цикъл“, обясни Хехт. Когато една ракета излети от Земята точно в точното време, тя може да пресече орбитата на Марс по същото време, когато Марс го прави. „Това е като смяна на платното на магистралата.“

Въпреки че е възможно да изпратите кораб до Марс, използвайки други орбити, това е по-трудно и опасно и много по-скъпо. Така че този 26-месечен цикъл поставя практическо ограничение за това кога можем да изпращаме мисии до Марс. Ето защо мисиите на Марс често стартират приблизително по едно и също време, като трите космически кораба, изстреляни през лятото на 2020 г. – марсоходът Perseverance на НАСА, китайската мисия Tianwen-1 и мисията Hope на ОАЕ.

И има еквивалентна възможност да се върнете в другата посока. Това поставя прагматична рамка около това как ще изглежда една мисия на Марс с екипаж: шест- или седеммесечно пътуване от Земята до Марс, малко повече от година и половина на повърхността и предстоят още шест или седем месеца обратно. Това е общо около тригодишна мисия.

По-дълга мисия, отколкото сме свикнали

Тази тригодишна продължителност на мисията поставя предизвикателства, тъй като това е по-дълга мисия, отколкото сме свикнали да изпращаме хора. Мисиите до Луната продължиха само няколко дни, а ротациите на екипажа на Международната космическа станция обикновено продължават между шест месеца и една година.

Наличието на хора на повърхността на Марс за около 18 месеца им дава възможност да направят сериозна наука и изследване, но също така носи много по-голям риск. Ако има проблем с мисия на Марс, ще бъде изключително трудно - ако не и невъзможно - да се изпрати помощ или доставки от Земята. Ако нещо се обърка, астронавтите ще бъдат сами.

„Никой, който е близо до това, не си прави илюзии, че е безопасно“, каза Хехт. От заплаха за здравето от излагане на радиация на рисковете по време на излитане и кацане на проблемите, които възникват, които вие прекарват година и половина в тесни условия където не можете да излезете навън без скафандър: „Това е рисковано начинание.“

Ето защо фокусът на планирането на мисия с екипаж е поставянето на колкото се може повече необходимо оборудване, преди някой да напусне Земята. За да сведете до минимум рисковете за астронавтите, бихте изпратили машини и оборудване на планетата по време на предишния прозорец от 26-месечния цикъл, така че да е готова за пристигането на астронавтите. Трябва да сте сигурни, че най-основните нужди на астронавтите, като кислород и вода, вече са задоволени.

Проектът MOXIE на Hecht е един пример за вид технология, която би позволила мисия на Марс с екипаж и би намалила рисковете. Това е начин за производство на кислород от изобилието от въглероден диоксид в атмосферата на Марс, и то малко версия на технологията в момента е вътре в марсохода Perseverance и има няколко успешни тестове вече. По-голяма версия на тази технология може да бъде изпратена на Марс заедно с голям кислороден резервоар, който може да бъде напълнен с кислород, готов за пристигането на екипаж на Марс.

Луна до Марс?

НАСА планира да се върне към човешкото изследване на космоса с предстоящите мисии Artemis до Луната и агенцията последователно заявява, че една от причините да пътувате до Луната е да се подготвите за мисия с екипаж Марс.

Както бившият администратор на НАСА Джим Брайдънстайн каза в неотдавнашен доклад, „НАСА винаги се е стремяла към човешкото изследване на Марс. Сега, когато хората се завръщат на Луната след четири години, за да установят устойчиво изследване на Луната от В края на десетилетието можем ясно да видим, че Луната е важна стъпка към червената планета. Да се ​​научим да живеем и работим на Луната ще ни приближава все по-близо до следващия ни гигантски скок, докато търсим живот по-далече в Слънчевата система.

Въпреки това колко точно аналогични са мисиите на Луната с мисиите на Марс е въпрос на дебат в космическата общност. Някои твърдят, че всяко човешко изследване на космоса ще помогне за изграждането на знания, технологии и процедури, които ще бъдат от полза в бъдещи начинания - това беше Астронавтът на Artemis Kjell Lindgren каза пред Digital Trends когато го интервюирахме за целите на мисиите на Артемида.

Но други, като Хехт, са скептични относно това колко много можете да научите за мисията на Марс, като отидете до Луната. „Мъчно ми е да намеря допирни точки между двете, честно казано“, каза Хехт. Той посочи разликите между Марс и Луната по отношение на продължителността на пътуванията, гравитацията и прашните среди, които астронавтите ще срещнат, наличието или отсъствието на атмосфера и как това се отразява на кацанията и ресурсите, които са на разположение. „Просто не го виждам като стъпало.“

Що се отнася до Марс, Хехт каза: „Не мисля, че практикувате, като отидете някъде другаде. Но разбирам гледната точка на хората, които казват, че отиването навсякъде - без значение дали е астероид или луната - ни дава опит в работата извън Земята."

Не че хората, които са в полза на мисия до Марс, са против посещението на Луната - привържениците на изследването на космоса като цяло поддържаме повече мисии от всякакъв вид - по-скоро ако искаме да пътуваме до Марс, трябва да се фокусираме върху Марс и неговите уникални предизвикателства.

Станция Макмърдо за червената планета

Говори се много за футуристични градове на Марс и за изпращане на стотици или дори хиляди хора да живеят там в дългосрочен план. Но далечните идеи едва ли ще се случат скоро. Вместо това, по-реалистична визия би била преден пост за научни изследвания, като базата Макмърдо в Антарктика, с шепа астронавти, прекарващи времето си там на 18-месечни смени.

Би било възможно да се създаде първата мисия с екипаж до Марс в рамките на 20 до 25 години и да се създаде изследователски пост там през следващите десетилетия.

Въпреки че може да е възможно такава мисия да бъде планирана и изпълнена от една държава, може да има по-стабилна мисия, ако са включени различни държави. В момента НАСА си сътрудничи тясно с други космически агенции като Европейската космическа агенция (ESA) и японската Космическа агенция (JAXA), но има разкол между САЩ и един от най-големите играчи в космическите мисии: Китай. Все още не е ясно дали тези различни агенции биха искали да работят заедно за бъдеща мисия на Марс.

„Надяваме се, че тази първа мисия [до Марс] ще включва не само НАСА и не само Съединените щати“, каза Хехт, „Надяваме се, че ще включва и Китай, така че няма да има само една точка на провал. Ще продължи, ако един партньор реши да отиде някъде другаде.

В проекта няма да участват само държавни агенции. Компании като SpaceX, Blue Origin и Boeing са силно ангажирани в космически мисии и вие може да очаква те да бъдат включени като подизпълнители или дори ръководители на проекти в бъдещи мисии на Марс като добре.

Защо да отидем на Марс?

Винаги, когато се повдигне темата за екипажна мисия до Марс, винаги има хора, които възразяват срещу времето и времето пари, които подобно начинание би изисквало, и твърдят, че тези пари биха били по-добре изразходвани за решаване на проблеми тук Земята. И безспорно, през последната година по-специално, видяхме пукнатини в системите, които трябва да поддържат основните нужди на много хора, като жилища, образование и здравеопазване.

Но, посочва Хехт, ние не харчим пари само за удовлетворяване на основните изисквания на живота. Той описа трескави опити да събере 1 милион долара финансиране, за да постави ново научно оборудване на Марс, и включи телевизора, за да види рекламите, пуснати по време на Супербоул. Цената на всеки 30-секунден спот можеше да плати няколко пъти за неговото оборудване.

„Ние харчим пари за всякакви глупави неща като реклами на Супербоул“, каза той. „И страшно много от тях са свързани с личното ни удоволствие от живота и удовлетворението – независимо дали става дума за спорт, дали за библиотеки, дали за изкуство, дали за музика, дали за паркове. Бихме били доста лошо извинение за едно общество, ако единственото нещо, за което бихме харчили пари, беше храна и подслон.

Когато става дума за изследване на космоса, ние имаме възможността да учим и вдъхновяваме и, може би най-важното от всичко, да разберем повече за Вселената и нашето място в нея. Ако искаме да отговорим на някои от най-големите въпроси в живота: откъде сме дошли и дали сме сами във Вселената, тогава трябва да излезем извън нашата планета и да я изследваме.

Какво научаваме от изследването

Много привърженици на изследването на Марс ще твърдят, че трябва да пътуваме до Марс, защото има конкретни неща, които можем да научим там за Земята. От учене някои от най-старите скали в Слънчевата система да научите за формирането на Земята, за да изучавате климат за да получите представа за належащия проблем с изменението на климата, има много начини, по които откритията, направени на Марс, могат да подобрят живота тук на Земята.

Но за Хехт опитът да се оправдаят космическите мисии по този начин „се сблъсква с историята. В смисъл, че да, винаги е имало тези осезаеми ползи [от проучването]. Но не бяхме много добри в прогнозирането им. Това е прекрасното в него. Отивате и изследвате някъде ново и научавате нещо, което никога не сте очаквали да научите.

Просто не знаем какво ще открием от Марс, докато не отидем там. Това винаги е било вярно за научните открития - от случайните открития на пеницилина или рентгеновите лъчи до начина, по който технология, разработена за мисиите на Аполо до Луната водят до по-добри машини за бъбречна диализа и подобрено защитно оборудване за пожарникарите.

И отвъд прагматичните предимства на развитието на технологиите и научните познания, има по-дълбок импулс за изследване. „Стремежът към знания е това, което ни прави хора“, каза Хехт.

„Правим това от първия път, когато ударихме два камъка един в друг. Ние преследваме знания. И изследването на нови места - ето защо няма кътче на земното кълбо, където да не са стъпвали човешки същества, включително дъното на океана. Това е, което правим.

Препоръки на редакторите

• Космически съобщения: Как първите хора на Марс ще комуникират със Земята
• Астропсихология: Как да останем здрави на Марс
• Електроцентрали на други планети: Как ще генерираме електричество на Марс
• Събиране на хидратация: Как бъдещите заселници ще създават и събират вода на Марс
• Астроземеделие: Как ще отглеждаме култури на Марс