Den vanskelige logistik ved at sætte menneskelige opdagelsesrejsende på Mars

Så længe mennesker har set til stjernerne, har vi drømt om at vove os ud og besøge disse fjerne steder. Og intet sted har været mål for flere spekulationer end Mars. Nu er vi endelig på et sted, hvor drømmen om mennesker, der sætter fod på en anden planet, kan blive til virkelighed inden for vores levetid.

Vi forstår den teknologi, vi skal bruge for at sende mennesker til Mars, og vi har også erfaring med at sende robotmissioner dertil. Så hvornår tager vi det næste gigantiske spring og sender en bemandet mission til en anden planet for første gang? Og hvad skal der til for at få det til at ske?

Vi talte med rumekspert Michael Hecht fra Massachusetts Institute of Technology, veteran fra Jet Propulsion Laboratory og hovedefterforsker af MOXIE iltfremstillingsinstrument på Perseverance-roveren for at forstå, hvordan vi kommer fra Jorden til Mars - og hvordan vi får støvler på jorden for det første tid.

Altid 15 år væk

Med den nylige bølge af interesse for Mars-udforskning, føles det som om, vi er tættere end nogensinde før på rent faktisk at få mennesker op på planetens overflade. Og alligevel er det også et mål, der hele tiden ser ud til at være lige uden for rækkevidde.

Efter Apollo-missionerne i 1960'erne og 1970'erne antog mange rumentusiaster, at vi ville blive ved med at nå og udforske og gå videre til det næste mål for udforskning: Mars. Men offentlighedens interesse aftog, støtten til Apollo tørrede ud, og mennesker har ikke forladt jordens kredsløb siden.

I de mellemliggende årtier har mange spekuleret i, at mennesker ville sætte foden på Mars om kun 15 år; at vi uundgåeligt snart ender på den røde planet. Men en konkret, seriøs missionsplan for at sætte mennesker på Mars er endnu ikke blevet til noget.

Vi har teknologien til at få en bemandet Mars-mission til at ske nu, og der er stigende interesse for emnet. Men Hecht hævder, at rumsamfundet, og vi som en art som helhed, endnu ikke har givet en seriøs økonomisk og praktisk forpligtelse til virkelig at få en mission til at ske. Hvis vi besluttede at gøre dette, kunne vi. Men vi er nødt til at forpligte os.

"Vi kunne have gået efter Apollo," sagde Hecht. »Det ville have været hårdt, og det ville have været farligt. Men vi kan gøre det mere sikkert nu. Vi kunne have gået dengang, og vi kan gå nu."

Et magisk sted i cyklussen

Når man prøver at forestille sig, hvordan en bemandet Mars-mission kan se ud, er der virkelig kun én praktisk måde at komme herfra til der. På grund af Mars’ kredsløb om solen varer et år der lige under to jordår. Hvis du tager højde for rejsetid, betyder det, at hvis du ønsker at rejse fra Jorden til Mars, er der én periode i en 26-måneders cyklus, hvor den rejse er nemmest: Når de to planeter er tæt på, og en raket kan sendes ind i det, der kaldes en Hohmann-overførsel kredsløb.

"Der er et magisk sted i den 26-måneders cyklus," forklarede Hecht. Når en raket opsendes fra Jorden på det helt rigtige tidspunkt, kan den krydse Mars’ kredsløb på samme tid som Mars gør det. "Det er som at skifte vognbane på motorvejen."

Selvom det er muligt at sende fartøjer til Mars ved hjælp af andre baner, er det sværere og farligere og meget dyrere. Så denne 26-måneders cyklus sætter en praktisk grænse for, hvornår vi kan sende missioner til Mars. Det er grunden til, at Mars-missioner ofte opsendes omkring samme tid, som de tre rumfartøjer, der blev opsendt i sommeren 2020 - NASA's Perseverance-rover, Kinas Tianwen-1-mission og UAE's Hope-mission.

Og der er en tilsvarende mulighed for at komme tilbage i den anden retning. Dette sætter en pragmatisk ramme omkring, hvordan en bemandet Mars-mission vil se ud: En seks- eller syv måneders rejse fra Jorden til Mars, lidt over halvandet år på overfladen, og yderligere seks eller syv måneder kommer tilbage. Det er omkring en tre-årig mission i alt.

En længere mission, end vi er vant til

Den treårige missionslængde giver udfordringer, da det er en længere mission, end vi er vant til at sende folk ud på. Missionerne til månen varede blot et par dage, og besætningsrotationer på den internationale rumstation varer typisk mellem seks måneder og et år.

At have mennesker på Mars-overfladen i omkring 18 måneder giver dem mulighed for at lave noget seriøs videnskab og udforskning, men det indebærer også meget større risiko. Hvis der er et problem på en Mars-mission, vil det være ekstremt svært - hvis ikke umuligt - at sende hjælp eller forsyninger fra Jorden. Hvis noget går galt, vil astronauterne være på egen hånd.

"Ingen, der er tæt på dette, er under nogen illusioner om, at det er sikkert," sagde Hecht. Fra sundhedsfare ved strålingseksponering til risici under opsendelse og landing til de problemer, der opstår, som du tilbringe halvandet år under trange forhold hvor du ikke kan gå udenfor uden en rumdragt: "Det er et risikabelt foretagende."

Derfor er fokus i planlægningen af ​​en bemandet mission at få så meget vigtigt udstyr på plads som muligt, før nogen forlader Jorden. For at minimere risici for astronauter ville du sende maskiner og udstyr til planeten under det forrige vindue i den 26-måneders cyklus, så det er klar til astronauternes ankomst. Du skal sikre dig, at astronauternes mest basale behov, som ilt og vand, allerede er opfyldt.

Hechts MOXIE-projekt er et eksempel på den slags teknologi, der ville muliggøre en bemandet Mars-mission og reducere dens risici. Det er en måde at producere ilt fra den rigelige kuldioxid i Mars atmosfære, og en lille version af teknologien er i øjeblikket inde i Perseverance roveren og har haft flere succesfulde kørsler allerede. En større version af denne teknologi kunne sendes til Mars sammen med en stor ilttank, som kunne fyldes med ilt klar til ankomsten af ​​en Mars-besætning.

Måne til Mars?

NASA planlægger at vende tilbage til menneskelig rumudforskning med de kommende Artemis-missioner til månen, og agenturet har konsekvent udtalt, at en af ​​grundene til at rejse til månen er at forberede sig til en bemandet mission for at Mars.

Som tidligere NASA-administrator Jim Bridenstine udtrykte det i en nylig rapport: "NASA har altid rettet sig mod menneskelig udforskning af Mars. Nu med mennesker, der vender tilbage til Månen om fire år for at etablere bæredygtig måneudforskning af slutningen af ​​årtiet, er vi i stand til tydeligt at se, at Månen er et kritisk trædesten til den røde planet. At lære at leve og arbejde på Månen vil bringe os tættere og tættere på vores næste gigantiske spring, når vi søger efter liv længere i solsystemet."

Men præcis hvor analoge månemissioner er til Mars-missioner er et spørgsmål om debat i rumsamfundet. Nogle hævder, at enhver menneskelig rumudforskning vil hjælpe med at opbygge viden, teknologier og procedurer, som vil være gavnlige i fremtidige bestræbelser - det var det Artemis-astronaut Kjell Lindgren fortalte Digital Trends da vi interviewede ham om målene for Artemis-missionerne.

Men andre, som Hecht, er skeptiske over for, hvor meget du kan lære om en Mars-mission ved at tage til månen. "Jeg kæmper for at finde fællestræk mellem de to, for at være ærlig," sagde Hecht. Han påpegede forskelle mellem Mars og månen med hensyn til varigheden af ​​turene, tyngdekraften og støvmiljøer, der astronauter vil støde på, tilstedeværelsen eller fraværet af atmosfære, og hvordan det påvirker landinger, og de ressourcer, der er ledig. "Jeg ser det bare ikke som et springbræt."

Når det kommer til Mars, sagde Hecht: "Jeg tror ikke, du øver dig ved at gå et andet sted hen. Men jeg forstår synspunktet hos folk, der siger, at det at gå hvor som helst - lige meget om det er en asteroide eller månen - giver os erfaring med at operere uden for Jorden."

Det er ikke sådan, at folk, der går ind for en mission til Mars, er imod at besøge månen - generelt tilhængere af rumudforskning støtte flere missioner af enhver art - det er snarere, at hvis vi ønsker at rejse til Mars, burde vi fokusere på Mars og dens unikke udfordringer.

En McMurdo-station for den røde planet

Der er masser af snak om futuristiske byer på Mars og om at sende hundreder eller endda tusindvis af mennesker til at bo der på lang sigt. Men det er usandsynligt, at de langt ude ideer kommer til at ske i den nærmeste fremtid. I stedet ville en mere realistisk vision være en videnskabelig forskningspost, som McMurdo-basen i Antarktis, med en håndfuld astronauter, der tilbringer tid der i 18-måneders skift.

Det ville være muligt at etablere den første bemandede mission til Mars inden for 20 til 25 år og at etablere en forskningsforpost der inden for de næste årtier.

Selvom det kunne være muligt for en sådan mission at blive planlagt og udført af et enkelt land, kunne der være en mere robust mission, hvis forskellige lande var involveret. I øjeblikket samarbejder NASA tæt med andre rumorganisationer som European Space Agency (ESA) og den japanske Space Agency (JAXA), men der er et skisma mellem USA og en af ​​de største spillere inden for rummissioner: Kina. Hvorvidt disse forskellige agenturer ville være villige til at arbejde sammen om en fremtidig Mars-mission er stadig uklart.

"Forhåbentlig vil den første mission [til Mars] involvere ikke kun NASA og ikke kun USA," sagde Hecht, "forhåbentlig vil den også involvere Kina, så der vil ikke kun være ét fejlpunkt. Det vil fortsætte, hvis en partner beslutter sig for at tage et andet sted hen."

Det vil heller ikke kun være offentlige myndigheder involveret i projektet. Virksomheder som SpaceX, Blue Origin og Boeing er alle stærkt involveret i rummissioner, og du kan forvente, at de bliver involveret som underleverandører eller endda projektledere i fremtidige Mars-missioner som godt.

Hvorfor tage til Mars?

Hver gang emnet for en bemandet mission til Mars dukker op, er der altid folk, der protesterer mod tiden og penge en sådan virksomhed ville kræve og argumentere for, at disse penge ville være bedre brugt på at løse problemer her på Jorden. Og unægtelig har vi især i det sidste år set revnerne i systemerne, som formodes at understøtte de grundlæggende behov hos mange, såsom bolig, uddannelse og sundhedspleje.

Men, påpeger Hecht, vi bruger ikke kun penge på at opfylde livets grundlæggende krav. Han beskrev febrilsk at forsøge at skrabe 1 million dollars i midler til at sætte et nyt videnskabeligt udstyr på Mars og tænde for tv'et for at se annoncerne, der blev spillet under Super Bowl. Prisen for hver 30-sekunders plads kunne have betalt for hans udstyr flere gange.

"Vi bruger penge på alle mulige dumme ting som Super Bowl-reklamer," sagde han. "Og rigtig mange af dem har at gøre med vores personlige livsnydelse og tilfredsstillelse - om det er sport, om det er biblioteker, om det er kunst, om det er musik, om det er parker. Vi ville være en ret dårlig undskyldning for et samfund, hvis det eneste, vi ville bruge penge på, var mad og husly."

Når det kommer til udforskning af rummet, har vi mulighed for at undervise og inspirere, og måske vigtigst af alt, at forstå mere om universet og vores plads i det. Hvis vi vil besvare nogle af de største spørgsmål i livet: Hvor kom vi fra, og om vi er alene i universet - så er vi nødt til at vove os ud over vores planet og udforske.

Hvad vi lærer af udforskning

Mange tilhængere af Mars-udforskning vil hævde, at vi bør rejse til Mars, fordi der er specifikke ting, vi kan lære der om Jorden. Fra at studere nogle af de ældste klipper i solsystemet at lære om dannelsen af ​​Jorden til at studere klima for at få indsigt i det presserende spørgsmål om klimaændringer, er der mange måder, hvorpå opdagelser på Mars kan forbedre livet her på Jorden.

Men for Hecht, at forsøge at retfærdiggøre rummissioner på denne måde "flyver i ansigtet på historien. I den forstand, at ja, der har altid været de håndgribelige fordele [til udforskning]. Men vi har ikke været særlig gode til at forudsige dem. Det er det, der er vidunderligt ved det. Du går og udforsker et nyt sted, og du lærer noget, du aldrig havde forventet at lære."

Vi ved simpelthen ikke, hvad vi vil opdage fra Mars, før vi tager dertil. Det har altid været sandt for videnskabelige opdagelser - fra de utilsigtede opdagelser af penicillin eller røntgenstråler til den måde, teknologi udviklet til Apollo-månemissionerne føre til bedre nyredialysemaskiner og forbedret beskyttelsesudstyr til brandmænd.

Og ud over de pragmatiske fordele ved at udvikle teknologier og videnskabelig viden, er der en dybere impuls til at udforske. "Søgen efter viden er det, der gør os til mennesker," sagde Hecht.

"Vi har gjort det her siden første gang, vi slog to sten sammen. Vi forfølger viden. Og udforskningen af ​​nye steder - derfor er der ikke et hjørne af kloden, hvor mennesker ikke har sat sine ben, inklusive havets bund. Det er det, vi gør."

Redaktørens anbefalinger

• Kosmisk kommunikation: Hvordan de første mennesker på Mars vil kommunikere med Jorden
• Astropsykologi: Sådan forbliver du sund på Mars
• Kraftværker på andre planeter: Hvordan vi genererer elektricitet på Mars
• Høsthydrering: Hvordan fremtidige bosættere vil skabe og samle vand på Mars
• Astrolandbrug: Hvordan vi dyrker afgrøder på Mars