Hankala logistiikka ihmistutkijoiden saattamiseksi Marsiin

Niin kauan kuin ihmiset ovat katsoneet tähtiin, olemme haaveilleet lähteä ulos ja vierailla näissä kaukaisissa paikoissa. Ja mikään paikka ei ole ollut enemmän spekuloinnin kohteena kuin Mars. Nyt olemme vihdoin paikassa, jossa toiselle planeetalle astuvien ihmisten unelma voisi toteutua elämämme aikana.

Ymmärrämme tekniikan, jota tarvitsemme ihmisten lähettämiseksi Marsiin, ja meillä on kokemusta myös robottitehtävien lähettämisestä sinne. Joten milloin aiomme ottaa seuraavan jättiloikan ja lähettää miehistöllisen tehtävän toiselle planeetalle ensimmäistä kertaa? Ja mitä se vaatii, jotta se tapahtuu?

Puhuimme avaruusasiantuntijan Michael Hechtin kanssa Massachusetts Institute of Technologysta, Jet Propulsion Laboratoryn veteraanista ja päätutkijasta. MOXIE-happea tuottava instrumentti Perseverance-mönkijällä, jotta ymmärrämme, kuinka pääsemme maasta Marsiin – ja miten saamme saappaat maahan ensimmäistä kertaa aika.

Aina 15 vuoden päässä

Kun kiinnostus Marsin tutkimusta kohtaan on viime aikoina lisääntynyt, tuntuu, että olemme lähempänä kuin koskaan ennen ihmisten saamista planeetan pinnalle. Ja kuitenkin, se on myös tavoite, joka näyttää jatkuvasti olevan vain saavuttamattomissa.

1960- ja 1970-luvun Apollo-lentojen jälkeen monet avaruusharrastajat olettivat, että jatkamme saavuttamista ja tutkimista ja siirrymme seuraavaan tutkimuskohteeseen: Marsiin. Mutta yleinen kiinnostus hiipui, tuki Apollolle kuivui, eivätkä ihmiset ole poistuneet Maan kiertoradalta sen jälkeen.

Välivuosikymmeninä monet ovat spekuloineet, että ihmiset astuisivat Marsiin vain 15 vuodessa; että väistämättä päädymme pian punaiselle planeetalle. Mutta konkreettinen, vakava tehtäväsuunnitelma ihmisten laittamiseksi Marsiin ei ole vielä toteutunut.

Meillä on tekniikka miehitettyjen Mars-lentotoimien toteuttamiseen nyt, ja kiinnostus aihetta kohtaan on lisääntynyt. Mutta Hecht väittää, että avaruusyhteisön ja meidän lajin kokonaisuutena ei ole vielä tehtävä vakavaa taloudellista ja käytännön sitoumusta, jotta tehtävä todella toteutuisi. Jos päätimme tehdä tämän, voisimme. Mutta meidän on tehtävä tämä sitoumus.

"Olemme voineet lähteä Apollon perässä", Hecht sanoi. "Se olisi ollut vaikeaa, ja se olisi ollut vaarallista. Mutta voimme tehdä sen nyt turvallisemmin. Olisimme voineet mennä silloin ja voimme mennä nyt."

Yksi maaginen paikka syklissä

Kun yrität kuvitella miltä miehitetty Mars-lento voisi näyttää, on todella vain yksi käytännöllinen tapa päästä täältä sinne. Marsin Auringon ympäri kiertävän kiertoradan ansiosta vuosi siellä kestää vajaat kaksi maavuotta. Matka-ajan huomioon ottaminen tarkoittaa, että jos haluat matkustaa Maasta Marsiin, 26 kuukauden syklissä on yksi jakso, jolloin tämä matka on helpoin: kun kaksi planeettaa ovat lähellä ja raketti voidaan lähettää niin kutsuttuun Hohmann-siirtoon kiertoradalla.

"Tässä 26 kuukauden syklissä on yksi taikapiste", Hecht selitti. Kun raketti lähtee maasta juuri oikeaan aikaan, se voi leikata Marsin kiertoradan samaan aikaan kuin Mars. "Se on kuin kaistanvaihtoa moottoritiellä."

Vaikka on mahdollista lähettää alus Marsiin muilla kiertoradoilla, se on vaikeampaa ja vaarallisempaa ja paljon kalliimpaa. Joten tämä 26 kuukauden jakso asettaa käytännön rajan sille, milloin voimme lähettää tehtäviä Marsiin. Tästä syystä Mars-matkat lähtevät usein samaan aikaan, kuten kolme kesällä 2020 laukaisua - NASAn Perseverance-mönkijä, Kiinan Tianwen-1 ja Arabiemiirikuntien Hope-lento.

Ja siellä on sama mahdollisuus palata toiseen suuntaan. Tämä asettaa pragmaattisen kehyksen sille, miltä miehitetty Mars-lento näyttää: kuuden tai seitsemän kuukauden matka Maasta Marsiin, hieman yli puolitoista vuotta pinnalla ja vielä kuusi tai seitsemän kuukautta tulossa takaisin. Se on yhteensä noin kolmen vuoden tehtävä.

Pidempi tehtävä kuin mihin olemme tottuneet

Tämä kolmen vuoden tehtävän pituus asettaa haasteita, koska se on pidempi tehtävä kuin olemme tottuneet lähettämään ihmisiä. Tehtävät kuuhun kestivät vain muutaman päivän, ja miehistön kierto kansainvälisellä avaruusasemalla kestää tyypillisesti kuudesta kuukaudesta yhteen vuoteen.

Ihmisten oleskeleminen Marsin pinnalla noin 18 kuukauden ajan antaa heille mahdollisuuden tehdä vakavaa tiedettä ja tutkimusta, mutta se sisältää myös paljon enemmän riskejä. Jos Mars-matkalla on ongelma, on erittäin vaikeaa - ellei mahdotonta - lähettää apua tai tarvikkeita Maasta. Jos jokin menee pieleen, astronautit ovat omillaan.

"Kellään, joka on lähellä tätä, ei ole illuusioita siitä, että se on turvallista", Hecht sanoi. alkaen säteilyaltistuksen terveysuhka laukaisun ja laskeutumisen aikana ilmeneviin ongelmiin viettää puolitoista vuotta ahtaissa olosuhteissa jossa ei voi mennä ulos ilman avaruuspukua: "Se on riskialtista yritystä."

Tästä syystä miehistöllisen tehtävän suunnittelun painopiste on saada mahdollisimman paljon olennaisia ​​laitteita paikoilleen ennen kuin kukaan lähtee Maasta. Astronautien riskien minimoimiseksi lähetät planeetalle koneita ja laitteita edellisen ikkunan aikana 26 kuukauden jaksossa, jotta se olisi valmis astronautien saapumista varten. Sinun on varmistettava, että astronautien perustarpeet, kuten happi ja vesi, on jo täytetty.

Hechtin MOXIE-projekti on yksi esimerkki sellaisesta tekniikasta, joka mahdollistaisi miehitettyjen Mars-lentotehtävien suorittamisen ja vähentäisi sen riskejä. Se on tapa tuottaa happea Marsin ilmakehän runsaasta hiilidioksidista ja pienestä teknologian versio on tällä hetkellä Perseverance Roverissa ja sillä on ollut useita onnistuneita ajoja jo. Tämän tekniikan suurempi versio voitaisiin lähettää Marsiin yhdessä suuren happisäiliön kanssa, joka voitaisiin täyttää hapella valmiina Marsin miehistön saapumista varten.

Kuusta Marsiin?

NASA suunnittelee palaavansa ihmisten avaruustutkimukseen tulevilla Artemis-lennoilla kuuhun, ja virasto on johdonmukaisesti todennut, että yksi syy matkustaa kuuhun on valmistautua miehistön tehtävään Mars.

Kuten NASAn entinen johtaja Jim Bridenstine totesi äskettäisessä raportissa: "NASA on aina asettanut tavoitteensa Marsin ihmistutkimukseen. Nyt kun ihmiset palaavat Kuuhun neljän vuoden kuluttua luodakseen kestävää kuun tutkimusta vuosikymmenen lopussa voimme selvästi nähdä, että Kuu on kriittinen ponnahduslauta punaiselle planeetalle. Oppiminen elämään ja työskentelemään Kuussa tuo meidät yhä lähemmäksi seuraavaa jättiloikkaamme etsiessämme elämää kauempana aurinkokunnasta."

Avaruusyhteisössä keskustellaan kuitenkin siitä, kuinka samanlaisia ​​Kuu-lennot ovat Mars-lennoille. Jotkut väittävät, että mikä tahansa ihmisen avaruustutkimus auttaa rakentamaan tietoa, teknologioita ja menetelmiä, joista on hyötyä tulevissa ponnisteluissa. Artemis-astronautti Kjell Lindgren kertoi Digital Trendsille kun haastattelimme häntä Artemis-tehtävien tavoitteista.

Mutta muut, kuten Hecht, ovat skeptisiä sen suhteen, kuinka paljon voit oppia Mars-tehtävästä menemällä kuuhun. "Minun on vaikea löytää yhteisiä piirteitä näiden kahden välillä, ollakseni rehellinen", Hecht sanoi. Hän huomautti Marsin ja kuun väliset erot matkojen keston, painovoiman ja pölyympäristön suhteen. astronautit kohtaavat, ilmakehän läsnäolo tai puuttuminen ja kuinka se vaikuttaa laskeutumiseen, sekä resurssit, jotka saatavilla. "En vain näe sitä ponnahduslautana."

Mitä tulee Marsiin, Hecht sanoi: "En usko, että harjoittelet menemällä jonnekin muualle. Mutta ymmärrän niiden ihmisten näkökulman, jotka sanovat, että minne tahansa - ei väliä onko se asteroidi tai kuu - antaa meille kokemusta toimimisesta Maan ulkopuolella."

Kyse ei ole siitä, että ihmiset, jotka kannattavat Mars-lentomatkaa, vastustavat kuussa vierailua - avaruustutkimuksen kannattajat yleensä tukea enemmän kaikenlaisia ​​tehtäviä - jos haluamme matkustaa Marsiin, meidän pitäisi keskittyä Marsiin ja sen ainutlaatuiseen haasteita.

McMurdo-asema punaiselle planeetalle

Puhutaan paljon Marsin futuristisista kaupungeista ja satojen tai jopa tuhansien ihmisten lähettämisestä sinne pitkällä aikavälillä. Mutta kaukaa haetut ideat tuskin toteutuvat lähiaikoina. Sen sijaan realistisempi näkemys olisi tieteellinen tutkimusasema, kuten McMurdon tukikohta Etelämantereella, jossa kourallinen astronautia viettää aikaa siellä 18 kuukauden vuoroissa.

Ensimmäinen miehistöllinen lento Marsiin olisi mahdollista toteuttaa 20–25 vuoden sisällä ja tutkimusaseman perustaminen sinne seuraavien vuosikymmenten aikana.

Vaikka tällaisen operaation voisi olla mahdollista suunnitella ja toteuttaa vain yksi maa, operaatio voisi olla vahvempi, jos mukana olisivat eri maat. Tällä hetkellä NASA tekee tiivistä yhteistyötä muiden avaruusjärjestöjen, kuten Euroopan avaruusjärjestön (ESA) ja japanilaisten kanssa Avaruusjärjestö (JAXA), mutta Yhdysvaltojen ja yhden suurimmista avaruustehtävien toimijoista: Kiinan välillä vallitsee erimielisyys. Vielä on epäselvää, olisivatko nämä eri virastot halukkaita työskentelemään yhdessä tulevassa Mars-tehtävässä.

"Toivottavasti tuo ensimmäinen tehtävä [Marsiin] ei koske vain NASAa eikä vain Yhdysvaltoja", Hecht sanoi. "Toivottavasti siihen osallistuu myös Kiina, joten siinä ei ole vain yhtä epäonnistumispistettä. Se jatkuu, jos toinen kumppani päättää mennä jonnekin muualle."

Hankkeessa ei myöskään ole mukana vain valtion virastoja. Yritykset, kuten SpaceX, Blue Origin ja Boeing, ovat kaikki vahvasti mukana avaruustehtävissä, ja sinä voivat odottaa heidän osallistuvan alihankkijoina tai jopa projektipäällikköinä tuleviin Mars-tehtäviin hyvin.

Miksi mennä Marsiin?

Aina kun aihe miehistöstä Marsiin tulee esiin, on aina ihmisiä, jotka vastustavat aikaa ja Rahaa tällainen yritys vaatisi ja väittää, että nämä rahat voitaisiin käyttää paremmin ongelmien ratkaisemiseen Maapallo. Ja kiistatta, erityisesti viimeisen vuoden aikana olemme nähneet halkeamia järjestelmissä, joiden on tarkoitus tukea monien perustarpeita, kuten asumista, koulutusta ja terveydenhuoltoa.

Mutta Hecht huomauttaa, emme käytä rahaa vain elämän perusvaatimusten täyttämiseen. Hän kuvaili kiihkeästi yrittävänsä saada yhteen miljoonan dollarin rahoitusta uuden tieteellisen laitteen sijoittamiseksi Marsiin ja television käynnistämistä nähdäkseen Super Bowlin aikana näytetyt mainokset. Jokaisen 30 sekunnin paikan hinta olisi voinut maksaa hänen varusteensa moninkertaisesti.

"Käytämme rahaa kaikenlaisiin typeriin asioihin, kuten Super Bowl -mainoksiin", hän sanoi. "Ja hirvittävän monet niistä liittyvät henkilökohtaiseen nautintoon elämästämme ja täyttymykseen - olipa kyse urheilusta, kirjastoista, taiteesta, musiikista tai puistoista. Olisimme melko huono tekosyy yhteiskunnalle, jos ainoa asia, johon käyttäisimme rahaa, olisi ruoka ja suoja."

Mitä tulee avaruustutkimukseen, meillä on mahdollisuus opettaa ja inspiroida, ja mikä ehkä tärkeintä, ymmärtää enemmän maailmankaikkeudesta ja paikastamme siinä. Jos haluamme vastata joihinkin elämän suurimpiin kysymyksiin: Mistä olemme kotoisin ja olemmeko yksin maailmankaikkeudessa, meidän on uskallettava planeettamme ulkopuolelle ja tutkia asiaa.

Mitä opimme tutkimisesta

Monet Marsin tutkimuksen kannattajat väittävät, että meidän pitäisi matkustaa Marsiin, koska siellä on tiettyjä asioita, joita voimme oppia maasta. Opiskelusta lähtien jotkut aurinkokunnan vanhimmista kivistä oppia Maan muodostumisesta tutkimaan ilmasto Saadaksemme näkemyksiä ilmastonmuutoksen kiireellisestä ongelmasta, on monia tapoja, joilla Marsissa tehdyt löydöt voivat parantaa elämää täällä maan päällä.

Mutta Hechtille yrittäminen oikeuttaa avaruustehtävät tällä tavalla "lentää historian edessä. Siinä mielessä, että kyllä, niitä konkreettisia etuja on aina ollut [etsinnässä]. Mutta emme ole olleet kovin hyviä ennustamaan niitä. Sehän siinä on ihanaa. Menet ja tutkit jonnekin uutta ja opit jotain, jota et koskaan odottanut oppivasi."

Emme yksinkertaisesti tiedä, mitä löydämme Marsista ennen kuin menemme sinne. Tämä on aina ollut totta tieteellisissä löydöissä – vahingossa tehdyistä penisilliini- tai röntgenlöydöistä tapaan, Apollo-kuun lennolle kehitetty tekniikka johtaa parempiin munuaisdialyysikoneisiin ja palomiesten suojavarusteisiin.

Ja teknologioiden ja tieteellisen tiedon kehittämiseen liittyvien pragmaattisten etujen lisäksi on syvempää sysäystä tutkittavaksi. "Tietojen tavoittelu tekee meistä ihmisiä", Hecht sanoi.

"Olemme tehneet tätä siitä lähtien, kun ensimmäistä kertaa löimme kahta kiveä yhdessä. Tavoittelemme tietoa. Ja uusien paikkojen tutkiminen – siksi maapallolla ei ole nurkkaa, jonne ihmiset eivät olisi astuneet, mukaan lukien valtameren pohja. Sitä me teemme."

Toimittajien suositukset

• Kosminen viestintä: Kuinka ensimmäiset ihmiset Marsissa kommunikoivat maan kanssa
• Astropsykologia: Kuinka pysyä järkevänä Marsissa
• Voimalaitokset muilla planeetoilla: Kuinka tuotamme sähköä Marsissa
• Nesteytys: kuinka tulevat uudisasukkaat luovat ja keräävät vettä Marsiin
• Astromaatalous: Kuinka kasvatamme satoja Marsissa