De lastige logistiek om menselijke ontdekkingsreizigers op Mars te zetten

Zolang mensen naar de sterren hebben gekeken, dromen we ervan om eropuit te gaan en deze verre oorden te bezoeken. En geen enkele plaats is het doelwit geweest van meer speculatie dan Mars. Nu zijn we eindelijk op een plek waar de droom van mensen die voet zetten op een andere planeet tijdens ons leven werkelijkheid kan worden.

We begrijpen de technologie die we nodig hebben om mensen naar Mars te sturen, en we hebben de ervaring om ook robotmissies daarheen te sturen. Dus wanneer gaan we die volgende grote sprong maken en voor het eerst een bemande missie naar een andere planeet sturen? En wat is er nodig om dat voor elkaar te krijgen?

We spraken met ruimte-expert Michael Hecht van het Massachusetts Institute of Technology, veteraan van het Jet Propulsion Laboratory en hoofdonderzoeker van de MOXIE-instrument voor het maken van zuurstof op de Perseverance-rover, om te begrijpen hoe we van de aarde naar Mars komen - en hoe we voor het eerst laarzen op de grond krijgen tijd.

Altijd 15 jaar weg

Met de recente golf van interesse in Mars-exploratie, voelt het alsof we dichter dan ooit tevoren zijn bij het daadwerkelijk krijgen van mensen op het oppervlak van de planeet. En toch is het ook een doel dat voortdurend net buiten bereik lijkt te zijn.

Na de Apollo-missies van de jaren 1960 en 1970 gingen veel ruimteliefhebbers ervan uit dat we zouden blijven reiken en verkennen, en verder zouden gaan naar het volgende doel voor verkenning: Mars. Maar de publieke belangstelling nam af, de steun voor Apollo droogde op en de mens heeft sindsdien de baan om de aarde niet meer verlaten.

In de tussenliggende decennia hebben velen gespeculeerd dat mensen in slechts 15 jaar voet op Mars zouden zetten; dat we onvermijdelijk binnenkort op de rode planeet zullen belanden. Maar een concreet, serieus missieplan om mensen op Mars te zetten moet nog komen.

We hebben nu de technologie om een ​​bemande Mars-missie mogelijk te maken en er is steeds meer belangstelling voor het onderwerp. Maar Hecht betoogt dat de ruimtegemeenschap, en wij als soort als geheel, nog een serieuze financiële en praktische toezegging moeten doen om een ​​missie echt te laten slagen. Als we besloten om dit te doen, zouden we dat kunnen. Maar we moeten die toezegging doen.

'We hadden achter Apollo aan kunnen gaan,' zei Hecht. “Het zou moeilijk zijn geweest en het zou gevaarlijk zijn geweest. Maar we kunnen het nu veiliger doen. We hadden toen kunnen gaan, en we kunnen nu gaan.

Een magische plek in de cyclus

Als je je probeert voor te stellen hoe een bemande Mars-missie eruit zou kunnen zien, is er eigenlijk maar één praktische manier om van hier naar daar te komen. Vanwege de baan van Mars rond de zon duurt een jaar daar iets minder dan twee aardse jaren. Rekening houdend met reistijd, betekent dit dat als je van de aarde naar Mars wilt reizen, er een periode is in een cyclus van 26 maanden waarin die reis is het gemakkelijkst: wanneer de twee planeten dichtbij zijn en een raket kan worden gestuurd naar wat een Hohmann-overdracht wordt genoemd baan.

"Er is één magische plek in die cyclus van 26 maanden", legt Hecht uit. Wanneer een raket precies op het juiste moment vanaf de aarde wordt gelanceerd, kan hij de baan van Mars snijden op hetzelfde moment dat Mars dat doet. "Het is alsof je van rijstrook wisselt op de snelweg."

Hoewel het mogelijk is om vaartuigen naar Mars te sturen met andere banen, is het moeilijker en gevaarlijker, en veel duurder. Dus deze cyclus van 26 maanden legt een praktische limiet op wanneer we missies naar Mars kunnen sturen. Daarom worden Mars-missies vaak rond dezelfde tijd gelanceerd, zoals de drie ruimtevaartuigen die in de zomer van 2020 werden gelanceerd: NASA's Perseverance-rover, de Chinese Tianwen-1-missie en de Hope-missie van de VAE.

En er is een gelijkwaardige kans om terug te komen in de andere richting. Dit geeft een pragmatisch kader rond hoe een bemande Mars-missie eruit zal zien: een reis van zes of zeven maanden van de aarde naar Mars, iets meer dan anderhalf jaar aan de oppervlakte, en nog eens zes of zeven maanden op komst rug. Dat is in totaal ongeveer een driejarige missie.

Een langere missie dan we gewend zijn

Die missieduur van drie jaar brengt uitdagingen met zich mee, omdat het een langere missie is dan we gewend zijn om mensen te sturen. De missies naar de maan duurden slechts een paar dagen en de rotaties van de bemanning op het internationale ruimtestation duren doorgaans tussen de zes maanden en een jaar.

Mensen ongeveer 18 maanden op het oppervlak van Mars hebben, geeft hen de kans om serieuze wetenschap en verkenning te doen, maar het brengt ook veel meer risico's met zich mee. Als er een probleem is met een Mars-missie, zal het buitengewoon moeilijk – zo niet onmogelijk – zijn om hulp of voorraden vanaf de aarde te sturen. Als er iets misgaat, staan ​​de astronauten er alleen voor.

"Niemand die hier dichtbij is, heeft de illusie dat het veilig is", zei Hecht. Van de gezondheidsbedreiging van blootstelling aan straling risico's tijdens het lanceren en landen tot de problemen die zich voordoen anderhalf jaar in krappe omstandigheden doorbrengen waar je zonder ruimtepak niet naar buiten kunt: “Het is een riskante onderneming.”

Daarom is de focus bij het plannen van een bemande missie erop gericht om zoveel mogelijk essentiële uitrusting op zijn plaats te krijgen voordat iemand de aarde verlaat. Om de risico's voor astronauten tot een minimum te beperken, zou je tijdens het vorige venster in de cyclus van 26 maanden machines en apparatuur naar de planeet sturen, zodat ze klaar zijn voor de komst van de astronauten. Je moet ervoor zorgen dat aan de meest elementaire behoeften van de astronauten, zoals zuurstof en water, al wordt voldaan.

Hechts MOXIE-project is een voorbeeld van het soort technologie dat een bemande Mars-missie mogelijk zou maken en de risico's ervan zou verminderen. Het is een manier om zuurstof te produceren uit de overvloedige koolstofdioxide in de atmosfeer van Mars, en een kleine versie van de technologie bevindt zich momenteel in de Perseverance-rover en heeft verschillende succesvolle runs gehad al. Een grotere versie van deze technologie zou naar Mars kunnen worden gestuurd, samen met een grote zuurstoftank, die gevuld zou kunnen worden met zuurstof, klaar voor de komst van een Mars-bemanning.

Maan naar Mars?

NASA is van plan terug te keren naar bemande ruimteverkenning met de komende Artemis-missies naar de maan, en de bureau heeft consequent verklaard dat een van de redenen om naar de maan te reizen, is om je voor te bereiden op een bemande missie naar Mars.

Zoals voormalig NASA-beheerder Jim Bridenstine het in een recent rapport verwoordde: “NASA heeft altijd zijn zinnen gezet op menselijke verkenning van Mars. Nu met mensen die over vier jaar terugkeren naar de maan om duurzame verkenning van de maan tot stand te brengen door de aan het einde van het decennium kunnen we duidelijk zien dat de maan een cruciale opstap naar de rode planeet is. Leren leven en werken op de maan zal ons steeds dichter bij onze volgende reuzensprong brengen terwijl we zoeken naar leven verder in het zonnestelsel.”

Hoe analoog maanmissies precies zijn met Mars-missies, is echter een kwestie van discussie in de ruimtevaartgemeenschap. Sommigen beweren dat elke verkenning van de menselijke ruimte zal helpen bij het opbouwen van kennis, technologieën en procedures die nuttig zullen zijn bij toekomstige inspanningen - dat was wat Artemis-astronaut Kjell Lindgren vertelde Digital Trends toen we hem interviewden over de doelen van de Artemis-missies.

Maar anderen, zoals Hecht, zijn sceptisch over hoeveel je kunt leren over een Mars-missie door naar de maan te gaan. "Ik heb moeite om overeenkomsten tussen de twee te vinden, om eerlijk te zijn," zei Hecht. Hij wees op verschillen tussen Mars en de maan in termen van de duur van de reizen, de zwaartekracht en stofomgevingen astronauten zullen tegenkomen, de aan- of afwezigheid van atmosfeer en hoe dat landingen beïnvloedt, en de middelen die dat zijn beschikbaar. "Ik zie het gewoon niet als een springplank."

Als het over Mars gaat, zei Hecht: "Ik denk niet dat je oefent door ergens anders heen te gaan. Maar ik begrijp het standpunt van mensen die zeggen dat ergens heen gaan - het maakt niet uit of het een asteroïde of de maan is - ons ervaring geeft in het opereren buiten de aarde.'

Het is niet zo dat mensen die voor een missie naar Mars zijn tegen een bezoek aan de maan zijn - voorstanders van verkenning van de ruimte in het algemeen meer allerlei soorten missies ondersteunen - het is eerder zo dat als we naar Mars willen reizen, we ons zouden moeten concentreren op Mars en zijn unieke uitdagingen.

Een McMurdo-station voor de rode planeet

Er wordt veel gesproken over futuristische steden op Mars en over het sturen van honderden of zelfs duizenden mensen om daar voor de lange termijn te wonen. Maar de vergezochte ideeën zullen waarschijnlijk niet snel gebeuren. In plaats daarvan zou een meer realistische visie een buitenpost voor wetenschappelijk onderzoek zijn, zoals de McMurdo-basis op Antarctica, met een handvol astronauten die daar tijd doorbrengen in ploegen van 18 maanden.

Het zou haalbaar zijn om binnen 20 tot 25 jaar de eerste bemande missie naar Mars op te zetten en daar binnen de komende decennia een onderzoeksvoorpost op te zetten.

Hoewel het mogelijk zou kunnen zijn dat een dergelijke missie door één land wordt gepland en uitgevoerd, zou er een robuustere missie kunnen zijn als er verschillende landen bij betrokken zouden zijn. Momenteel werkt NASA nauw samen met andere ruimteagentschappen zoals de European Space Agency (ESA) en de Japanners Space Agency (JAXA), maar er is een schisma tussen de VS en een van de grootste spelers in ruimtemissies: China. Of deze verschillende instanties al dan niet bereid zouden zijn om samen te werken aan een toekomstige Mars-missie, is nog onduidelijk.

"Hopelijk zal die eerste missie [naar Mars] niet alleen NASA en niet alleen de Verenigde Staten omvatten," zei Hecht, "Hopelijk zal China er ook bij betrokken zijn, zodat er niet slechts één faalpunt zal zijn. Het zal doorgaan als een partner besluit om ergens anders heen te gaan.”

Ook zullen niet alleen overheidsinstanties bij het project betrokken zijn. Bedrijven als SpaceX, Blue Origin en Boeing zijn allemaal nauw betrokken bij ruimtemissies, en jij ook kunnen van hen verwachten dat ze worden betrokken als onderaannemers of zelfs projectmanagers bij toekomstige Mars-missies Goed.

Waarom naar Mars?

Wanneer het onderwerp van een bemande missie naar Mars ter sprake komt, zijn er altijd mensen die bezwaar hebben tegen de tijd en geld dat zo'n onderneming nodig zou hebben en beweren dat dit geld beter besteed zou kunnen worden aan het oplossen van problemen hier Aarde. En onmiskenbaar hebben we met name in het afgelopen jaar de scheuren in de systemen gezien die de basisbehoeften van velen zouden moeten ondersteunen, zoals huisvesting, onderwijs en gezondheidszorg.

Maar, benadrukt Hecht, we geven niet alleen geld uit aan het voldoen aan de basisbehoeften van het leven. Hij beschreef hoe hij verwoed probeerde $ 1 miljoen aan financiering bij elkaar te schrapen om een ​​nieuw stuk wetenschappelijke apparatuur op Mars te plaatsen, en hoe hij de tv aanzette om de advertenties te zien die tijdens de Super Bowl speelden. De kosten van elke plek van 30 seconden hadden zijn uitrusting meerdere keren kunnen betalen.

"We geven geld uit aan allerlei gekke dingen, zoals Super Bowl-advertenties", zei hij. “En ontzettend veel van hen hebben te maken met onze persoonlijke levensvreugde en voldoening - of het nu gaat om sport, of het nu om bibliotheken gaat, of het nu om kunst gaat, of het nu om muziek gaat, of het nu om parken gaat. We zouden een vrij slecht excuus zijn voor een samenleving als het enige waar we geld aan zouden uitgeven voedsel en onderdak was.

Als het gaat om verkenning van de ruimte, hebben we de mogelijkheid om les te geven en te inspireren, en, misschien wel het belangrijkste van alles, om meer te begrijpen over het universum en onze plaats daarin. Als we enkele van de grootste vragen in het leven willen beantwoorden: waar we vandaan komen en of we alleen zijn in het universum, dan moeten we buiten onze planeet op verkenning gaan.

Wat we leren van exploratie

Veel voorstanders van Mars-verkenning zullen beweren dat we naar Mars zouden moeten reizen omdat er specifieke dingen zijn die we daar over de aarde kunnen leren. Van studeren enkele van de oudste rotsen in het zonnestelsel leren over de vorming van de aarde tot het bestuderen van de klimaat om inzicht te krijgen in de dringende kwestie van klimaatverandering, zijn er veel manieren waarop ontdekkingen op Mars het leven hier op aarde kunnen verbeteren.

Maar voor Hecht is het op deze manier proberen om ruimtemissies te rechtvaardigen “in strijd met de geschiedenis. In de zin dat ja, er zijn altijd die tastbare voordelen geweest [voor verkenning]. Maar we zijn niet erg goed geweest in het voorspellen ervan. Dat is het mooie eraan. Je gaat een nieuwe plek verkennen en je leert iets wat je nooit had verwacht te leren.”

We weten gewoon niet wat we van Mars zullen ontdekken totdat we daarheen gaan. Dat is altijd zo geweest bij wetenschappelijke ontdekkingen - van de toevallige ontdekkingen van penicilline of röntgenstralen tot de manier waarop technologie ontwikkeld voor de Apollo-maanmissies leiden tot betere nierdialysemachines en betere beschermingsmiddelen voor brandweerlieden.

En afgezien van de pragmatische voordelen van het ontwikkelen van technologieën en wetenschappelijke kennis, is er een diepere impuls om te verkennen. "Het nastreven van kennis is wat ons mens maakt", zei Hecht.

“We doen dit al sinds de eerste keer dat we twee stenen tegen elkaar sloegen. Wij streven naar kennis. En de verkenning van nieuwe plaatsen - daarom is er geen hoek van de wereld waar mensen geen voet hebben gezet, inclusief de bodem van de oceaan. Dat is wat we doen."

Aanbevelingen van de redactie

• Kosmische communicatie: hoe de eerste mensen op Mars met de aarde zullen communiceren
• Astropsychologie: hoe gezond te blijven op Mars
• Energiecentrales op andere planeten: hoe we elektriciteit opwekken op Mars
• Hydratatie oogsten: hoe toekomstige kolonisten water op Mars zullen creëren en verzamelen
• Astrolandbouw: hoe we gewassen op Mars gaan verbouwen