De lastige logistiek van het plaatsen van menselijke ontdekkingsreizigers op Mars

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

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

We spraken met ruimtedeskundige 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 aan de grond kunnen komen tijd.

Altijd 15 jaar verder

Met de recente belangstelling voor de verkenning van Mars voelt het alsof we dichterbij dan ooit tevoren zijn om mensen daadwerkelijk naar het oppervlak van de planeet te krijgen. En toch is het ook een doel dat voortdurend net buiten bereik lijkt te liggen.

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

In de tussenliggende decennia hebben velen gespeculeerd dat mensen binnen slechts vijftien 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 krijgen moet nog werkelijkheid worden.

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

Eén 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 de reistijd betekent dit dat als je van de aarde naar Mars wilt reizen, er één periode in een cyclus van 26 maanden is 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 deze de baan van Mars kruisen op hetzelfde moment dat Mars dat doet. “Het is alsof je van rijstrook wisselt op de snelweg.”

Hoewel het mogelijk is om ruimtevaartuigen via andere banen naar Mars te sturen, is het moeilijker, gevaarlijker en een stuk duurder. Deze cyclus van 26 maanden stelt dus een praktische limiet aan wanneer we missies naar Mars kunnen sturen. Dat is de reden waarom Mars-missies vaak rond dezelfde tijd worden gelanceerd, zoals de drie ruimtevaartuigen die in de zomer van 2020 werden gelanceerd: de Perseverance-rover van NASA, 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 schetst 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 rug. Dat is in totaal een missie van ongeveer drie jaar.

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 mensen op pad te sturen. De missies naar de maan duurden slechts een paar dagen, en de rotatie van de bemanning op het Internationale Ruimtestation duurde doorgaans tussen de zes maanden en een jaar.

Als mensen ongeveer 18 maanden op het oppervlak van Mars verblijven, krijgen ze de kans om serieus onderzoek te doen en onderzoek te doen, maar het brengt ook veel meer risico's met zich mee. Als er een probleem is tijdens een Mars-missie, zal het uiterst 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 staat, heeft de illusie dat het veilig is”, zei Hecht. Van de bedreiging voor de gezondheid door blootstelling aan straling tot 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 ligt de nadruk bij het plannen van een bemande missie erop dat zoveel mogelijk essentiële uitrusting aanwezig is voordat iemand de aarde verlaat. Om de risico's voor astronauten tot een minimum te beperken, zou je tijdens de vorige periode van de cyclus van 26 maanden machines en uitrusting naar de planeet sturen, zodat deze klaar is voor de aankomst van de astronauten. Je moet ervoor zorgen dat al aan de meest elementaire behoeften van de astronauten, zoals zuurstof en water, 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 samen met een grote zuurstoftank naar Mars kunnen worden gestuurd, 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 de verkenning van de menselijke ruimte met de komende Artemis-missies naar de maan Het Agentschap heeft consequent verklaard dat een van de redenen om naar de maan te reizen de voorbereiding is op een bemande missie Mars.

Zoals voormalig NASA-beheerder Jim Bridenstine het in een recent rapport verwoordde: “NASA heeft zijn zinnen altijd gericht op menselijke verkenning van Mars. Nu de mens over vier jaar terugkeert naar de maan om een ​​duurzame maanverkenning tot stand te brengen Aan het einde van dit decennium kunnen we duidelijk zien dat de maan een cruciale opstap is naar de rode planeet. Leren leven en werken op de maan zal ons steeds dichter bij onze volgende grote sprong brengen terwijl we zoeken naar leven verderop in het zonnestelsel.”

Hoe analoog maanmissies precies zijn met Mars-missies, is echter een kwestie van discussie in de ruimtevaartgemeenschap. Sommigen beweren dat elke menselijke verkenning van de ruimte zal bijdragen aan het opbouwen van kennis, technologieën en procedures die nuttig zullen zijn bij toekomstige inspanningen. Artemis-astronaut Kjell Lindgren vertelde Digital Trends toen we hem interviewden over de doelstellingen 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. ‘Om eerlijk te zijn, heb ik moeite om overeenkomsten tussen de twee te vinden’, zei Hecht. Hij wees op verschillen tussen Mars en de maan in termen van de duur van de reizen, de zwaartekracht en de stofomgevingen die daarbij horen astronauten zullen tegenkomen, de aan- of afwezigheid van atmosfeer en hoe dat de landingen beïnvloedt, en de hulpbronnen die dat zijn beschikbaar. “Ik zie het gewoon niet als een opstapje.”

Als het over Mars gaat, zei Hecht: ‘Ik denk niet dat je oefent door ergens anders heen te gaan. Maar ik begrijp wel het standpunt van mensen die zeggen dat als we ergens heen gaan – of het nu een asteroïde of de maan is – we ervaring opdoen met het opereren buiten de aarde.’

Het is niet zo dat mensen die vóór een missie naar Mars zijn, tegen een bezoek aan de maan zijn – voorstanders van ruimteverkenning in het algemeen meer soorten missies ondersteunen – het is veeleer zo dat als we naar Mars willen reizen, we ons 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 het is onwaarschijnlijk dat de vergezochte ideeën binnenkort werkelijkheid zullen worden. In plaats daarvan zou een meer realistische visie een buitenpost voor wetenschappelijk onderzoek zijn, zoals de McMurdo-basis op Antarctica, waar een handvol astronauten 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 onderzoekspost op te zetten.

Hoewel het mogelijk zou kunnen zijn dat een dergelijke missie door één enkel land wordt gepland en uitgevoerd, kan er sprake zijn van een robuuster missie als er verschillende landen bij betrokken zijn. Momenteel werkt NASA nauw samen met andere ruimtevaartorganisaties 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 op het gebied van ruimtemissies: China. Of deze verschillende instanties bereid zouden zijn om samen te werken aan een toekomstige Mars-missie is nog steeds onduidelijk.

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

Het zullen niet alleen overheidsinstanties zijn die 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 als onderaannemers of zelfs projectmanagers worden betrokken bij toekomstige Mars-missies Goed.

Waarom naar Mars gaan?

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

Maar, zo benadrukt Hecht, we geven niet alleen geld uit aan het voldoen aan de basisbehoeften van het leven. Hij beschreef dat hij verwoed probeerde een miljoen dollar aan financiering bij elkaar te krijgen om een ​​nieuw wetenschappelijk apparaat op Mars te plaatsen, en dat hij de tv aanzette om de advertenties te zien die tijdens de Super Bowl werden afgespeeld. De kosten van elke plek van 30 seconden hadden zijn apparaat meerdere keren kunnen betalen.

“We geven geld uit aan allerlei gekke dingen, zoals Super Bowl-advertenties”, zei hij. “En heel veel ervan hebben te maken met ons persoonlijk plezier in het leven en onze vervulling – of het nu om sport gaat, of het nu om bibliotheken gaat, of het om kunst gaat, of het om muziek gaat, of om parken. We zouden een behoorlijk slecht excuus zijn voor een samenleving als het enige waar we geld aan zouden uitgeven voedsel en onderdak zou zijn.”

Als het om ruimteverkenning gaat, hebben we de mogelijkheid om les te geven en te inspireren, en misschien wel het allerbelangrijkste: 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 onze planeet verlaten en verkennen.

Wat we leren van verkenning

Veel voorstanders van de verkenning van Mars zullen betogen dat we naar Mars moeten reizen omdat we daar specifieke dingen over de aarde kunnen leren. Van studeren enkele van de oudste rotsen in het zonnestelsel om meer te leren over de vorming van de aarde en om de klimaat Om inzicht te krijgen in de urgente kwestie van klimaatverandering zijn er veel manieren waarop ontdekkingen op Mars het leven hier op aarde kunnen verbeteren.

Maar voor Hecht is het proberen om ruimtemissies op deze manier te rechtvaardigen ‘in strijd met de geschiedenis. In de zin dat er altijd tastbare voordelen zijn geweest [voor exploratie]. Maar we zijn niet zo goed in het voorspellen ervan. Dat is het mooie ervan. Je gaat op ontdekkingstocht naar iets nieuws en je leert iets waarvan je nooit had verwacht dat je het zou leren.”

We weten simpelweg niet wat we van Mars zullen ontdekken totdat we erheen gaan. Dat geldt altijd voor wetenschappelijke ontdekkingen – van de toevallige ontdekkingen van penicilline of röntgenstraling tot de manier waarop technologie ontwikkeld voor de Apollo-maanmissies leiden tot betere nierdialysemachines en betere beschermende uitrusting voor brandweerlieden.

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

“We doen dit al sinds de eerste keer dat we twee stenen tegen elkaar sloegen. Wij streven naar kennis. En het verkennen van nieuwe plaatsen – daarom is er geen enkel deel van de wereld waar geen mens is geweest, 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 je gezond kunt blijven op Mars
• Energiecentrales op andere planeten: hoe we elektriciteit op Mars zullen opwekken
• Hydratatie oogsten: hoe toekomstige kolonisten water op Mars zullen creëren en verzamelen
• Astrolandbouw: hoe we gewassen op Mars zullen verbouwen