Den vanskelige logistikken ved å sette menneskelige oppdagere på Mars

Så lenge mennesker har sett til stjernene, har vi drømt om å begi oss ut og besøke disse fjerne stedene. Og ingen steder har vært målet for flere spekulasjoner enn Mars. Nå er vi endelig på et sted hvor drømmen om mennesker som setter sine føtter på en annen planet kan bli en realitet i løpet av våre liv.

Vi forstår teknologien vi trenger for å sende mennesker til Mars, og vi har erfaring med å sende robotoppdrag dit også. Så når skal vi ta det neste gigantiske spranget og sende et mannskapsoppdrag til en annen planet for første gang? Og hva skal til for å få det til?

Vi snakket med romekspert Michael Hecht fra Massachusetts Institute of Technology, veteran fra Jet Propulsion Laboratory og hovedetterforsker ved MOXIE oksygenproduksjonsinstrument på Perseverance-roveren, for å forstå hvordan vi kommer oss fra jorden til Mars - og hvordan vi får støvler på bakken for den første tid.

Alltid 15 år unna

Med den nylige bølgen av interesse for Mars-utforskning, føles det som om vi er nærmere enn noen gang før å faktisk få folk på overflaten av planeten. Og likevel er det også et mål som hele tiden ser ut til å være like utenfor rekkevidde.

Etter Apollo-oppdragene på 1960- og 1970-tallet, antok mange romentusiaster at vi ville fortsette å nå og utforske, og gå videre til neste mål for utforskning: Mars. Men offentlig interesse avtok, støtten til Apollo tørket ut, og mennesker har ikke forlatt jordens bane siden.

I de mellomliggende tiårene har mange spekulert i at mennesker ville sette sin fot på Mars om bare 15 år; at vi uunngåelig ender opp på den røde planeten snart. Men en konkret, seriøs oppdragsplan for å sette mennesker på Mars har ennå ikke blitt realisert.

Vi har teknologien til å få et bemannet Mars-oppdrag til å skje nå, og det er økende interesse for temaet. Men Hecht argumenterer for at romsamfunnet, og vi som art som helhet, ennå ikke har forpliktet seg til en seriøs økonomisk og praktisk forpliktelse for å virkelig få et oppdrag til å skje. Hvis vi bestemte oss for å gjøre dette, kunne vi det. Men vi må forplikte oss.

"Vi kunne ha gått etter Apollo," sa Hecht. – Det ville vært vanskelig, og det ville vært farlig. Men vi kan gjøre det sikrere nå. Vi kunne ha gått da, og vi kan gå nå."

Ett magisk sted i syklusen

Når du prøver å forestille deg hvordan et bemannet Mars-oppdrag kan se ut, er det egentlig bare én praktisk måte å komme seg herfra til der. På grunn av Mars bane rundt solen varer et år der i underkant av to jordår. Hvis du tar hensyn til reisetid, betyr det at hvis du ønsker å reise fra Jorden til Mars, er det én periode i en 26-måneders syklus når den reisen er lettest: Når de to planetene er nærme og en rakett kan sendes inn i det som kalles en Hohmann-overføring bane.

"Det er ett magisk sted i den 26-måneders syklusen," forklarte Hecht. Når en rakett skytes opp fra jorden til akkurat rett tid, kan den krysse Mars bane samtidig som Mars gjør det. "Det er som å skifte fil på motorveien."

Selv om det er mulig å sende fartøyer til Mars ved å bruke andre baner, er det vanskeligere og farligere og mye dyrere. Så denne 26-måneders syklusen setter en praktisk grense for når vi kan sende oppdrag til Mars. Det er grunnen til at Mars-oppdrag ofte lanseres rundt samme tid, som de tre romfartøyene som ble skutt opp sommeren 2020 - NASAs Perseverance-rover, Kinas Tianwen-1-oppdrag og UAEs Hope-oppdrag.

Og det er en tilsvarende mulighet til å komme tilbake i den andre retningen. Dette setter en pragmatisk ramme rundt hvordan et bemannet Mars-oppdrag vil se ut: En seks eller syv måneder lang reise fra Jorden til Mars, litt over et og et halvt år på overflaten, og ytterligere seks eller syv måneder kommer tilbake. Det er rundt et treårig oppdrag totalt.

Et lengre oppdrag enn vi er vant til

Den treårige oppdragslengden byr på utfordringer, siden det er et lengre oppdrag enn vi er vant til å sende folk på. Oppdragene til månen varte bare noen få dager, og mannskapsrotasjoner på den internasjonale romstasjonen varer vanligvis mellom seks måneder og ett år.

Å ha mennesker på Mars-overflaten i rundt 18 måneder gir dem muligheten til å gjøre litt seriøs vitenskap og utforskning, men det innebærer også mye større risiko. Hvis det er et problem på et Mars-oppdrag, vil det være ekstremt vanskelig - om ikke umulig - å sende hjelp eller forsyninger fra jorden. Hvis noe går galt, vil astronautene være alene.

"Ingen som er i nærheten av dette er under noen illusjoner om at det er trygt," sa Hecht. Fra helsefare ved strålingseksponering til risiko under lansering og landing til problemene som oppstår som du tilbringe et og et halvt år under trange forhold hvor du ikke kan gå ut uten romdrakt: "Det er en risikabel satsning."

Det er derfor fokuset for planlegging av et mannskapsoppdrag er å få på plass så mye nødvendig utstyr som mulig før noen forlater jorden. For å minimere risikoen for astronauter, ville du sende maskiner og utstyr til planeten under det forrige vinduet i den 26-måneders syklusen, slik at det er klart for astronautenes ankomst. Du må sørge for at de mest grunnleggende behovene til astronautene, som oksygen og vann, allerede er oppfylt.

Hechts MOXIE-prosjekt er ett eksempel på den typen teknologi som vil muliggjøre et bemannet Mars-oppdrag og redusere risikoen. Det er en måte å produsere oksygen fra det rikelig med karbondioksid i Mars atmosfære, og en liten versjonen av teknologien er for tiden inne i Perseverance-roveren og har hatt flere vellykkede kjøringer allerede. En større versjon av denne teknologien kan sendes til Mars sammen med en stor oksygentank, som kan fylles med oksygen klar for ankomst av et Mars-mannskap.

Måne til Mars?

NASA planlegger å gå tilbake til menneskelig romutforskning med de kommende Artemis-oppdragene til månen, og byrået har konsekvent uttalt at en av grunnene til å reise til månen er å forberede seg på et mannskapsoppdrag for å Mars.

Som tidligere NASA-administrator Jim Bridenstine sa det i en fersk rapport, "NASA har alltid rettet blikket mot menneskelig utforskning av Mars. Nå med mennesker som vender tilbake til månen om fire år for å etablere bærekraftig måneutforskning av slutten av tiåret, er vi i stand til å tydelig se at månen er et kritisk springbrett til den røde planeten. Å lære å leve og arbeide på månen vil bringe oss nærmere og nærmere vårt neste gigantiske sprang når vi søker etter liv lenger i solsystemet.»

Men nøyaktig hvor analoge måneoppdrag er til Mars-oppdrag er et spørsmål om debatt i romsamfunnet. Noen hevder at enhver menneskelig romutforskning vil bidra til å bygge kunnskap, teknologier og prosedyrer som vil være fordelaktige i fremtidige bestrebelser - det var det Artemis-astronaut Kjell Lindgren fortalte Digital Trends da vi intervjuet ham om målene for Artemis-oppdragene.

Men andre, som Hecht, er skeptiske til hvor mye du kan lære om et Mars-oppdrag ved å dra til månen. "Jeg sliter med å finne fellestrekk mellom de to, for å være ærlig," sa Hecht. Han påpekte forskjeller mellom Mars og månen når det gjelder varigheten av turene, tyngdekraften og støvmiljøene som astronauter vil møte, tilstedeværelse eller fravær av atmosfære og hvordan det påvirker landinger, og ressursene som er tilgjengelig. "Jeg ser det bare ikke som et springbrett."

Når det kommer til Mars, sa Hecht: "Jeg tror ikke du øver deg ved å gå et annet sted. Men jeg forstår synspunktet til folk som sier at det å gå hvor som helst – det spiller ingen rolle om det er en asteroide eller månen – gir oss erfaring med å operere utenfor jorden.»

Det er ikke det at folk som er for et oppdrag til Mars er imot å besøke månen - tilhengere av romutforskning generelt støtte flere oppdrag av alle slag - det er snarere slik at hvis vi ønsker å reise til Mars, bør vi fokusere på Mars og dens unike utfordringer.

En McMurdo-stasjon for den røde planeten

Det er mye snakk om futuristiske byer på Mars, og om å sende hundrevis eller til og med tusenvis av mennesker til å bo der på lang sikt. Men de langsøkte ideene vil neppe skje med det første. I stedet ville en mer realistisk visjon være en vitenskapelig forskningsutpost, som McMurdo-basen i Antarktis, med en håndfull astronauter som tilbringer tid der i 18-måneders skift.

Det ville være mulig å sette opp det første mannskapsoppdraget til Mars innen 20 til 25 år og å sette opp en forskningsutpost der i løpet av de neste tiårene.

Selv om det kan være mulig for et slikt oppdrag å planlegges og utføres av ett enkelt land, kan det være et mer robust oppdrag dersom forskjellige land var involvert. For tiden samarbeider NASA tett med andre romorganisasjoner som European Space Agency (ESA) og den japanske Space Agency (JAXA), men det er et skisma mellom USA og en av de største aktørene innen romfart: Kina. Hvorvidt disse forskjellige byråene ville være villige til å samarbeide om et fremtidig Mars-oppdrag er fortsatt uklart.

"Forhåpentligvis vil det første oppdraget [til Mars] involvere ikke bare NASA og ikke bare USA," sa Hecht, "Forhåpentligvis vil det involvere Kina også, så det vil ikke bare være ett feilpunkt. Det vil fortsette hvis en partner bestemmer seg for å gå et annet sted.»

Det vil ikke bare være offentlige etater involvert i prosjektet heller. Selskaper som SpaceX, Blue Origin og Boeing er alle sterkt involvert i romfart, og du kan forvente at de blir involvert som underleverandører eller til og med prosjektledere i fremtidige Mars-oppdrag som vi vil.

Hvorfor dra til Mars?

Hver gang temaet for et mannskapsoppdrag til Mars dukker opp, er det alltid folk som protesterer mot tiden og penger et slikt foretak vil kreve, og argumenterer for at disse pengene ville vært bedre brukt til å løse problemer her Jord. Og unektelig, spesielt det siste året, har vi sett sprekkene i systemene som er ment å støtte de grunnleggende behovene til mange, som bolig, utdanning og helsetjenester.

Men, påpeker Hecht, vi bruker ikke bare penger på å oppfylle de grunnleggende kravene til livet. Han beskrev febrilsk å prøve å skrape sammen 1 million dollar i finansiering for å sette et nytt vitenskapelig utstyr på Mars, og slå på TV-en for å se annonsene som ble spilt under Super Bowl. Kostnaden for hver 30-sekunders plass kunne ha betalt for utstyret hans flere ganger.

"Vi bruker penger på alle slags dumme ting som Super Bowl-annonser," sa han. "Og veldig mange av dem har å gjøre med vår personlige glede av livet og tilfredsstillelse - enten det er sport, enten det er biblioteker, enten det er kunst, om det er musikk, om det er parker. Vi ville vært en ganske dårlig unnskyldning for et samfunn hvis det eneste vi ville brukt penger på var mat og husly.»

Når det gjelder romutforskning, har vi muligheten til å undervise og inspirere, og kanskje viktigst av alt, å forstå mer om universet og vår plass i det. Hvis vi ønsker å svare på noen av de største spørsmålene i livet: Hvor vi kom fra og om vi er alene i universet - så må vi begi oss ut utenfor planeten vår og utforske.

Hva vi lærer av utforskning

Mange talsmenn for Mars-utforskning vil hevde at vi bør reise til Mars fordi det er spesifikke ting vi kan lære der om Jorden. Fra å studere noen av de eldste bergartene i solsystemet å lære om dannelsen av jorden til å studere klima for å få innsikt i det presserende problemet med klimaendringer, er det mange måter funn gjort på Mars kan forbedre livet her på jorden på.

Men for Hecht, prøver å rettferdiggjøre romoppdrag på denne måten «flyr i møte med historien. I den forstand at ja, det har alltid vært de konkrete fordelene [til utforskning]. Men vi har ikke vært så flinke til å forutsi dem. Det er det som er fantastisk med det. Du går og utforsker et nytt sted, og du lærer noe du aldri forventet å lære."

Vi vet rett og slett ikke hva vi vil oppdage fra Mars før vi drar dit. Det har alltid vært sant for vitenskapelige oppdagelser - fra tilfeldige oppdagelser av penicillin eller røntgenstråler til måten teknologi utviklet for Apollo-måneoppdragene føre til bedre nyredialysemaskiner og forbedret verneutstyr for brannmenn.

Og utover de pragmatiske fordelene ved å utvikle teknologier og vitenskapelig kunnskap, er det en dypere drivkraft å utforske. "Jakten etter kunnskap er det som gjør oss til mennesker," sa Hecht.

"Vi har gjort dette siden første gang vi slo to steiner sammen. Vi forfølger kunnskap. Og utforskningen av nye steder - det er derfor det ikke er et hjørne av kloden der mennesker ikke har satt sine fot, inkludert havets bunn. Det er det vi gjør."

Redaktørenes anbefalinger

• Cosmic comms: Hvordan de første menneskene på Mars vil kommunisere med jorden
• Astropsykologi: Hvordan holde seg tilregnelig på Mars
• Kraftverk på andre planeter: Hvordan vi genererer elektrisitet på Mars
• Høsting av hydrering: Hvordan fremtidige nybyggere vil skape og samle vann på Mars
• Astroagriculture: Hvordan vi skal dyrke avlinger på Mars