Trudna logistyka umieszczania ludzkich odkrywców na Marsie

Tak długo, jak ludzie patrzyli w gwiazdy, marzyliśmy o wyprawie i odwiedzeniu tych odległych miejsc. A żadne miejsce nie było celem większej liczby spekulacji niż Mars. Teraz w końcu jesteśmy w miejscu, w którym marzenie ludzi postawiących stopę na innej planecie może stać się rzeczywistością za naszego życia.

Rozumiemy technologię, której potrzebujemy, aby wysłać ludzi na Marsa, i mamy również doświadczenie w wysyłaniu tam misji robotów. Kiedy więc dokonamy kolejnego gigantycznego skoku i po raz pierwszy wyślemy załogową misję na inną planetę? I co będzie potrzebne, aby tak się stało?

Rozmawialiśmy z ekspertem kosmicznym Michaelem Hechtem z Massachusetts Institute of Technology, weteranem Laboratorium Napędu Odrzutowego i głównym badaczem Instrument wytwarzający tlen MOXIE na łaziku Perseverance, aby zrozumieć, w jaki sposób dostajemy się z Ziemi na Marsa — i jak po raz pierwszy postawimy buty na ziemi czas.

Zawsze za 15 lat

Biorąc pod uwagę niedawny wzrost zainteresowania eksploracją Marsa, wydaje się, że jesteśmy bliżej niż kiedykolwiek wcześniej, aby faktycznie sprowadzić ludzi na powierzchnię planety. A jednak jest to również cel, który ciągle wydaje się być poza zasięgiem.

Po misjach Apollo w latach 60. i 70. wielu entuzjastów kosmosu zakładało, że będziemy nadal sięgać i badać, aż do następnego celu eksploracji: Marsa. Ale zainteresowanie opinii publicznej osłabło, poparcie dla Apollo wyschło, a ludzie od tamtej pory nie opuszczają orbity Ziemi.

W minionych dziesięcioleciach wielu spekulowało, że ludzie postawią stopę na Marsie już za 15 lat; że nieuchronnie wkrótce wylądujemy na czerwonej planecie. Ale konkretny, poważny plan misji mającej na celu wysłanie ludzi na Marsa jeszcze się nie zmaterializował.

Dysponujemy technologią umożliwiającą realizację załogowej misji na Marsa, a zainteresowanie tematem rośnie. Ale Hecht twierdzi, że społeczność kosmiczna i my jako gatunek jako całość nie podjęliśmy jeszcze poważnego zobowiązania finansowego i praktycznego, aby naprawdę zrealizować misję. Gdybyśmy zdecydowali się to zrobić, moglibyśmy. Ale musimy podjąć to zobowiązanie.

– Mogliśmy ruszyć za Apollem – powiedział Hecht. „Byłoby ciężko i byłoby niebezpiecznie. Ale teraz możemy to zrobić bezpieczniej. Mogliśmy pojechać wtedy i możemy pojechać teraz.

Jedno magiczne miejsce w cyklu

Próbując wyobrazić sobie, jak mogłaby wyglądać misja na Marsa z załogą, istnieje tylko jeden praktyczny sposób, aby dostać się stąd tam. Ze względu na orbitę Marsa wokół Słońca rok trwa tam niecałe dwa lata ziemskie. Biorąc pod uwagę czas podróży, oznacza to, że jeśli chcesz podróżować z Ziemi na Marsa, jest jeden okres w 26-miesięcznym cyklu, kiedy ta podróż jest najłatwiejsza: kiedy dwie planety są blisko i rakieta może zostać wysłana w tak zwany transfer Hohmanna orbita.

„W tym 26-miesięcznym cyklu jest jedno magiczne miejsce” – wyjaśnił Hecht. Kiedy rakieta wystrzeli z Ziemi w odpowiednim momencie, może przeciąć orbitę Marsa w tym samym czasie, co Mars. „To jak zmiana pasa na autostradzie”.

Chociaż możliwe jest wysłanie statku na Marsa za pomocą innych orbit, jest to trudniejsze i bardziej niebezpieczne, a także znacznie droższe. Tak więc ten 26-miesięczny cykl nakłada praktyczne ograniczenie na to, kiedy możemy wysłać misje na Marsa. Właśnie dlatego misje na Marsa często rozpoczynają się mniej więcej w tym samym czasie, jak trzy statki kosmiczne wystrzelone latem 2020 r. — łazik NASA Perseverance, chińska misja Tianwen-1 i misja Hope w Zjednoczonych Emiratach Arabskich.

I istnieje równoważna okazja, aby wrócić w innym kierunku. Daje to pragmatyczne ramy temu, jak będzie wyglądać załogowa misja na Marsa: sześcio- lub siedmiomiesięczna podróż z Ziemi na Marsa, nieco ponad półtora roku na powierzchni i kolejne sześć lub siedem miesięcy z powrotem. To łącznie około trzech lat misji.

Dłuższa misja niż jesteśmy przyzwyczajeni

Ta trzyletnia misja stanowi wyzwanie, ponieważ jest to misja dłuższa niż ta, do której jesteśmy przyzwyczajeni. Misje na Księżyc trwały zaledwie kilka dni, a rotacja załogi na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej zwykle trwa od sześciu miesięcy do roku.

Przebywanie ludzi na powierzchni Marsa przez około 18 miesięcy daje im możliwość prowadzenia poważnych badań i eksploracji, ale niesie ze sobą znacznie większe ryzyko. Jeśli wystąpi problem z misją na Marsa, wysłanie pomocy lub zaopatrzenia z Ziemi będzie niezwykle trudne — jeśli nie niemożliwe. Jeśli coś pójdzie nie tak, astronauci będą zdani na siebie.

„Nikt, kto jest blisko tego, nie ma złudzeń, że jest to bezpieczne” – powiedział Hecht. od zagrożenie zdrowia związane z narażeniem na promieniowanie na ryzyko podczas startu i lądowania na problemy, które pojawiają się spędzić półtora roku w ciasnych warunkach gdzie nie można wyjść na zewnątrz bez skafandra: „To ryzykowne przedsięwzięcie”.

Właśnie dlatego planowanie misji z załogą skupia się na zgromadzeniu jak największej ilości niezbędnego sprzętu, zanim ktokolwiek opuści Ziemię. Aby zminimalizować ryzyko dla astronautów, wysłałbyś maszyny i sprzęt na planetę w poprzednim oknie w 26-miesięcznym cyklu, aby była gotowa na przybycie astronautów. Musisz upewnić się, że najbardziej podstawowe potrzeby astronautów, takie jak tlen i woda, są już zaspokojone.

Projekt MOXIE firmy Hecht jest jednym z przykładów technologii, która umożliwiłaby załogową misję na Marsa i zmniejszyła ryzyko. Jest to sposób na produkcję tlenu z obfitego dwutlenku węgla w marsjańskiej atmosferze, i to mały Wersja tej technologii znajduje się obecnie w łaziku Perseverance i przeszła kilka udanych prób już. Większa wersja tej technologii mogłaby zostać wysłana na Marsa wraz z dużym zbiornikiem tlenu, który mógłby być napełniony tlenem gotowym na przybycie załogi Marsa.

Księżyc na Marsa?

NASA planuje powrót do eksploracji kosmosu przez ludzi wraz z nadchodzącymi misjami Artemis na Księżyc i Agencja konsekwentnie twierdzi, że jednym z powodów podróży na Księżyc jest przygotowanie się do misji z załogą Mars.

Jak ujął to w niedawnym raporcie były administrator NASA, Jim Bridenstine, „NASA zawsze skupiała się na eksploracji Marsa przez ludzi. Teraz, gdy ludzie powrócą na Księżyc za cztery lata, aby rozpocząć zrównoważoną eksplorację Księżyca przez pod koniec dekady jesteśmy w stanie wyraźnie zobaczyć, że Księżyc jest kluczowym etapem na drodze do Czerwonej Planety. Nauka życia i pracy na Księżycu przybliży nas do kolejnego gigantycznego skoku w poszukiwaniu życia w dalszych częściach Układu Słonecznego”.

Jednak to, jak dokładnie misje na Księżyc są analogiczne do misji na Marsa, jest przedmiotem debaty w społeczności kosmicznej. Niektórzy twierdzą, że każda eksploracja kosmosu przez człowieka pomoże zbudować wiedzę, technologie i procedury, które będą korzystne w przyszłych przedsięwzięciach — o to właśnie chodziło Astronauta Artemis, Kjell Lindgren, powiedział Digital Trends kiedy przeprowadzaliśmy z nim wywiad na temat celów misji Artemis.

Ale inni, jak Hecht, są sceptyczni co do tego, ile można się dowiedzieć o misji na Marsa, udając się na Księżyc. „Szczerze mówiąc, staram się znaleźć podobieństwa między nimi” — powiedział Hecht. Zwrócił uwagę na różnice między Marsem a Księżycem pod względem czasu trwania podróży, grawitacji i środowisk pyłowych napotkają astronauci, obecność lub brak atmosfery i jej wpływ na lądowania oraz zasoby, które są dostępny. „Po prostu nie postrzegam tego jako odskoczni”.

Jeśli chodzi o Marsa, Hecht powiedział: „Nie sądzę, żebyś ćwiczył, udając się gdzie indziej. Ale rozumiem punkt widzenia ludzi, którzy twierdzą, że pójście gdziekolwiek – nieważne, czy to asteroida, czy księżyc – daje nam doświadczenie w operowaniu poza Ziemią”.

Nie chodzi o to, że ludzie, którzy są za misją na Marsa, są przeciwni wizycie na Księżycu – generalnie zwolennicy eksploracji kosmosu wspierać więcej wszelkiego rodzaju misji — chodzi raczej o to, że jeśli chcemy podróżować na Marsa, powinniśmy skupić się na Marsie i jego unikalnym wyzwania.

Stacja McMurdo dla Czerwonej Planety

Wiele mówi się o futurystycznych miastach na Marsie i wysyłaniu setek, a nawet tysięcy ludzi, aby zamieszkali tam na stałe. Ale daleko idące pomysły raczej nie zostaną zrealizowane w najbliższym czasie. Zamiast tego bardziej realistyczną wizją byłaby naukowa placówka badawcza, taka jak baza McMurdo na Antarktydzie, z garstką astronautów spędzających tam czas na 18-miesięcznych zmianach.

Możliwe byłoby zorganizowanie pierwszej misji załogowej na Marsa w ciągu 20-25 lat i utworzenie tam placówki badawczej w ciągu następnych dziesięcioleci.

Chociaż możliwe jest zaplanowanie i wykonanie takiej misji przez jeden kraj, misja mogłaby mieć bardziej solidny charakter, gdyby zaangażowane były różne kraje. Obecnie NASA ściśle współpracuje z innymi agencjami kosmicznymi, takimi jak Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) czy japońska Agencja Kosmiczna (JAXA), ale istnieje schizma między USA a jednym z największych graczy w misjach kosmicznych: Chinami. Nadal nie jest jasne, czy te różne agencje byłyby chętne do współpracy przy przyszłej misji na Marsa.

„Mam nadzieję, że ta pierwsza misja [na Marsa] obejmie nie tylko NASA i nie tylko Stany Zjednoczone”, powiedział Hecht, „Mam nadzieję, że obejmie ona również Chiny, więc nie będzie tylko jednego punktu awarii. Będzie kontynuowana, jeśli jeden z partnerów zdecyduje się pójść gdzie indziej”.

W projekt zaangażowane będą nie tylko agencje rządowe. Firmy takie jak SpaceX, Blue Origin i Boeing są mocno zaangażowane w misje kosmiczne i Ty można oczekiwać, że będą zaangażowani jako podwykonawcy lub nawet kierownicy projektów w przyszłe misje na Marsa Dobrze.

Po co lecieć na Marsa?

Ilekroć pojawia się temat załogowej misji na Marsa, zawsze są ludzie, którzy sprzeciwiają się czasowi i pieniędzy, których wymagałoby takie przedsięwzięcie, i argumentują, że lepiej byłoby wydać te pieniądze na rozwiązanie problemów tutaj Ziemia. I niezaprzeczalnie, szczególnie w ostatnim roku, widzieliśmy pęknięcia w systemach, które mają zaspokajać podstawowe potrzeby wielu osób, takie jak mieszkania, edukacja i opieka zdrowotna.

Ale, jak zauważa Hecht, wydajemy pieniądze nie tylko na zaspokojenie podstawowych potrzeb życiowych. Opisał gorączkowe próby zebrania 1 miliona dolarów funduszy na umieszczenie nowego sprzętu naukowego na Marsie i włączenie telewizora, aby zobaczyć reklamy wyświetlane podczas Super Bowl. Koszt każdego 30-sekundowego spotu mógł pokryć jego sprzęt kilkukrotnie.

„Wydajemy pieniądze na wszelkiego rodzaju głupie rzeczy, takie jak reklamy Super Bowl” – powiedział. „I bardzo dużo z nich ma związek z naszą osobistą radością życia i spełnieniem – czy to sport, czy to biblioteki, czy to sztuka, czy to muzyka, czy to parki. Bylibyśmy kiepską wymówką dla społeczeństwa, gdyby jedyną rzeczą, na którą wydajemy pieniądze, było jedzenie i schronienie”.

Jeśli chodzi o eksplorację kosmosu, mamy możliwość nauczania i inspirowania oraz, co być może najważniejsze, lepszego zrozumienia wszechświata i naszego w nim miejsca. Jeśli chcemy odpowiedzieć na najważniejsze pytania w życiu: skąd pochodzimy i czy jesteśmy sami we wszechświecie — musimy wyruszyć poza naszą planetę i ją zbadać.

Czego uczymy się z eksploracji

Wielu zwolenników eksploracji Marsa będzie twierdzić, że powinniśmy podróżować na Marsa, ponieważ są tam konkretne rzeczy, których możemy się dowiedzieć o Ziemi. Ze studiów jedne z najstarszych skał w Układzie Słonecznym dowiedzieć się o powstawaniu Ziemi do studiowania klimat Aby uzyskać wgląd w pilną kwestię zmian klimatycznych, istnieje wiele sposobów, dzięki którym odkrycia dokonane na Marsie mogą poprawić życie na Ziemi.

Ale dla Hechta próba usprawiedliwienia misji kosmicznych w ten sposób „jest sprzeczna z historią. W tym sensie, że tak, zawsze były te namacalne korzyści [z eksploracji]. Ale nie byliśmy zbyt dobrzy w ich przewidywaniu. To jest w tym cudowne. Idziesz odkrywać nowe miejsce i uczysz się czegoś, czego nigdy się nie spodziewałeś”.

Po prostu nie wiemy, co odkryjemy z Marsa, dopóki tam nie pojedziemy. Tak było zawsze w przypadku odkryć naukowych — od przypadkowego odkrycia penicyliny lub promieni rentgenowskich po sposób, w jaki technologia opracowana na potrzeby misji księżycowych Apollo prowadzić do lepszych urządzeń do dializy nerek i ulepszonego sprzętu ochronnego dla strażaków.

Poza pragmatycznymi zaletami rozwoju technologii i wiedzy naukowej istnieje głębszy impuls do zbadania. „Dążenie do wiedzy czyni nas ludźmi” – powiedział Hecht.

„Robimy to od pierwszego razu, kiedy zderzyliśmy się ze sobą dwoma kamieniami. Dążymy do wiedzy. A eksploracja nowych miejsc — dlatego nie ma zakątka globu, w którym człowiek nie postawił stopy, w tym na dnie oceanu. To co robimy."

Zalecenia redaktorów

• Kosmiczne komunikaty: jak pierwsi ludzie na Marsie będą komunikować się z Ziemią
• Astropsychologia: Jak zachować rozsądek na Marsie
• Elektrownie na innych planetach: jak będziemy generować energię elektryczną na Marsie
• Zbieranie nawodnienia: jak przyszli osadnicy będą tworzyć i gromadzić wodę na Marsie
• Astrorolnictwo: Jak będziemy uprawiać rośliny na Marsie