Trudna logistyka wysyłania ludzkich odkrywców na Marsa

Odkąd ludzie patrzyli w gwiazdy, marzyliśmy o wyruszeniu w podróż i odwiedzeniu tych odległych miejsc. Żadne miejsce nie było celem większej liczby spekulacji niż Mars. Teraz w końcu dotarliśmy do miejsca, w którym marzenie ludzi o postawieniu stopy na innej planecie może stać się rzeczywistością za naszego życia.

Rozumiemy technologię potrzebną do wysłania ludzi na Marsa i mamy doświadczenie w wysyłaniu tam również misji robotycznych. Kiedy zatem dokonamy kolejnego gigantycznego skoku i po raz pierwszy wyślemy misję załogową na inną planetę? I co trzeba zrobić, żeby tak się stało?

Rozmawialiśmy z ekspertem kosmicznym Michaelem Hechtem z Massachusetts Institute of Technology, weteranem Jet Propulsion Laboratory i głównym badaczem Instrument MOXIE do wytwarzania tlenu na łaziku Perseverance, aby zrozumieć, w jaki sposób dostaniemy 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 rzeczywistego wyniesienia ludzi na powierzchnię planety. A jednak jest to także cel, który stale wydaje się być poza zasięgiem.

Po misjach Apollo w latach 60. i 70. XX wieku wielu entuzjastów kosmosu zakładało, że będziemy nadal sięgać i badać, a następnie przejdziemy do kolejnego celu eksploracji: Marsa. Jednak zainteresowanie opinii publicznej osłabło, poparcie dla Apolla wyschło i od tego czasu ludzie nie opuszczają orbity okołoziemskiej.

W ciągu ostatnich dziesięcioleci wielu spekulowało, że ludzie postawią stopę na Marsie zaledwie za 15 lat; że nieuchronnie wkrótce wylądujemy na czerwonej planecie. Jednak konkretny, poważny plan misji, która miałaby wysłać ludzi na Marsa, jeszcze się nie zmaterializował.

Dysponujemy technologią umożliwiającą realizację załogowej misji na Marsa, a zainteresowanie tym tematem rośnie. Hecht argumentuje jednak, że społeczność kosmiczna i my jako gatunek musimy jeszcze podjąć poważne zobowiązania finansowe i praktyczne, aby misja naprawdę mogła się odbyć. Gdybyśmy zdecydowali się to zrobić, moglibyśmy. Musimy jednak podjąć to zobowiązanie.

„Mogliśmy pójść za Apollem” – powiedział Hecht. „To byłoby trudne i niebezpieczne. Ale teraz możemy to zrobić bezpieczniej. Mogliśmy pojechać wtedy i możemy pojechać teraz.

Jedno magiczne miejsce w cyklu

Kiedy próbujemy sobie wyobrazić, jak mogłaby wyglądać załogowa misja na Marsa, tak naprawdę istnieje tylko jeden praktyczny sposób, aby dostać się stąd tam. Ze względu na orbitę Marsa wokół Słońca rok trwa tam niecałe dwa lata ziemskie. Uwzględniając czas podróży, oznacza to, że jeśli chcesz podróżować z Ziemi na Marsa, w 26-miesięcznym cyklu jest jeden okres, w którym taka podróż jest najłatwiejsza: kiedy obie planety są blisko siebie i można wysłać rakietę w tak zwany transfer Hohmanna orbita.

„W tym 26-miesięcznym cyklu jest jedno magiczne miejsce” – wyjaśnił Hecht. Kiedy rakieta wystartuje 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. Zatem ten 26-miesięczny cykl wyznacza praktyczne ograniczenie tego, kiedy możemy wysyłać misje na Marsa. Właśnie dlatego misje marsjańskie często startują mniej więcej w tym samym czasie, podobnie jak trzy statki kosmiczne, które wystartowały latem 2020 r. – łazik NASA Perseverance, chińska misja Tianwen-1 i misja Hope ze Zjednoczonych Emiratów Arabskich.

Istnieje podobna szansa, aby wrócić w innym kierunku. To daje 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 w sumie około trzech lat misji.

Dłuższa misja niż jesteśmy przyzwyczajeni

Trzyletni czas trwania misji stwarza wyzwania, ponieważ jest to misja dłuższa niż ta, którą jesteśmy przyzwyczajeni do wysyłania ludzi. Misje na Księżyc trwały zaledwie kilka dni, a rotacja załogi na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej trwa zazwyczaj od sześciu miesięcy do roku.

Posiadanie ludzi na powierzchni Marsa przez około 18 miesięcy daje im możliwość prowadzenia poważnych badań naukowych i eksploracji, ale wiąże się również ze znacznie większym ryzykiem. Jeśli wystąpi problem podczas misji na Marsa, wysłanie pomocy lub zaopatrzenia z Ziemi będzie niezwykle trudne – jeśli nie niemożliwe. Jeśli coś pójdzie nie tak, astronauci zostaną zdani na siebie.

„Nikt, kto jest w pobliżu tego miejsca, nie ma złudzeń, że jest to bezpieczne” – powiedział Hecht. Z zagrożenie zdrowia na skutek narażenia na promieniowanie do zagrożeń podczas startu i lądowania do problemów, które powstają spędzić półtora roku w ciasnych warunkach gdzie nie można wyjść na zewnątrz bez skafandra: „To ryzykowne przedsięwzięcie”.

Dlatego też planowanie misji załogowej koncentruje się na dostarczeniu na miejsce jak największej ilości niezbędnego sprzętu, zanim ktokolwiek opuści Ziemię. Aby zminimalizować ryzyko dla astronautów, wysyłałbyś na planetę maszyny i sprzęt w poprzednim oknie 26-miesięcznego 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 Hechta to jeden z przykładów technologii, która umożliwiłaby załogową misję na Marsa i zmniejszyła związane z nią ryzyko. Jest to sposób na produkcję tlenu z dwutlenku węgla występującego w marsjańskiej atmosferze w niewielkiej ilości Wersja tej technologii znajduje się obecnie w łaziku Perseverance i miała już kilka udanych prób już. Większą wersję tej technologii można by wysłać na Marsa wraz z dużym zbiornikiem tlenu, który można by napełnić tlenem i przygotować na przybycie załogi marsjańskiej.

Księżyc do Marsa?

NASA planuje powrócić do eksploracji kosmosu przez człowieka wraz z nadchodzącymi misjami Artemis na Księżyc Agencja konsekwentnie stwierdza, że ​​jednym z powodów podróży na Księżyc są przygotowania do misji załogowej Mars.

Jak ujął to w niedawnym raporcie były administrator NASA Jim Bridenstine: „NASA zawsze skupiała się na eksploracji Marsa przez człowieka. Teraz, gdy za cztery lata ludzie powrócą na Księżyc, aby rozpocząć zrównoważoną eksplorację Księżyca końca dekady wyraźnie widzimy, że Księżyc stanowi kluczowy krok w kierunku czerwonej planety. Nauka życia i pracy na Księżycu przybliży nas coraz bardziej do kolejnego gigantycznego skoku w poszukiwaniu życia dalej w Układzie Słonecznym.”

Jednak to, jak dokładnie misje księżycowe są analogiczne do misji marsjańskich, jest przedmiotem debaty w społeczności kosmicznej. Niektórzy twierdzą, że jakakolwiek eksploracja kosmosu przez człowieka pomoże w budowaniu wiedzy, technologii i procedur, które przydadzą się w przyszłych przedsięwzięciach – oto co Astronauta Artemidy, Kjell Lindgren, powiedział Digital Trends kiedy przeprowadziliśmy z nim wywiad na temat celów misji Artemis.

Inni, jak Hecht, są jednak 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. Wskazał różnice między Marsem a Księżycem pod względem czasu trwania podróży, grawitacji i środowiska pyłowego z jakimi spotkają się astronauci, obecność lub brak atmosfery oraz jej wpływ na lądowanie, a także zasoby, które się tam znajdują dostępny. „Po prostu nie postrzegam tego jako odskoczni”.

Jeśli chodzi o Marsa, Hecht powiedział: „Nie sądzę, że ćwiczysz, udając się gdzie indziej. Rozumiem jednak punkt widzenia ludzi, którzy twierdzą, że udanie się gdziekolwiek – nie ma znaczenia, czy jest to asteroida, czy Księżyc – daje nam doświadczenie w operowaniu poza Ziemią”.

To nie tak, że ludzie opowiadający się za misją na Marsa są przeciwni odwiedzaniu Księżyca – ogólnie rzecz biorąc, zwolennicy eksploracji kosmosu wspierać więcej wszelkiego rodzaju misji — raczej jeśli chcemy polecieć na Marsa, powinniśmy skupić się na Marsie i jego wyjątkowym charakterze wyzwania.

Stacja McMurdo dla Czerwonej Planety

Dużo mówi się o futurystycznych miastach na Marsie i wysłaniu setek, a nawet tysięcy ludzi, aby zamieszkali tam na stałe. Jednak daleko idące pomysły prawdopodobnie nie zostaną zrealizowane w najbliższym czasie. Zamiast tego bardziej realistyczną wizją byłaby placówka naukowo-badawcza, taka jak baza McMurdo na Antarktydzie, w której garstka astronautów spędzałaby tam czas na 18-miesięcznych zmianach.

Wysłanie pierwszej misji załogowej na Marsa byłoby możliwe w ciągu 20–25 lat, a w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat stworzyć tam placówkę badawczą.

Chociaż możliwe byłoby zaplanowanie i wykonanie takiej misji przez jeden kraj, misja mogłaby być solidniejsza, gdyby zaangażowane były w nią różne kraje. Obecnie NASA ściśle współpracuje z innymi agencjami kosmicznymi, takimi jak Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) i Japończycy Agencji Kosmicznej (JAXA), ale istnieje rozłam między Stanami Zjednoczonymi a jednym z największych graczy w misjach kosmicznych: Chinami. Nadal nie jest jasne, czy te różne agencje byłyby skłonne współpracować przy przyszłej misji na Marsa.

„Mam nadzieję, że w pierwszą misję [na Marsa] wezmą udział nie tylko NASA i nie tylko Stany Zjednoczone” – powiedział Hecht. „Mam nadzieję, że obejmą także Chiny, więc nie będzie tylko jednego punktu awarii. Współpraca 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, a ty można oczekiwać, że zostaną zaangażowani jako podwykonawcy, a nawet kierownicy projektów w przyszłe misje na Marsa, jak Dobrze.

Po co lecieć na Marsa?

Ilekroć pojawia się temat załogowej misji na Marsa, zawsze znajdują się ludzie, którzy sprzeciwiają się czasowi i pieniędzy, jakich takie przedsięwzięcie wymagałoby, i argumentują, że pieniądze te można byłoby lepiej wydać na rozwiązywanie problemów tu występujących Ziemia. I niezaprzeczalnie szczególnie w zeszłym roku zaobserwowaliśmy pęknięcia w systemach, które mają zaspokajać podstawowe potrzeby wielu osób, takie jak mieszkalnictwo, edukacja i opieka zdrowotna.

Ale – podkreśla Hecht – nie wydajemy pieniędzy tylko na zaspokojenie podstawowych potrzeb życiowych. Opisał gorączkowe próby zebrania miliona dolarów na umieszczenie na Marsie nowego sprzętu naukowego oraz włączenie telewizora, aby zobaczyć reklamy wyświetlane podczas Super Bowl. Koszt każdego 30-sekundowego spotu mógł zwrócić kilkukrotnie jego sprzęt.

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

Jeśli chodzi o eksplorację kosmosu, mamy okazję uczyć i inspirować, a co być może najważniejsze, lepiej rozumieć wszechświat i nasze w nim miejsce. Jeśli chcemy odpowiedzieć na niektóre z najważniejszych pytań w życiu: skąd pochodzimy i czy jesteśmy sami we wszechświecie – musimy wyruszyć poza naszą planetę i zbadać ją.

Czego dowiadujemy się z eksploracji

Wielu zwolenników eksploracji Marsa będzie argumentować, że powinniśmy podróżować na Marsa, ponieważ możemy się tam dowiedzieć konkretnych rzeczy o Ziemi. Ze studiów jedne z najstarszych skał w Układzie Słonecznym aby dowiedzieć się o powstaniu Ziemi do studiowania klimat Aby uzyskać wgląd w palący problem zmian klimatycznych, odkrycia dokonane na Marsie mogą na wiele sposobów poprawić życie na Ziemi.

Jednak zdaniem Hechta próby uzasadnienia misji kosmicznych w ten sposób „są w sprzeczności z historią. W tym sensie, że tak, zawsze istniały te namacalne korzyści [z eksploracji]. Jednak nie byliśmy zbyt dobrzy w ich przewidywaniu. To właśnie jest w tym wspaniałe. Jedziesz, odkrywasz nowe miejsce i uczysz się czegoś, czego nigdy się nie spodziewałeś.

Po prostu nie wiemy, co odkryjemy na Marsie, dopóki tam nie dotrzemy. To zawsze dotyczyło odkryć naukowych — od przypadkowych odkryć penicyliny lub promieni rentgenowskich po sposób, w jaki technologia opracowana na potrzeby misji księżycowych Apollo prowadzić do powstania lepszych maszyn do dializy nerek i ulepszonego sprzętu ochronnego dla strażaków.

Poza pragmatycznymi zaletami rozwoju technologii i wiedzy naukowej istnieje głębszy impuls do eksploracji. „Pogoń za wiedzą czyni nas ludźmi” – powiedział Hecht.

„Robimy to od chwili, gdy po raz pierwszy zderzyliśmy się ze sobą dwoma kamieniami. Dążymy do wiedzy. I eksploracja nowych miejsc – dlatego nie ma zakątka globu, w którym człowiek nie postawiłby stopy, włączając w to dno oceanu. To co robimy."

Zalecenia redaktorów

• Komunikacja kosmiczna: jak pierwsi ludzie na Marsie będą komunikować się z Ziemią
• Astropsychologia: jak zachować zdrowie psychiczne na Marsie
• Elektrownie na innych planetach: Jak będziemy wytwarzać energię elektryczną na Marsie
• Zbieranie nawodnienia: jak przyszli osadnicy będą tworzyć i gromadzić wodę na Marsie
• Astrorolnictwo: Jak będziemy uprawiać rośliny na Marsie