โลจิสติกส์อันยุ่งยากในการส่งนักสำรวจมนุษย์ไปบนดาวอังคาร

ตราบใดที่มนุษย์ยังมองดูดวงดาว เราก็ใฝ่ฝันที่จะออกไปสำรวจสถานที่อันห่างไกลเหล่านี้ และไม่มีสถานที่ใดที่เป็นเป้าหมายของการเก็งกำไรมากไปกว่าดาวอังคาร ในที่สุดเราก็มาถึงสถานที่ที่ความฝันของมนุษย์ได้ก้าวไปบนดาวดวงอื่นสามารถกลายเป็นจริงได้ในช่วงชีวิตของเรา

เราเข้าใจเทคโนโลยีที่จำเป็นในการส่งมนุษย์ไปยังดาวอังคาร และเราก็มีประสบการณ์ในการส่งภารกิจหุ่นยนต์ไปที่นั่นเช่นกัน แล้วเมื่อไหร่เราจะก้าวกระโดดครั้งใหญ่ครั้งต่อไปและส่งภารกิจที่มีลูกเรือไปยังดาวดวงอื่นเป็นครั้งแรก? และจะต้องทำอย่างไรจึงจะเป็นเช่นนั้น?

เราได้พูดคุยกับ Michael Hecht ผู้เชี่ยวชาญด้านอวกาศจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ ผู้มีประสบการณ์จากห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion และผู้ตรวจสอบหลักของ อุปกรณ์สร้างออกซิเจน MOXIE บนรถแลนด์โรเวอร์ Perseverance เพื่อทำความเข้าใจว่าเราเดินทางจากโลกสู่ดาวอังคารได้อย่างไร — และเราจะลงรองเท้าบู๊ตบนพื้นเป็นครั้งแรกได้อย่างไร เวลา.

ห่างออกไปอีก 15 ปีเสมอ

ด้วยความสนใจในการสำรวจดาวอังคารที่หลั่งไหลเข้ามาเมื่อเร็ว ๆ นี้ ทำให้รู้สึกเหมือนว่าเราเข้าใกล้มากขึ้นกว่าเดิมในการนำผู้คนไปบนพื้นผิวโลก แต่ก็ยังเป็นเป้าหมายที่ดูเหมือนอยู่ไกลเกินเอื้อมอยู่ตลอดเวลา

หลังจากภารกิจอะพอลโลในทศวรรษปี 1960 และ 1970 ผู้ชื่นชอบอวกาศจำนวนมากคิดว่าเราจะเข้าถึงและสำรวจต่อไป และไปยังเป้าหมายถัดไปสำหรับการสำรวจ: ดาวอังคาร แต่ความสนใจของสาธารณชนลดน้อยลง การสนับสนุน Apollo ก็ลดน้อยลง และตั้งแต่นั้นมามนุษย์ก็ไม่ได้ออกจากวงโคจรของโลกเลย

ในช่วงหลายทศวรรษที่เข้ามาแทรกแซง หลายคนคาดการณ์ว่ามนุษย์จะเหยียบย่ำดาวอังคารได้ภายในเวลาเพียง 15 ปีเท่านั้น ว่าเราจะไปจบลงบนดาวเคราะห์สีแดงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในไม่ช้า แต่แผนภารกิจที่เป็นรูปธรรมและจริงจังเพื่อนำผู้คนไปบนดาวอังคารยังไม่เกิดขึ้นจริง

เรามีเทคโนโลยีที่จะทำให้ภารกิจบนดาวอังคารเกิดขึ้นได้ในขณะนี้ และมีความสนใจในหัวข้อนี้เพิ่มมากขึ้น แต่ Hecht ให้เหตุผลว่าชุมชนอวกาศและเราในฐานะสายพันธุ์โดยรวมยังไม่ได้ให้คำมั่นสัญญาทางการเงินและการปฏิบัติอย่างจริงจังเพื่อทำให้ภารกิจเกิดขึ้นจริงๆ ถ้าเราตัดสินใจที่จะทำเช่นนี้เราก็ทำได้ แต่เราจำเป็นต้องให้คำมั่นสัญญานั้น

“เราอาจตาม Apollo ไปได้” Hecht กล่าว “มันคงจะยากและมันคงจะเป็นอันตราย แต่เราสามารถทำได้อย่างปลอดภัยมากขึ้นในขณะนี้ เราไปได้แล้ว และตอนนี้เราก็ไปได้แล้ว”

จุดมหัศจรรย์แห่งหนึ่งในวงจร

เมื่อพยายามนึกภาพว่าภารกิจบนดาวอังคารที่มีลูกเรืออาจมีหน้าตาเป็นอย่างไร มีเพียงวิธีเดียวเท่านั้นที่จะเดินทางจากที่นี่ไปยังที่นั่นได้ เนื่องจากดาวอังคารโคจรรอบดวงอาทิตย์ หนึ่งปีจึงอยู่ไม่ถึงสองปีโลก ให้เผื่อเวลาในการเดินทาง หมายความว่า หากคุณต้องการเดินทางจากโลกไปยังดาวอังคาร จะมีช่วงหนึ่งในรอบ 26 เดือนที่ การเดินทางนั้นง่ายที่สุด: เมื่อดาวเคราะห์ทั้งสองอยู่ใกล้กันและสามารถส่งจรวดเข้าไปในสิ่งที่เรียกว่าการถ่ายโอนของโฮห์มันน์ วงโคจร

“มีจุดมหัศจรรย์จุดหนึ่งในรอบ 26 เดือนนั้น” Hecht อธิบาย เมื่อจรวดยิงจากโลกในเวลาที่เหมาะสม มันสามารถตัดวงโคจรของดาวอังคารได้ในเวลาเดียวกันกับที่ดาวอังคารทำ “มันเหมือนกับการเปลี่ยนเลนบนทางหลวง”

แม้ว่าจะสามารถส่งยานอวกาศไปยังดาวอังคารโดยใช้วงโคจรอื่นได้ แต่ก็ยากและอันตรายกว่าและมีราคาแพงกว่ามาก ดังนั้นวัฏจักร 26 เดือนนี้จึงจำกัดว่าเราจะส่งภารกิจไปยังดาวอังคารได้เมื่อใด นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมภารกิจของดาวอังคารจึงมักเปิดตัวในช่วงเวลาเดียวกัน เช่น ยานอวกาศ 3 ลำที่เปิดตัวในฤดูร้อนปี 2020 ได้แก่ รถแลนด์โรเวอร์ Perseverance ของ NASA, ภารกิจ Tianwen-1 ของจีน และภารกิจ Hope ของสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์

และมีโอกาสเท่าเทียมที่จะกลับมาในทิศทางอื่น สิ่งนี้ทำให้มีกรอบในทางปฏิบัติเกี่ยวกับลักษณะของภารกิจบนดาวอังคารที่มีลูกเรือ: การเดินทางหกหรือเจ็ดเดือน จากโลกสู่ดาวอังคาร ใช้เวลาบนพื้นผิวประมาณหนึ่งปีครึ่ง และอีกหกหรือเจ็ดเดือนที่กำลังจะมาถึง กลับ. นั่นคือภารกิจทั้งหมดประมาณสามปี

ภารกิจที่ยาวนานกว่าที่เราคุ้นเคย

ภารกิจระยะเวลาสามปีนั้นก่อให้เกิดความท้าทาย เนื่องจากเป็นภารกิจที่ยาวนานกว่าที่เราเคยใช้ในการส่งผู้คนไป ภารกิจไปยังดวงจันทร์ใช้เวลาเพียงไม่กี่วัน และการหมุนเวียนของลูกเรือบนสถานีอวกาศนานาชาติโดยปกติจะใช้เวลาระหว่างหกเดือนถึงหนึ่งปี

การมีคนอยู่บนพื้นผิวดาวอังคารเป็นเวลาประมาณ 18 เดือนทำให้พวกเขามีโอกาสทำวิทยาศาสตร์และการสำรวจอย่างจริงจัง แต่ก็มีความเสี่ยงมากกว่าเช่นกัน หากมีปัญหาในภารกิจบนดาวอังคาร การส่งความช่วยเหลือหรือเสบียงจากโลกจะเป็นเรื่องยากมาก (หากไม่ใช่เป็นไปไม่ได้) หากมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น นักบินอวกาศจะต้องอยู่ด้วยตัวเอง

“ไม่มีใครที่อยู่ใกล้สิ่งนี้และคิดว่าปลอดภัย” เฮชท์กล่าว จาก ภัยคุกคามต่อสุขภาพจากการสัมผัสรังสี ไปสู่ความเสี่ยงระหว่างการเปิดตัวและลงสู่ปัญหาที่เกิดขึ้นกับคุณ ใช้เวลาหนึ่งปีครึ่งในสภาพคับแคบ โดยที่คุณไม่สามารถออกไปข้างนอกได้หากไม่มีชุดอวกาศ: “เป็นการเสี่ยงที่เสี่ยง”

นั่นเป็นสาเหตุที่จุดมุ่งเน้นของการวางแผนสำหรับภารกิจที่มีลูกเรือคือการจัดเตรียมอุปกรณ์ที่จำเป็นให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ก่อนที่ใครจะออกจากโลก เพื่อลดความเสี่ยงต่อนักบินอวกาศ คุณจะต้องส่งเครื่องจักรและอุปกรณ์ไปยังดาวเคราะห์ในช่วงกรอบเวลาก่อนหน้าในรอบ 26 เดือน เพื่อให้พร้อมสำหรับการมาถึงของนักบินอวกาศ คุณต้องแน่ใจว่าได้ตอบสนองความต้องการขั้นพื้นฐานที่สุดของนักบินอวกาศ เช่น ออกซิเจนและน้ำ แล้ว

โครงการ MOXIE ของ Hecht เป็นตัวอย่างหนึ่งของเทคโนโลยีที่จะช่วยให้ภารกิจบนดาวอังคารมีลูกเรือและลดความเสี่ยงได้ เป็นวิธีการผลิตออกซิเจนจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่อุดมสมบูรณ์ในบรรยากาศดาวอังคารเพียงเล็กน้อย ปัจจุบันเทคโนโลยีดังกล่าวอยู่ใน Perseverance rover และประสบความสำเร็จมาแล้วหลายครั้ง เรียบร้อยแล้ว. เทคโนโลยีเวอร์ชันใหญ่กว่านี้สามารถส่งไปยังดาวอังคารพร้อมกับถังออกซิเจนขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถเติมออกซิเจนไว้พร้อมสำหรับการมาถึงของลูกเรือบนดาวอังคาร

ดวงจันทร์ถึงดาวอังคาร?

NASA กำลังวางแผนที่จะกลับไปสู่การสำรวจอวกาศของมนุษย์พร้อมกับภารกิจ Artemis ที่กำลังจะมาถึงดวงจันทร์และ หน่วยงานระบุมาโดยตลอดว่าเหตุผลประการหนึ่งที่ต้องเดินทางไปดวงจันทร์คือการเตรียมตัวสำหรับภารกิจที่มีลูกเรือไป ดาวอังคาร

ดังที่อดีตผู้ดูแลระบบ NASA Jim Bridenstine กล่าวในรายงานล่าสุด “NASA มุ่งมั่นที่จะสำรวจดาวอังคารโดยมนุษย์มาโดยตลอด ขณะนี้มนุษย์กลับมายังดวงจันทร์อีกครั้งในรอบสี่ปีเพื่อสร้างการสำรวจดวงจันทร์อย่างยั่งยืนโดย ปลายทศวรรษนี้ เราสามารถมองเห็นได้ชัดเจนว่าดวงจันทร์เป็นก้าวสำคัญสู่ดาวเคราะห์สีแดง การเรียนรู้ที่จะใช้ชีวิตและทำงานบนดวงจันทร์จะนำเราเข้าใกล้การก้าวกระโดดครั้งยิ่งใหญ่ครั้งต่อไปของเรามากขึ้นเรื่อยๆ ในขณะที่เราค้นหาชีวิตที่ไกลออกไปในระบบสุริยะ”

อย่างไรก็ตาม ภารกิจของดวงจันทร์มีความคล้ายคลึงกับภารกิจของดาวอังคารเพียงใด ยังคงเป็นประเด็นถกเถียงในชุมชนอวกาศ บางคนแย้งว่าการสำรวจอวกาศของมนุษย์จะช่วยสร้างความรู้ เทคโนโลยี และกระบวนการต่างๆ ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อความพยายามในอนาคต นั่นคือสิ่งที่ Kjell Lindgren นักบินอวกาศ Artemis บอกกับ Digital Trends เมื่อเราสัมภาษณ์เขาเกี่ยวกับเป้าหมายของภารกิจอาร์เทมิส

แต่คนอื่นๆ เช่น Hecht ต่างสงสัยว่าคุณสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับภารกิจบนดาวอังคารได้มากเพียงใดโดยการไปดวงจันทร์ “พูดตามตรง ฉันพยายามค้นหาความคล้ายคลึงกันระหว่างทั้งสอง” Hecht กล่าว เขาชี้ให้เห็นความแตกต่างระหว่างดาวอังคารและดวงจันทร์ในแง่ของระยะเวลาการเดินทาง แรงโน้มถ่วง และสภาพแวดล้อมที่เป็นฝุ่น นักบินอวกาศจะต้องเผชิญ การมีหรือไม่มีชั้นบรรยากาศ และผลกระทบที่ส่งผลต่อการลงจอด และทรัพยากรที่มีอยู่ มีอยู่. “ฉันแค่ไม่เห็นว่ามันเป็นขั้นบันได”

เมื่อพูดถึงดาวอังคาร Hecht กล่าวว่า “ฉันไม่คิดว่าคุณจะฝึกซ้อมโดยไปที่อื่น แต่ฉันเข้าใจมุมมองของคนที่พูดว่าการไปทุกที่ ไม่ว่าจะเป็นดาวเคราะห์น้อยหรือดวงจันทร์ ก็ทำให้เรามีประสบการณ์ในการปฏิบัติการนอกโลก”

ไม่ใช่ว่าคนที่สนับสนุนภารกิจไปดาวอังคารจะไม่ต่อต้านการไปดวงจันทร์ ซึ่งเป็นผู้เสนอการสำรวจอวกาศโดยทั่วไป รองรับภารกิจทุกประเภทมากขึ้น – ค่อนข้างจะเป็นว่าหากเราต้องการเดินทางไปดาวอังคารเราควรมุ่งเน้นไปที่ดาวอังคารและเอกลักษณ์ของมัน ความท้าทาย

สถานี McMurdo สำหรับดาวเคราะห์สีแดง

มีการพูดคุยมากมายเกี่ยวกับเมืองแห่งอนาคตบนดาวอังคาร และการส่งผู้คนหลายร้อยหรือหลายพันคนไปอาศัยอยู่ที่นั่นในระยะยาว แต่ความคิดที่ลึกซึ้งนั้นไม่น่าจะเกิดขึ้นได้ในเร็วๆ นี้ ในทางกลับกัน วิสัยทัศน์ที่สมจริงยิ่งขึ้นน่าจะเป็นศูนย์วิจัยทางวิทยาศาสตร์ เช่น ฐานแมคเมอร์โดในทวีปแอนตาร์กติกา โดยมีนักบินอวกาศจำนวนหนึ่งใช้เวลาอยู่ที่นั่นเป็นกะ 18 เดือน

มีความเป็นไปได้ที่จะจัดตั้งภารกิจส่งลูกเรือครั้งแรกไปยังดาวอังคารภายใน 20 ถึง 25 ปี และจัดตั้งศูนย์วิจัยที่นั่นภายในทศวรรษหน้า

แม้ว่าอาจเป็นไปได้ที่ภารกิจดังกล่าวจะได้รับการวางแผนและดำเนินการโดยประเทศเดียว แต่ก็อาจมีภารกิจที่แข็งแกร่งกว่านี้ได้หากประเทศต่างๆ เข้ามาเกี่ยวข้อง ปัจจุบัน NASA ร่วมมืออย่างใกล้ชิดกับหน่วยงานอวกาศอื่นๆ เช่น องค์การอวกาศยุโรป (ESA) และญี่ปุ่น Space Agency (JAXA) แต่เกิดความขัดแย้งระหว่างสหรัฐฯ และหนึ่งในผู้เล่นรายใหญ่ที่สุดในภารกิจอวกาศ นั่นก็คือจีน หน่วยงานต่างๆ เหล่านี้จะเต็มใจที่จะทำงานร่วมกันในภารกิจดาวอังคารในอนาคตหรือไม่นั้นยังไม่ชัดเจน

“หวังว่าภารกิจแรก [ไปยังดาวอังคาร] จะเกี่ยวข้องกับไม่เพียงแต่ NASA และไม่ใช่แค่สหรัฐอเมริกาเท่านั้น” Hecht กล่าว “หวังว่ามันจะเกี่ยวข้องกับจีนด้วย ดังนั้นจะไม่ได้มีจุดล้มเหลวเพียงจุดเดียว มันจะดำเนินต่อไปหากพันธมิตรคนหนึ่งตัดสินใจไปที่อื่น”

จะไม่ใช่แค่หน่วยงานภาครัฐที่เกี่ยวข้องกับโครงการนี้เท่านั้น บริษัทอย่าง SpaceX, Blue Origin และ Boeing ต่างมีส่วนร่วมอย่างมากในภารกิจอวกาศและคุณด้วย สามารถคาดหวังให้พวกเขามีส่วนร่วมในฐานะผู้รับเหมาช่วงหรือแม้แต่ผู้จัดการโครงการในภารกิจดาวอังคารในอนาคตได้ ดี.

ทำไมต้องไปดาวอังคาร?

เมื่อใดก็ตามที่หัวข้อของภารกิจลูกเรือไปยังดาวอังคารเกิดขึ้น ก็มักจะมีคนที่คัดค้านเวลาและ เงินที่กิจการดังกล่าวต้องการและโต้แย้งว่าเงินจำนวนนี้ควรใช้ไปแก้ไขปัญหาที่นี่ดีกว่า โลก. และปฏิเสธไม่ได้ว่าในปีที่แล้ว เราได้เห็นรอยร้าวในระบบที่ควรจะรองรับความต้องการพื้นฐานของหลาย ๆ คน เช่น ที่อยู่อาศัย การศึกษา และการดูแลสุขภาพ

แต่ Hecht ชี้ให้เห็นว่า เราไม่เพียงแต่ใช้จ่ายเงินเพื่อสนองความต้องการพื้นฐานของชีวิตเท่านั้น เขาอธิบายอย่างเมามันว่าพยายามรวบรวมเงินทุน 1 ล้านดอลลาร์เพื่อนำอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ชิ้นใหม่ไปบนดาวอังคาร และเปิดทีวีเพื่อดูโฆษณาที่เล่นระหว่างการแข่งขันซูเปอร์โบวล์ ค่าใช้จ่ายของแต่ละจุด 30 วินาทีสามารถจ่ายค่าอุปกรณ์ของเขาได้มากกว่าหลายเท่า

“เราใช้จ่ายเงินกับเรื่องไร้สาระทุกประเภท เช่น โฆษณา Super Bowl” เขากล่าว “และส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับความสนุกสนานในชีวิตและความพึงพอใจส่วนตัวของเรา ไม่ว่าจะเป็นกีฬา ห้องสมุด ศิลปะ ดนตรี หรือสวนสาธารณะ” เราคงเป็นข้อแก้ตัวที่แย่มากสำหรับสังคมถ้าสิ่งเดียวที่เราจะทุ่มเงินเพื่อซื้ออาหารและที่พักพิง”

เมื่อพูดถึงการสำรวจอวกาศ เรามีโอกาสที่จะสอนและสร้างแรงบันดาลใจ และอาจที่สำคัญที่สุดคือการทำความเข้าใจเกี่ยวกับจักรวาลและสถานที่ของเราในนั้นมากขึ้น หากเราต้องการตอบคำถามที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในชีวิต: เรามาจากไหนและเราอยู่คนเดียวในจักรวาลหรือไม่ - เราต้องออกไปสำรวจนอกโลกของเรา

สิ่งที่เราเรียนรู้จากการสำรวจ

ผู้เสนอการสำรวจดาวอังคารหลายคนแย้งว่าเราควรเดินทางไปดาวอังคารเพราะมีบางสิ่งที่เจาะจงที่เราสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับโลกได้ จากการเรียน หินที่เก่าแก่ที่สุดบางส่วนในระบบสุริยะ เพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับการก่อตัวของโลกและศึกษาเรื่อง ภูมิอากาศ เพื่อรับข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับปัญหาเร่งด่วนของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ มีหลายวิธีที่การค้นพบบนดาวอังคารสามารถปรับปรุงชีวิตบนโลกได้

แต่สำหรับ Hecht การพยายามจัดวางภารกิจอวกาศในลักษณะนี้ "บินไปท่ามกลางประวัติศาสตร์" ในแง่ที่ว่า ใช่ มีประโยชน์ที่จับต้องได้อยู่เสมอ [ในการสำรวจ] แต่เราทำนายได้ไม่ดีนัก นั่นคือสิ่งที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับมัน คุณออกไปสำรวจสถานที่ใหม่ๆ และเรียนรู้สิ่งที่คุณไม่เคยคาดหวังว่าจะได้เรียนรู้”

เราไม่รู้ว่าเราจะค้นพบอะไรจากดาวอังคารจนกว่าเราจะไปที่นั่น นั่นเป็นเรื่องจริงเสมอมาสำหรับการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ ตั้งแต่การค้นพบเพนิซิลินหรือรังสีเอกซ์โดยไม่ได้ตั้งใจไปจนถึงวิธีที่ เทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นสำหรับภารกิจ Apollo moon ส่งผลให้มีเครื่องฟอกไตที่ดีขึ้นและมีการปรับปรุงอุปกรณ์ป้องกันสำหรับนักผจญเพลิง

และนอกเหนือจากข้อดีที่เป็นประโยชน์ในการพัฒนาเทคโนโลยีและความรู้ทางวิทยาศาสตร์แล้ว ยังมีแรงผลักดันที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นในการสำรวจ “การแสวงหาความรู้คือสิ่งที่ทำให้เราเป็นมนุษย์” Hecht กล่าว

“เราทำสิ่งนี้มาตั้งแต่ครั้งแรกที่เรากระแทกหินสองก้อนเข้าด้วยกัน เราแสวงหาความรู้ และการสำรวจสถานที่ใหม่ๆ นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงไม่มีมุมใดของโลกที่มนุษย์ยังไม่ได้เหยียบย่ำ รวมถึงก้นมหาสมุทรด้วย นั่นคือสิ่งที่เราทำ”

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• การสื่อสารของจักรวาล: มนุษย์กลุ่มแรกบนดาวอังคารจะสื่อสารกับโลกได้อย่างไร
• โหราศาสตร์: ทำอย่างไรจึงจะมีสติบนดาวอังคาร
• โรงไฟฟ้าบนดาวเคราะห์ดวงอื่น: เราจะผลิตไฟฟ้าบนดาวอังคารได้อย่างไร
• การเก็บเกี่ยวความชุ่มชื้น: ผู้ตั้งถิ่นฐานในอนาคตจะสร้างและรวบรวมน้ำบนดาวอังคารได้อย่างไร
• การเกษตรกรรมทางดาราศาสตร์: เราจะปลูกพืชบนดาวอังคารได้อย่างไร