Tagi


Archiwa


Zaprzyjaźnione


/ 8

Artykuły

Mars w 7 krokach

1st Paź '15

Mimo ekonomiczno-politycznej kuli u nogi i pogrzebania żywcem programu Constellation, chyba nikt nie ma wątpliwości, że ludzka stopa prędzej czy później stanie na powierzchni sąsiedniej planety. Na razie możemy jedynie poteoretyzować na temat tego, jak będą wyglądać kolejne etapy na naszej drodze do Marsa. 

Ludzkość pragnie pozna­wania nieba z tego samego powodu,
które kiedyś ciągnęły ją przez otwarte morze na nieznane lądy
.

George Bush

Krok I: Zebranie funduszy

Zaczniemy od problemu na wskroś przy­ziem­nego, ale niestety abso­lutnie klu­czo­wego. Szacunki kosztów koniecz­nych do reali­zacji mar­sjań­skiej eks­pe­dycji zmie­niały się na prze­łomie lat i nadal pozo­stają eks­tre­malnie roz­bieżne. Wiele zależy od tego jakie tech­no­logie zasto­su­jemy i jakich efektów będziemy ocze­kiwać. Takie koncepty jak baza księ­ży­cowa (patrz następny krok) czy podróż tylko w jedną stronę, mogą dra­stycznie zwie­lo­krotnić lub zmniej­szyć wydatki.

Gdy marzenia o podboju Układu Sło­necz­nego prze­wi­jały się w prze­mó­wie­niach George’a Busha seniora, chwalono się wyło­że­niem na szczytny cel nawet 450 miliardów dolarów. Póź­niejsze, bardziej współ­czesne prognozy mówią o kwocie ponad 2/3 niższej. Rzecz jasna musimy pamiętać, iż powyższe bajoń­skie sumy nie zostaną roz­dy­spo­no­wane jed­no­ra­zowo, lecz roz­ło­żone na cały czas trwania wie­lo­let­niego programu. Gdyby NASA była gotowa do sku­pienia się na Marsie, jako na jedynym, nad­rzędnym i dłu­go­fa­lowym celu – być może mogłaby sfi­nan­sować wyprawę miesz­cząc się w swoim natu­ralnym budżecie wyno­szącym 15 miliardów dolarów rocznie. Ozna­cza­łoby to bolesne prze­rwanie innych przed­się­wzięć, ale misja załogowa miałaby szansę wystar­tować w ciągu dwóch dekad. Sprawa stałaby się znacznie łatwiejsza, gdyby Waszyngton zre­zy­gnował z budowy kolej­nych lot­ni­skowców bądź podzielił się splen­dorem zapra­szając do współ­pracy inne państwa.

Krok II (?): Powrót na Księżyc

To krok naj­bar­dziej niepewny, kon­tro­wer­syjny i coraz rzadziej figu­ru­jący w zamy­słach mar­sjań­skich entu­zja­stów. Rola ziem­skiego satelity była szcze­gólnie pod­kre­ślana w zapo­wie­dzianym przez Busha (tym razem juniora) pro­gramie Con­stel­la­tion. Astro­nauci mieli do końca obecnej dekady znów stanąć na Księżycu, który byłby tram­po­liną, pozwa­la­jącą wybić się ludz­kości w głąb Układu Sło­necz­nego. Mam tu na myśli zarówno wybicie meta­fo­ryczne jak i dosłowne. Powtórka programu Apollo pozwo­li­łaby na prze­te­sto­wanie w warun­kach poza­ziem­skich nowego sprzętu, w tym przede wszystkim rakiet z serii Ares oraz statku Orion. Naj­więksi opty­miści roz­wa­żali budowę bazy księ­ży­cowej, a w dalszej przy­szłości stwo­rzenie księ­ży­co­wego kosmo­dromu. Pię­cio­krotnie słabsza gra­wi­tacja Srebr­nego Globu w zamie­rzeniu miałaby pozwalać na znacznie mniej ener­go­chłonne podróże na Marsa czy gdzie­kol­wiek indziej.

Wariant księ­ży­cowy zgro­ma­dził szybko wielu prze­ciw­ników i bardzo praw­do­po­dobne, że przepadł na dobre wraz z prze­rwa­niem programu Con­stel­la­tion w 2010 roku. Powta­rzając za Harleyem Thron­sonem z Goddard Space Flight Center: Księżyc mógłby wręcz okazać się prze­szkodą na drodze ludzi do Czer­wonej Planety. Krytycy uważają, że powrót na Księżyc nie­po­trzebnie pomno­żyłby koszty (czemu trudno zaprze­czyć) oraz znacznie wydłu­żyłby całe przed­się­wzięcie. Zdając się na praktykę trzeba przyznać, że naj­kosz­tow­niejsze i naj­dłuższe misje rzadko kiedy docią­gają do finału, więc może rze­czy­wi­ście nie należy się roz­drab­niać.

Krok III: Rakieta, niekoniecznie największa

W porów­naniu do eks­plo­racji Marsa, program Apollo był week­en­dową prze­jażdżką. Pół wieku rozwoju kosmicz­nych tech­no­logii nie zmieni faktu, że cała wyprawa potrwa kil­ka­na­ście miesięcy, zatem ilość potrzeb­nego sprzętu i zapasów będzie wie­lo­krotnie większa. Arm­strong i spółka dys­po­no­wali rakietą Saturn V: smokiem o masie 3 tysięcy ton, wysokim na 110 metrów, mogącym wynieść na niską orbitę 120 ton. Zwykła logika pod­po­wiada, że próbując dolecieć do Czer­wo­nego Globu kopiując metody z lat 70., musie­li­byśmy zbudować rakietę o jeszcze więk­szych, wręcz nie­re­al­nych gaba­ry­tach. Nic dziwnego, że kon­struk­torzy bardzo wcześnie ruszyli głowami, nakre­ślając bardziej wyra­fi­no­wane plany. Do bazy księ­ży­cowej dołą­czyły szkice przed­sta­wia­jące monu­men­talny statek kosmiczny. Idea stacji orbi­talnej pojawiła się w słynnym Raporcie 90-dniowym z lat 80., zakła­da­jącym moż­li­wość skon­stru­owania statku zdolnego do wojaży po Układzie Sło­necznym w prze­strzeni kosmicznej. Oczy­wi­ście konieczne byłoby uprzednie zbu­do­wanie zaawan­so­wa­nego klonu ISS, pełnego hangarów, doków, osiedli… Istne science-fiction!
sls rakiety2Na szczę­ście ten poro­niony i kosz­towny pomysł ustąpił bardziej racjo­nalnej idei, zapro­po­no­wanej w 1989 roku przez Roberta Zubrina i Davida Bakera. Twórcy Mars Direct poszli własną drogą, dowodząc, że na Marsa można dolecieć przy wyko­rzy­staniu XX-wiecznej techniki rakie­towej i maszyn znaj­du­ją­cych się w zasięgu budżetu USA. Ale o tym za chwilę. Na razie musimy wiedzieć, że prace nad trans­portem mają się całkiem nieźle. W czasach programu Con­stel­la­tion pokła­dano nadzieje w rakiecie Ares V, o roz­mia­rach zbli­żo­nych do sławnego Saturna V. Choć Kon­ste­lację zarżnięto, sam projekt rakiety nie poszedł na zmar­no­wanie, służąc jako podstawa dla rakiety Space Launch System. Dokładna spe­cy­fi­kacja SLS może jeszcze ulec zmianom, ale inży­nie­rowie mówią o moż­li­wości wynie­sienia na orbitę do 130 ton, a więc masie niewiele większej niż Saturn, choć pię­cio­krotnie większej od prze­cięt­nego waha­dłowca. Jako smaczek można dodać, że być może z SLS zin­te­gro­wany zostanie zmo­dy­fi­ko­wany statek Orion – pier­wotnie przy­go­to­wany dla rakiet Ares.

Test statku Orion.

Testy Oriona trwają od dłuż­szego czasu, nato­miast sam SLS ma odbyć dzie­wiczy lot w roku 2017.

Krok IV: Wysłanie sprzętu

Wracając do Zubrina i jego prze­ło­mowej kon­cepcji. W 1989 roku zapro­po­nował on aby cała wyprawa odbyła się w sposób bez­po­średni, z pomi­nię­ciem księ­ży­co­wych baz czy orbi­tal­nych statków, ale w dwóch rundach. W czasie pierw­szej na Czerwoną Planetę posłana zostanie misja bez­za­ło­gowa, mająca na celu wcze­śniejsze dostar­czenie więk­szości potrzeb­nego sprzętu. Kon­kret­niej, w pierw­szym roku na Marsie zna­la­złyby się m.in.:
  • statek powrotny Earth Retum Vehicle
  • mały pojazd kołowy
  • system komu­ni­kacji radiowej
  • reaktor
  • system In-Situ Pro­pel­lant Pro­duc­tion
Szcze­gólną uwagę zwracam na moduł ISPP mający pro­du­kować paliwo rakie­towe czerpiąc skład­niki wprost z mar­sjań­skiej atmos­fery! Założono, iż silniki mogłyby korzy­stać z wydajnej mie­szanki tlenu O2 i metanu CH4. Do wytwo­rzenia obu związków potrzeba jedynie atomów węgla, tlenu i wodoru, a na planecie okrytej przez atmos­ferę złożoną w 95% z CO2, dwóch pierw­szych na pewno nie zabraknie. Jeśli tylko dostar­czymy na Marsa około 6 ton ciekłego wodoru, ISPP zajmie się resztą. Inny moduł mógłby na podobnej zasadzie wytwo­rzyć z tam­tej­szego powie­trza tlen, jak również pozy­skiwać wodę. Żaden z tych procesów nie stanowi dla współ­cze­snej nauki więk­szego wyzwania i nie powinien przy­spo­rzyć nam więk­szych kłopotów.
ervPomysł jest genialny w swej pro­stocie i odchudzi misję o 60–90 ton. Wysłany wcze­śniej ERV wraz z całym osprzętem, od razu zacznie pro­dukcję koniecz­nego do powrotu paliwa oraz życio­daj­nego tlenu. Gdy astro­nauci dotrą do celu będą mieli do dys­po­zycji dwa naj­waż­niejsze surowce oraz, w razie potrzeby, małą „fabrykę”.

Krok V: Skompletowanie załogi

Punktem kul­mi­na­cyjnym będzie bez wąt­pienia drugi etap planu Mars Direct, czyli wystrze­lenie w kierunku Czer­wonej Planety pierw­szych ziem­skich posłańców. W tym celu po dwóch latach, podczas otwarcia nowego „okna”, wystar­tuje kolejna rakieta (pier­wotnie Ares, obecnie raczej SLS) niosąca moduł miesz­kalny, no i rzecz jasna, astro­nautów. Wybór mar­sjań­skiej załogi na pewno nie będzie prosty, a dyskusje na ten temat są stare jak sama idea eks­plo­racji Marsa. Jedni uczeni brali pod uwagę opcję eko­no­miczną – troje astro­nautów – podobnie jak w czasie programu Apollo. Inni twier­dzili, że z uwagi na długą podróż naj­le­piej posłać w prze­strzeń jak naj­szerszą ekipę, pięcio lub nawet sze­ścio­oso­bową. Wydaje się, że na tym polu wybrane zostanie wyjście pośrednie, czyli załoga licząca cztery osoby.

Mimo, iż spora więk­szość prac jest obecnie zauto­ma­ty­zo­wana lub obsłu­gi­wana z Ziemi, dobór per­so­nelu powinien odbyć się wedle ostrych kry­te­riów. Pamię­tajmy, że cała misja będzie trwała nie dni, nie tygodnie, lecz kil­ka­na­ście długich miesięcy. W takich warun­kach trzeba być gotowym zarówno na awarie sprzętu jak i kryzysy psy­cho­lo­giczne i zdro­wotne. Nie wspo­minam już o tym, że do zadań astro­nautów będzie należeć nie tylko wetknięcie w rdzawy piach ame­ry­kań­skiej flagi, ale również prze­pro­wa­dzenie badań i obser­wacji. Naj­czę­ściej wskazuje się na potrzebę zaan­ga­żo­wania dwóch inży­nierów-złotych rączek i dwóch naukowców. Pozo­staje pytanie kto będzie bardziej przy­datny: geolog poszu­ku­jący kopalin, chemik badający atmos­ferę, czy biolog mogący odnaleźć ślady życia i ocenić szansę na ter­ra­for­mo­wanie obcego świata? 

Krok VI: Przeżycie

Prze­trans­por­to­wanie ludzi z kosmo­dromu na Flo­ry­dzie na którąś z mar­sjań­skich równin to jedno, ale utrzy­manie czwórki astro­nautów przy życiu i w dobrym zdrowiu, to całkiem nowe wyzwanie. Załoga przyleci wraz z modułem miesz­kalnym (habitat module), który ze względu na swój kształt prze­zwano „puszką tuńczyka”. I rze­czy­wi­ście, niemal na pewno pierw­szym Mar­sjanom przyj­dzie mieszkać w okrągłej bazie spo­czy­wa­jącej na sześciu odnóżach. Łączny pobyt ludzi na Marsie może potrwać nawet 550 dni – tyle bowiem będzie trwało ocze­ki­wanie na korzystne ułożenie planet i lot powrotny na pokła­dzie ERV (przy­po­minam, że statek powrotny już czekał). Nasi wybrańcy przez półtora roku będą oddaleni od domu o setki milionów kilo­me­trów, zdani wyłącznie na siebie, znosząc kaprysy mar­sjań­skiej pogody i wysokie dawki pro­mie­nio­wania kosmicz­nego.
hab marsWłaśnie nie brak tlenu, nie niska tem­pe­ra­tura, ale ten ostatni problem naj­bar­dziej trapi wszyst­kich orę­dow­ników eks­plo­racji Marsa. Nasza sąsiadka nie posiada magne­tos­fery, zaś rzadka atmos­fera prze­puszcza zabójcze – na dłuższą metę – ilości pro­mie­nio­wania. Sceptycy uważają, że nawet jeśli potra­fimy już dolecieć i wrócić z Marsa, to wyprawa i tak zakrawa na samo­bój­stwo. Robert Zubrin twierdzi, że szacunki są znacznie prze­sa­dzone a kilkaset dni spę­dzo­nych na Marsie zwiększy szansę zacho­ro­wania na nowotwór o zaledwie 1%. Nawet jeśli pro­jek­tant ma rację, pozo­staje jeszcze kwestia aktyw­ności słońca i śmier­cio­no­śnych roz­bły­sków. Receptą może być kon­strukcja HAB-u, którego cen­tralne pomiesz­czenie ma stanowić rodzaj schronu (co widać na rycinie), w którym skryją się zaalar­mo­wani wcze­śniej astro­nauci.
Poza prze­sia­dy­wa­niem i nudze­niem się w module miesz­kalnym, człon­kowie załogi będą mieli do dys­po­zycji również kabinę ERV, co najmniej jeden odkryty pojazd kołowy i jeden duży pojazd ciśnie­niowy (Manned Mars Rover) o zasięgu prawie 100 km. Energię dla wszyst­kich pod­ze­społów może dostar­czać aż pięć źródeł: dwa drobne reak­torki oraz trzy kolek­tory sło­neczne – jeśli tylko będzie się je komuś chciało regu­larnie odkurzać z wszech­obec­nego pyłu. Zasad­niczo, gdybyśmy opa­no­wali sztukę poza­ziem­skiej uprawy roślin, astro­nauci staliby się samo­wy­star­czalni.
rover mars

Manned Mars Rover. Jeź­dziłbym.

Krok VII: Powrót

W 2012 roku biz­nesmen Bas Lansdorp zszo­kował świat własną kon­cepcją lotu na Marsa, pozba­wio­nego naj­bar­dziej kosz­tow­nego i ryzy­kow­nego elementu – tj. powrotu załogi na ojczystą planetę. Jak pokazała liczba zgłoszeń (200 tys.), zna­le­zienie chętnych na bilet w jedną stronę nie brakuje. Zapo­wiedź programu Mars One bły­ska­wicznie zawład­nęła mediami, ale równie szybko została bez­li­to­śnie zganiona zarówno przez śro­do­wiska naukowe jak i reli­gijne. Zło­śliwcy nato­miast, od początku doszu­ki­wali się w pro­po­zycji olbrzy­miego szwindlu, mającego na celu wyłu­dzenie ogrom­nych sum lub ewen­tu­alnie promocję przy­szłych przed­się­wzięć Lans­dorpa. Widząc jak poszcze­gólne etapy Mars One są ciągle prze­su­wane, niestety mogli mieć oni rację.

Wróćmy więc do roz­sąd­niej­szego Mars Direct. Według planu, gdy obie planety znajdą się w dogodnej pozycji (roz­pa­try­wano zarówno wariant opo­zy­cyjny jak i koniunk­cyjny, ale o tym kiedy indziej) załoga prze­sią­dzie się do statku ERV – zatan­ko­wa­nego przez ISPP 107 tonami metanu i tlenu – a następnie wskoczy na orbitę oko­ło­mar­sjańską, a z niej na tra­jek­torię pro­wa­dzącą do domu. Pojazd powrotny nie potrze­buje szcze­gólnie impo­nu­jącej siły nośnej, gdyż gra­wi­tacja nie­wiel­kiego Marsa to tylko 38% ciążenia panu­ją­cego na Ziemi. Co istotne, nikt nie będzie taszczył ze sobą z powrotem HAB-u, który zostanie na Czer­wonej Planecie, czekając na następne misje. Pomy­sło­dawcy Mars Direct chcie­liby aby kolejne, ana­lo­giczne wyprawy, odbywały się w regu­lar­nych odstę­pach czasu. Nowe moduły miesz­kalne będą łączone ze starymi, co pozwoli stworzyć zalążek małego mar­sjań­skiego osiedla. 
Literatura uzupełniająca: 
R. Zubrin, R. Wagner, Czas Marsa. Dlaczego i w jaki sposób musimy skolonizować Czerwoną Planetę?, Warszawa 1997; 
A. Kotarski, Koncepcje załogowych wypraw na Marsa, [online: http://old.marssociety.pl/koncepcje.html];
FAQ Mars Society
, [online: http://www.marssociety.org/home/about/faq/];
President Bush Announces New Vision for Space Exploration Program, [online: http://history.nasa.gov/Bush%20SEP.htm];
Space Launch Report, [online: http://www.spacelaunchreport.com/sls0.html].
podpis-czarny

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.

  • zapy­ta­niec

    Ale jak te haby zostaną połą­czone, asto­nauci je przesuną?

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      Praw­do­po­dobnie „puszka z tuń­czy­kiem” będzie wypo­sa­żona w wysuwane koła, ale nie wyklucza się też czegoś w rodzaju mecha­nizmu kro­czą­cego.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • yaxoo

    Nie zapo­mi­najmy o absur­dalnie niskim ciśnieniu. Brak tlenu to pikuś.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Wcina

    Nie­sa­mo­wite. W zasadzie pro­blemem pozo­staje tylko kwestia kasy..

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Szopenak

    Wtrącę się jedynie w kwestii nazew­nictwa – w roz­dziale mówiącym o źródłach energii na marsie, wspo­mniałeś o kolek­to­rach sło­necz­nych. Z tego co wiem, to nie to samo co ogniwa foto­wol­ta­iczne – chyba o to chodziło. Chyba, że będą sobie grzali wodę do jaccuzzi 😛

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Krzysiek

    Zasu­ge­ruję Ci jeden temat. Po polsku jest bardzo mało arty­kułów, a kom­pe­tent­nego nie ma żadnego.
    „Zwier­ciadła Kozy­riewa”

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://polowanie-na-zdrowie.blogspot.com/ Lukasz

    Ciekawe.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Ultima Thule

    Dzięki postę­powi w robotyce nie ma prak­tycznie żadnej czyn­ności, której nie dałoby się wykonać zdalnie, więc nie ma żadnej potrzeby wysy­łania ludzi na Marsa. A w każdym razie nie za publiczne pie­niądze.

    Wystarczy wysyła kolejne gene­racje robotów, stworzyć dla nich cały system pozy­ski­wania energii i surowców i stop­niowo stworzyć dużą samo­wy­star­czalną auto­ma­tyczną bazę. Jedynie nie wiem, jaki cel miałaby mieć ta baza. Cokol­wiek tam będzie, będzie zawsze tysiące razy bardziej narażone na pro­mie­nio­wanie kosmiczne, które jest nisz­czące nie tylko dla naszych komórek, ale także dla elek­tro­niki. W efekcie nie ma sensu np. umiesz­czać na Marsie tele­skopu, skoro znacznie taniej i znacznie większy umieścić można na orbicie Ziemi.

    Słynne „poszu­ki­wanie surowców” na innych ciałach nie­bie­skich (pla­ne­toidy, planety i ich księżyce) jest absurdem, skoro na samej Ziemi mamy prak­tycznie nie­ogra­ni­czone ilości wszyst­kich pier­wiastków. Koszt ich wydo­bycia jest tysiące i miliony razy niższy, niż koszt ich spro­wa­dzenia z Księżyca lub z naj­bliż­szych pla­ne­toid.

    Sens miałoby to mniej więcej taki, jaki ma zbie­ranie nakrętek od pla­sti­ko­wych butelek w celu „ochrony śro­do­wiska”.

    Pra­wi­dłowa akcja wysłania tam ludzi powinna mieć nastę­pu­jący przebieg:
    – wysłanie wszyst­kich nie­zbęd­nych modułów, w tym modułu powrot­nego, wszystkie moduły zdu­blo­wane (a nawet w trzech egzem­pla­rzach)
    – sondy komu­ni­ka­cyjne (aby utrzymać tele­ko­mu­ni­kację w czasie, gdy Mars będzie zasło­nięty przez Słońce)
    – moduł orbi­talny (na wypadek pro­blemów powinna być na orbicie marsa stacja prze­trwa­niowa do czasu misji ratun­kowej)

    I dopiero po stwier­dzeniu dzia­łania wszyst­kich ele­mentów start rakiety z ludźmi (pytanie: kto miałby tam lecieć? Z uwagi na ogromne ryzyko uważam, że nale­ża­łoby dla dobra nauki poświęcić jakichś zde­ge­ne­ro­wa­nych wie­lo­krot­nych mor­derców-psy­cho­patów, niech chociaż w ten sposób przy­dadzą się na coś ludz­kości).

    Ale powta­rzam: nie widzę naj­mniej­szego sensu w orga­ni­zacji takiego lotu.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0