Mars w 7 krokach

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 rakiety2

Na 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.

erv

Pomysł 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 mars

Właśnie 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.

rover mars
Manned Mars Rover. Jeździłbym.

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.

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].
7 pytań jakie stawia przed nami Westworld W Auschwitz umarła też nauka Polski Hyperloop – rozmowa z Amadeuszem Batheltem