Dlaczego ludziom trudno jest podróżować na Marsa i z powrotem?
Zostaw wiadomość
Podróż na Marsa i z powrotem to jedno z najbardziej złożonych wyzwań, jakie kiedykolwiek rozważała ludzkość. Chociaż misje robotów zakończyły się sukcesem, wysyłanie ludzi stanowi dodatkowe wyzwanie. Niedawna wzmianka o hipergolicznych paliwach pędnych (takich jak hydrazyna i kwas azotowy) w rzeczywistości wiąże się z-technologią rakietową, która jest kluczowym elementem, ale to tylko jedna część. Oto dlaczego podróż w obie strony na Marsa z załogą jest tak onieśmielająca.
1. Odległość i czas podróży
Mars ma średnio ok140 milionów mil (225 milionów km)z Ziemi. Nawet przy optymalnym ustawieniu (co ma miejsce mniej więcej co 26 miesięcy) obowiązuje przejazd w jedną stronę6–9 miesięcywykorzystując napęd prądowy.
Całkowity czas trwania misjibyłoby2–3 lata(w tym czas na Marsie i powrót).
W przeciwieństwie do Księżyca (3 dni drogi) nie ma opcji szybkiego ratunku ani przerwania.
2. Napęd i wielkość statku kosmicznego
Aby zdobyć załogę, siedlisko, systemy lądowania i pojazd, aby powrócić na Marsa, potrzebujemy statku kosmicznego znacznie większego niż cokolwiek, co latało wcześniej.
Rakiety chemiczne(jak te wykorzystujące paliwa hipergoliczne) są niezawodne, ale mają ograniczoną wydajność. Prawdopodobnie potrzebowalibyśmy wielu wystrzeleń, aby zmontować pojazd na orbicie lub zastosować zaawansowany napęd (jądrowy termiczny, elektryczny), który jest wciąż w fazie rozwoju.
Lądowanie na Marsiejest trudne: atmosfera jest wystarczająco gęsta, aby spowodować ekstremalne ogrzewanie, ale zbyt rzadka, aby same spadochrony mogły spowolnić duży pojazd. Potrzebujemy naddźwiękowego napędu wstecznego-Nigdy wcześniej nie udało się przeprowadzić delikatnego lądowania ciężkiego ładunku z ludźmi na pokładzie.
Wejście z Marsawymaga rakiety wystarczająco mocnej, aby uciec przed grawitacją Marsa (około 38% ziemskiej), ale jednocześnie wystarczająco małej, aby można ją było dostarczyć wiele lat wcześniej. Ta rakieta musi działać na powierzchni przez miesiące.
3. Podtrzymanie życia i zaopatrzenie
Potrzebna byłaby załoga składająca się z 4–6 osóbzarządzanie żywnością, wodą, tlenem i odpadamiprzez prawie trzy lata bez dostaw.
Obecne systemy ISS opierają się na zwykłych statkach towarowych. W przypadku Marsa wszystko musi zostać albo przywiezione z Ziemi, albo wyprodukowane na miejscu (wykorzystanie zasobów in-situ, ISRU).
Recykling wodyIpodtrzymywanie życia w pętli zamkniętejmusi osiągnąć niemal 100% niezawodność-awaria w trakcie transportu może mieć fatalne skutki.
4. Promieniowanie
Poza ochronnym polem magnetycznym Ziemi astronauci są narażeni na dwa główne źródła promieniowania:
Zdarzenia cząstek słonecznych– nieprzewidywalne wybuchy wysokoenergetycznych cząstek ze Słońca.
Galaktyczne promienie kosmiczne– stałe, silnie przenikliwe promieniowanie spoza Układu Słonecznego.
Podróż w obie strony na Marsa może narazić astronautów nadawki promieniowania przekraczające obecne limity kariery, zwiększając ryzyko raka w ciągu całego życia. Ekranowanie jest ciężkie; realne rozwiązanie (np. ochrona przed wodą, krótki czas transportu lub aktywne ekranowanie) jest wciąż udoskonalane.
5. Mikrograwitacja i zdrowie człowieka
Długotrwała nieważkość powoduje atrofię mięśni, utratę gęstości kości, zmiany widzenia (z powodu przemieszczeń płynów w czaszce) i potencjalne problemy z układem odpornościowym.
Na Księżycu astronauci przebywali tylko kilka dni. Załoga Marsa spędziłaby ponad rok w zerowej grawitacji (tranzyt) plus trochę czasu na Marsie, gdzie grawitacja stanowi jedynie 38% ziemskiej.
Sztuczna grawitacja(np. obracające się sekcje statku kosmicznego) mogłyby to złagodzić, ale żaden statek kosmiczny nie latał jeszcze z takim systemem.
6. Czynniki psychologiczne i społeczne
Izolacja, zamknięcie i opóźnienia w komunikacji sprawiają, że misja jest psychologicznie ekstremalna.
Opóźnienie komunikacjiwaha się od4 do 24 minutw jedną stronę, w zależności od ustawienia planet. Rozmowa w czasie rzeczywistym jest niemożliwa; załogi muszą działać z dużą autonomią.
Brak natychmiastowego wsparcia ze strony kontroli misji, brak prywatności i ten sam mały zespół od lat. Nigdy nie próbowano tego zrobić przez tak długi czas.
7. Lądowanie i powrót z precyzją
Wejście, zejście i lądowaniena Marsie, nawet dla robotów, nazywane jest „siedmioma minutami terroru”. W przypadku ludzi musimy wylądować z najwyższą dokładnością w pobliżu wcześniej rozmieszczonych zapasów i pojazdu powrotnego.
Wystrzel z Marsamusi być dokładnie zaplanowany w czasie, aby spotkać się z trajektorią powrotu na Ziemię. Jeśli pojazd wznoszący ulegnie awarii, nie ma wsparcia.
8. Wykorzystanie zasobów in-situ (ISRU)
Prawdopodobnie będziemy musieli to zrobić, aby misja była wykonalnaprodukować paliwo na Marsie(np. wykorzystanie reakcji Sabatiera do wytworzenia metanu z marsjańskiego CO₂ i lodu wodnego). Technologia ta nigdy nie została zademonstrowana na większą skalę na innej planecie.
9. Koszt i wola polityczna
Szacuje się, że misja człowieka na Marsa będzie kosztowaćsetki miliardów dolarówprzez dziesięciolecia. Utrzymanie tego zaangażowania w ramach wielu administracji i partnerstw międzynarodowych jest wyzwaniem zarówno politycznym, jak i technicznym.
Połączenie rakietowe
Wspomniałeś wcześniej o propelentach hipergolicznych (kwas azotowy + hydrazyna). Choć są one używane w niektórych statkach kosmicznych (np. do manewrowania silnikami odrzutowymi), prawdopodobnie przydadzą się w misji na Marsametan/LOXLubwodór/LOXdo napędu głównego, ponieważ oferują lepsze osiągi i mogłyby być produkowane na Marsie. Hipergoliki są toksyczne i żrące, co czyni je mniej idealnymi do pojazdów z załogą, w których bezpieczeństwo obsługi jest najważniejsze.
Streszczenie
Trudność nie polega na pojedynczym problemie-integracjaz nich wszystkich:
Pojazd, który może bezpiecznie przewozić człowieka przez lata
Ochrona przed promieniowaniem i mikrograwitacją
Niezawodne systemy podtrzymywania życia i systemy powierzchniowe
Możliwość lądowania, życia i startu z innego świata
Wszystko w ramach budżetu i harmonogramu, które społeczeństwo może utrzymać
Rozwiązujemy je kawałek po kawałku (np. Artemis na Księżyc służy jako poligon doświadczalny), ale załogowa podróż na Marsa pozostaje ostatecznym sprawdzianem naszej inżynierii i wytrzymałości.
