Misjonarze na Marsa

W skalistych górach czujesz się bliżej kosmosu. Zasłona powietrza jest cienka; gwiazdy i planety wydają się bliżej. Dobrze więc, że stolicą ruchu mającego na celu wysłanie ludzi na Marsa jest Uniwersytet Kolorado w Boulder.

W trosce o pełną jawność dziennikarską muszę tutaj zaznaczyć, że jest to ruch, w którym jestem dumny, że mogę być częścią. Od 1981 roku jeździłem do Boulder na okazjonalne konferencje entuzjastów lotów na Marsa; ostatni był w sierpniu ubiegłego roku. Wciąż pamiętam pierwszą konferencję Case for Mars, zorganizowaną przez grupę doktorantów, którzy nie mieli pojęcia, jakie przyjęcie spotka ich proponowane zwołanie. W końcu ostatnim urzędnikiem rządowym, który zatwierdził załogowy lot na Marsa, był Spiro Agnew, wkrótce zhańbiony wiceprezes Richarda Nixona – niefortunny patron.

Ta historia była częścią naszego wydania ze stycznia 1999 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

We wczesnych latach ery kosmicznej, zarówno obywatele amerykańscy, jak i inżynierowie kosmiczni zakładali, że lądowanie na Księżycu było tylko pierwszym krokiem w nieprzerwanej sekwencji załogowych lotów, które doprowadzą na Marsa w ciągu 10-15 lat. Ale w latach 70. post-Apollo wycofywanie się z Marsa wyeliminowało Marsa z nawet najbardziej optymistycznego harmonogramu NASA; z politycznym przekonaniem, że wygraliśmy wyścig kosmiczny, budżet NASA został zmniejszony o dwie trzecie. Pozostałe energie agencji były skoncentrowane na programie promu kosmicznego, a załogowy lot na Marsa zniknął z oficjalnych rozważań.

Jednak ludzie przybyli do Boulder w 1981 roku. Zbierali się z wahaniem, prawie nieśmiało, bez oficjalnego wsparcia ze strony agencji czy korporacji. Wielu zachowało wiarę przez dekadę, kiedy rozmowy o załogowych lotach międzyplanetarnych były niemal tabu. Każdy wydawał się zdumiony, widząc tak wielu innych wychodzących z intelektualnej szafy, by ogłosić, że oni również uważają, że misja człowieka na Marsa jest możliwa i pożądana, i że oni również mają nowy pomysł lub sugestię, aby ją zbliżyć.

Ale zeszłego lata konferencja była pełna śmiałości. Tym razem ponad 700 osób zgromadziło się nie tylko po to, aby wymienić się pomysłami, ale także utworzyć nowe Stowarzyszenie Marsa i podpisać Deklarację Marsową, w której wyrażają przekonanie, że lot człowieka na Marsa stał się w końcu możliwy i jest bardziej pożądany niż kiedykolwiek. (Ta deklaracja została opublikowana na ich stronie internetowej pod adresem www.marssociety.org , a kopie wysłano do Waszyngtonu.) Na głównym podium parada mówców wygłosiła niezwykle pomysłowe prezentacje, których celem było sprawienie, by wszystkie inne wyglądały na zbyt umiarkowane. Uczestnicy konferencji byli zadziwiająco eklektyczni: naukowcy NASA i astronauci; badacze uniwersyteccy i doktoranci; nawet zwykli obywatele, z których niektórzy przywieźli swoje dzieci. Sprzedawcy oferowali koszulki Mars i kalendarze Mars.

Od czasu organizatorów konferencji, kierowanych przez inżyniera kosmicznego z sektora prywatnego Boba Zubrin, założyciela Pioneer Astronautics w Lakewood w stanie Kolorado. (patrz Mars na sznurówce, DZIECI listopad / grudzień 1996) , były agresywnie inkluzywne, jakość prezentacji była bardzo zróżnicowana. Pomysły były rzucane, wyrzucane i energicznie przetwarzane. Sesje specjalistyczne dotyczyły wszystkiego, od inżynieryjnych i medycznych wyzwań misji na Marsa po prawne i filozoficzne kwestie związane z eksploracją planety przez człowieka.

Księżyc nad Marsem

jeśli jednak ludzie mają dostać się na Marsa, będzie to wymagało znacznie więcej niż tylko podniecenia. Udane loty astronautów na Księżyc iz powrotem podczas programu Apollo w latach 1968-1972 zaliczają się do największych historycznych osiągnięć ludzkiej technologii; inżynierowie w skoordynowany sposób pokonywali wyzwania w dziesiątkach dziedzin, w tym napędzie, ochronie termicznej, komunikacji i nawigacji. Ale wyzwanie technologiczne związane z załogową misją na Marsa reprezentuje inny rząd wielkości.

Rozważ podstawowe liczby. Jedna trzyosobowa misja Apollo wykorzystywała pojedynczy dopalacz Saturn-V, który umieścił około 120 000 kilogramów statków kosmicznych i paliwa na niskiej orbicie parkingowej tuż za krawędzią ziemskiej atmosfery. Po kolejnym wystrzeleniu rakiety i trzydniowej podróży dwóch członków załogi wylądowało na Księżycu i przez kilka dni wyruszyło na powierzchnię, aby zebrać próbki, zrobić zdjęcia i rozmieścić instrumenty. Całkowity czas trwania misji dla jednego z lotów Apollo wynosił od 10 do 12 dni.

W przypadku Marsa wiele z tych liczb dramatycznie wzrosło. Większość strategii misji wymaga złożenia pojazdu na orbicie parkingowej z kilku elementów wystrzeliwanych oddzielnie, co daje od 400 000 do 500 000 kilogramów. Podróż tam trwała od sześciu do dziesięciu miesięcy, po czym następowałby pobyt na powierzchni Marsa trwający ponad rok; w tym czasie członkowie załogi odbyli setki podróży na zewnątrz, a nie trzy lub cztery, które skafandry Apollo, torturowane przez brutalne użytkowanie i ścierający pył księżycowy, ledwo ukończone. Pełna misja zajęłaby blisko trzy lata, a narażenie astronautów na zagrożenia medyczne, takie jak długotrwała nieważkość i promieniowanie kosmiczne, byłoby 100 razy wyższe niż w przypadku misji księżycowych.

Na pierwszy rzut oka misja na Marsa wydaje się więc wielokrotnie trudniejsza niż lądowanie na Księżycu, a co za tym idzie, wielokrotnie droższa (w obecnych dolarach Apollo kosztował około 80 miliardów dolarów). Jednak w opinii doświadczonych planistów kosmicznych i ekonomistów technologia kosmiczna osiągnęła już poziom, który umożliwiłby misje na Marsa przy kosztach równych lub nawet niższych niż te z programu Apollo (patrz Tanie miejsca?, prawda) .

Na skrzydle i rozrzedzonym powietrzu

Podczas gdy entuzjaści Marsa mogą jeszcze nie wiedzieć wystarczająco dużo o marsjańskiej glebie, wiedzą już jedną ważną rzecz o marsjańskim powietrzu: jest bardzo rzadkie. I chociaż marsjańska atmosfera ma mniej niż 1 procent ciśnienia atmosfery ziemskiej na poziomie morza, kilku inżynierów kosmicznych opracowuje plany małych bezzałogowych samolotów zdolnych do latania po rozległych obszarach marsjańskiego terenu. Instrumenty takiego samolotu mogą badać złożone regiony geologiczne, w tym wiele, które wyglądają na zbyt szorstkie dla łazików powierzchniowych.

Larry Lemke, ekspert ds. robotyki z NASA Ames Research Center w Kalifornii, opowiedział na sesji plenarnej o jednej ze skrzydlatych misji. 150-kilogramowy pojazd o rozpiętości skrzydeł 10 metrów, w skali motolotni tu na Ziemi, zostałby wystrzelony z Ziemi złożony wewnątrz sondy. Gdy sonda wejdzie w atmosferę marsjańską, zrzuci osłonę termiczną i otworzy mały spadochron stabilizujący. Samolot rozkładał się podczas zniżania i odczepiał się od spadochronu do swobodnego lotu. Skrzydlaty robot może przenosić 20 kilogramów instrumentów, w tym spektrometr na podczerwień do mapowania złóż minerałów i lodu oraz zestaw geofizycznych instrumentów terenowych do wykrywania śladów geologicznej historii planety. Zespół Lemkego wyznaczył już 2000-kilometrowy, trzygodzinny kurs w kanionie Marsa Vallis Marineris (który jest dłuższy niż szerokość Stanów Zjednoczonych).

Lemke upierał się, że rzadkie marsjańskie powietrze nie będzie problemem. Zauważył, że na powierzchni planety ciśnienie powietrza na Marsie jest mniej więcej takie samo jak ziemskie na wysokości 24 000 metrów. Ponieważ bezzałogowy, napędzany energią słoneczną samolot Pathfinder NASA rutynowo lata na tej wysokości na Ziemi, stanowi dowód na to, że bardziej wyspecjalizowany pojazd może również latać na Marsie. Aerodynamika to nie problem, powiedział Lemke na spotkaniu.

Technologia też nie jest problemem, powiedział Lemke. Samolot marsjański skorzystał na wielu postępach technologicznych w ciągu ostatnich 20 lat w obszarach, które nie mają związku z astronautyką. Pracowano w samolotach sterowanych radiowo, w lekkich konstrukcjach, w elektrycznych silnikach napędowych oraz w wojskowych systemach rozmieszczania.

Koncepcja jest tak realna, jak wierzy Lemke, że wzywa do uruchomienia w 2003 roku, aby uczcić stulecie pierwszych lotów cięższych od powietrza przez braci Wright. Powinniśmy uczcić 100. rocznicę pierwszego lotu samolotu na Ziemi pierwszym lotem samolotu na Marsa – powiedział.

Wzmacnianie

Niezależnie od tego, czy samoloty robotów latają na Marsie, czy nie, w przypadku ludzkich podróży kluczową kwestią będzie elektrownia, która zabierze tam odkrywców. Jedną z możliwości rozważanych na spotkaniu na Marsie była energia jądrowa. Rakieta napędzana energią jądrową była od pokoleń ostoją science fiction, a w latach 60. Komisja Energii Atomowej faktycznie zaprojektowała i przetestowała kilka prototypów napędzanych uranem-235, które miały służyć jako górne stopnie w kosmosie. Wyrzucając przegrzany gazowy wodór, zapewnili ciąg tak silny, jak silniki chemiczne o podobnej wielkości, ale mogli uzyskać ten sam ciąg, zużywając tylko połowę masy paliwa. Ta wydajność byłaby ogromną zaletą dla rozważanych wówczas ciężkich załogowych pojazdów marsjańskich.

Rzeczywiście, kosmiczna energia jądrowa była tematem kilku sesji przełomowych na konferencji. Sesja, w której uczestniczyłem, spotkała się w pozbawionej okien klasie w piwnicy i została poprowadzona przez Rogera Lenarda, kierownika inżynierii z Departamentu Obrony Sandia Labs w Albuquerque, NM Lenard opowiadał się za wykorzystaniem energii jądrowej w kosmosie od czasu jego objęcia stanowiska dyrektora projektu Timberwind, jądrowego systemu przeciwrakietowego zaprojektowanego jako część systemu obronnego Gwiezdnych Wojen. Ale Timberwind upadł dziesięć lat temu pod złym rozgłosem z powodu potencjalnego wpływu na środowisko - wystrzelenie go w walce groziło zanieczyszczeniem dużych obszarów Oceanu Spokojnego, w tym Nowej Zelandii.

Pomimo tych obaw, energia jądrowa pozostała popularna w wyobraźni podstawowej grupy wyspecjalizowanych inżynierów, a entuzjazm dla pozaziemskiego wykorzystania energii jądrowej osiągnął na konferencji masę krytyczną. Zwolennicy kosmicznej energii jądrowej, tacy jak Lenard, czekali od dziesięcioleci na zatwierdzenie misji i wierzą, że Mars jest ich największą szansą. Celując w planetę zbyt odległą, aby można ją było uznać za czyjeś podwórko, mają nadzieję uniknąć antynuklearnej postawy nie na moim podwórku.

Lenard skrytykował to, co uważał za tendencję NASA do unikania tematu energii jądrowej z powodu jej kontrowersji. I nawet w ramach badań misji NASA na Marsa, które obejmują energię jądrową, odkrył to, co uważał za nierealistyczne ograniczenia projektowe. W 1989 roku Lenard współpracował z NASA jako specjalista ds. energii jądrowej podczas misji referencyjnej projektu Marsa. Projekt ten obejmował pojedynczy bimodalny reaktor jądrowy, który najpierw zapewniał napęd na potrzeby odcinka Ziemia-Mars, a następnie dostarczał energię elektryczną podczas podróży i na powierzchni. Ale bimodalność to zły pomysł, argumentował Lenard. Powiedział, że wymagania projektowe dobrego systemu napędowego są sprzeczne z wymogami projektowymi dobrego systemu zasilania.

Systemy napędowe wymagają jak najwyższej temperatury – 3000 K – i działają jednorazowo tylko przez kilka godzin. I nie martwisz się zbytnio o zachowanie wszystkich produktów rozszczepienia, dodał, ponieważ bezpiecznie znikają one w już i tak radioaktywnym tle kosmosu. W przeciwieństwie do tego, dostarczanie energii elektrycznej (zarówno w locie, jak i na powierzchni) wymaga jedynie umiarkowanych temperatur i skromnej wydajności, ale system musi działać przez długi czas.

W analizie Lenarda inni entuzjaści Marsa nie przemyśleli tych kwestii. Zakładają, że jeden program rozwojowy dla reaktora, który wykonuje dwie lub trzy rzeczy, jest automatycznie tańszy niż dwa lub trzy oddzielne programy, powiedział zatłoczonemu pomieszczeniu. Ale odrzucamy to. Kiedy wymagania są tak wzajemnie wykluczające się, staje się to programem obarczonym ogromnym ryzykiem, długimi czasami realizacji i wysokimi kosztami.

Mimo to, z wyjątkiem dzikiej karty politycznej akceptacji, technologia jądrowa jest głównym pretendentem do zasilania misji na Marsa. Bez napędu nuklearnego wczesne misje załogowe na Marsa musiałyby polegać na silnikach chemicznych, dzięki czemu pojazdy byłyby większe i być może podwoiłyby koszty frachtu za wprowadzenie statku na orbitę. Bardziej egzotyczne systemy niejądrowe, wykorzystujące takie koncepcje, jak napęd bezinercyjny i antygrawitacja, pozostają szalenie urojone, aw najlepszym razie dziesiątki lat w przyszłości.

Życie na Marsie

chociaż władza jest wyraźnie wyzwaniem dla misji na Marsa, kiedy przechodziłem z sesji na sesję i z seminarium na seminarium, zacząłem dostrzegać, że istnieje jeszcze inny obszar, który stanowi sedno wyzwania – i tak naprawdę nie jest to problem technologiczny. Kiedy misje Apollo trafiały na Księżyc, to sprzęt był najważniejszy – rakiety, nawigacja, systemy kontroli załogi, a nawet skały, które były celami misji. Ale gdy celem był Mars, uwaga skupiała się na życiu.

Wiele różnych aspektów spotkania sugerowało, że aby załogowa misja na Marsa zakończyła się sukcesem, musimy rozważyć życie w wielu skalach. Mikroskopijne nanoskamieliny mogą wskazywać na przeszłe życie na Marsie i będą głównym celem eksploracji. Na poziomie medycyny musimy ustalić, jak zachować zdrowie ludzkie w warunkach lotu. Pod względem socjologicznym będziemy musieli zrozumieć właściwą kombinację umiejętności załogi oraz właściwą organizację załogi na wieloletnie misje poza zasięgiem rozmów radiowych.

Czas podróży w obie strony dla sygnału radiowego wynosi od ośmiu do 30 minut, w zależności od odległości Marsa i Ziemi w danym momencie, więc dzisiejsza frustracja naziemna związana z odtwarzaniem tagów poczty głosowej stanie się normą dla podróżnych po Marsie. W prostej demonstracji opóźnienia komunikacji przy użyciu zestawów magnetowidów i okresowo wymienianych kaset, zorganizowałem ćwiczenie, w którym uczestnicy konferencji medycznej w Houston w 1997 r. mieli do czynienia z symulowaną sytuacją medyczną na Marsie. Ponieważ astronauci postępowali zgodnie z listą kontrolną odpowiedzi na kryzys, ziemski zespół medyczny musiał nauczyć się przewidywać potrzeby i postęp marsjańskiego zespołu.

O dziwo, zarówno ziemskie, jak i pozaziemskie zespoły dostosowały się w ciągu godziny do międzyplanetarnego rytmu, dostarczając odpowiednich pytań i odpowiedzi w zaskakująco skuteczny sposób. Ale w ćwiczeniu wykorzystano tylko czterominutowe opóźnienie, a scenariusz medyczny był dobrze zdefiniowany. Przyszłe eksperymenty będą musiały zająć się bardziej realistycznymi opóźnieniami i bardziej nieprzewidywalnymi scenariuszami, ponieważ planiści kosmiczni przygotowują się na czasowe wyzwanie Marsa.

Wyzwania komunikacyjne misji na Marsa dotyczą również ludzi pozostawionych na Ziemi. W sferze polityki i dyplomacji musimy zdobyć się na narodową wytrwałość i współpracę międzynarodową niezbędną dla tak długofalowego projektu. W skali międzyplanetarnej powinniśmy rozważyć standardy kwarantanny, aby chronić Ziemię przed wszelkimi pozaziemskimi formami życia, które mogą złapać stopa do domu z Marsa. Wreszcie, być może na skalę uniwersalną, widziałem namiętną argumentację o celowości i strategiach, które pozwolą pewnego dnia zmodyfikować klimat Marsa, aby uczynić go bardziej podobnym do ziemskiego, innymi słowy, aby go terraformować. Tylko kilka z tych problemów miało znaczenie podczas lądowań na Księżycu w latach 60. XX wieku, ale wiele z nich miałoby kluczowe znaczenie dla pomyślnej misji na Marsa.

I to może być kluczem do zapewnienia zaangażowania rządu w taki projekt, ponieważ takie kwestie życia rozbrzmiewają zarówno na Ziemi, jak iw kosmosie. Wydawało mi się, że ludzki program na Marsa – nie tylko jednorazowe flagi i odciski stóp, ale ciągła sekwencja rozszerzających się ekspedycji – może zaowocować tym samym rodzajem szeroko zakrojonego ożywienia technologicznego, które wyzwania Apollo napędzały 30 lat temu. Odpowiednio zaprojektowany, ten śmiały projekt może przyspieszyć innowacyjne badania mające zastosowanie również do problemów lądowych, zarówno znanych, jak i jeszcze nieznanych.

Ale to był argument dla polityków i kasjerów w federalnym urzędzie budżetowym. Na konferencji otaczali mnie ludzie już przekonani, tak jak ja, że ​​projekt jest pożądany, wręcz pilny. I chociaż w tamtym tygodniu Marsa nie było widać gołym okiem — dopiero co wyłaniał się z blasku słońca na niebie przed świtem — jego obraz jasno wypalił mi się w pamięci. Dla mnie, w odwróceniu codziennych zasad ruchu drogowego, czerwone światło na niebie oznaczało Go!

ukryć