Podróż na Marsa

Podróż na Marsa

Gdy w roku 1969 Amerykanie dotarli na Księżyc, krążyły poglądy o rychłym zdobyciu Marsa. Jednak prawda była i jest zupełnie inna. Obecnie nikt nie planuje takiej wyprawy, a to z powodu wielu czynników. Aby dolecieć do Marsa, wystarczy osiągnąć prędkość odlotu od Ziemi zaledwie 11,6 km/s, a więc tylko o 0,7 km/s więcej niż było to potrzebne w przypadku Księżyca. Dlatego wysłano ku Marsowi wiele bezzałogowych aparatów kosmicznych, które dostaczyły nam danych o czerwonej planecie. Dlaczego więc nie wysłano tam ekspedycji załogowej?
W tym przypadku najważniejszym czynnikiem jest czas trwania wyprawy. Optymalnym czasem co do zużycia energii byłby czas 3 lat, możliwe oczywiście byłoby skrócenie go, ale kosztem dużego zużycia paliwa do rozpędzenia statku, a następnie jego wyhamowania. Więcej paliwa oznacza większą masę statku, który i tak musiałby być olbrzymi. Pamiętajmy o tym, że trzeba go wynieść w przestrzeń kosmiczną. Myślano o przenoszeniu kolejnych jego elementów na Księżyc, ale okazało się to nieopłacalne. W każdym razie taka wyprawa jest możliwa.
Największy problem nie leży jednak w technice ale jest natury biomedycznej. Nie chodzi o to, czy człowiek wytrzyma tak długi okres w kosmosie, bo już wiadomo że tak, zresztą i tak astronauci przebywali by połowę tego czasu (ok. 450 dni) na Marsie. Czas na same przeloty wynosiłby około 260 dni, a więc nie tak znowu długo.

Całe zaopatrzenie na 3 letnią wyprawę - tlen, chemikalia oczyszczające atmosferę, żywność i wodę - trzeba by zabrać z Ziemi. Dało by to masę ok. 3000 kg, a mówi się nawet o 5000 kg zaopatrzenia na każdego członka wyprawy. Wodę dałoby się odzyskiwać w pewnym stopniu z odchodów i uzupełnić jej zapasy na Marsie, ale najlepiej zachować największą ostrożność.
Każdy pewnie się zastanawia dlaczego wyprawa ma trwać tak długo? Księżyc obiega Ziemię w odległości od 363 tys. do 405 tys km. Ze względu na to wyprawę na Księżyc można zrealizować w tydzień. Z Marsem jest zupełnie inaczej: jego ruch wokół Słońca układa się tak, że najmniejsza możliwa odległość od Ziemi wynosi 401 mln. km, a taka koniunkcja zdarza się co 15 lat. Fale radiowe na przebycie takiej drogi potrzebują 22 min, co bardzo utrudniłoby komunikację z załogą.

Mars wciąż pozostaje głównym celem amerykańskich misji kosmicznych. Świadczy o tym chociażby ogłoszony kilka dni temu przez NASA plan eksploracji Czerwonej Planety w ciągu dwóch pierwszych dekad XXI wieku. Jest o czym pomarzyć. Poza wcześniej zapowiedzianymi misjami - 2001 Odyseja marsjańska oraz przewidzianymi na 2003 r. zdalnie sterowanymi roverami, które miałyby penetrować powierzchnię Marsa - NASA planuje umieścić w 2005 r. na orbicie okołomarsjańskiej spory orbiter. Zadaniem tej misji, zwanej Mars Reconnaissance Orbiter (Marsjański orbiter rozpoznawczy), byłoby zbadania powierzchni Czerwonej Planety z niespotykaną dotąd dokładnością. Zakładana zdolność rozdzielcza to 20-30 centymetrów, co pozwoliłoby dostrzec z orbity piłkę plażową, gdyby taka znalazła się na marsjańskich piaskach. MRO przyjrzałby się w szczególności tym miejscom, które na zdjęciach, przesłanych przez sondę Mars Global Surveyor, ujawniają ślady niegdysiejszej obecności wody.
Na liście kolejnych misji marsjańskich w pierwszej dekadzie XXI w. znalazły się:

· Ruchome laboratorium marsjańskie o długim czasie pracy, przeznaczone do badań gruntu Czerwonej Planety (2007 r.).
· Grupka niewielkich Zwiadowców (Scouts) - lądowników lub latających obserwatoriów - wyłoniona z propozycji przedstawianych przez instytucje badawcze (2007 r.).
Druga dekada to kolejne orbitery, lądowniki i zdalnie sterowane rovery, ale także - pierwsze misje, polegające na dostarczeniu próbek marsjańskiego gruntu z powrotem na Ziemię. Na razie pierwszą taką misję planuje się na 2014 r., drugą zaś na 2016 r. Niewykluczone jednak, że uda się to nieco wcześniej - wizjonerzy z NASA wskazują na rok 2011. W swych planach eksploracji Marsa NASA bierze pod uwagę aktywny udział państw europejskich, zwłaszcza Francji i Włoch.

Wysłanie statku powrotnego (ERV)
Pierwszy etap wyprawy na Marsa polega na wystrzeleniu statku powrotnego (ERV, od ang. Earth Return Vehicle). Jego zadaniem będzie przetransportowanie astronautów z powierzchni Marsa na Ziemię. Na pokładzie statku powrotnego znajdzie się aparatura chemiczna do produkcji paliwa, nieduży reaktor jądrowy oraz parę roverów z wyposażeniem do prowadzenia badań naukowych. Oprócz aparatury chemicznej, niezbędne będzie przywiezienie z Ziemi sześciu ton ciekłego wodoru, który zostanie wykorzystany do produkcji paliwa na Marsie. Statek powrotny będzie miał masę 45 ton, a do jego wystrzelenia posłuży wielka rakieta "Ares" zbudowana z elementów promu kosmicznego, o udźwigu porównywalnym z rakietą Saturn V.

Produkcja paliwa na Marsie
Po sześciu miesiącach lotu statek powrotny wyląduje na Marsie. Niemal natychmiast po wylądowaniu pojazd przystąpi do produkcji paliwa z uzyskanego z marsjańskiej atmosfery dwutlenku węgla i przywiezionego z Ziemi wodoru. Niezbędną w procesie produkcji energię wytworzy reaktor jądrowy. Po upływie sześciu miesięcy instalacja chemiczna wyprodukuje 108 ton tlenu i metanu, z czego 12 ton posłuży jako paliwo dla pojazdów terenowych, a reszta zostanie wykorzystana podczas lotu powrotnego na Ziemię. Produkcja paliwa z lokalnych surowców umożliwi wielokrotne zmniejszenie masy statku startującego z Ziemi, a zatem pozwoli na znaczne obniżenie kosztów wyprawy.
Wysłanie pojazdu załogowego

Czternaście miesięcy po wystrzeleniu statku powrotnego wyruszy na Marsa moduł mieszkalny z czteroosobową załogą na pokładzie. Kilka tygodni wcześniej wystartuje statek powrotny dla następnej wyprawy. Mimo, że wyruszy wcześniej, niż statek załogowy, wolniejsza trajektoria sprawi, że dotrze do Marsa jako drugi. W skład załogi wejdą dwaj naukowcy przygotowani do badań terenowych (biochemik i geolog) oraz dwaj inżynierowie mechanicy: pilot - inżynier pokładowy, i wszechstronnie wykształcony dowódca wyprawy. Po wejściu na trajektorię międzyplanetarną od modułu mieszkalnego oddzieli się wypalony górny stopień rakiety nośnej, pozostanie on jednak połączony z modułem liną o długości 330 metrów. Cały układ zostanie wprawiony w ruch obrotowy, dzięki czemu powstanie siła odśrodkowa, zastępująca astronautom ziemską grawitację.

Lądowanie ludzi na Marsie
Po sześciu miesiącach lotu moduł mieszkalny dotrze do Marsa. Załoga odrzuci zbędny już górny stopień rakietowy i rozpocznie procedurę hamowania, w wyniku której statek wejdzie na wokółmarsjańską orbitę. Następnie moduł mieszkalny wyląduje na Marsie, w pobliżu statku powrotnego. Astronauci przywiozą ze sobą ciśnieniowy rover o zasięgu 1000 km, lądowanie nie musi być więc szczególnie precyzyjne. Gdyby jednak moduł mieszkalny wylądował dalej niż 1000 km od statku powrotnego, to zbliżający się do Marsa statek powrotny przeznaczony dla następnej wyprawy wyląduje w pobliżu miejsca lądowania pechowej załogi. Gdyby i to się nie udało, załoga będzie musiała wydłużyć swój pobyt na Marsie i poczekać trzy lata na następny statek powrotny przysłany z Ziemi.

Pobyt załogi na planecie
Załoga spędzi na Marsie półtora roku, w którym to czasie przeprowadzi różnorodne badania geologiczne i klimatologiczne planety, będzie poszukiwała śladów życia w przeszłości i obecnie, zlokalizuje pokłady surowców mineralnych i innych zasobów niezbędnych do kolonizacji Marsa. Przede wszystkim astronauci odszukają łatwe do wydobycia pokłady lodu wodnego lub - jeszcze lepiej - znajdujące się pod powierzchnią zbiorniki wody, ogrzewane geotermicznie. Dzięki wyprodukowanym wcześniej materiałom pędnym, wyprawy badawcze przejadą łącznie ponad 24 tysiące kilometrów, co pozwoli na dokładne spenetrowanie ogromnego obszaru wokół modułu mieszkalnego. Bardzo ważną rolę dla przyszłej kolonizacji Marsa odegrają również eksperymenty z dziedziny rolnictwa prowadzone w małej szklarni przywiezionej z Ziemi.

Powrót na Ziemię
Gdy minie półtora roku pobytu na powierzchni Marsa, załoga wsiądzie do statku powrotnego i wzniesie się ku Ziemi, do której dotrze po sześciu miesiącach lotu. Niedługo po wodowaniu lądownika w którymś z ziemskich oceanów, na Czerwonej Planecie wyląduje następna załoga. Oprócz sprzętu przywiezionego ze sobą, wykorzysta ona wyposażenie przywiezione przez poprzednie wyprawy, w tym moduły mieszkalne, które utworzą na powierzchni planety sieć małych stacji badawczych - zaczątek marsjańskiej infrastruktury

Dzięki wykorzystaniu lokalnych zasobów do produkcji paliwa, projekt "Prosto na Marsa" pozwala uniknąć zbędnych, kosztownych i czasochłonnych rozwiązań, obecnych w dotychczasowych projektach załogowych wypraw marsjańskich: nie ma potrzeby montażu statku kosmicznego na orbicie okołoziemskiej, tankowania paliwa podczas lotu, budowy ogromnej stacji kosmicznej i baz księżycowych. Rezygnacja z tych planów prawdopodobnie pozwoli ludziom dostać się na Czerwoną Planetę dwadzieścia lat wcześniej, niż gdyby przyjęto inną koncepcję wyprawy, a także uniknąć ogromnych kosztów administracyjnych, problemu, z którym borykają się wszystkie rozbudowane programy rządowe. Koszt realizacji projektu szacowany jest na dwadzieścia miliardów dolarów, czyli ponad dwudziestokrotnie mniej, niż w przypadku wcześniejszych projektów.
Poniżej zamieszczamy opis wyprawy odbywającej się według schematu zarysowanego w projekcie Zubrina i Bakera. Szczegółowy opis projektu "Prosto na Marsa" można znaleźć w książce Roberta Zubrina i Richarda Wagnera: "Czas Marsa - Dlaczego i w jaki sposób

Amerykańska agencja kosmiczna NASA wybrała wykonawcę kolejnej planowanej misji badawczej na Marsa. Kontrakt na 145 milionów dolarów przypadł firmie Lockheed Martin Astronautics z Denver. Umowa dotyczy budowy sondy MRO, czyli Mars Reconnaissance Orbiter (Marsjański orbiter rozpoznawczy), o której pisaliśmy już w nowince Czerwony obiekt pożądania. Jej wystrzelenie w kierunku Marsa jest planowane na sierpień 2005 r.

Sonda będzie miała masę 1800 kg. To dwukrotnie więcej niż masa rewelacyjnego statku Mars Global Surveyor, któremu zawdzięczamy tak wiele niezwykłych zdjęć (już ponad 100 tysięcy!) powierzchni Marsa, ale i pod tym względem MRO ma przewyższyć MGS: w ciągu trwającej 5 i pół roku misji sześć instrumentów badawczych na pokładzie MRO dostarczy, jak spodziewają się uczeni, 12 razy więcej informacji o Czerwonej Planecie. Dalszej poprawie ulegnie również zdolność rozdzielcza aparatury penetrującej Marsa: na zdjęciach dostarczonych przez MRO będzie można rozróżnić obiekty wielkości piłki plażowej.