Ludzkość musi pokonać wiele przeszkód, zanim rozpocznie się jakakolwiek podróż na Marsa. Dwoma głównymi graczami są NASA i SpaceX, które ściśle współpracują w ramach misji na Międzynarodową Stację Kosmiczną, ale mają konkurencyjne pomysły na to, jak będzie wyglądać misja na Marsa z załogą.
Rozmiar ma znaczenie
Największym problemem (lub ograniczeniem) jest masa ładunku – statek kosmiczny, ludzie, paliwo, zapasy itp. Masa ładunku zwykle stanowi tylko niewielki procent całkowitej masy pojazdu startowego. Na przykład rakieta Saturn V, która wystrzeliła Apollo 11 na Księżyc, ważyła 3000 ton. Ale mogła wystrzelić tylko 140 ton (5% początkowej masy startowej) na niską orbitę Ziemi i 50 ton (mniej niż 2% początkowej masy startowej) na Księżyc.
Masa ogranicza rozmiar statku kosmicznego na Marsie i jego możliwości w kosmosie. Każdy manewr wymaga zużycia paliwa do wystrzelenia silników rakietowych, a paliwo to musi być teraz dostarczane w kosmos statkiem kosmicznym.
Plan SpaceX jest dla jego statku kosmicznego z załogą jest tankowanie w kosmosie za pomocą oddzielnie uruchomionej stacji benzynowej. Oznacza to, że na orbitę będzie można umieścić znacznie więcej paliwa niż podczas jednego startu.
Czas ma znaczenie
Innym problemem ściśle związanym z paliwem jest czas. Misje, które wysyłają bezzałogowe statki kosmiczne na planety zewnętrzne, często przechodzą skomplikowane trajektorie wokół Słońca. Używają tak zwanych manewrów grawitacyjnych, aby skutecznie latać po różnych planetach i zyskać wystarczającą dynamikę, aby osiągnąć swój cel.
Oszczędza to dużo paliwa, ale może sprawić, że ukończenie tych misji zajmie lata. Oczywiście jest to niedopuszczalne. Zarówno Ziemia, jak i Mars mają (prawie) okrągłe orbity, a manewr znany jako przejście Homana jest najbardziej ekonomicznym sposobem przemieszczania się między dwiema planetami. Zasadniczo, jeśli nie wchodzisz w szczegóły, statek kosmiczny wykonuje pojedynczy przelot na eliptycznej orbicie przejścia z jednej planety na drugą.
Przejście Homana między Ziemią a Marsem zajmuje około 259 dni (od ośmiu do dziewięciu miesięcy) i jest możliwe tylko co około dwa lata ze względu na różnicę Orbit wokół Słońca Ziemi i Marsa. Statek kosmiczny może dotrzeć do Marsa w krótszym czasie (SpaceX twierdzi, że ma sześć miesięcy), ale jak się domyślacie, będzie potrzebował więcej paliwa.
Bezpieczne lądowanie
Powiedzmy, że nasz statek kosmiczny i załoga lądują na Marsie. Następnym zadaniem jest lądowanie. Statek kosmiczny, który wchodzi do atmosfery ziemskiej może wykorzystać opór generowany przez oddziaływanie z atmosferą, aby zwolnić. Pozwala to aparatowi bezpiecznie wylądować na powierzchni Ziemi (pod warunkiem, że wytrzyma odpowiednie ciepło). Ale atmosfera na Marsie jest około 100 razy cieńsza niż Ziemia. Oznacza to mniejszy potencjał oporu czołowego, więc bezpieczne lądowanie bez pomocy nie jest możliwe.
Niektóre misje lądowały na poduszkach powietrznych (np. misja NASA Pathfider), natomiast inne korzystały z silników (misja NASA Phoenix). Ten ostatni ponownie wymaga więcej paliwa.
Życie na Marsie
Marsjański dzień trwa 24 godziny i 37 minut, ale na tym kończą się podobieństwa do ziemi. Cienka atmosfera na Marsie oznacza, że nie może utrzymać ciepła tak dobrze jak Ziemia, więc życie na Marsie charakteryzuje się dużymi zmianami temperatury w ciągu dnia/nocy. Mars ma maksymalną temperaturę 30℃, co brzmi całkiem przyjemnie, ale jego minimalna temperatura wynosi -140℃, a średnia temperatura -63℃. Średnia temperatura zimowa na Biegunie Południowym Ziemi wynosi około -49℃. Dlatego musimy bardzo ostrożnie podchodzić do wyboru miejsca zamieszkania na Marsie i tego, co zrobić z temperaturą w nocy.
Grawitacja na Marsie wynosi 38% ziemi (dzięki czemu poczujesz się lżejszy), ale powietrze składa się głównie z węgla (CO₂) z kilkoma procentami azotu, więc jest całkowicie niezdolne do oddychania. Będziemy musieli zbudować klimatyzowane miejsce, aby tam mieszkać. SpaceX planuje uruchomienie kilku lotów towarowych, w tym infrastruktury krytycznej, takiej jak szklarnie, panele słoneczne i – zgadłeś – zakład produkcyjny paliwowo-powietrzny, aby przywrócić misję na Ziemię.
Życie na Marsie jest możliwe, a na Ziemi przeprowadzono już kilka prób symulacyjnych, aby zobaczyć, jak ludzie radzą sobie z takim istnieniem.
Powrót na Ziemię
Ostatnim zadaniem jest rozpoczęcie podróży powrotnej i bezpieczne sprowadzenie ludzi na Ziemię. Apollo 11 wszedł w ziemską atmosferę z prędkością około 40 000 km/h, nieco poniżej prędkości wymaganej do opuszczenia orbity Ziemi. Statki kosmiczne powracające z Marsa będą miały prędkość wejścia do atmosfery od 47 000 km/h do 54 000 km/h, W zależności od orbity, której używają do przybycia na Ziemię.
Mogliby zwolnić na niskiej orbicie wokół Ziemi do około 28 800 km/h przed wejściem do naszej atmosfery, ale jak się domyślacie, potrzebowaliby do tego dodatkowego paliwa. Ale po prostu nie będą w stanie włamać się do atmosfery. Musimy tylko upewnić się, że nie zabijamy astronautów przeciążeniem i nie spalamy ich nadmiernym ciepłem.
To tylko niektóre z wyzwań, przed którymi stoi misja na Marsa, a wszystkie technologiczne elementy jej osiągnięcia już tam są. Musimy tylko poświęcić czas i pieniądze i poskładać wszystko razem.