211service.com
Hvordan Artemis-måneoppdraget kunne hjelpe oss til Mars
En illustrasjon av det kommende Space Launch System, raketten som er ment å brukes gjennom hele Artemis-programmet. NASA/MSFC
Hvis Gud ønsket at mennesket skulle bli en romfartsart, ville Han ha gitt mennesket en måne. Den berømte rakettforskeren Krafft Ehricke uttalte disse ordene i 1984. Han ønsket å fremheve hvordan vi kunne bruke månen som et springbrett for å utvide menneskelig sivilisasjon inn i resten av solsystemet. Dette var mer enn et tiår etter det siste Apollo-oppdraget til månen, og Ehricke så NASA og resten av det amerikanske romprogrammet trekke seg tilbake fra håp om å utforske fjernere verdener som Mars og i stedet fokusere på jordens bane.
Amerika søker endelig en retur til månen med Artemis, en ambisiøs ( og urealistisk ) mål om å sende astronauter innen 2024. Men for Det hvite hus og NASA handler oppdraget om mer enn bare å få mennesker tilbake på månens overflate. Månen er også en perfekt base for å etablere et oppfølgingsprogram for å reise til Mars. For begge destinasjonene er målet ikke bare å plante et flagg og returnere til jorden – det er å opprettholde en permanent tilstedeværelse for folk å bo og arbeide.
Vi skal tilbake til månen for vitenskapelige oppdagelser, økonomiske fordeler og inspirasjon for en ny generasjon oppdagere, sa NASA-administrator Jim Bridenstine 21. september da byrået publiserte sine siste planer for Artemis-programmet. Når vi bygger opp en bærekraftig tilstedeværelse, bygger vi også momentum mot de første menneskelige skrittene på den røde planeten.
Men byrået har aldri klart forklart hvordan dette skal skje. De viktigste prosjektene som skal muliggjøre Artemis – neste generasjons Space Launch System-raketten og Orion mannskapskapsel – er ennå ikke ferdige. De fleste eksperter er enige programmet er underfinansiert . Sjefen for menneskelig utforskning ved NASA har blitt byttet ut tre ganger bare det siste året. Byrået har ikke en gang plukket ut en månelander . Så selv om vi kommer til månen i 2024 (på ingen måte gitt), hvordan sikrer vi at et Mars-oppgjør kommer neste gang?
Det største problemet vi har akkurat nå er at vi ikke vet hvordan vi skal leve og arbeide produktivt utenfor planeten Jorden, sier Clive Neal, en geolog ved University of Notre Dame og en ekspert på måneutforskning. Vi har ingen anelse. Vi har aldri testet ut teknologiene vi trenger for å leve og jobbe i verdensrommet i måneder eller år på ende, i tøffe omgivelser med mye kaldere temperaturer, mye høyere strålingsmengder, lavere tyngdekraft og mangel på oksygen. og vann.
Men vi har vårt eget laboratorium i bakgården vår for å prøve disse tingene, sier Neal. Han og mange kolleger skrev nylig en ny rapport utgitt av Explore Mars, en fortalergruppe som fremmer bærekraftig romutforskning. Rapporten identifiserer dusinvis av aktiviteter og teknologier som er kritiske for Mars-utforskning som kan utvikles og testes gjennom Artemis og pågående måneutforskning.
Noen ting som er essensielle for Mars vil bli bevist på månen nesten umiddelbart etter lanseringen av Artemis III (det planlagte mannskapsoppdraget i 2024 til månens overflate). Livsstøtte er øverst på listen. Mennesker har aldri bygd langsiktige habitater på en annen verden før. Selv om vi kommer til å bruke mye av det vi har lært fra langvarige oppdrag på den internasjonale romstasjonen, må vi fortsatt sørge for at en månebase og en Mars-base kan gi essensielle behov som mat, vann og husly .
Å bygge og teste disse systemene krever erfaring. Jeg tror det viktigste vil være å få flere mennesker fordypet i månemiljøet, sier Joe Cassady, administrerende direktør for romoperasjoner ved Aerojet Rocketdyne og en av hovedredaktørene av Explore Mars-rapporten. Fra begynnelsen trenger vi en samling av erfaringer og data fra et stort utvalg forskjellige astronauter, på tvers av oppdrag som varer i uker eller måneder. Disse erfaringene vil informere hvordan ingeniører bygger habitater, romdrakter og overflatetransportsystemer egnet for mennesker.
For å sikre at disse habitatene kan vare over tid, må du bygge noe bærekraftig. Startvinduer for Mars-oppdrag (når planeten er nærmest Jorden) kommer bare hver 26. måned, så ethvert rundtur-oppdrag vil ha å innebære litt tid å vente på at dette vinduet skal åpne seg igjen. Hvis reisen tar, for eksempel, ni måneder, må du bruke minimum tre til fire måneder på Mars før det ville være mulig å begynne å reise hjem. Du kan enten ta med nok proviant til å vare alle disse månedene, eller du kan se til ressurser utenfor verden. Og det første alternativet er ganske mye en ikke-starter. Du må bruke lokale ressurser, sier Neal. Å prøve å ta med seg alt for å holde astronauter fra Mars trygge og friske vil rett og slett ikke fungere.
Vannis vil være en viktig ressurs. Den kan levere vann og oksygen for å opprettholde livsopprettholdende systemer, og den kan også deles opp i hydrogen og oksygen for å brukes som rakettdrivstoff. Det kan være brukes som skjerming mot romstråling og mikrometeorittbombardement for alle tilfluktsrom som er bygget på månen.
Vi vet at det er mye vannis på Mars. Og vi er ganske sikre på at det er mye vannis på månen også, noe som gjør det til et perfekt miljø for å teste ut teknologiene vi trenger for å lete etter disse reservene, utvinne dem, rense dem og gjøre dem om til noe som kan bidra til å beholde et oppgjør går.
Disse teknologiene vil være veldig like for begge verdener. Månen er et mer ekstremt miljø, noe som betyr at hvis den fungerer på månen, vil den fungere på Mars, sier Neal. Han håper ingeniører vil designe verdensagnostisk utstyr.
Tilstedeværelsen av vannis styrker også argumentet for å kjøre et fremdriftssystem for romfartøy basert på hydrogen i stedet for metan (noe SpaceX forfølger med sine Raptor-motorer). Rapporten fastslår at mens hydrogen kan produseres lokalt i begge verdener, kan metan produseres fra lokale ressurser bare på Mars, hvor en atmosfære tung på karbondioksid gir en klar kilde til karbon. Enhver metanproduksjon på månen vil kreve import av en karbonkilde, heter det i rapporten.
Rapporten anbefaler også å bruke strømsystemer som ikke er helt avhengige av solen. På Mars, med sin større avstand og støvete atmosfære, ville solcellepaneler ha større problemer med å gjøre sollys om til energi.
Atomkraft ser ut til å være den mest åpenbare tilnærmingen. Det ville ikke kreve for mye kraft for å holde et ly på månen i gang, men det ville kreve enorme mengder energi for å drive den typen gruvedrift som kreves for å høste og behandle vannis. Eksperter i gruveindustrien har fortalt Neal at de sannsynligvis vil se på systemer som kan gi strøm i megawatt-områder. Det var en vekker, sier han. Folk i den planetariske verden hadde ikke knyttet disse forbindelsene med gruveindustrien. Solenergi, i dette tilfellet, ville være mer en reservekraftkilde for begge verdener, snarere enn en primær. Og det er få tryggere miljøer for å teste ut nye atomsystemer enn månen – et ubefolket, øde miljø.
Månen er også bare et bedre sted å simulere et Mars-oppdrag, spesielt når det kommer til Gateway, den planlagte romstasjonen designet for månebane. Det vil i hovedsak tjene som en iscenesettelsesplass for alle NASA-oppdrag til månens overflate (både mannskaper og roboter), så vel som for dypromoppdrag til Mars senere. De to første elementene i Gateway (kraft- og fremdriftsmodulen og boligmodulen) skal lanseres i 2023.
I sin rapport antydet Cassady hans kolleger at en tilnærming kan være å ha et mannskap til å bli påmåne Gateway romstasjoni 60 til 90 dager, utfør et simulert Mars-oppdrag på månens overflate i 30-noen dager, og fullfør et nytt opphold ved Gateway i 90 dager før du kommer hjem. Det ville være en komprimert versjon av et Mars-oppdrag. Det vil simulere de skiftende mikrogravitasjonsforholdene på en slik reise, og gi astronauter en smak av hvordan et Mars-oppdrag faktisk kan føles. NASA er nytt Artemis omriss går så langt som å si at Gateway-to-surface-operativsystemet også er analogt med hvordan et menneskelig Mars-oppdrag kan fungere - med evnen for mannskapet til å forbli i bane og utplassere seg til overflaten.
Til slutt vil et Mars-oppgjør ikke fungere bra med mindre vi utvikler autonome systemer som ikke trenger nøye tilsyn. Bakkemannskaper på jorden kan fortsatt kontrollere ting på månen i nesten sanntid, men etterslepet i kommunikasjonen fra jorden til Mars kan være opptil 22,4 minutter. Hvis en katastrofe [på Mars] inntreffer som det som skjedde med Apollo 13, har du ikke et team med ingeniører på bakken for å diagnostisere og løse problemet i sanntid, sier Casey Dreier, en rompolitisk ekspert i Planetary Society. Månen er det eneste gode miljøet vi har for å virkelig teste og forbedre automatiserte systemer som kan fungere pålitelig uten den typen menneskelig kontroll.
Det er en bekymring for at det amerikanske romfartsprogrammet kan stå overfor en skarp prioritering etter valget i november, slik det har skjedd tidligere. Men så langt virker det demokratiske partiet med. Ordlyden i sin 2020-plattformen lyder: Vi støtter NASAs arbeid for å returnere amerikanere til månen og gå videre til Mars, og ta neste steg i å utforske solsystemet vårt. Dreier påpeker at utviklingen av Space Launch System og Orion er nesten fullført. Og det er også mye internasjonalt innkjøp for Gateway, med Europa, Japan, Canada og muligens Russland som alle vil spille en rolle i utviklingen. Å snu kursen nå ville være ekstremt vanskelig, selv om det var ønskelig.
Ingen av disse planene er imidlertid hugget i stein. NASAs nye Artemis-skisse forklarer bedre enn noen gang hvordan byrået har til hensikt å returnere mennesker til månen innen 2024, men er bemerkelsesverdig lett når det gjelder detaljer hvordan den planlegger å møte teknologistandardene for en bærekraftig månebase som vil hjelpe oss å komme til Mars.
Selv i en tid da Ehrickes ord er nærmere enn noen gang å bli realisert, kommer det til å kreve mye besluttsomhet å hoppe fra månen til den røde planeten.
Rettelse 25.9.20: Den originale historien beskrev feilaktig Clive Neal som ingeniør. Neal er geolog.