Misionáři na Mars

Venku ve skalnatých horách se cítíte blíže vesmíru. Závoj vzduchu je tenký; hvězdy a planety se zdají být blíž. Je tedy příhodné, že hlavním městem hnutí za poslání lidí na Mars je University of Colorado v Boulderu.

V zájmu plného novinářského odhalení zde musím poznamenat, že je to hnutí, jehož jsem hrdý na to, že jsem jeho součástí. Od roku 1981 jsem jezdil do Boulderu na příležitostné konference nadšenců pro lety na Mars; poslední byl loni v srpnu. Stále si pamatuji úplně první konferenci Case for Mars, kterou zorganizovala skupina postgraduálních studentů, kteří neměli ponětí, jakého přijetí se jejich navrhovanému svolání dostane. Ostatně posledním vládním úředníkem, který podpořil let s lidskou posádkou na Mars, byl brzy zneuctěný viceprezident Richarda Nixona, Spiro Agnew – nešťastný patron.

Tento příběh byl součástí našeho vydání z ledna 1999

• Viz zbytek čísla
• předplatit

V prvních letech kosmického věku američtí občané i letečtí inženýři předpokládali, že přistání na Měsíci je pouze prvním krokem v nepřerušovaném sledu pilotovaných letů, které povedou k Marsu během 10 až 15 let. Ale v 70. letech post-Apollova redukce vyřadila Mars i z toho nejoptimističtějšího rozvrhu NASA; s politickým názorem, že jsme vyhráli vesmírný závod, byl rozpočet NASA zkrácen o dvě třetiny. Zbývající energie agentury se soustředila na program raketoplánu a pilotovaný let na Mars zmizel z oficiálních úvah.

Přesto lidé přišli do Boulderu v roce 1981. Shromáždili se váhavě, téměř stydlivě, bez oficiální podpory od jakýchkoli agentur nebo korporací. Mnozí si zachovali víru během desetiletí, kdy byly řeči o pilotovaných meziplanetárních letech téměř tabu. Všichni vypadali ohromeně, když viděli tolik dalších vystupovat z intelektuálních skříní, aby prohlásili, že i oni si myslí, že lidská mise na Mars je proveditelná a žádoucí, a že také mají nový nápad nebo návrh, jak to přiblížit.

Loni v létě však konference překypovala smělostí. Tentokrát se sešlo více než 700 lidí, aby si nejen vyměnili nápady, ale také aby vytvořili novou Mars Society a podepsali Marsovou deklaraci vyjadřující jejich přesvědčení, že lidský let na Mars se konečně stal uskutečnitelným a je žádanější než kdy jindy. (Toto prohlášení bylo od té doby zveřejněno na jejich webových stránkách na adrese www.marssociety.org a kopie byly odeslány do Washingtonu.) Na hlavním pódiu přednesla přehlídka řečníků divoce nápadité prezentace s uvedeným účelem, aby všichni ostatní vypadali příliš umírněně. Účastníci konference byli úžasně eklektičtí: vědci z NASA a astronauti; univerzitní výzkumní pracovníci a postgraduální studenti; i obyčejní občané, z nichž někteří přivedli své děti. Prodejci nabízeli trička Mars a kalendáře Mars.

Od plánovačů konference v čele se soukromým vesmírným inženýrem Bobem Zubrinem, zakladatelem Pioneer Astronautics v Lakewood, Colorado. (viz Mars na tkanině, DĚTI listopad / prosinec 1996) , byly agresivně inkluzivní, kvalita prezentací se nesmírně lišila. Nápady byly rozhazovány, vyhazovány a energicky recyklovány. Specializovaná zasedání se zabývala vším od inženýrských a lékařských problémů mise na Mars až po právní a filozofické otázky, které vyvolal lidský průzkum planety.

Měsíc nad Marsem

pokud se však lidé mají dostat na Mars, bude to vyžadovat mnohem víc než jen vzrušení. Úspěšné lety astronautů na Měsíc a zpět během programu Apollo v letech 1968 až 1972 patří k největším historickým úspěchům lidské technologie; inženýři koordinovaným způsobem překonali výzvy v desítkách oborů, včetně pohonu, tepelné ochrany, komunikace a navigace. Technologická výzva pilotované mise na Mars však představuje jiný řád.

Zvažte základní čísla. Jedna tříčlenná mise Apollo používala jeden booster Saturn-V, který umístil asi 120 000 kilogramů kosmické lodi a pohonné hmoty na nízkou parkovací dráhu těsně za okrajem zemské atmosféry. Po dalším odpálení rakety a třídenní plavbě přistáli dva členové posádky na Měsíci a několik dní se odvážili na povrch sbírat vzorky, fotografovat a rozmístit přístroje. Celková doba trvání jednoho z letů Apolla byla 10 až 12 dní.

U Marsu by mnoho z těchto čísel dramaticky vzrostlo. Většina strategií misí vyžaduje sestavení vozidla na parkovací oběžné dráze z několika komponentů vypuštěných samostatně, čímž se zvýší hmotnost až na 400 000 až 500 000 kilogramů. Odchozí plavba by trvala šest až 10 měsíců, po níž by následoval pobyt na marťanském povrchu trvající déle než rok; během té doby členové posádky podnikli stovky výletů ven, spíše než tři nebo čtyři, které skafandry Apollo, mučené hrubým používáním a abrazivním měsíčním prachem, sotva dokončily. Celá mise by trvala téměř tři roky a vystavení astronautů zdravotním rizikům, jako je dlouhodobá beztíže a kosmické záření, by bylo 100krát vyšší než u lunárních misí.

Na první pohled se tedy mise na Mars zdá, jako by byla mnohonásobně obtížnější než přistání na Měsíci a následně mnohonásobně dražší (v současných dolarech Apollo stálo asi 80 miliard dolarů). Ale podle názoru zkušených vesmírných plánovačů a ekonomů již vesmírná technologie dosáhla úrovně, která by umožnila mise na Mars za náklady stejné nebo dokonce nižší než náklady programu Apollo. (viz Levná sedadla?, že) .

Na křídle a ve vzduchu

zatímco nadšenci pro Mars možná ještě nevědí dost o marťanské půdě, o marťanském vzduchu už vědí jednu důležitou věc: Je velmi tenký. A přestože má marťanská atmosféra na hladině moře méně než 1 procento tlaku zemské atmosféry, několik leteckých inženýrů připravuje plány pro malá bezpilotní letadla schopná létat přes obrovské rozlohy marťanského terénu. Přístroje takového letadla by mohly zkoumat složité geologické oblasti, včetně mnoha, které vypadají příliš drsně pro povrchové rovery.

Larry Lemke, odborník na robotiku z Ames Research Center v Kalifornii, řekl na plenárním zasedání o jedné okřídlené misi. 150kilogramové vozidlo s 10metrovým rozpětím křídel v měřítku poháněného závěsného kluzáku zde na Zemi by bylo vypuštěno ze Země složené uvnitř sondy. Poté, co sonda vstoupila do marťanské atmosféry, shodila tepelný štít a otevřela malý stabilizační padák. Letoun by se při sestupu sám rozvinul a oddělil se od padáku pro volný let. Okřídlený robot mohl nést 20 kilogramů přístrojů, včetně infračerveného špičatého spektrometru pro mapování ložisek nerostů a ledu, a sady geofyzikálních polních přístrojů pro zjištění stop geologické historie planety. Lemkeův tým již zmapoval 2000 kilometrů dlouhou tříhodinovou trať kaňonem Vallis Marineris na Marsu (což je delší než šířka Spojených států).

Řídký marťanský vzduch, tvrdil Lemke, nebude problém. Zdůraznil, že na povrchu planety je tlak vzduchu na Marsu přibližně stejný jako na Zemi ve výšce 24 000 metrů. Vzhledem k tomu, že bezpilotní letadlo Pathfinder na solární pohon NASA běžně křižuje v této výšce na Zemi, poskytuje důkaz konceptu, že na Marsu by mohlo létat i specializovanější vozidlo. Aerodynamika není problém, řekl na setkání Lemke.

Ani technologie není problém, řekl Lemke. Letadlo na Mars těžilo za posledních 20 let z mnoha technologických pokroků z oblastí bez spojení s kosmonautikou. Proběhla práce v rádiem řízených letadlech, v lehkých konstrukcích, v elektrických pohonných motorech a v systémech vojenského nasazení.

Lemke věří, že tento koncept je natolik životaschopný, že vyzývá ke spuštění v roce 2003, aby oslavil sté výročí prvních letů těžších než vzduch bratří Wrightů. Měli bychom si připomenout 100. výročí prvního letu letadla na Zemi prvním letem letadla na Marsu, řekl.

Zapínání

Ať už robotická letadla létají na Marsu nebo ne, pro lidské cesty bude klíčovým hlediskem elektrárna, která tam průzkumníky dostane. Jednou z možností, která byla zvažována na setkání na Marsu, byla jaderná energie. Raketa s jaderným pohonem byla po generace oporou sci-fi a v 60. letech 20. století Komise pro atomovou energii skutečně navrhla a otestovala několik prototypů poháněných uranem-235, které měly sloužit jako horní stupně ve vesmíru. Vypouštěním přehřátého vodíkového plynu poskytovaly tah stejně silný jako chemické motory podobné velikosti, ale mohly dosáhnout stejného tahu a přitom spotřebovávat pouze polovinu hmoty paliva. Tato účinnost by byla obrovskou výhodou pro těžká pilotovaná vozidla na Marsu, o kterých se tehdy uvažovalo.

Vesmírná jaderná energie byla skutečně tématem několika průlomových zasedání na konferenci. Setkání, kterého jsem se zúčastnil, se setkalo v učebně bez oken v suterénu a vedl jej Roger Lenard, technický manažer z laboratoří Sandia Labs ministerstva obrany v Albuquerque, NM Lenard obhajuje využití jaderné energie ve vesmíru od svého působení ve funkci ředitele. projektu Timberwind, jaderně poháněného protiraketového systému navrženého jako součást obranného systému Star Wars. Timberwind se ale před deseti lety zhroutil pod špatnou publicitou ohledně potenciálních dopadů na životní prostředí – jeho odpálení v boji hrozilo kontaminací rozsáhlých oblastí Tichého oceánu, včetně Nového Zélandu.

Navzdory těmto obavám zůstala jaderná energie v představách hlavní skupiny specializovaných inženýrů populární a nadšení pro mimozemské využití jaderné energie dosáhlo na konferenci kritického množství. Zastánci vesmírného jaderného programu, jako je Lenard, čekali desítky let na schválení mise a věří, že Mars je jejich nejlepší šancí. Tím, že se zaměří na planetu příliš vzdálenou na to, aby mohla být považována za něčí dvorek, doufají, že se vyhnou postoji protijaderného aktivismu, který není v mém dvorku.

Lenard kritizoval to, co viděl jako tendenci NASA vyhýbat se tématu jaderné energie kvůli její kontroverzi. A dokonce i v rámci studií mise NASA Mars, které zahrnují jadernou energii, našel to, co považoval za nerealistická konstrukční omezení. V roce 1989 Lenard spolupracoval s NASA jako specialista na jadernou energii na referenční misi na Mars. Tento projekt zahrnoval jediný bimodální jaderný reaktor, který nejprve poskytoval pohon pro začátek úseku Země-Mars a poté poskytoval elektrickou energii během cesty a na povrchu. Ale bimodalita je špatný nápad, tvrdil Lenard. Konstrukční požadavky na dobrý pohonný systém jsou v rozporu s konstrukčními požadavky na dobrý energetický systém, řekl.

Pohonné systémy vyžadují co nejvyšší teplotu – 3000 K – a fungují v kuse jen několik hodin. A nemusíte si dělat velké starosti se zachováním všech štěpných produktů, dodal, protože bezpečně mizí do již radioaktivního pozadí vesmíru. Naproti tomu poskytování elektrické energie (jak za letu, tak na povrchu) vyžaduje pouze mírné teploty a mírnou účinnost, ale systém musí fungovat po dlouhou dobu.

Podle Lenardovy analýzy ostatní nadšenci Marsu tyto problémy nepromysleli. Předpokládají, že jeden vývojový program pro reaktor, který dělá dvě nebo tři věci, je automaticky levnější než dva nebo tři samostatné programy, řekl zaplněné místnosti. To ale odmítáme. Když se požadavky vzájemně vylučují, stává se z toho program s obrovským rizikem, s dlouhými dodacími lhůtami a vysokými náklady.

Přesto, s výjimkou divoké karty politické přijatelnosti, je jaderná technologie hlavním uchazečem o pohon mise na Mars. Bez jaderného pohonu by se rané pilotované mise na Mars musely spoléhat na chemické motory, čímž by se vozidla zvětšila a možná by se zdvojnásobily náklady na dopravu lodi na oběžnou dráhu. Exotičtější nejaderné systémy využívající takové koncepty, jako je pohon bez setrvačnosti a antigravitace, zůstávají divoce imaginární av nejlepším případě desítky let v budoucnosti.

Život na Marsu

ačkoli síla je pro misi na Marsu zjevně výzvou, jak jsem přecházel od zasedání k zasedání a semináře k semináři, začal jsem zjišťovat, že existuje další oblast, která představuje jádro výzvy – a ve skutečnosti to není technologický problém. Když mise Apollo mířily na Měsíc, byl to hardware, který byl nejdůležitější – rakety, navigace, řídicí systémy posádky a dokonce i kameny, které byly cíli mise. Ale vzhledem k tomu, že Mars byl cílem, pozornost stále padala na život.

Pro úspěšnou pilotovanou misi na Mars, jak naznačuje mnoho různých aspektů setkání, musíme zvážit život v mnoha měřítcích. Mikroskopické nanofosílie mohou naznačovat minulý život na Marsu a budou hlavním cílem průzkumu. Na úrovni medicíny musíme určit, jak zachovat lidské zdraví za letových podmínek. Ze sociologického hlediska budeme muset porozumět správnému mixu dovedností posádky a správné organizaci posádky pro víceleté mise mimo dosah rádiových rozhovorů.

Doba zpáteční cesty rádiového signálu se pohybuje od 8 do 30 minut, v závislosti na tom, jak daleko od sebe Mars a Země jsou v kteroukoli danou chvíli, takže dnešní frustrace na Zemi z přehrávání záznamů v hlasové schránce se pro cestovatele na Marsu stane normou. V jednoduché ukázce komunikačního zpoždění pomocí bank videorekordérů a pravidelně vyměňovaných kazet jsem zorganizoval cvičení, při kterém účastníci lékařské konference v Houstonu v roce 1997 čelili simulované lékařské pohotovosti na Marsu. Když se herci-astronauti řídili kontrolním seznamem reakcí na krizi, lékařský tým na Zemi se musel naučit předvídat potřeby a pokrok marťanského týmu.

Překvapivě, jak pozemské, tak mimozemské týmy se během hodiny přizpůsobily meziplanetárnímu rytmu a poskytovaly adekvátní otázky a odpovědi překvapivě účinným způsobem. Cvičení však využilo pouze čtyřminutové zpoždění a napsaný lékařský scénář byl dobře definován. Budoucí experimenty se budou muset zabývat realističtějšími zpožděními a nepředvídatelnějšími scénáři, protože se vesmírní plánovači připravují na časovou výzvu Marsu.

Komunikační výzvy mise na Mars se týkají také lidí, kteří zůstali na Zemi. V oblasti politiky a diplomacie musíme shromáždit národní vytrvalost a mezinárodní spolupráci potřebnou pro takový dlouhodobý projekt. V meziplanetárním měřítku bychom měli zvážit karanténní standardy, abychom ochránili Zemi před jakýmikoli mimozemskými formami života, které by mohly zastavit cestu domů z Marsu. Konečně, možná v univerzálním měřítku, jsem viděl vášnivé argumenty o vhodnosti a strategiích jednoho dne upravit klima Marsu tak, aby se více podobalo Zemi – jinými slovy, aby bylo terraformováno. Jen několik z těchto problémů bylo vůbec významných během přistání na Měsíci v 60. letech 20. století, ale mnohé z nich se staly kritickými pro úspěšnou lidskou misi na Mars.

A to může být klíčem k zajištění vládního závazku k takovému projektu, protože takové otázky života rezonují na Zemi i ve vesmíru. Zdálo se mi, že lidský program na Marsu – nejen jednorázové prapory a stopy po stopách, ale soustavná sekvence rozšiřujících se expedic – by mohl vyústit ve stejný druh široce založeného technologického oživení, jaké před 30 lety poháněly výzvy Apollo. Pokud by byl tento odvážný projekt správně navržen, mohl by urychlit inovativní výzkum použitelný také na pozemské problémy, známé i dosud neznámé.

Ale to byl argument pro politiky a přepážky fazolí na federálním rozpočtovém úřadu. Na konferenci jsem byl obklopen lidmi, kteří už byli stejně jako já přesvědčeni, že projekt je žádoucí, ba naléhavý. A ačkoli Mars ten týden nebyl viditelný pouhým okem – právě se vynořoval ze sluneční záře na obloze před úsvitem – jeho obraz se mi v mysli jasně rozhořel. Pro mě, v inverzi každodenních dopravních pravidel, červené světlo na obloze znamenalo Go!

skrýt