Was ist die größte Hürde der Mission zum Mars?

Die Reisezeit zum Mars mit minimalem Treibstoffverbrauch (Hohmann-Transfer) beträgt etwa 8 Monate pro Strecke. Es ist möglich, diese Zeit etwas zu verkürzen, indem man mehr Treibstoff verbraucht, aber das Verhältnis von Treibstoff zu Nutzlast gehört zu den wichtigsten technischen Faktoren bei ehrgeizigen Weltraummissionen.

Die Ausrichtung der Planeten muss jedoch genau richtig sein, um diesen treibstoffeffizienten Kurs zu erreichen, und nach dem Erreichen des Mars müsste das Raumschiff etwa ein weiteres Jahr warten, bevor es nach Hause fliegt – oder viel mehr Treibstoff für die Reise verbrauchen. Damit dauert die gesamte Mission etwa 32 Monate*.

Derzeit beinhalten unsere langfristigen Raumstationsmissionen regelmäßige Nachschublieferungen vom Boden aus; eine Hin- und Rückmission zum Mars muss allein mehr als zweieinhalb Jahre dauern . Das ist eine Menge Versorgungsfracht, die Sie tragen müssen, und eine Menge Dinge, die unterwegs kaputt gehen können, was bedeutet, dass Sie viel Gewicht an Ersatzteilen und/oder Menschen zur Wartung der Ausrüstung mit sich führen müssen.

Das 1/3 g des Mars ist etwa doppelt so hoch wie das des Mondes, Sie können sich also vorstellen, dass ein Landungsboot viel mehr Motor und viel mehr Treibstoff packen müsste als ein Mondlandegerät. Jede Tonne Nutzlast auf einer Rakete verursacht viele Tonnen Motor und Treibstoff auf den unteren Stufen – wenn man auf die Mondmissionen zurückblickt, sind es etwa 75 Tonnen Saturn V, die für 1 Tonne Apollo-Raumschiff bezahlen.

Unsere Mondlander blieben nur ein paar Tage an der Oberfläche. Wir werden länger als ein Jahr auf dem Mars bleiben, also schicken wir im Voraus ein paar unbemannte Frachtflüge, um Vorräte und Baumaterialien für die Oberflächenstation abzugeben. Das sind mehr Starts, aber die Nutzlast- und Zuverlässigkeitsanforderungen für diese sind relativ bescheiden.

Wir könnten unbemannte Treibstofftanker zum Rendezvous mit der Mission in die Marsumlaufbahn schicken; der gesamte Treibstoffbedarf für die Mission würde sich nicht ändern, aber das primäre Raumfahrzeug könnte auf diese Weise etwas kleiner sein, auf Kosten eines komplexeren (dh störanfälligeren) Missionsprofils. Eine andere Option ist ISRU , die den Treibstoff für die Rückreise auf dem Mars selbst raffiniert, aber das ist ein weiteres ziemlich riskantes Unterfangen, das wahrscheinlich nur für den Aufstieg des Landers zurück in die Marsumlaufbahn geeignet ist, wenn überhaupt.

Die Atmosphäre des Mars ist unangenehm; Im Gegensatz zur Erde ist es nicht dicht genug, um dem Lander ein freies Bremsen zu ermöglichen (sobald ein zurückkehrendes Raumschiff die Erdatmosphäre erreicht, muss es keinen Treibstoff mehr verbrauchen, um sicher zu landen, nur Schleppen und Fallschirme), aber es ist gerade dicht genug, dass die Landungsboote müssen unter aerodynamischen Gesichtspunkten gebaut werden (wieder ein gewaltiger Kontrast zum klobigen Apollo LM). Was bedeutet, ja, mehr Gewicht.

Keines dieser Probleme ist an sich unüberwindbar, aber der Bau und das Fliegen eines solchen Dings wäre eine um ein Vielfaches größere und komplexere Aufgabe als die Apollo-Flüge. Keine Nation hat derzeit den Willen und den Haushaltsüberschuss, um dies zu erreichen.

*) Wenn Sie weitere 5 km/s ∆v bereitstellen können – was eine etwa fünfmal so große Trägerrakete erfordert – können Sie die gesamte Missionsdauer halbieren, mit einem 30-tägigen Aufenthalt auf dem Mars anstelle eines 336-tägigen Aufenthalts .

In vielerlei Hinsicht ist die kurze Antwort, dass uns nichts außer der Finanzierung zurückhält. Es gibt technologische Hürden, aber nichts übersteigt unsere Fähigkeiten. Die dafür notwendigen Investitionen sind sehr schwer abzuschätzen, da sie von vielen Unbekannten abhängen, gehen aber durchaus in die Milliarden. Für eine Regierung gibt es keine andere Gegenleistung als das Wissen, dass Sie es getan haben. Wenn Ihnen also der wissenschaftliche Wert und der Nationalstolz nicht ausreichen, werden Sie nicht bezahlen. Die Apollo-Missionen wurden letztlich durch einen militärischen Imperativ gerechtfertigt. Amerika hätte es nicht getan, wenn es nicht befürchtet hätte, was die russische Überlegenheit im Weltraum bedeuten könnte. Für ein Privatunternehmen gibt es kein Gewinnstreben. Wirklich keine. SpaceX behauptet, dass sie schließlich einen Gewinn erzielen können, indem sie ihren Wohnsitz auf dem Mars verkaufen. Das ist eine sehr wackelige Behauptung.

Es gibt keine Saturn-V-Raketen mehr. Um zum Mars zu reisen, braucht man etwas mindestens so Großes . Größer wäre besser. Also muss diese Rakete zuerst entworfen und in Produktion genommen werden, ein Unterfangen von mindestens 10 Jahren. SpaceX ist derzeit dabei, Prototyp-Triebwerke für eine dafür vorgesehene Rakete zu testen. Der Rest der Rakete existiert nur noch auf Reißbrettern.

Sobald Sie die Raketen haben, benötigen Sie mindestens 3, vielleicht 4. Der Mars Direct- Vorschlag erklärt einen Ansatz dazu, oder Sie können sich den Missionsplan der NASA ansehen , der erheblich infrastrukturintensiver ist. Beide Pläne hängen weitgehend davon ab, in sich geschlossene Chemieanlagen zu verwenden, um einen Teil des Treibstoffs zu produzieren, der für die Rückkehr zur Erde benötigt wird, und auch um Dinge zu produzieren, die zum Überleben auf dem Mars benötigt werden - Wasser und Sauerstoff. Ohne die Gewichtseinsparungen beim Start von der Erde wäre eine Marsmission um ein Vielfaches teurer. Sie starten die ersten paar Raketen als Frachtmissionen, die benötigte Vorräte auf dem Mars lagern. Sobald Sie bestätigt haben, dass diese Missionen die Fracht erfolgreich auf dem Mars gelandet haben, können Sie eine Crew schicken.

Die Landung auf dem Mars ist eine große Herausforderung. Sie müssen eine Motorlandung durchführen, weil die Atmosphäre zu dünn ist, um aerobraken zu können, wie es ein Raumschiff tut, das wieder in die Erdatmosphäre eintritt, aber die Atmosphäre reicht immer noch aus, um Ihr Fahrzeug aufgrund der Reibung mit der Atmosphäre enorm zu erhitzen, also müssen Sie ein Hitzeschild. Motorlandungen – das heißt, Sie zünden Ihre Motoren zum Bremsen – wurden auf dem Mond durchgeführt, aber da er keine Atmosphäre hat, war dies viel einfacher. Die Entwicklung eines Landers, der mehrere Tonnen Nutzlast an die Oberfläche bringen kann, ist wahrscheinlich die größte technische Herausforderung einer Marsmission.

Nachdem ich dies mit ein paar Leuten diskutiert habe, die es gut kennen, scheint mir, dass das einschränkende Problem die menschliche Psychologie sein wird , insbesondere die Psychologie der begrenzten Umgebung , verstärkt durch Gerontologie und ernsthafte Kommunikationszeitverzögerung:

• Der Psychotyp von Menschen, die sich für eine Einweg-Permakolonie-Reise zum Mars anmelden (insbesondere einer ohne Rückkehrmöglichkeit, unter keinen Umständen) wird sich völlig von dem Psychotyp von Freiwilligen für einen ein- oder zweijährigen Forschungsaufenthalt unterscheiden.

Für einige, die es nicht gelesen haben, geht es im Folgenden hauptsächlich um das spezifische Szenario der nie wiederkehrenden Permakolonie:

• Wie viele braucht man mindestens für eine Kolonie, damit man nicht durchdreht? 8? 20? 100? 1000? Wie viele von Ihnen könnten für den Rest ihres natürlichen Lebens mit denselben Menschen in einem Gewächshaus leben? (Im Vergleich zu McMurdo, Antarktis , das selbst mit seiner Winterbevölkerung von 250 praktisch wie Club Med ist, und es sind nicht ständig die gleichen 250, einige neue Leute wechseln jeden Sommer ein und aus.)

• wann kommt man zur geburt in der kolonie? Wie schaffst du das? Geburtskomplikationen? Tod bei der Geburt? Wie ernsthaft seltsam wächst das Kind ohne Kontakt zu anderen Kindern auf? Es sei denn, Sie schicken einen Haufen angehender Eltern. (Wie macht man überhaupt eine ganze Biosphäre kleinkindsicher?)

• Wie können Sie überhaupt junge, fruchtbare Paare dazu bringen, dorthin zu gehen - vergessen Sie nicht das Krebsrisiko von 7% pro Person und Reise aufgrund der Gammastrahlenbelastung.

• Bedenken Sie auch, wie stabil und zuverlässig jede dieser Personen sein müsste, und was passiert, wenn/wenn etwas schief geht? ernsthafte Krankheit? Depression? Nervenzusammenbruch? Langeweile? Einsamkeit? Altersschwäche? Behinderung? Tod? Du kannst sie nicht nach Hause schicken, schläferst du sie ein? Wie funktioniert die Altenpflege auf dem Mars? Wie viele gebrechliche Menschen können die anderen unterstützen, bevor Sie Menschen einschläfern müssen? [oder, laut PeterMasiar, sie aktiv dazu ermutigen, Selbstmord zu begehen]

• Was ist überhaupt die geltende Gerichtsbarkeit auf dem Mars, und ist Euthanasie erlaubt? (Müssen wir nur dafür eine neue Gerichtsbarkeit schaffen?)

• Ich denke, das ist alles absolutes Neuland. Es geht mutig dahin, wo noch keine gerontologische Studie zuvor war.

• Bedenken Sie auch die sehr nervige Kommunikationsverzögerung von 3-21 Minuten . Okay, nehmen wir an, die KI-Technologie entwickelt sich weiter, sodass Sie einen Chatterbot haben und ihn täglich (oder stündlich) aktualisieren können, zumindest könnten Sie in Echtzeit mit ihm sprechen, wie der Kevin Spacey-Roboter in Moon .

• Siehe Confined Environment Psychology und das negative Ergebnis der beiden Schließungsexperimente von New Mexico Biosphere 2, 1991-1994

• Daher denke ich, dass das Einweg-Kolonie-Szenario ohne Chance auf Rückkehr weiter entfernt ist, als die Leute glauben wollen. Bis zu diesem Tag werden es ein- oder zweijährige wissenschaftliche Besuchsreisen sein.

Was ist die größte Hürde einer [bemannten] Mission zum Mars?

Strahlung

• Die tägliche Dosis, die ein Mensch auf der Erde erhält, beträgt 0,00001 Sievert.
• Die kürzeste Hin- und Rückfahrt zum Mars beinhaltet eine Dosis von 0,66 Sievert.
• Sie erhalten ein um 5,5 % erhöhtes Krebsrisiko von 1 Sievert.
• Das Magnetfeld und die Atmosphäre der Erde bieten einen erheblichen Schutz vor Strahlung.
• Mars nicht. Möglicherweise müssen Sie unter der Erde leben.

Es ist ein Problem auf dem Mond und wäre ein größeres Problem auf dem Mars und beim Transit.

Eines der größten aufgezeichneten [Solar Particle Events] ereignete sich im August 1972 zwischen den Missionen Apollo 16 und Apollo 17. Das Ereignis vom August 1972 ist eine der größten aufgezeichneten SPEs in Bezug auf die Flussdichte und enthielt mehr hochenergetische (10-200 MeV) Protonen als die meisten anderen historischen Ereignisse. Bei diesem Ereignis könnten Astronauten, die auf der Mondoberfläche dünn abgeschirmt waren (z. B. Astronauten, die Extra-Vehicular-Aktivitäten [EVAs] wie einen Weltraumspaziergang durchführen), tödliche Strahlendosen erhalten haben.

^{Von der Health Physics Society}

^{Jetzt aus der Raumfahrt}

Beachten Sie, dass die Skala logarithmisch ist. Eine einjährige Hin- und Rückreise zum Mars (wenn möglich) würde bedeuten, dass man vielleicht das 14-fache der maximal zulässigen Strahlendosis eines Arbeiters in einem Kernkraftwerk und mehrere tausend Mal die Dosis von Menschen erhält, die auf Meereshöhe leben.