Was sind die schwierigsten Herausforderungen für SpaceX, um bis etwa 2025 Astronauten zum Mars zu bringen?

Da seit über einer Woche keine Antworten gekommen sind, wage ich eine Teilantwort .

Natürlich gibt es einige Herausforderungen. Darunter in loser Reihenfolge:

• Auswahl und Training der Crew

  Das Zusammenstellen, Bewerten und Trainieren der Crew wäre die erste Herausforderung. Sie müssen gemeinsam an originalgetreuen Repliken der Systeme trainieren, die in Zukunft verwendet werden sollen . Nur zum Vergleich: Astronauten für die ISS trainieren seit fast zwei Jahren. Die Apollo-Astronauten trainierten mindestens fünf Jahre lang.

• Landeplatz

  Die Auswahl des Landeplatzes ist ein schwieriger Prozess. Siehe zum Beispiel eine Zusammenfassung des dritten Mars 2020 Landing Site Workshops, der vom 8. bis 10. Februar 2017 in Monrovia, Kalifornien, stattfand, um ein Beispiel der NASA zu finden. Und das ist nur etwas für Rover, kein Standort, der den Neustart eines großen Raumfahrzeugs ermöglicht.

• Raumanzüge zuverlässig für EVAs und Mars-Walks

  Welche Art von Raumanzug werden sie benutzen? Dasjenige, das sie jetzt bauen, ist der "Innen"-Raumanzug für den Einsatz im Raumschiff.

• Staub, giftige Perchlorate

  Auf den Mondmissionen verursachte Regolith einige Probleme. Es klebte an den Anzügen, drang in den Wohnraum ein und verursachte viel Verschleiß. Siehe den Artikel Stronger Than Dirt von Air and Space ; Mondforscher müssen gegen einen heimtückischen Feind kämpfen – Staub. für mehr. Es ist auch bekannt, dass Mars-Regolith eine beträchtliche Menge Perchlorat enthält , eine unangenehme, giftige Kombination aus Chlor und Sauerstoff. Der Space.com-Artikel Toxic Mars: Astronauts Must Deal with Perchlorate on the Red Planet deckt dies gut ab und bietet einen guten Überblick über die Herausforderungen.

Teuflisch gefährlich

Die hohen Konzentrationen von Perchlorat, die auf dem Mars gefunden wurden, wären für Menschen giftig, sagte Smith.

„Jeder, der sagt, dass er auf der Marsoberfläche leben möchte, sollte besser über die Wechselwirkung von Perchlorat mit dem menschlichen Körper nachdenken“, warnte er. "Bei einem halben Prozent ist das eine riesige Menge. Sehr kleine Mengen gelten als giftig. Also haben Sie besser einen Plan, um mit den Giften an der Oberfläche fertig zu werden."

Der Wert von einem halben Prozent wird im Abstract des Papers Perchlorate on Mars: a chemical hazard and a resource for Humans aus dem Jahr 2013 genannt , während ein niedrigerer, aber signifikanter Wert von 0,6 g/kg im Abstract des Papers aus dem Jahr 2017 zu finden ist Nitrat/(Per)chlorat-Verhältnis auf dem Mars an einem anderen Ort.

Zu den vorgeschlagenen Lösungen gehört, EVA-Anzüge an der Außenseite des Raumfahrzeugs / Habitats angedockt zu lassen , obwohl nicht klar ist, wie praktisch dies sein könnte, ein anderer schlug vor, dass es eine Wasserspülung in der Luftschleuse gibt.

• Tankstelle

  Während das Sabatier-Verfahren theoretisch funktionieren wird, müssen sie es für eine praktische und zuverlässige Implementierung auf dem Mars zunächst erforschen und entwickeln, weil derzeit niemand weiß, wie das wirklich geht. Ein oft übersehener Aspekt in dieser Hinsicht ist, dass Sie Bergbauausrüstung benötigen, um die Reaktanten in einen geeigneten Zustand für die Verarbeitung zu bringen. Die NASA hat dazu ein Forschungsprojekt. Siehe zum Beispiel die SBIR-Zusammenfassung In-Situ Resource Utilization – Mars Atmosphere/Gas Chemical Processing :

Modernste Technologien (SOA) für diese ISRU-Prozesse existieren entweder nicht oder sind zu komplex, schwer, ineffizient oder verbrauchen zu viel Strom.

Die Mars Exploration Program Analysis Group scheint eine gute Quelle für weitere Lektüre zu sein. Dort sollte es eine Risikoanalyse für eine Marsmission geben, aber ich konnte sie nicht finden.

Nebenbei; Buzz Aldrin hält den SpaceX-Plan für nicht durchführbar . Mehr dazu finden Sie auf der Einführungsseite des Kurses der Purdue University Project Aldrin-Purdue, Mission to Mars . Die Seite verlinkt auch auf das schön produzierte Video Project Aldrin-Purdue, Mission to Mars , das Aldrins Diskussion enthält.

Ich hoffe, ich konnte zumindest einen Ansatzpunkt liefern und mehr Leute zum Antworten animieren. Dies ist ein sehr interessantes und sich entwickelndes Thema, und es sollte einen Ort geben, an dem aktuelle Informationen gesammelt werden können.

Während Mikes Antwort sehr gut recherchiert und geschrieben ist. Ich bin mit seinen Herausforderungen nicht einverstanden (obwohl ich mit seinen Schlussfolgerungen nicht einverstanden bin).

Die größten Herausforderungen, die SpaceX meiner Meinung nach lösen muss, sind.

1. Wiedereintritt Hitzeschild und Erdlandungen. Es wird immer noch daran gearbeitet, den Landeschlag zu meistern, ohne den Treibstofffluss zu verlieren. Aber es muss auch zeigen, dass der Wiedereintritt in die Umlaufbahn sicher und wiederholt erfolgen kann, ohne dass übermäßige Hitzebelastung das Raumschiff verschlechtert oder zerstört. Ohne beides haben Sie kein vollständig wiederverwendbares Startsystem, und ohne vollständige Wiederverwendbarkeit können Sie niemals die Kadenz und die niedrigen Kosten haben, um billige interplanetare Reisen zu unterstützen.

2. Auftanken im Weltraum Es wurde noch nie in dem Umfang getan, den sie mit den Treibstoffen benötigen, die sie verwenden werden. Wenn sie das Auftanken im Weltraum nicht beherrschen, kann Starship niemanden über die niedrige Erdumlaufbahn hinausbringen.

3. Langfristige Lebenserhaltungssysteme Crew Dragon zeigt, dass sie ein sicheres Lebenserhaltungssystem für die Raumfahrt herstellen können. Aber sie müssen zeigen, dass sie ein System herstellen können, das jahrelang störungsfrei hält und das einfach zu warten und zu reparieren ist, wenn es Millionen von Kilometern von der Erde entfernt ist.

Diese ersten drei sollten lösbare Probleme sein, die Frage ist, ob sie bis 2025 gelöst werden können und das scheint sehr spekulativ. Nr. 1 und Nr. 2 müssen für das Human Landing System gelöst werden, das SpaceX der NASA zur Verfügung stellen wird, um auf dem Mond zu landen. Ich erwarte, dass sie in diesem Jahr (2021) Landungen meistern und bis Jahresende oder 2022 mit dem Testen des Wiedereintritts in die Umlaufbahn beginnen. Das gibt ihnen zwei Jahre, um das Auftanken für Mondexpeditionen im Jahr 2024 zu meistern.

Ich denke, die eigentliche Herausforderung für die Landung von Menschen im Jahr 2025 ist die Notwendigkeit von Vorbereitungs-/Testmissionen.

4) Mars Prep Missions Den richtigen Landeplatz zu finden ist kein wirkliches Problem, es gibt viele tolle Kandidaten. Aber SpaceX muss Robotic Starships schicken, um die Landung auf ihnen zu testen, um sicherzustellen, dass sie nicht mit Felsbrocken übersät oder zu uneben sind. Aber die Orbitalmechanik (die relative Position von Mars und Erde zu einem beliebigen Zeitpunkt) bedeutet, dass wir nur alle zwei Jahre effizient zum Mars reisen können. Das bedeutet, dass SpaceX Ende 2024 bemannte Missionen starten muss, um 2025 zum Mars zu gelangen, was den Start von Robotermissionen Mitte/Ende 2022 erfordert. Das scheint ein sehr hoher Auftrag zu sein.

Aber über das Testen von Landeplätzen hinaus plant SpaceX, eine große Anzahl von Frachtraumschiffen zu landen, die mit Vorräten und Ausrüstung bepackt sind, bevor sie ihre ersten Astronauten schicken. Die Frachtraumschiffe müssten auch im Jahr 2022 gestartet werden, um eine bemannte Landung im Jahr 2025 zu unterstützen, was die Kombination von Test- und Frachtmissionen bei denselben Starts erfordern würde. Das ist super riskant, wenn die ersten Standorte schlechte Eigenschaften haben und dazu führen, dass viele dieser ersten Wellen nicht erfolgreich landen, wird es nicht genug Vorräte und Ausrüstung geben, um Menschen im Jahr 2025 sicher zu schicken.

Was andere Herausforderungen betrifft, an die die Leute vielleicht denken, hier sind die Gründe, warum ich sie nicht als hohes Risiko einschätze.

5. Strahlung NASA-Studien haben geschätzt, dass eine zweijährige Reise zum Mars nur ein um 4 % höheres lebenslanges Krebsrisiko mit sich bringt. Solange Starship einen Sonnensturmschutz für die Besatzung hat, um die gefährlichsten Strahlungsperioden zu vermeiden, sollte das Risiko minimal sein.

6. Regolith Das Risiko von Regolith auf dem Mond besteht darin, dass es sich um messerscharfen Staub handelt, da es nie Umwelteinflüssen ausgesetzt war. Das trifft nicht auf den Mars zu, sein Risiko sind Perchlorate im Boden und wie die Strahlung ist dies ein übertriebenes Risiko. Es ist nicht auf einem Niveau, das direkt giftig ist, aber wenn Astronauten ständig Perchloratstaub in ihre Lebensräume verfolgen, würden sie schließlich an Schilddrüsenproblemen leiden. Die einfache Lösung ist Wasser, das das Perchlorat in eine sichere Lösung tropft. Besprühen Sie die Astronauten damit, bevor Sie durch die Luftschleuse zurückkehren, und besprühen Sie die Anzüge erneut, bevor Sie sie in versiegelten Schränken aufbewahren.

Der Mars ist in allen Breitengraden mies mit Wasser. Wenn sich die Werkzeuge, mit denen sie geschickt werden, als unzureichend erweisen, um Wasser zu graben oder Eis zu schmelzen, werden sie sicherlich Dutzende, wenn nicht Hunderte Tonnen destilliertes Wasser in den Cached Cargo Starships haben, um Verluste außerhalb der Lebenserhaltungssysteme abzudecken.

7. Besatzungsschulung Raumschiffe werden hochgradig automatisiert sein, die Hauptschulung muss sich auf die Werkzeuge und Ausrüstung beziehen, die auf dem Mars verwendet werden sollen. Apollo brauchte jahrelanges Training, weil sie zum allerersten Mal in einem winzigen Lander mit sehr geringer Fehlerquote auf der Oberfläche einer anderen Welt landen würden. Für jedes potenzielle Risiko musste trainiert und eine Checkliste erstellt werden. Im Gegensatz zu Apollo werden Starship-Missionen mit vielen Redundanzen, Vorräten und Ausrüstung ausgestattet sein, um mit unvorhergesehenen Situationen fertig zu werden.

8. In-Situ-Treibstofferzeugung Auch hier werden die zwischengespeicherten Frachtschiffe reichlich Ausrüstung und Werkzeuge zur Erzeugung von Methan und LOX für die Rückfahrt haben. Wenn sie nicht funktionieren, sind sie nur noch zwei Jahre von einer weiteren Runde von Cargo Starships mit mehr Vorräten und aktualisierten Werkzeugen und Ausrüstung entfernt, die direkt darauf ausgelegt sind, alle Probleme zu lösen, die die ersten Versuche behindert haben. Wenn das Problem nicht gelöst werden kann, besteht die Lösung letztendlich darin, Raumschifftanker zum Auftanken auf den Mars selbst zu schicken. Dieser Plan wird nur dann ein Problem darstellen, wenn er dazu führt, dass SpaceX Schwierigkeiten hat, qualifizierte Besatzungen für die Missionen zu rekrutieren, und ich gehe nicht davon aus, dass dies zutrifft.

Ich konnte Buzz Aldrins Einwände nicht verstehen, abgesehen davon, dass Elons Kostenschätzungen auf Jahrzehnte abzielen, wenn die Startkadenz mindestens Hunderte pro Synode beträgt und es für Crew Starships möglich ist, 100 Passagiere auf Marsexpeditionen aufzunehmen. Sie sind auch sehr ambitioniert und nicht notwendig, um die ersten bemannten Erkundungsmissionen zu ermöglichen.

Raumschiffstarts sollten bei vollständiger Wiederverwendbarkeit jeweils etwa 20 Millionen US- Dollar kosten (basierend auf den teilweise wiederverwendbaren Falcon 9-Kosten), was bedeuten würde, dass jedes von Mars gesendete Raumschiff 160 Millionen US- Dollar für Starts kostet (unter der Annahme von 7 Tankerstarts). Die Herstellung einer kompletten Falcon 9 kostet weniger als 60 Millionen US-Dollar , die ähnlich großen Cargo Starships (mit 4 Triebwerken weniger) sollten in Edelstahlkonstruktion deutlich billiger zu bauen sein. Crew-Raumschiffe werden mit ihren ausgeklügelten Lebenserhaltungssystemen teurer sein, aber SpaceX sollte zunächst nur eine Handvoll pro Synode schicken.

Fazit: Diese ersten vier Herausforderungen sind lösbare Probleme, die Frage ist, ob sie bis 2025 gelöst werden können und das scheint unmöglich. Ich gehe davon aus, dass SpaceX die Landungen im Jahr 2021 meistern und bis zum Jahresende oder im Jahr 2022 mit dem Testen des Wiedereintritts in die Umlaufbahn beginnen wird. Das gibt ihnen zwei Jahre Zeit, um das Auftanken für Mondexpeditionen im Jahr 2024 zu meistern. Aber die ersten Expeditionen können nicht bemannt werden. Die eigentliche Herausforderung für die Landung von Menschen im Jahr 2025 ist also die Notwendigkeit von Site Prep/Cargo Cache-Missionen.

Das Nettoergebnis ist, dass die Landung von Menschen im Jahr 2025 heute unmöglich erscheint. Ich denke, es ist weitaus praktikabler, Roboter-Raumschiffe auf dem Mars zu landen, um sie 2025 vor Ort zu testen, 2027 Frachtraumschiffe zu landen und dann 2029 Menschen zu landen. Und jedes dieser Daten verschiebt sich um zwei Jahre, wenn etwas schief geht.