• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Hur man tar människor från jorden till Mars och säkert tillbaka igen

    Kredit:NASA, CC BY-NC-ND

    Det finns många saker som mänskligheten måste övervinna innan någon återresa till Mars lanseras.

    De två stora aktörerna är NASA och SpaceX, som arbetar intimt tillsammans på uppdrag till den internationella rymdstationen men har konkurrerande idéer om hur ett bemannat Mars-uppdrag skulle se ut.

    Storlek spelar roll

    Den största utmaningen (eller begränsningen) är massan av nyttolasten (rymdfarkoster, människor, bränsle, förnödenheter etc) som behövs för att göra resan.

    Vi pratar fortfarande om att skjuta upp något i rymden är som att skjuta upp sin vikt i guld.

    Nyttolastmassan är vanligtvis bara en liten andel av bärraketens totala massa.

    Till exempel, Saturn V-raketen som skickade Apollo 11 till månen vägde 3, 000 ton.

    Men den kunde bara skjuta upp 140 ton (5% av sin initiala uppskjutningsmassa) till låg omloppsbana om jorden, och 50 ton (mindre än 2 % av dess initiala uppskjutningsmassa) till månen.

    Massa begränsar storleken på en Mars-rymdfarkost och vad den kan göra i rymden. Varje manöver kostar bränsle för att avfyra raketmotorer, och detta bränsle måste för närvarande transporteras ut i rymden på rymdfarkosten.

    SpaceX:s plan är att dess bemannade Starship-fordon ska tankas i rymden av en separat lanserad bränsletanker. Det betyder att mycket mer bränsle kan transporteras in i omloppsbana än vad som kan transporteras vid en enda uppskjutning.

    Konceptkonst av SpaceX:s drake som landar på Mars. Kredit:Official SpaceX Photos/Flickr, CC BY-NC

    Tid spelar roll

    En annan utmaning, intimt förknippad med bränsle, är tid.

    Uppdrag som skickar rymdfarkoster utan besättning till de yttre planeterna reser ofta komplexa banor runt solen. De använder så kallade gravitationshjälpmanövrar för att effektivt skjuta runt olika planeter för att få tillräckligt med fart för att nå sitt mål.

    Detta sparar mycket bränsle, men kan resultera i uppdrag som tar år att nå sina destinationer. Det är klart att detta är något som människor inte skulle vilja göra.

    Både jorden och Mars har (nästan) cirkulära banor och en manöver känd som Hohmann-transfer är det mest bränsleeffektiva sättet att resa mellan två planeter. I grund och botten, utan att gå in på för mycket detaljer, det är här en rymdfarkost bränner in i en elliptisk överföringsbana från en planet till en annan.

    En Hohmann-överföring mellan jorden och Mars tar cirka 259 dagar (mellan åtta och nio månader) och är endast möjlig ungefär vartannat år på grund av de olika banorna runt jordens och Mars sol.

    En rymdfarkost skulle kunna nå Mars på kortare tid (SpaceX hävdar sex månader) men - du gissade rätt - det skulle kosta mer bränsle att göra det på det sättet.

    Mars och jorden har få likheter. Kredit:NASA/JPL-Caltech

    Säker landning

    Anta att vår rymdfarkost och besättning kommer till Mars. Nästa utmaning är att landa.

    En rymdfarkost som kommer in på jorden kan använda motståndet som genereras av interaktion med atmosfären för att sakta ner. Detta gör att farkosten kan landa säkert på jordens yta (förutsatt att den kan överleva den relaterade uppvärmningen).

    Men atmosfären på Mars är ungefär 100 gånger tunnare än jordens. Det betyder mindre potential för motstånd, så det går inte att landa säkert utan någon form av hjälp.

    Vissa uppdrag har landat på krockkuddar (som NASAs Pathfider-uppdrag) medan andra har använt propeller (NASA:s Phoenix-uppdrag). Den senare, ännu en gång, kräver mer bränsle.

    Liv på Mars

    En Mars-dag varar 24 timmar och 37 minuter men likheterna med jorden slutar där.

    Den tunna atmosfären på Mars betyder att den inte kan behålla värmen så bra som jorden gör, så livet på Mars kännetecknas av stora extrema temperaturer under dag/natt-cykeln.

    En thruster landar på Mars.

    Mars har en maximal temperatur på 30℃, vilket låter ganska trevligt, men dess lägsta temperatur är -140 ℃, och dess medeltemperatur är -63℃. Den genomsnittliga vintertemperaturen på jordens sydpol är cirka -49℃.

    Så vi måste vara väldigt selektiva när det gäller var vi väljer att bo på Mars och hur vi hanterar temperaturen under natten.

    Tyngdkraften på Mars är 38% av jordens (så att du skulle känna dig lättare) men luften består huvudsakligen av koldioxid (CO₂) med flera procent kväve, så det är helt andningsbart. Vi skulle behöva bygga en klimatkontrollerad plats bara för att bo där.

    SpaceX planerar att lansera flera fraktflygningar inklusive kritisk infrastruktur som växthus, solpaneler och - du gissade rätt - en bränsleproduktionsanläggning för återvändande uppdrag till jorden.

    Livet på Mars skulle vara möjligt och flera simuleringsförsök har redan gjorts på jorden för att se hur människor skulle klara en sådan tillvaro.

    Återvänd till jorden

    Den sista utmaningen är återresan och att få människor säkert tillbaka till jorden.

    Apollo 11 gick in i jordens atmosfär vid cirka 40-tiden, 000 km/h, vilket är strax under den hastighet som krävs för att undkomma jordens omloppsbana.

    Och vi måste återföra människor säkert tillbaka till jorden, uppdrag slutfört. Kredit:NASA

    Rymdfarkoster som återvänder från Mars kommer att ha återinträdeshastigheter från 47, 000 km/h till 54, 000 km/h, beroende på vilken omloppsbana de använder för att komma fram till jorden.

    De kan sakta ner i låg omloppsbana runt jorden till cirka 28, 800 km/h innan de går in i vår atmosfär men – du gissade rätt – de skulle behöva extra bränsle för att göra det.

    Om de bara hamnar i atmosfären, det kommer att göra all inbromsning för dem. Vi behöver bara se till att vi inte dödar astronauterna med G-krafter eller bränner upp dem på grund av överhettning.

    Det här är bara några av de utmaningar som ett Mars-uppdrag står inför och alla tekniska byggstenar för att uppnå detta finns där. Vi behöver bara spendera tid och pengar och få ihop allt.

    Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.




    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com