Senast människan satte sin fot på månen var för nästan 40 år sedan, och planer på en återföreningsturné pågår. En stor del av detta fokus kommer att vara att etablera en butik på månen och använda dessa ansträngningar för att förbereda sig för robotexpeditioner och bemannade expeditioner till Mars . Bara att återvända till månens yta (planerad att äga rum senast 2020) är ett stort åtagande; men planeringen och rena uppfinningsrikedomen som krävs för att skicka människor till en annan planet är – för att uttrycka det enkelt – astronomisk.
För att hjälpa till med en sådan bedrift måste forskare och ingenjörer lösa hundratals frågor och problem. Forskare formulerar svar om Mars yta baserat på observationer som gjorts av deras cirkulerande satelliter och rörande robotar.
Låt oss göra en snabb uppfräschning på den röda planeten. Mars är den fjärde planeten från solen och är ungefär lika gammal som jorden, ungefär 4,6 miljarder år gammal. Mars har en radie på cirka 2 107 miles (3 390 kilometer), vilket är ungefär hälften så stort som vår planet. På det hela taget är det mycket kyligare (även om somrarna kan bli varmare). Tänk inte på att springa runt Mars yta utan din rymddräkt ännu. Om atmosfärens låga tryck inte dödar dig, kommer koldioxiden som utgör 95 procent av det att göra det. Mars atmosfär innehåller endast 0,13 procent syre mot jordens 21 procent. Mars saknar ett starkt magnetfält, även om forskare misstänker att ett starkare magnetfält (en biprodukt av en het, eldig kärna) existerade en gång. Stora dammstormar förekommer ofta på Mars, och två små månar som heter Phobos och Deimos kretsar runt planeten [källa:NASA].
Så vad har gymnaster och Mars-bundna astronauter gemensamt? Förutom att bära konstiga uniformer måste båda hålla sina landningar för att lyckas. Den här artikeln kommer specifikt att fokusera på en aspekt av ett bemannat uppdrag till Mars - landningen. Låt oss läsa om några av de utmaningar som forskare måste övervinna för att säkert anlända till Mars.
Innehåll
Utmaningarna med en Mars-landning är många, även om forskare planerar och arbetar hårt för att ta reda på exakt hur vi ska klara det. Förutsatt att människor kan anlända i närheten av Mars, finns det några faktorer att tänka på när det kommer till landning. Forskare och ingenjörer kastar redan runt olika processer och designidéer. Man tar hänsyn till fordonets form, vilken typ av bränsle det kommer att använda, placeringen av dess motorer och storleken på dess nyttolast. En annan fråga är om framdrivningsmanövrar, utförda i form av korta thrusterbrännskador, kommer att åtföljas av fallskärmar vid landning. Det finns också frågan om hur man bäst kan ta emot astronauter under interplanetära uppdrag ... listan fortsätter.
En av huvudproblemen med att landa människor på Mars är att ta reda på hur man saktar ner så att fordonet som landar inte krossar i marken. Problemet är Mars tunna atmosfär. Det här problemet påverkar inte Mars rovers landningar eftersom dessa maskiner är lätta. Om människor landar på Mars måste de ta med sig en hel del bagage och utan en tät atmosfär för att ge friktion , kommer det att vara mycket svårt att bromsa denna tyngre nyttolast.
Hur friktion hjälper långsamma föremål kan ses i din vardag. Tänk till exempel på en gång när du såg en förare smälla i bromsen för att snabbt stanna. Dessutom använder flygplan – ungefär som rymdfarkoster – luftens friktion för att minska hastigheten och landa säkert.
Landningssituationen kompliceras ytterligare av andra faktorer som påverkar tätheten av Mars atmosfär. Årstid, väder, breddgrad och till och med tid på dygnet kan förändra atmosfärens täthet. Till exempel lämnar nästan 8 miljoner ton koldioxid och kommer tillbaka in i Mars atmosfär säsongsvis. Det är jämförbart med nio tum (23 centimeter) torris (fast koldioxid) [källa:Encyclopaedia Brittanica]. Forskare arbetar med att modellera Mars atmosfäriska förändringar så att astronauterna kan landa inom en tillräckligt tät del som fortfarande ger tillräckligt med sikt. Planerare överväger om det ankommande rymdskeppet omedelbart ska fortsätta till ytan (möjligen lättare ur operativ synvinkel), eller parkera i omloppsbana innan landning. Parkering i omloppsbana ger astronauterna mer flexibilitet i fall en dammstorm slår till, liknande när flygplan kretsar runt flygplatsen i dåligt väder.
Nu när vi har tittat på några av de utmaningar som uppdragsplanerare står inför, låt oss titta på några av de möjliga lösningarna som slängs runt på nästa sida.
Att landa på Mars kommer inte att vara en promenad i parken, men det kanske inte heller är så knepigt som man först trodde. Även om idéer fortfarande klubbas ut, är här några detaljer om vad en blivande uppdragsplan till Mars kan innebära.
Planerare måste bestämma om landningen ska ske i etapper, genom att skicka ner nyttolaster separat, eller alla på en gång. Att landa en stor massa skulle förmodligen kunna uppnås, men astronauter kan vara begränsade till att landa på delar av planeten med låg höjd, och de kanske bara kan bära en liten mängd förnödenheter för ett kort besök av begränsad omfattning.
En idé som lades fram av flygexperten Robert Zubrin i sin bok, "The Case for Mars" innebär att man skickar en lastbärande rymdfarkost före habitatfarkosten som innehåller den mänskliga besättningen. Detta lastfordon skulle kunna ge tillräckligt med förnödenheter för att öka längden på astronauternas vistelse och redan vara tankad och redo för återresan (diskuteras nedan). Astronauterna kan lämna den livsmiljöfarkost de ursprungligen kom till bakom sig, för att påbörja utvecklingen av en infrastruktur på Mars.
Nyckeln till Zubrins plan är att bränslet för returresan tillverkas på Mars. Atmosfären på Mars (till skillnad från månens) har ett överflöd av koldioxid som kan komma till nytta för framtida astronauter. Till exempel genom att blanda ungefär sex ton väte (ett överskott av väte kan tas ombord av denna anledning) med koldioxid kan en kemisk processor skapa tillräckligt med metan och syre för att driva fordonet under lyftet och resan tillbaka till jorden. Från samma grundläggande byggstenar kan processorn också generera syre, vatten och bränsle som våra astronauter skulle behöva under en längre vistelse på Mars, såväl som flygningen hem, vilket sparar utgående lastutrymme.
Planerare undersöker också om de ska lämna en del av rymdfarkosten i omloppsbana eller föra ner allt till ytan. Men att veta att rymdfarkosten (det som återstår av originalet som sprängdes av från jorden) kan landa på Mars är en viktig faktor i uppdragsplanens design. Den återstående delen kallas ibland för Earth Return vehicle (ERV ), och det är vad astronauter skulle använda för att så småningom resa tillbaka till jorden. Att kunna landa hela ERV - i motsats till bara en landare - kan möjliggöra längre besök och undvika komplikationer relaterade till komplexa orbitala manövrar [källa:Zubrin]. Men den här typen av tekniska beslut diskuteras fortfarande.
Det ser ut som att vi är redo att gå ner till ytan, så låt oss ta en närmare titt på vad vi åker i. För närvarande är en rymdfarkost på väg mot Mars planerad att likna det gamla Apollo-programmet - i linje med det nya Konstellationsprogram, som är planerat för att ta människor tillbaka till månen.
ERV (eller vilken del av rymdfarkosten som nu kommer att landa) kommer sannolikt att se ut som en tuggummi. Ett stort, skålformat aeroskal (eller värmesköld ) kommer att bidra till att öka mängden friktion som skapas när farkosten skär in i atmosfären och därmed sakta ner [källa:Zubrin].
Ett troligt scenario är att efter att farkosten har gjort en första passage genom atmosfären för att minska sin hastighet, återgår den till en omloppsposition. Vid den valda tidpunkten används aeroskalet igen - möjligen med en fallskärm - för att göra den sista passagen genom atmosfären mot Mars yta. Små thrusters kan sedan avfyras för att säkerställa en smidig landning. För att lära dig mer om landningsmanövrar, läs Hur rymdfärjor fungerar.
Nu när vi har undersökt några av de okända aspekterna kring en Mars-landning, låt oss diskutera de andra frågorna om uppdraget.
Bemannade uppdrag är fortfarande långt borta eftersom många av detaljerna kring landning på Mars måste åtgärdas. USA:s plan är att återvända till månen 2020 och så småningom bygga en permanent bas där. Uppskattningar om när vi tar nästa steg och resa till Mars är trevande. Enligt British National Space Centre är målet ett internationellt samarbete för att skjuta upp astronauter till Mars år 2030.
Prislappen för att skicka människor till Mars kommer att variera mycket beroende på den slutliga rymdfarkosten och uppdragsplanens design. Att använda teknik som liknar det som redan har utvecklats hjälper till att hålla kostnaderna mer hanterbara. Till exempel är Constellation-raketerna baserade på Saturn Vs, och använder sig av några designelement i rymdfärjans programmet. En annan sparare som kan användas är att använda Mars atmosfär för att generera bränsle, syre och vatten (som vi läste om på föregående sida).
Det finns möjligheten att preliminära resor kan skicka människor in i Mars omloppsbana utan att faktiskt sätta sig ner på ytan, även om många i fältet hävdar att det är meningslöst att utforska om du inte kommer att komma nära och personlig med planetens yta . Det är som att köra till stranden och tillbringa hela eftermiddagen med att titta på havet från bilen. Detta kan dock hjälpa till att åtgärda några av krökarna med långväga rymdresor och göra det möjligt för upptäcktsresande att ta emot realtidsrapporter från robotar på planetens yta, utan risken och kostnaden för en landning. Robotfordon som kan återvända från Mars med prover är också på gång.
Tyvärr, när dammet väl har lagt sig runt den landade rymdfarkosten och astronauterna kan ta de första otroliga stegen på Mars yta, öppnar de också en helt ny burk med maskar för forskare att lösa - främst, hur ska astronauterna överleva de hårda och kompromisslösa Mars klimat, och hur kommer de att spendera sin tid när de är där? Vi sparar dessa frågor till en annan dag.
För mer information om Mars och framtiden för rymdutforskning, besök länkarna på nästa sida.
Förhindra kontamineringEtt annat övervägande för att landa på Mars är möjligheten av korskontaminering mellan den planeten och jorden. FN:s kontor för yttre rymdfrågor (UNOOSA) har ett fördrag om detta, som har ratificerats av 98 länder och 27 fler har skrivit på. Fördraget säger att nationer så långt som möjligt bör undvika att kontaminera jorden med utomjordiskt material, särskilt om sådan förorening skulle orsaka bestående skada eller förändrade förhållanden på jorden. Vi måste återgälda denna känsla med vår egen påverkan på andra himlakroppar. Kritiker argumenterar åt båda hållen:Vissa säger att korskontaminering kan vara skadligt; andra säger att chansen att livet på mars orsakar problem på jorden är en fullständig ofråga. Ett mer moderat argument är att, även om det är mycket osannolikt, det finns en chans att mikrober från mars kan ha en skadlig inverkan på jorden, till exempel genom att konkurrera med befintliga organismer.
Det gör mig ledsen att under tiden sedan jag skrev den här artikeln har Shuttle-programmet avslutats och Constellation-programmet har ställts in. Offentlig och privat rymdutforskning är ett ständigt föränderligt område av olika internationella aktörer, men det är min förhoppning att andra kommer att välja manteln för att ta oss tillbaka till månen och vidare till Mars.
Jag älskade att skriva den här artikeln, och att läsa Robert Zubrins bok i synnerhet. Många människor har föreslagit sätt att genomföra bemannade interplanetära uppdrag, men Zubrins strategi tycktes mig vara den mest eleganta och praktiska. Hans plan går ut på att använda den röda planetens resurser för att driva en sekvens av bemannade och obemannade uppdrag för att bygga en infrastruktur som skulle tillåta oss att verkligen utforska vår himmelska granne på egen hand, samtidigt som det skapas en redundans om någon utrustning eller rymdfarkost skulle fungera felaktigt .
Testa nu dina kunskaper med dessa frågesporter!
Kolla in dessa bildgallerier!
