Omstandigheden bemoeilijken de mogelijkheid van bemande missies naar Mars
Vergeten op Mars, moest Matt Damon in de Hollywood-blockbuster "The Martian" veel moeilijkheden alleen aan om te overleven op de Rode Planeet. In het echte leven zou je echter voor dit hele leven moeten vechten voordat je daadwerkelijk op Mars zelf komt.
Immers, naast straling, psychologische en fysieke problemen die gepaard gaan met een lang verblijf in de ruimte, zal een persoon tijdens echte vluchten naar Mars andere tests moeten ondergaan. Laten we eens kijken naar de meest voor de hand liggende.
Langere Marsdagen
De Marsdag is slechts ongeveer 40 minuten langer dan op aarde. En hoewel je op het eerste gezicht integendeel kunt verheugen dat je elke dag maar liefst 40 minuten meer zult hebben, kan dit eigenlijk een zeer ernstig probleem zijn, omdat het dagelijkse biologische ritme van een persoon is ontworpen voor 24 uur. Een extra 40 minuten per dag op Mars zal snel leiden tot het feit dat een persoon een syndroom van eindeloze jetlag zal ontwikkelen, dat zich op zijn beurt zal manifesteren in de vorm van constante vermoeidheid en een slechte gezondheid.
De operators van nasa's ruimtevaartorganisatie hebben alle 'geneugten' van dit syndroom al ervaren, omdat ze moesten werken in overeenstemming met de tijd van Mars zodra een van de eerste rovers die naar Mars werd gestuurd hun dagelijkse werk op de Rode Planeet begon. Alle medewerkers van de ruimte Marsmissie "Sojourner" hielden zich bijvoorbeeld aan dezelfde tijd waarin de rover moest werken. Na een maand van zo'n druk schema raakten de operators, zoals ze zeggen, buiten adem.
Voor volgende Marsrovers kon het controlecentrum van NASA zich drie maanden lang met succes aan de Marstijd houden, maar tegen het einde van de missie waren de werknemers nog steeds erg moe. Op basis van observaties hebben wetenschappers ontdekt dat een persoon zich slechts voor korte perioden aan de Marstijd kan houden. Astronauten, die maandenlang op Mars moeten blijven, zullen niet uit het kader van de Marstijd kunnen komen.
Eerdere studies van slaapproblemen toonden aan dat het menselijk lichaam een natuurlijk biologisch ritme van 25 uur heeft, maar zoals later bleek, waren de resultaten van deze studies onjuist. Na het uitvoeren van nieuwe waarnemingen was geen van de deelnemers in staat om zich aan te passen aan de tijd van Mars.
Verminderde zwaartekracht
Ondanks de mogelijkheid om ruimtevaart naar Mars aan boord van het internationale ruimtestation te simuleren door er lang op te blijven, is het effect van langdurige blootstelling aan het menselijk lichaam van de zwaartekracht van Mars (38 procent van die van de aarde) nog steeds een mysterie voor wetenschappers. Zal de lange blootstelling aan een dergelijke gedeeltelijke zwaartekracht de integriteit van spier- en skeletdichtheid behouden? En zo niet, hoe ga je daar dan mee om? Als je bedenkt dat een persoon op elke vlucht naar Mars vele maanden in een gesloten blikje zal moeten doorbrengen, is het vinden van antwoorden op deze vragen een cruciaal aspect.
In het kader van niet de meest ideale simulaties toonden twee studies bij muizen aan dat het verlies van bot- en spiermassa in de omstandigheden van de zwaartekracht van Mars gelijk kan zijn aan de volledige afwezigheid ervan. De eerste studie wees uit dat zelfs in omstandigheden met 70 procent van de zwaartekracht van de aarde het verlies van spier- en botmassa niet zou voorkomen.
In de tweede studie ontdekten de onderzoekers dat de muizen, in omstandigheden met verminderde zwaartekracht, ten minste ongeveer 20 procent van de skeletmassa verloren. Er moet echter rekening mee worden gehouden dat al deze studies gebaseerd zijn op simulaties. Totdat astronauten daadwerkelijk op Mars landen, zal het onmogelijk zijn om de ware effecten van verminderde zwaartekracht op hun lichaam te kennen.
Ruw Marsoppervlak
Het eerste wat Neil Armstrong ontdekte na zijn stap op het oppervlak van de maan was dat het landingsgebied letterlijk bedekt was met grote kasseien die een gevaar vormen voor zijn lander. Een soortgelijk probleem kan zich voordoen voor astronauten die op Mars zullen landen. Ze zullen heel weinig tijd hebben om de lander op dergelijke kasseien of zandstenen te identificeren en te vermijden. Rotsen en verschillende hellingen kunnen ervoor zorgen dat de Marslander omvalt. Het is een feit dat zelfs zeer grote veranderingen in het oppervlaktevlak erg moeilijk te detecteren kunnen zijn vanuit een baan om de aarde, dus mensen die landingsplannen zullen maken, kunnen dergelijke veranderingen eenvoudig per ongeluk missen.
Kleine scheuren en depressies kunnen ook de sensoren misleiden, wat op zijn beurt kan leiden tot het ontijdig loslaten van parachutes of landingsbenen, evenals een onjuiste automatische berekening van de landingssnelheid. De kans dat de lander op een ramp wacht door een verkeerd geanalyseerde landingsplaats is verrassend groot. Een studie wees uit dat deze kansen ongeveer 20 procent zijn.
De grootte van de kopkuip van de raket
Bij het ontwikkelen van een bemande Mars-lander doet zich vrijwel onmiddellijk één ernstig technisch probleem voor : de diameter van de kopkuip van de raket waarop deze Marsmodule zal worden gelanceerd. Ondanks het feit dat op dit moment de diameter van de grootste kuip 8,4 meter is, zal het erg moeilijk zijn om de grootte ervan te correleren met het ontwerp van een bemande Marslander.
Het beschermende hitteschild dat nodig is voor de bescherming van zware lading, zal in dit geval te groot zijn om onder de kuip te passen. Daarom zult u in dit geval hoogstwaarschijnlijk opblaasbare hitteschildtechnologie moeten gebruiken, waarvan de ontwikkeling zich momenteel pas in de experimentele fase bevindt.
Als je het huidige kuipontwerp voor de Marsmissie gebruikt, moet je een veel compactere lander gebruiken, die overeenkomt met de diameter van de kuip van 8,4 meter. Grotere modules passen gewoon niet.
Zelfs als wordt besloten om een compactere lander te gebruiken, zal het hoogstwaarschijnlijk vanwege dergelijke technische beperkingen nodig zijn om het ontwerp opnieuw te doen. Het zal bijvoorbeeld nodig zijn om niet alleen de locatie van de astronauten te herwerken, maar ook de brandstoftanks van de module. De grootte van de kuip zelf zal niet kunnen veranderen, omdat het het lanceervoertuig destabiliseert.
Supersonische TDU
Een van de belangrijkste manieren om de snelheid van de Mars-lander te verminderen voor zachte koppeling met het Marsoppervlak is het systeem van supersonisch remvoortstuwingssysteem (TDU). De essentie ligt in het gebruik van straalmotoren gericht op beweging om het apparaat te vertragen van supersonische snelheden.
Het gebruik van supersonische TDU in de dunne ontladen atmosfeer van Mars is een voorwaarde. Het starten van supersonische motoren kan echter een schokgolf veroorzaken die de Marslander kan beschadigen. NASA heeft bijvoorbeeld weinig ervaring met het gebruik van dergelijke procedures, wat op zijn beurt de kans op succes van de hele missie verkleint.
Deze technologie heeft drie problematische aspecten. Ten eerste kan het effect van de interactie tussen de luchtstroom en de uitlaatgassen van de motoren de lander letterlijk in tweeën breken. Ten tweede kan de warmte die wordt gegenereerd door de uitlaat van de geteste raketbrandstof de lander verwarmen. Ten derde kan het handhaven van de stabiliteit van de lander bij het lanceren van supersonische TPU's een zeer moeilijke taak zijn.
Ondanks eerdere kleinschalige tests van dergelijke TDU's met behulp van windtunnels, zijn er veel volledige testtests nodig om de betrouwbaarheid van een dergelijk systeem te bepalen. Dit is een zeer dure en tijdrovende taak. Dezelfde NASA kan echter een alternatieve (indirecte) versie hebben van het testen van dergelijke systemen. Het Amerikaanse private bedrijf SpaceX probeert actief een herbruikbare raket te ontwikkelen die een soortgelijk landingsprincipe gebruikt. En opgemerkt moet worden dat er successen in deze richting zijn.
Statische elektriciteit
Ja, ja, die waarvan de haren bovenop staan, of er is een kleine elektrische schok als je iets aanraakt. Hier op aarde kan statische elektriciteit het onderwerp zijn van verschillende grappen en grappen (hoewel het in aardse omstandigheden ook gevaarlijk kan zijn), maar op Mars kan statische elektriciteit ernstige problemen voor astronauten worden.
Op aarde treden de meeste statische ontladingen op als gevolg van de isolerende eigenschappen van de rubberen basissen van de schoenen die we dragen. Op Mars zal het isolerende materiaal het oppervlak van Mars zijn. Zelfs door alleen maar op het marsoppervlak te lopen, kan een astronaut een statische ontlading van voldoende kracht verzamelen om elektronica, zoals de toegangspoort van de luchtkamer, te verbranden door simpelweg de buitenste metalen huid van het schip aan te raken.
De eigenaardigheid en droogte van het Marsoppervlak maakt het een uitstekend isolatiemateriaal. Deeltjes op het oppervlak van Mars kunnen tot 50 keer kleiner zijn dan stofdeeltjes op aarde. Wanneer je erop loopt, zullen op de schoenen van astronauten zijn bepaalde reserve accumuleren. Wanneer de Marswind het wegblaast, zullen zijn schoenen genoeg lading verzamelen om een lichte elektrische schok te veroorzaken, wat in dergelijke omstandigheden voldoende kan zijn om de hele missie te begraven.
Marsrovers, die nu op de Rode Planeet werken, gebruiken speciale dunne naalden die de lading in de atmosfeer ontladen en niet toestaan dat deze de elektronica van de rovers raakt. In het geval van bemande missies naar Mars zal het gebruik van speciale ruimtepakken vereist zijn, die zowel astronauten als de apparatuur die ze zullen gebruiken zullen beschermen.
Geschikt lanceervoertuig
Het Space Launch System (SLS) is momenteel het grootste lanceervoertuig in ontwikkeling en zal naar verwachting in de nabije toekomst worden gebruikt. Het is deze raket die het Westen wil gebruiken voor bemande missies naar Mars.
Volgens de huidige NASA-plannen zou voor één bemande missie naar Mars een tiental SLS-raketten nodig zijn. De huidige grondinfrastructuur voor SLS-lanceringen voldoet echter alleen aan de noodzakelijke voorwaarden in termen van minimale parameters: het is noodzakelijk om ten minste één ruimte te hebben voor het assembleren van de raket, één gigantische transporter voor het afleveren van de raket op het lanceerplatform en één lanceerplatform zelf.
Als ten minste één van deze componenten kapot gaat of zijn taak niet aankan, zullen er ernstige zorgen zijn over de beschikbaarheid van het benodigde lanceervoertuig, wat op zijn beurt de mogelijkheid van een bemande missie naar Mars in twijfel zal trekken.
Eventuele vertragingen in verband met het instellen en valideren van alle SLS-systemen kunnen bijvoorbeeld grote wijzigingen aanbrengen in de startschema's. Dezelfde problemen kunnen leiden tot minder grote technische problemen en zelfs weersomstandigheden.
Bovendien vereist het koppelen in een baan om de aarde dat nodig is om een ruimtevaartuig te assembleren dat naar Mars gaat, naleving van het zogenaamde lanceervenster, dat wil zeggen de tijd waarbinnen de raket zal worden gelanceerd. Bovendien vereist de lancering van het schip naar Mars rechtstreeks vanuit de baan van de aarde ook naleving van bepaalde tijdframes. Op basis van historische gegevens over vroege shuttle-lanceringen hebben wetenschappers hele lanceringsmodellen ontwikkeld. Ze tonen een gebrek aan vertrouwen dat de SLS-raket toegankelijk zal zijn voor een bepaald lanceervenster, wat op zijn beurt ook een einde kan maken aan elke bemande missie naar Mars.
Giftige Marsgrond
In 2008 deed nasa's automatische sonde een historische ontdekking. Perchloraten zijn gevonden op het oppervlak van Mars. Ondanks het feit dat deze giftige reagentia hun toepassing hebben gevonden in de industriële productie, kunnen ze mensen ernstige problemen met hun schildklier veroorzaken, zelfs wanneer ze in kleine hoeveelheden worden gebruikt.
Op Mars is de concentratie perchloraten in de bodem 0,5 procent, wat al erg gevaarlijk is voor de mens. Als astronauten deze reagentia in hun Marswoningen brengen, zal na verloop van tijd noodzakelijkerwijs vervuiling optreden en vervolgens vergiftiging.
Tot op zekere hoogte kan decontaminatietechnologie, die meestal wordt gebruikt in de mijnbouwindustrie, de kans op besmetting helpen verminderen. Het zal echter niet mogelijk zijn om volledig van het probleem af te komen in de omstandigheden van Mars, en daarom zullen astronauten vroeg of laat schildklierproblemen verwachten.
Bovendien wordt vergiftiging met perchloraten van het lichaam geassocieerd met verschillende ziekten van de bloedsomloop. Wetenschappers in deze richting zijn echter nog niet gevorderd en daarom moet de verduidelijking van alle effecten van perchloraten op het menselijk lichaam nog worden geleerd. Daarom zijn op de lange termijn de gevolgen van het zijn op de Rode Planeet erg moeilijk te voorspellen.
Het is waarschijnlijk dat astronauten constant kunstmatige hormonale geneesmiddelen moeten nemen om hun metabolisme te behouden om de effecten van langdurige blootstelling aan perchloraten te bestrijden.
Langdurige opslag van raketbrandstof
Om naar Mars en terug te vliegen, hebben we raketbrandstof nodig. Enorme voorraad brandstof. De meest efficiënte raketbrandstof op dit moment is cryogene brandstof, dat is vloeibare waterstof en zuurstof.
Deze brandstof moet tijdens de opslag constant worden gekoeld. Maar zelfs met een maximale voorbereiding treedt volgens de statistieken elke maand een waterstoflekkage van 3-4% op uit de brandstoftanks. Als de astronauten, terwijl ze al in de vlucht zijn, ontdekken dat er niet genoeg brandstof in hun brandstoftanks zit voor de weg terug naar huis, dan zal er - weet je - een complete catastrofe zijn.
Astronauten zullen het koken van cryogene brandstof gedurende meerdere jaren moeten volgen zolang hun missie op de Rode Planeet plaatsvindt. Extra brandstof zou direct op Mars zelf kunnen worden geproduceerd, maar de opslag en koeling ervan zou de installatie van speciale koelers vereisen, die op hun beurt elektriciteit nodig hebben om te werken. Daarom moeten we, voordat we aan een missie naar Mars beginnen, veel langetermijntests van brandstofopslagtechnologieën uitvoeren om ervoor te zorgen dat we er onder alle omstandigheden genoeg van hebben.
Liefde en ruzies
In het kader van langdurige ruimtevluchten kan niemand afzien van het ontstaan van romantische relaties tussen bemanningsleden. Aan het einde van een moeilijke werkdag hebben veel mensen psychologische en fysieke ontlading nodig, waarvan de uitweg gewoon liefdesrelaties is. En hoewel dit op het eerste gezicht allemaal schattig en romantisch klinkt, kan dit soort relaties in de praktijk in de ruimte een zeer slecht effect hebben op de hele missie.
In 2008 nam een groep mensen deel aan een experiment. Een lang verblijf in een afgesloten ruimte werd gebruikt als simulatie van een vlucht naar Mars. De gebeurtenissen van het experiment liepen uit de hand op het moment dat een van de "astronauten" erg boos was dat zijn vriendin weigerde seks met hem te hebben en in plaats daarvan een derde astronaut koos. Omdat hij in een staat van constante stress en vermoeidheid was, kon de eerste astronaut er op een gegeven moment niet tegen, en dit alles eindigde met de gebroken kaak van de derde astronaut. Als het geen experiment was, maar een echte ruimtemissie, dan zou dergelijk gedrag ernstige twijfels oproepen over het succes ervan.
Helaas probeert NASA niet eens al deze mogelijkheden te overwegen. Volgens een recent rapport van de Amerikaanse National Academy of Sciences heeft NASA de problemen van mogelijke seksuele relaties in het kader van ruimtemissies naar Mars niet onderzocht en ook niet in op de
