Hvordan Artemis-månemissionen kunne hjælpe med at få os til Mars

En illustration af det kommende Space Launch System, raketten, der er beregnet til at blive brugt gennem hele Artemis-programmet. NASA/MSFC

Hvis Gud ønskede, at mennesket skulle blive en rumfarende art, ville han have givet mennesket en måne. Den berømte raketforsker Krafft Ehricke udtalte disse ord i 1984. Han ønskede at fremhæve, hvordan vi kunne bruge månen som et springbræt til at udvide den menneskelige civilisation ind i resten af ​​solsystemet. Dette var mere end et årti efter den sidste Apollo-mission til månen, og Ehricke så NASA og resten af ​​det amerikanske rumprogram trække sig tilbage fra håbet om at udforske fjernere verdener som Mars og i stedet fokusere på Jordens kredsløb.

Amerika søger endelig en tilbagevenden til månen med Artemis, en ambitiøs ( og urealistisk ) mål om at sende astronauter inden 2024. Men for Det Hvide Hus og NASA handler missionen om mere end blot at få mennesker tilbage på månens overflade. Månen er også en perfekt base, hvorfra man kan etablere et opfølgningsprogram for at rejse til Mars. For begge destinationer er målet ikke blot at plante et flag og vende tilbage til Jorden - det er at opretholde en permanent tilstedeværelse for folk at bo og arbejde.

Vi tager tilbage til månen for videnskabelig opdagelse, økonomiske fordele og inspiration til en ny generation af opdagelsesrejsende, sagde NASA-administrator Jim Bridenstine den 21. september, da agenturet offentliggjorde sine seneste planer for Artemis-programmet. Efterhånden som vi opbygger en bæredygtig tilstedeværelse, opbygger vi også momentum mod de første menneskelige skridt på den røde planet.

Men agenturet forklarede aldrig klart, hvordan dette skulle ske. De vigtigste projekter, der formodes at aktivere Artemis - den næste generation af Space Launch System-raketten og Orion-besætningskapslen - er endnu ikke færdige. De fleste eksperter er enige programmet er underfinansieret . Chefen for menneskelig udforskning hos NASA er blevet udskiftet tre gange på blot det sidste år. Agenturet har ikke engang valgt en månelander . Så selvom vi kommer til månen i 2024 (på ingen måde givet), hvordan sikrer vi, at en Mars-bosættelse kommer næste gang?

Det største problem, vi har lige nu, er, at vi ikke ved, hvordan vi lever og arbejder produktivt uden for planeten Jorden, siger Clive Neal, geolog ved University of Notre Dame og ekspert i måneudforskning. Vi har ingen anelse. Vi har aldrig ordentligt testet de teknologier, vi skal bruge for at leve og arbejde i rummet i måneder eller år i træk, i barske miljøer med meget koldere temperaturer, meget større mængder af stråling, lavere tyngdekraft og mangel på ilt og vand.

Men vi har vores eget laboratorium i vores baghave, hvor vi kan prøve disse ting, siger Neal. Han og mange kolleger forfattede for nylig en ny rapport udgivet af Explore Mars, en fortalergruppe, der fremmer bæredygtig rumudforskning. Rapporten identificerer snesevis af aktiviteter og teknologier, der er kritiske for Mars-udforskning, som kan udvikles og testes gennem Artemis og igangværende måneudforskning.

Nogle ting, der er væsentlige for Mars, vil blive bevist på månen næsten umiddelbart efter opsendelsen af ​​Artemis III (den planlagte 2024 bemandede mission til månens overflade). Livsstøtte er øverst på listen. Mennesker har aldrig før bygget langsigtede levesteder på en anden verden. Selvom vi vil anvende meget af det, vi har lært fra langvarige missioner på den internationale rumstation, er vi stadig nødt til at sikre, at en månebase og en Mars-base kan levere væsentlige behov som mad, vand og husly .

Opbygning og test af disse systemer kræver erfaring. Jeg tror, ​​det vigtigste vil være at få flere mennesker fordybet i månemiljøet, siger Joe Cassady, den administrerende direktør for rumoperationer hos Aerojet Rocketdyne og en af ​​hovedredaktørerne af Explore Mars-rapporten. Fra begyndelsen har vi brug for en samling af erfaringer og data fra en lang række forskellige astronauter på tværs af missioner, der varer uger eller måneder. Disse erfaringer vil informere, hvordan ingeniører bygger levesteder, rumdragter og overfladetransportsystemer, der er egnede til mennesker.

For at sikre, at disse levesteder kan holde over tid, er du nødt til at bygge noget bæredygtigt. Lanceringsvinduer for Mars-missioner (når planeten er tættest på Jorden) kommer kun hver 26. måned, så enhver rundrejse-Mars-mission ville har at indebære noget tid at vente på, at dette vindue åbner igen. Hvis rejsen tager f.eks. ni måneder, skal du bruge den minimum tre til fire måneder på Mars før det ville være muligt at begynde at tage hjem. Du kan enten medbringe nok proviant til at holde alle disse måneder, eller du kan se på ressourcer uden for verden. Og den første mulighed er stort set en ikke-starter. Man skal bruge lokale ressourcer, siger Neal. At prøve at tage alt med dig for at holde Mars-astronauter i sikkerhed og godt vil simpelthen ikke fungere.

Vandis vil være en vital ressource. Det kunne levere vand og ilt til at opretholde livsunderstøttende systemer, og det kunne også opdeles i brint og ilt, der skal bruges som raketbrændstof. Det kunne være bruges som afskærmning mod rumstråling og mikrometeoritbombardement for ethvert shelter, der er bygget på månen.

Vi ved, at der er masser af vandis på Mars. Og vi er ret sikre på, at der også er meget vandis på månen, hvilket gør det til et perfekt miljø til at teste de teknologier, vi har brug for for at prospektere disse reserver, mine dem, rense dem og omdanne dem til noget, der kan hjælpe med at bevare et forlig i gang.

Disse teknologier ville være meget ens for begge verdener. Månen er et mere ekstremt miljø, hvilket betyder, at hvis den virker på månen, vil den fungere på Mars, siger Neal. Han håber, at ingeniører vil designe verdensagnostisk udstyr.

Tilstedeværelsen af ​​vandis styrker også noget argumentet for at køre et rumfartøjs fremdriftssystem baseret på brint frem for metan (noget SpaceX forfølger med sine Raptor-motorer). Rapporten fastslår, at mens brint kan produceres lokalt på begge verdener, kan metan kun produceres fra lokale ressourcer på Mars, hvor en atmosfære tung i kuldioxid giver en klar kilde til kulstof. Enhver metanproduktion på månen ville kræve import af en kulstofkilde, hedder det i rapporten.

Rapporten anbefaler også at bruge strømsystemer, der ikke er helt afhængige af solen. På Mars, med dens større afstand og støvede atmosfære, ville solenergi-arrays have større problemer med at omdanne sollys til energi.

Atomkraft synes at være den mest oplagte tilgang. Det ville ikke kræve for meget strøm at holde et husly på månen i gang, men det ville kræve enorme mængder energi at drive den slags minedrift, der kræves for at høste og behandle vandis. Mineindustriens eksperter har fortalt Neal, at de sandsynligvis vil se på systemer, der kan levere strøm i megawatt-områder. Det var et wake-up call, siger han. Folk i den planetariske verden havde ikke haft disse forbindelser med mineindustrien. Solenergi, i dette tilfælde, ville være mere en backup-strømkilde på begge verdener, snarere end en primær. Og der er få sikrere miljøer til at afprøve nye atomsystemer end månen - et ubefolket, øde miljø.

Månen er også bare et bedre sted at simulere en Mars-mission, især når det kommer til Gateway, den planlagte rumstation designet til månens kredsløb. Det vil i det væsentlige tjene som et mellemrum for alle NASA-missioner til månens overflade (både bemandet og robotter), såvel som for dybe rummissioner til Mars senere. De første to elementer i Gateway (kraft- og fremdriftsmodulet og beboelsesmodulet) er planlagt til at blive lanceret i 2023.

I deres rapport foreslog Cassady, hans kolleger, at en tilgang kunne være at få en besætning til at blive påmåne Gateway rumstationi 60 til 90 dage, udføre en simuleret Mars-mission på månens overflade i 30-nogle dage, og fuldfør derefter endnu et ophold på Gateway i 90 dage, før du kommer hjem. Det ville være en komprimeret version af en Mars-mission. Det ville simulere de skiftende mikrotyngdekraftsforhold, man står over for på sådan en rejse, og give astronauter en smagsprøve på, hvordan en Mars-mission faktisk kan føles. NASA er nyt Artemis omrids går så langt som til at sige, at Gateway-to-surface-operativsystemet også er analogt med, hvordan en menneskelig Mars-mission kan fungere - med besætningens evne til at forblive i kredsløb og udsendes til overfladen.

Endelig vil en Mars-bosættelse ikke fungere godt, medmindre vi udvikler autonome systemer, der ikke har brug for nøje tilsyn. Jordbesætninger på Jorden kan stadig kontrollere ting på månen i næsten realtid, men forsinkelsen i kommunikationen fra Jorden til Mars kan være op til 22,4 minutter. Hvis en katastrofe [på Mars] rammer som det, der skete med Apollo 13, har du ikke et team af ingeniører på jorden til at diagnosticere og løse problemet i realtid, siger Casey Dreier, en rumpolitisk ekspert hos Planetary Society. Månen er det eneste gode miljø, vi har til virkelig at teste og forbedre automatiserede systemer, der pålideligt kan fungere uden den type menneskelig kontrol.

Der er en bekymring, at det amerikanske rumprogram kan stå over for et skarpt omdrejningspunkt i prioriteringerne efter valget i november, som det er sket i de forløbne år. Men indtil videre ser det demokratiske parti ud til at være med. Ordlyden i dens 2020-platformen lyder: Vi støtter NASA's arbejde med at vende tilbage til månen og gå videre til Mars og tage det næste skridt i at udforske vores solsystem. Dreier påpeger, at udviklingen af ​​Space Launch System og Orion er næsten afsluttet. Og der er også en masse international buy-in til Gateway, hvor Europa, Japan, Canada og muligvis Rusland alle er klar til at spille en rolle i dens udvikling. At vende kursen nu ville være ekstremt vanskelig, selvom det var ønskeligt.

Ingen af ​​disse planer er dog hugget i sten. NASA's nye Artemis-oversigt beskriver bedre end nogensinde, hvordan agenturet har til hensigt at returnere mennesker til månen i 2024, men er bemærkelsesværdigt let på detaljer, hvordan det planlægger at opfylde teknologiske benchmarks for en bæredygtig månebase, der vil hjælpe os med at komme til Mars.

Selv på et tidspunkt, hvor Ehrickes ord er tættere end nogensinde på at blive realiseret, vil det kræve en masse beslutsomhed at springe fra månen til den røde planet.

Rettelse 25.9.20: Den originale historie beskrev unøjagtigt Clive Neal som ingeniør. Neal er geolog.

skjule