Slik vil NASA reise til Mars
Vi har tatt en titt på fremtidsplanene deres.
NASA har nylig lansert en spennende rapport om deres planer for fremtidens utforsking av planeten Mars. Rapporten går ikke i detalj om tekniske problemstillinger, men gir et helhetlig inntrykk av hva de planlegger å gjøre og hvilke utfordringer de har. I NASAs øyne vil utforsking av naboplaneten vår gi svar på fundamentale spørsmål:
- Har det eksistert levende organismer på Mars? Eksisterer det levende organismer på Mars i dag?
- Kan Mars bli et trygt hjem for mennesker en gang i fremtiden?
- Hva kan Mars lære oss om livet andre steder i kosmos, og om hvordan det oppsto her på Jorden?
- Hva kan Mars lære oss om Jordens fortid, nåtid og fremtid?
Det viktigste jeg leser ut av rapporten er at NASA har en urokkelig tro på at å reise til Mars er mulig og oppnåelig innen relativt få år. Dette gjentar de om og om igjen, selv om de er åpne om at de har utfordringer i lange baner, og til og med er avhengige av teknologier som ikke finnes enda.
Et separat Mars-program er utenkelig
Problemet NASA står overfor er at det verken er økonomi eller politisk ønske om noe Mars-kappløp i stil med kappløpet som tok menneskeheten til Månen for snart 50 år siden. Å bringe mennesker til Mars vil være en ekstremt dyr og tidkrevende affære, og det er rett og slett ikke mulig å se for seg at den amerikanske politiske ledelsen vil investere enorme pengesummer i et eget Mars-program som vil måtte gå over opptil flere tiår.
Derfor må NASA multitaske. De må legge opp sine fremtidige prosjekter på en slik måte at de både får umiddelbare resultater, og samtidig bringer NASA et skritt eller to nærmere det ultimate målet, som er å bringe mennesker til Mars. Det er også slik NASA arbeider i dag – mange av eksperimentene ombord på ISS er for eksempel av en slik karakter at de i tillegg til andre mål også er med på å legge fundamentet for en fremtidig ekspedisjon til den røde planeten. Et ferskt eksempel er at astronautene dyrker salat på ISS.
NASA ser for seg at forberedelsene for en reise til Mars vil foregå i tre forskjellige faser:
- Avhengig av Jorden
- «Proving grounds»
- Uavhengig av Jorden
Her følger en gjennomgang av hva de tre fasene er, og hvilke typer oppdrag de inneholder.
Avhengig av Jorden
Denne fasen er vi allerede godt inne i. Fokus her er på forskning og forberedelser som kan finne sted i den lave jordbanen (fra cirka 160 km til cirka 2000 km «over» jordoverflaten). Det er her majoriteten av menneskelig aktivitet i rommet har foregått – Apollo-ferdene til Månen er de eneste unntakene. Det er også her vi har romstasjonen ISS. Mesteparten av NASAs Mars-forberedelser i denne fasen foregår nettopp ombord på ISS. Arbeidet ombord på ISS inkluderer:
- Forskning på helse og oppførsel hos menneskelige romfarere
- Avanserte kommunikasjonssystemer
- Tester av hvor brennbare ulike materialer er
- Operasjoner utenfor romskipet
- Systemer for opprettholdelse av et miljø mennesker kan leve i
- 3D-skriving av reservedeler og så videre, for å redusere mengden last
- Utvinning og bruk av ressurser i rommet
Et konkret eksempel på ISS-forskning som er direkte relatert til en framtidig reise til Mars, er at astronauten Scott Kelly og kosmonauten Mikhail Kornienko nå tilbringer ett år på ISS, for å blant annet finne ut hvordan menneskekroppen tilpasser seg lang tid i vektløs tilstand. Dette er kunnskap som er helt nødvendig å ha om vi skal sende mennesker den lange veien til Mars i fremtiden.
I tillegg til forskning ombord på ISS, er stasjonen svært viktig i forbindelse med å kommersialisere den lave jordbanen. Ved å bygge opp under privat næringsvirksomhet vil NASA kunne kutte egne kostnader, og bygge opp under vekst i den amerikanske industrien. Private aktører som Boeing og SpaceX er helt nødvendige samarbeidspartnere for NASA i årene som kommer. NASA forklarer at disse vil frigjøre ressurser for mer komplekse og ambisiøse oppdrag i løpet av de neste ti årene, og at de jobber bevisst med å skape nye, kommersielle muligheter i den lave jordbanen.
«Proving Grounds»
Denne fasen vil foregå i det NASA-rapporten refererer til som «cislunar space» – kort sagt, området mellom Jorden og Månen. Dette området er i det vi kaller det ytre rom, med de utfordringene dette innebærer. Samtidig er det nærme nok til at det bare tar få dager å reise dit. For at vi skal kunne sende mennesker på romreiser som krever flere år, må vi først demonstrere at vi mestrer den nære delen av verdensrommet. Her planlegger NASA blant annet følgende aktiviteter:
- En serie utforskningsoppdrag («Exploration Missions», eller EM), som starter med EM-1 i 2018, som skal teste SLS og Orion (mer om dette under)
- Asteroid Redirect Robotic Mission i 2020, som skal hente en stor stein fra en asteroide nær Jorden og plassere den mellom Jorden og Månen
- Asteroid Redirect Crew Mission, hvor astronauter sendes til denne steinen for å undersøke den og ta prøver
- Opprettelse av bofasiliteter for å teste systemer for langvarig bruk
- Operasjoner som foregår uavhengig av hjelp fra Jorden, inkludert sammenkobling av romskip i rommet
- Konsepter for å minimalisere behovet for forsyninger ved å redusere, gjenbruke og resirkulere mat og drikke, innpakning og materialer
I første punkt ble to essensielle brikker i puslespillet nevnt, nemlig SLS og Orion. SLS står for Space Launch System, og er et nytt rakettsystem. Dagens NASA-raketter er rett og slett ikke kraftige nok til å kunne brukes for å sende tunge, bemannede romskip, ressurser og komponenter ut i det ytre rom. Men SLS er det kraftigste utskytningssystemet siden Saturn-rakettene som tok menneskeheten til Månen, og har den nødvendige kapasiteten. Den første SLS-konfigurasjonen, Block 1, ble i oktober godkjent for produksjon. Block 1 har en skyvekraft på 4000 tonn.
Den andre puslespillbrikken er Orion, et nytt romskip designet for å ta opp til fire mennesker ut i det ytre rom, forbli der i en kortere periode, og så ta dem tilbake til Jorden igjen. Dette romskipet vil brukes for alle tester i «proving grounds», og i et langtidsperspektiv er det også Orion-romskipet NASA tenker at skal frakte astronauter mellom Jorden og romskipet som skal ta dem til Mars (dette vil etter alt å dømme måtte settes sammen i rommet, slik som ISS). Den første testen av Orion og SLS i kombinasjon, EM-1, vil ikke være bemannet. NASA planlegger cirka ett EM-oppdrag i året, fra og med 2018.
Uavhengig av Jorden
Dette er den siste fasen av planen, som involverer de faktiske reisene til Mars. Her ser NASA for seg at man starter med å reise til området rundt Mars, inkludert planetens måner, før man i senere oppdrag lander på selve overflaten. Disse aktivitetene vil bygge på det NASA har lært på ISS og i «proving grounds», og NASA ser for seg at disse blir globale samarbeidsprosjekter som involverer flere partnere. Målet deres ikke bare er å «besøke» Mars, men å etablere et menneskelig nærvær der for fremtiden. NASA trekker frem tre viktige aspekter av ekspedisjonene til Mars:
- Å leve og jobbe på reisen og på planetens overflate, i fasiliteter som muliggjør overlevelse i flere år, med kun rutinemessig vedlikehold
- Å sanke inn og utnytte ressurser på Mars for å skape drivstoff, vann, oksygen og byggematerialer
- Å utnytte avanserte kommunikasjonssystemer for å formidle data og resultater fra forskning og utforskning med en 20 minutters forsinkelse (altså så lang tid som det tar for signalene å nå Jorden)
Det er åpenbart et langt tidsperspektiv her – NASA understreker at bemannede oppdrag til området rundt Mars (slik som planetens måner) først vil være aktuelle i 2030-årene. Å faktisk lande på planeten vil de først vurdere når de har kontroll på det å komme trygt frem og tilbake. Slik foregikk også Apollo-programmet – Månelandingen kunne ikke ha funnet sted uten tidligere bemannede ekspedisjoner, som Apollo 8. Der reiste tre astronauter (Frank Borman, James Lovell og William Anders) for første gang ut av lav jordbane, og tok en runde rundt Månen, før de vendte tilbake til Jorden. Da det var demonstrert som mulig, kunne man vurdere en landing.
NASA understreker også at menneskeheten allerede er på Mars, med robot-utsendinger som gjør viktig arbeid for fremtidige menneskelige reiser til planeten. Det er også planlagt flere fremtidige robot-oppdrag til planeten. Et eksempel på dette er Mars 2020-roveren, som blant annet vil demonstrere produksjon av oksygen fra karbondioksid i Mars-atmosfæren. NASA vil i det neste tiåret bruke roboter for å utforske potensielle landingssteder for mennesker, forhåndsplassere infrastruktur og lære hvordan bemannede farkoster kan lande på planeten.
Utfordringer
NASA erkjenner at de har mange utfordringer, og de er også klare på at en reise til Mars er en risikofylt affære. Å bo og jobbe i rommet betyr at man må akseptere risiko, men for NASA er reisen verd denne risikoen. NASA fordeler utfordringene i tre kategorier:
- Transport – å sende mennesker og last gjennom rommet effektivt, trygt og pålitelig
- Jobbe i rommet – å tilrettelegge for at mannskap og robotsystemer skal kunne utføre produktive operasjoner
- Helse – å utvikle trygge, sunne og bærekraftige bomiljøer
Selv med all verdens effektivisering, vil en ekspedisjon til Mars involvere at enorme mengder masse må fraktes til planeten. En ekspedisjon involverer flere etapper, der NASA vil plassere ut ressurser og forsyninger på Mars slik at dette kan brukes når menneskene ankommer – akkurat som i storfilmen The Martian, som går på kino i disse dager. NASA anslår at de vil trenge flere leveringer som hver vil inneholde mellom 20 og 30 tonn med utstyr og annet. Dette kommer utenom til alt det som trengs for å frakte mennesker til og fra Mars. For å få dette til er de helt avhengige av private aktører for å frakte alt som trengs ut i rommet.
Frakten involverer også tekniske problemer i massevis – alt utstyret skal ikke bare frem, men det skal også lande trygt på planeten. Da Curiosity-roveren landet med det revolusjonerende «skycrane»-konseptet, var det snakk om i underkant av ett tonn med masse. Med opp til 30 ganger den vekten, og høye krav til presisjon ettersom alt må landes i samme område, blir det mye vanskeligere.
I motsetning til galningene i Mars One, er NASA selvsagt klare på at astronautene skal tilbake igjen også. Med andre ord trenger de et fartøy som kan ta dem fra planetoverflaten og ut i rommet – en MAV, eller Mars Ascent Vehicle. Ifølge dagens MAV-design vil dette veie minst 20 tonn, og for å få vekten så lav er man avhengig av å kunne utvinne det nødvendige drivstoffet fra Mars-atmosfæren. MAV-fartøyet er kanskje det mest kritiske med hele oppdraget, så her kan absolutt ingenting gå galt. NASA sier det ikke selv, men et defekt MAV-fartøy og en gjeng astronauter som ender sine liv fanget på Mars, vil være en katastrofe.
Helsemessige utfordringer
NASA påpeker at individuelle prosjekter kan vare over flere tiår, og at bemannede oppdrag kan vare over 1100 dager, altså cirka tre år. Ikke bare må astronautene ha det som trenger for å overleve, de må også unngå helsemessige problemer som følge av romreisen og oppholdet på Mars. 1100 dager i mikrotyngdekraft involverer risiko for muskelsvinn, tap av beinmasse, svakere syn, problemer med nerver og blodomløp, og så videre. NASA må utvikle nye treningsteknikker, diagnostiseringsverktøy og behandlingsteknikker for å motvirke disse effektene. Astronautene risikerer selvsagt også helt normale sykdommer og skader, som krever akutt og/eller langvarig behandling. Her er forsøk ombord på ISS sentrale.
Den andre store helsemessige utfordringen kommer fra stråling i verdensrommet. ISS ligger innenfor Jordens magnetfelt, og beskyttes derfor i stor grad fra kosmisk stråling. Et romskip på vei til Mars vil konstant bombarderes av høyenergipartikler fra Solen og resten av galaksen vår. Dette kan blant annet føre til redusert immunforsvar og økt kreftfare, og effektene av strålingen kan til syvende og sist være dødelige. NASAs Human Research Program utvikler teknologier for å beskytte, begrense og behandle effektene av stråling, men de går ikke i detalj om disse. De har noen år på seg, men før mennesket kan reise ut i rommet må disse utfordringene være løst.
NASA er også avhengige av å utvikle nye, fleksible og komfortable romdrakter slik at astronautene kan arbeide effektivt både i rommet og på Mars. I den forbindelse nevner de at det må forskes mer på de potensielle helsemessige effektene av overflatestøvet på Mars, og hvordan dette trygt kan fjernes.
Nye teknologier
Ikke bare er Mars-turen risikofylt, den er også avhengig av nye teknologier. I rapporten snakker NASA for eksempel mye om en ny type soldrevet, elektrisk motor. Dette vil redusere mengden drivstoff som behøves, og vil i NASAs øyne være helt nødvendig for å effektivt kunne gjennomføre en ekspedisjon til Mars.
Konseptet kalles Solar Electric Propulsion (SEP). NASAs planlagte SEP-konsept bruker xenon som drivstoff, og genererer 40 KW/t. Et skip utstyrt med en slik motor vil aksellerere svært langsomt, men vil kunne fortsette å aksellerere i måneder og år, i stedet for minutter. I tillegg kan motoren brukes flere ganger, ettersom man bare trenger å fylle på mer xenon. NASA ønsker i lengden å bruke SEP-teknologi både på Orion-romskipet og SLS. For å redusere reisetid og sikre økt manøvrerbarhet, ønsker NASA å bruke tradisjonelle rakettmotorer i kombinasjon med SEP.
NASA er som nevnt også avhengige av å kunne utnytte seg av ressursene som finnes i verdensrommet og på Mars. De gode nyhetene er at vi har funnet vann så godt som overalt i rommet, og at Mars-atmosfæren har rikelig med karbondioksid. De dårlige nyhetene er at med mindre man har veldig god tid, krever det mye energi for å skape drivstoff (i form av flytende oksygen) fra karbondioksid. NASA er med andre ord avhengige av ekstra energikilder for at det skal fungere.
Konklusjoner
NASA mener at de allerede er på god vei til å nå Mars, og sier at de i de neste tiårene vil ta de første skrittene mot å etablere bærekraftig menneskelig tilstedeværelse utenfor Jorden. Det betyr altså at permanente kolonier på andre kloder ikke er fjern science fiction, men noe som allerede planlegges. Men prosessen involverer mange utfordringer, og må gjøres steg for steg. Av økonomiske hensyn må kommersielle og internasjonale aktører involveres, og NASA må sikre at alt de foretar seg i retning mennesker på Mars også har andre bruksområder og gevinster. Men den nødvendige teknologien er i ferd med å falle på plass, med nye romskip og rakettsystemer, nye måter å utvinne ressurser i rommet på og viktig forskning på ISS.
De første bemannede ekspedisjonene til Mars kan finne sted allerede på 2030-tallet, selv om det da ikke er snakk om å lande der. Men veien dit blir preget av mange spennende ekspedisjoner, så det er bare å glede seg.
