Mars Direct

Mars Direct to propozycja załogowej misji na Marsa , która ma być zarówno opłacalna, jak i możliwa do zrealizowania przy obecnej technologii. Pierwotnie został szczegółowo opisany w artykule badawczym autorstwa inżynierów Martina Marietty , Roberta Zubrina i Davida Bakera w 1990 roku, a później został rozwinięty w książce Zubrina z 1996 roku The Case for Mars . Obecnie służy jako podstawa przemówień Zubrina i ogólnego rzecznictwa jako szefa Mars Society , organizacji zajmującej się kolonizacją Marsa .

Artystyczna wizja jednostki Habitat i pojazdu powrotnego Ziemi na Marsie.

Historia

Inicjatywa eksploracji kosmosu

20 lipca 1989 roku prezydent USA George HW Bush ogłosił plany tak zwanej Inicjatywy Eksploracji Kosmosu (SEI). W przemówieniu na schodach Narodowego Muzeum Lotnictwa i Kosmosu opisał dalekosiężne plany, których kulminacją byłaby misja człowieka na powierzchnię Marsa.

Do grudnia 1990 roku badanie mające na celu oszacowanie kosztów projektu wykazało, że długoterminowe wydatki wyniosłyby łącznie około 450 miliardów dolarów rozłożonych na 20 do 30 lat. „Badanie 90-dniowe”, jak zostało nazwane, wywołało wrogą reakcję Kongresu na SEI, biorąc pod uwagę, że wymagałoby to największych pojedynczych wydatków rządowych od czasów II wojny światowej . W ciągu roku wszystkie wnioski o finansowanie SEI zostały odrzucone.

Dan Goldin został administratorem NASA 1 kwietnia 1992 r., Oficjalnie porzucając plany krótkoterminowej eksploracji ludzi poza orbitę Ziemi, przechodząc na strategię „szybszej, lepszej, tańszej” eksploracji robotów.

Rozwój

Pracując w firmie Martin Marietta projektując architekturę misji międzyplanetarnych, Robert Zubrin dostrzegł fundamentalną wadę programu SEI. Zubrin zrozumiał, że gdyby NASA polegał na pełnym wykorzystaniu jak największej liczby technologii w celu wsparcia wysłania misji na Marsa, stałby się on politycznie nie do utrzymania. W jego własnych słowach:

Dokładne przeciwieństwo właściwego sposobu wykonywania inżynierii.

Alternatywa Zubrina dla tej strategii misji „Battlestar Galactica” (nazwanej tak przez przeciwników dużych statków kosmicznych o napędzie atomowym, które rzekomo przypominały statek kosmiczny science-fiction o tej samej nazwie ) obejmowała dłuższy pobyt na powierzchni, szybszą ścieżkę lotu w formie misji klas koniunkcji, wykorzystania zasobów in situ i statków wystrzeliwanych bezpośrednio z powierzchni Ziemi na Marsa, w przeciwieństwie do montażu na orbicie lub w suchym doku kosmicznym . Po uzyskaniu zgody kierownictwa Marietty, 12-osobowy zespół w firmie zaczął dopracowywać szczegóły misji. Chociaż skupili się głównie na bardziej tradycyjnych architekturach misji, Zubrin zaczął współpracować z kolegą Davidem Bakerem nad niezwykle prostą, okrojoną i solidną strategią. Ich cel polegający na „wykorzystywaniu lokalnych zasobów, podróżowaniu z lekkim bagażem i utrzymywaniu się z ziemi” stał się znakiem rozpoznawczym Mars Direct.

Scenariusz misji

Pierwsze uruchomienie

Pierwszy lot rakiety Ares (nie mylić z rakietą o podobnej nazwie z nieistniejącego już programu Constellation ) zabrałby bezzałogowy pojazd powrotny na Marsa po 6-miesięcznej fazie rejsu, z zapasem wodoru, fabryką chemiczną i mały reaktor jądrowy . Tam seria reakcji chemicznych ( reakcja Sabatiera połączona z elektrolizą ) zostałaby wykorzystana do połączenia niewielkiej ilości wodoru (8 ton) przewożonego przez pojazd powrotny Ziemi z dwutlenkiem węgla marsjańskiej atmosfery, tworząc do 112 ton metanu i tlenu. Ta stosunkowo prosta procedura inżynierii chemicznej była regularnie stosowana w XIX i XX wieku i gwarantowała, że ​​tylko 7% powracającego paliwa będzie musiało zostać przeniesione na powierzchnię Marsa.

96 ton metanu i tlenu byłoby potrzebnych do wysłania pojazdu powrotnego na Ziemię na trajektorię z powrotem do domu po zakończeniu pobytu na powierzchni; reszta byłaby dostępna dla łazików marsjańskich. Oczekuje się, że proces generowania paliwa potrwa około dziesięciu miesięcy.

Drugie uruchomienie

Około 26 miesięcy po wystrzeleniu pojazdu powrotnego na Ziemię z Ziemi, drugi pojazd, Mars Habitat Unit , zostałby wystrzelony na 6-miesięczną niskoenergetyczną trajektorię transferową na Marsa i zabrałby załogę złożoną z czterech astronautów (tzw. minimalna wymagana liczba, aby zespół mógł zostać podzielony na dwie części bez pozostawiania nikogo samego). Jednostka Habitat nie zostanie uruchomiona, dopóki zautomatyzowana fabryka na pokładzie ERV nie zasygnalizuje udanej produkcji chemikaliów potrzebnych do działania na planecie i powrotu na Ziemię. Podczas podróży sztuczna grawitacja zostanie wygenerowany przez przywiązanie Jednostki Siedliskowej do zużytego górnego stopnia wzmacniacza i ustawienie ich obracających się wokół wspólnej osi. Ta rotacja stworzyłaby komfortowe środowisko pracy dla astronautów o masie 1 g , uwalniając ich od wyniszczających skutków długotrwałego narażenia na stan nieważkości .

Lądowanie i operacje na powierzchni

Po dotarciu na Marsa górny stopień zostałby wyrzucony, a Jednostka Habitatowa wyhamowałaby na orbicie Marsa przed miękkim lądowaniem w pobliżu pojazdu powrotnego na Ziemię . Precyzyjne lądowanie byłoby wspomagane przez radiolatarnię uruchomioną przez pierwszy lądownik. Na Marsie załoga miała spędzić 18 miesięcy na powierzchni, przeprowadzając szereg badań naukowych, wspomaganych przez mały pojazd łazik przewożony na pokładzie jednostki Mars Habitat i zasilany metanem wytwarzanym przez pojazd powrotny na Ziemię.

Misje powrotne i kontynuacyjne

Aby powrócić, załoga skorzystałaby z Earth Return Vehicle , pozostawiając Mars Habitat Unit do ewentualnego wykorzystania przez kolejnych odkrywców. Podczas podróży powrotnej na Ziemię stopień napędowy pojazdu powrotnego Ziemi zostałby wykorzystany jako przeciwwaga do generowania sztucznej grawitacji na czas podróży powrotnej.

Misje uzupełniające byłyby wysyłane na Marsa w odstępach 2-letnich, aby zapewnić, że nadmiarowy ERV będzie przez cały czas na powierzchni, czekając na użycie przez następną misję załogową lub obecną załogę w sytuacji awaryjnej. W takim scenariuszu awaryjnym załoga pokonywałaby setki kilometrów do drugiego ERV swoim pojazdem dalekiego zasięgu.

składniki

Propozycja Mars Direct obejmuje komponent dla pojazdu startowego „Ares”, pojazdu powrotnego na Ziemię (ERV) i jednostki Mars Habitat Unit (MHU).

Uruchom pojazd

Plan obejmuje kilka startów z wykorzystaniem dopalaczy o dużej ładowności o podobnych rozmiarach do Saturna V używanego w misjach Apollo , które potencjalnie mogłyby pochodzić z komponentów promu kosmicznego . Proponowana rakieta nosi nazwę „Ares”, która wykorzystywałaby prom kosmiczny Advanced Solid Rocket Boosters , zmodyfikowany zewnętrzny zbiornik wahadłowca oraz nowy trzeci stopień Lox / LH2 do trans-Marsjańskiego wstrzykiwania ładunku. Ares umieściłby 121 ton na orbicie kołowej o długości 300 km i podniósłby 47 ton w kierunku Marsa.

Pojazd Powrotu Ziemi

Pojazd Powrotu Ziemi jest pojazdem dwustopniowym. Górny stopień obejmuje pomieszczenia mieszkalne dla załogi podczas ich sześciomiesięcznej podróży powrotnej na Ziemię z Marsa. Dolny stopień zawiera silniki rakietowe pojazdu i mały zakład produkcji chemicznej.

Jednostka Mars Habitat

Mars Habitat Unit to 2- lub 3-pokładowy pojazd zapewniający wszechstronne środowisko życia i pracy dla załogi Marsa. Oprócz indywidualnych kwater sypialnych, które zapewniają każdemu członkowi załogi pewien stopień prywatności i miejsce na rzeczy osobiste, Mars Habitat Unit obejmuje wspólną część mieszkalną, małą kuchnię, miejsce do ćwiczeń i zaplecze higieniczne z zamkniętym obiegiem oczyszczania wody . Dolny pokład Mars Habitat Unit zapewnia podstawową przestrzeń roboczą dla załogi: małe obszary laboratoryjne do prowadzenia badań geologicznych i nauk przyrodniczych; miejsce do przechowywania próbek, śluzy umożliwiające dotarcie na powierzchnię Marsa oraz miejsce przebrania, w którym członkowie załogi przygotowują się do operacji na powierzchni. Ochrona przed szkodliwym promieniowaniem podczas przebywania w kosmosie i na powierzchni Marsa (np rozbłyski słoneczne ) byłyby zapewniane przez dedykowane „schrony burzowe” w rdzeniu pojazdu.

Jednostka Mars Habitat Unit obejmowałaby również mały łazik ciśnieniowy, który jest przechowywany na dolnym pokładzie i montowany na powierzchni Marsa. Napędzany silnikiem metanowym, ma rozszerzyć zasięg, w którym astronauci mogą badać powierzchnię Marsa do 320 km.

Odkąd został po raz pierwszy zaproponowany jako część Mars Direct, Mars Habitat Unit został przyjęty przez NASA jako część ich Mars Design Reference Mission, która wykorzystuje dwie jednostki Mars Habitat Units – z których jedna leci na Marsa bez załogi, zapewniając dedykowane laboratorium obiekt na Marsie wraz z możliwością przewożenia większego pojazdu łazika. Druga jednostka Mars Habitat Unit leci na Marsa z załogą, a jej wnętrze jest całkowicie przeznaczone na przestrzeń mieszkalną i magazynową.

Aby udowodnić rentowność Mars Habitat Unit, Mars Society wdrożyło program Mars Analogue Research Station Program (MARS), w ramach którego ustanowiono szereg prototypowych Mars Habitat Units na całym świecie.

Przyjęcie

Baker przedstawił Mars Direct w Marshall Spaceflight Center w kwietniu 1990 roku, gdzie odbiór był bardzo pozytywny. Inżynierowie latali po całym kraju, aby zaprezentować swój plan, co wzbudziło duże zainteresowanie. Kiedy ich trasa zakończyła się demonstracją w National Space Society, otrzymali owację na stojąco. Plan szybko zyskał zainteresowanie mediów wkrótce potem.

Opór wobec tego planu pojawił się w zespołach NASA pracujących nad Stacją Kosmiczną i zaawansowanymi koncepcjami napędu [ potrzebne źródło ] . Administracja NASA odrzuciła Mars Direct. Zubrin pozostał wierny strategii i po rozstaniu z Davidem Bakerem próbował przekonać nową administrację NASA o zaletach Mars Direct w 1992 roku.

Po przyznaniu niewielkiego funduszu badawczego w firmie Martin Marietta, Zubrin i jego współpracownicy z powodzeniem zademonstrowali generator paliwa napędowego in-situ, który osiągnął sprawność 94%. Żaden inżynier chemik nie brał udziału w opracowywaniu sprzętu demonstracyjnego. Po pokazaniu pozytywnych wyników Centrum Kosmicznemu Johnsona , administracja NASA nadal miała kilka zastrzeżeń do planu.

W listopadzie 2003 roku Zubrin został zaproszony do wygłoszenia przemówienia przed komisją Senatu Stanów Zjednoczonych w sprawie przyszłości eksploracji kosmosu. Dwa miesiące później administracja Busha ogłosiła utworzenie programu Constellation , inicjatywy załogowych lotów kosmicznych, której celem jest wysłanie ludzi na Księżyc do 2020 roku. Chociaż misja na Marsa nie była szczegółowo opisana, plan dotarcia na Marsa oparty na wykorzystaniu statku kosmicznego Orion został wstępnie opracowany do wdrożenia w latach 30. XXI wieku. W 2009 roku administracja Obamy rozpoczęła przegląd programu Constellation, a po obawach budżetowych program został odwołany w 2010 roku.

Istnieje wiele problemów psychologicznych i socjologicznych , które mogą mieć wpływ na długotrwałe ekspedycyjne misje kosmiczne. Niektórzy spodziewają się, że wczesne misje lotów kosmicznych na Marsa będą miały do ​​pokonania poważne problemy psychospołeczne, a także dostarczą znacznych danych do udoskonalenia projektu misji, planowania misji i doboru załogi do przyszłych misji.

Rewizje

Od samego początku Mars Direct był poddawany regularnym przeglądom i rozwijany przez samego Zubrina, Mars Society , NASA , Uniwersytet Stanforda i innych.

Mars pół-bezpośredni

Wizja artystyczna Mars Semi-Direct/DRA 1.0: załogowa jednostka siedliskowa jest „zadokowana” obok wstępnie ustawionego siedliska, które zostało wysłane przed pojazdem powrotnym Ziemi.

Zubrin i Weaver opracowali zmodyfikowaną wersję Mars Direct, zwaną Mars Semi-Direct, w odpowiedzi na pewną krytykę. Ta misja składa się z trzech statków kosmicznych i obejmuje „Mars Ascent Vehicle” (MAV). ERV pozostaje na orbicie Marsa podczas podróży powrotnej, podczas gdy bezzałogowy MAV ląduje i produkuje paliwo do wznoszenia się z powrotem na orbitę Marsa. Architektura Mars Semi-Direct została wykorzystana jako podstawa wielu badań, w tym NASA Design Reference Missions.

Przewidywano, że Mars Semi-Direct, poddany tej samej analizie kosztów, co raport 90-dniowy , będzie kosztował 55 miliardów dolarów w ciągu 10 lat, co może zmieścić się w istniejącym budżecie NASA.

Mars Semi-Direct stał się podstawą Design Reference Mission 1.0 NASA, zastępując Space Exploration Initiative .

Misja referencyjna projektu

Model NASA, określany jako Design Reference Mission , w wersji 5.0 z 1 września 2012 r., Wymaga znacznej modernizacji sprzętu (co najmniej trzy starty na misję zamiast dwóch) i wysyła ERV na Marsa z pełnym paliwem , umieszczając go na orbicie nad planetą w celu późniejszego spotkania z MAV.

Mars Direct i SpaceX

Wraz z potencjalnie nieuchronnym pojawieniem się tanich, ciężkich ładunków , Zubrin zaproponował radykalnie tańszą misję załogową na Marsa przy użyciu sprzętu opracowanego przez firmę SpaceX zajmującą się transportem kosmicznym . W tym prostszym planie dwuosobowa załoga zostałaby wysłana na Marsa przez pojedynczy start Falcon Heavy , statek kosmiczny Dragon działając jako ich siedlisko podczas rejsów międzyplanetarnych. Dodatkowa przestrzeń życiowa na czas podróży byłaby możliwa dzięki zastosowaniu w razie potrzeby nadmuchiwanych modułów dodatkowych. Problemy związane z długoterminową nieważkością zostałyby rozwiązane w taki sam sposób, jak podstawowy plan Mars Direct, powiązanie między siedliskiem Smoka a etapem TMI (Trans-Mars Injection) działającym w celu umożliwienia rotacji statku.

Charakterystyka osłony cieplnej Smoka mogłaby pozwolić na bezpieczne zejście, gdyby dostępne były rakiety do lądowania o wystarczającej mocy. Badania w Ames Research Center NASA wykazały, że robot-smok byłby zdolny do lądowania na powierzchni Marsa z pełnym napędem. Na powierzchni załoga miałaby do dyspozycji dwa statki kosmiczne Dragon z nadmuchiwanymi modułami jako siedliska, dwa ERV, dwa pojazdy wznoszące się na Marsa i 8 ton ładunku.

Inne badania

Badania Mars Society i Stanford zachowują pierwotny profil misji Mars Direct z dwoma pojazdami, ale zwiększają liczebność załogi do sześciu.

Mars Society Australia opracowało własną czteroosobową misję referencyjną Mars Oz , opartą na Mars Semi-Direct. W tym badaniu wykorzystano poziomo lądujące, wygięte dwustożkowe moduły i opiera się na energii słonecznej i napędzie chemicznym, podczas gdy Mars Direct i DRM wykorzystywały reaktory jądrowe do zasilania powierzchniowego, aw przypadku DRM również do napędu. Misja referencyjna Mars Oz różni się również tym, że zakłada, na podstawie doświadczeń ze stacji kosmicznej, że grawitacja spinowa nie będzie wymagana.

Analogowe stacje badawcze Marsa

Towarzystwo Marsjańskie argumentowało wykonalność koncepcji Mars Habitat Unit poprzez swój program Mars Analogue Research Station . Są to pionowe cylindry z dwoma lub trzema pokładami o średnicy ~ 8 m i wysokości 8 m. Mars Society Australia planuje zbudować własną stację opartą na projekcie Mars Oz. Projekt Mars Oz obejmuje poziomy cylinder o średnicy 4,7 mi długości 18 m ze zwężającym się nosem. Drugi podobny moduł będzie funkcjonował jako garaż oraz moduł energetyczny i logistyczny.

Mars Direct był prezentowany w programach Discovery Channel Mars: The Next Frontier , w których omawiano kwestie związane z finansowaniem projektu przez NASA, oraz w Mars Underground , gdzie plan jest omawiany bardziej dogłębnie.

Alternatywy

„ Mars to Stay ” zakładają natychmiastowy lub nigdy nie odsyłający pierwszego imigranta/odkrywcy. Sugerowano, że koszt wysłania cztero- lub sześcioosobowego zespołu może wynosić od jednej piątej do jednej dziesiątej kosztu powrotu tego samego cztero- lub sześcioosobowego zespołu. W zależności od przyjętego podejścia, całkiem kompletne laboratorium można wysłać i wylądować za mniej niż koszt przesłania nawet 50 kilogramów marsjańskich skał. Dwadzieścia lub więcej osób można było wysłać za koszt powrotu czterech.

W fikcji

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Mars_Direct&oldid=1104546664 ”