De uppskjutna drömmarna om Mars

Officiellt planerar USA att skicka astronauter till den röda planeten på 2030-talet. Det ser inte troligt ut. Men på NASA fortsätter ingenjörer som Bret Drake att stoppa. Förbi

• Brian Bergstein arkivsida

24 oktober 2012

I augusti använde NASA en serie exakta och vågade manövrar för att sätta en en-tons robotrover med namnet Nyfikenhet på Mars. En kapsel som innehöll rover hoppade i fallskärm genom Mars atmosfär och vecklade sedan ut en himmelskran som sänkte Nyfikenhet säkert på plats. Det var en spännande ögonblick : här var människor som kommunicerade med en stor och sofistikerad utrustning 150 miljoner mil bort när den började utföra experiment som skulle öka vår förståelse av om planeten har eller någonsin har haft liv. Så när jag besökte NASA:s Johnson Space Center i Houston några dagar senare, förväntade jag mig att hitta människor som fortfarande solar sig i efterskenet. För att vara säker, spelade inte Houston-centret, där astronauter får vägbeskrivningar från Mission Control, den ledande rollen i Nyfikenhet . Det projektet var centrerat på Jet Propulsion Laboratory, som Caltech förvaltar för NASA i Pasadena. Icke desto mindre hade landningen varit en anmärkningsvärd händelse för hela det amerikanska rymdprogrammet. Och ändå upptäckte jag att Mars inte var ett helt lyckligt ämne i Houston - särskilt bland människor som tror att människor, inte bara robotar, borde utforska där.

På sitt långa men smala kontor i huvudbyggnaden i det vidsträckta Houston-centret har Bret Drake sammanställt en översikt förklarar hur sex astronauter kunde skickas på sex månaders flyg till Mars och vad de skulle göra där i ett och ett halvt år innan deras sex månaders flyg hem. Drake, 51, har funderat på detta sedan 1988, när han började arbeta med vad han kallar utforskningen bortom drömmen om låg jordomloppsbana. Då förväntade han sig att människor skulle återvända till månen 2004 och vara på randen av att resa till Mars vid det här laget. Den utsikten uteslöts snart, men Drake fortsatte: i slutet av 1990-talet var han det utarbeta planer för mänskliga Mars-uppdrag som kan äga rum runt 2018. Idag är det officiella målet att det ska ske på 2030-talet, men finansieringsnedskärningar har hämmat NASA:s förmåga att utveckla många av de teknologier som skulle krävas. Faktum är att framstegen stoppades helt 2008 när kongressen, i ett försök att påtvinga NASA sparsamhet, förbjöd den att använda några pengar för att främja mänsklig utforskning av Mars. Mars var ett smutsigt ord på fyra bokstäver, beklagar Drake, som är biträdande chefsarkitekt för NASA:s mänskliga rymdfärdsarkitektur. Även om den regeln upphävdes efter ett år, vet Drake att NASA ständigt kan förbli 20 år bort från ett bemannat Mars-uppdrag.

Den här historien var en del av vårt novembernummer 2012

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Om att sätta människor på månen betydde de extraordinära saker som teknologin möjliggjorde i mitten av 1900-talet, skulle det vara 2000-talets version att skicka människor till Mars. Flygningen skulle vara mycket mer besvärlig och isolerande för astronauterna: medan Apollo-besättningarna som åkte till månen aldrig var mer än tre dagar hemifrån och kunde fortfarande urskilja dess välbekanta egenskaper , skulle en Mars-besättning se jorden krympa till bara en av miljarder glimten i rymden. När de väl landat skulle astronauterna behöva överleva i en iskall, vindpinad värld med andningsbar luft och 38 procent av jordens gravitation. Men om Drake har rätt kan vi få den här resan att hända. Han och andra NASA-ingenjörer vet vad som kommer att krävas, från ett landningsfordon som kan få människor genom Mars-atmosfären till system för att mata dem, skydda dem och skjutsa runt dem när de väl är där.

Problemet som Drake och andra förespråkare för mänsklig utforskning av Mars står inför är att fördelarna mestadels är immateriella. Några av motiveringarna som har lagts fram – inklusive tanken att människor borde kolonisera planeten för att förbättra mänsklighetens chanser att överleva – står inte upp för en ekonomisk analys. Tills vi faktiskt har försökt hålla människor vid liv där, kommer permanenta mänskliga bosättningar på Mars att förbli ett påhitt av science fiction.

Ett bättre argument är att att utforska Mars kan ha vetenskapliga fördelar, eftersom grundläggande frågor om planeten förblir obesvarade. Vi vet att Mars en gång var blöt och varm, säger Drake. Så har det någonsin uppstått liv där? Om så är fallet, är det annorlunda än livet här på jorden? Vart tog allt vägen? Vad hände med Mars? Varför blev det så kallt och torrt? Hur kan vi lära oss av det och vad det kan betyda för jorden? Men just nu Nyfikenhet undersöker just dessa frågor, avfyrar lasrar mot stenar för att fastställa deras sammansättning och jagar efter tecken på mikrobiellt liv. På grund av sådana robotuppdrag har vår kunskap om Mars förbättrats så mycket under de senaste 15 åren att det har blivit svårare att argumentera för att skicka människor. Människor är mycket mer anpassningsbara och geniala än robotar och skulle säkert hitta saker som drönare inte kan, men att skicka dem skulle öka kostnaderna för ett uppdrag exponentiellt. Det finns helt enkelt inget riktigt sätt att rättfärdiga mänsklig utforskning enbart på grundval av vetenskap, säger Cynthia Phillips, senior forskare vid SETI-institutet, som jagar efter bevis på liv någon annanstans i universum. För kostnaden för att skicka en människa till Mars kan du skicka en hel flottilj av robotar.

Och ändå har mänsklig utforskning av Mars en kraftfull lockelse. Ingen planet i vårt solsystem är mer lik jorden. Vår granne har rytmer som vi känner igen som våra egna, med dagar något längre än 24 timmar och polarisar som växer på vintern och krymper på sommaren. Mänskliga upptäcktsresande på Mars skulle på djupet expandera gränserna för mänsklig erfarenhet – vilket i många rymdförespråkares medvetande ger en omätbar fördel bortom vetenskapen. Det har alltid funnits upptäcktsresande i vårt samhälle, säger Phillips. Om rymdutforskning bara är robotar, förlorar du något, och du förlorar något riktigt värdefullt.

Apollo baksmälla

Mars föreslogs som en plats att utforska redan innan rymdprogrammet existerade. På 1950-talet argumenterade forskare som Wernher von Braun (som hade utvecklat Nazitysklands stridsraketer och senare övervakat arbetet med missiler och raketer för USA) i tidningar och på tv att när rymden blev mänsklighetens nästa gräns skulle Mars vara en självklar punkt av intresse. Kommer människan någonsin att åka till Mars? von Braun skrev in Colliers tidskrift 1954. Jag är säker på att han kommer att göra det – men det kommer att dröja ett sekel eller mer innan han är redo.

Kennedys mål var inte att främja vetenskapen eller ens, egentligen, att ytterligare utforskning av rymden. Att gå till månen var en proxy för en kärnvapenattack mot Sovjetunionen. Och det visade sig vara ett suboptimalt sätt att bygga ett rymdprogram för långa resor.

Von Braun och andra rymdarkitekter såg Mars som en slutpunkt i ett stegvis tillvägagångssätt för mänskligt rymdutforskning - en formulering som påverkade NASA:s långdistansplan 1959, kort efter att byrån skapades. Enligt detta ramverk skulle människor först nå låg omloppsbana om jorden. Sedan skulle de utveckla fartyg som på ett tillförlitligt sätt kunde gå till och från omloppsbana. En rymdstation skulle följa efter. Därefter, någon gång efter 1970, skulle människor landa på månen och så småningom, vid ett ospecificerat framtida datum, på Mars. Hela tiden, obemannade sonder skulle också utforska solsystemet . Den underliggande idén - att varje steg skulle ge expertis användbar för de som följde - är en av de stora memen i rymdfärdens historia, säger Roger Launius , en före detta chefshistoriker för NASA som nu är seniorkurator i rymdfärd vid Smithsonian Institution. En hel del människor köpte in den.

Planen kan ha hållit, förutom att 1961, när bara det första steget hade uppnåtts, hoppade president John F. Kennedy över de kommande två och lovade att nå månen i slutet av årtiondet.

Kennedys mål var inte att främja vetenskapen eller ens, egentligen, att ytterligare utforskning av rymden. Att gå till månen var en proxy för ett kärnvapenangrepp på Sovjetunionen, en psykologisk taktik som syftade till att hävda amerikansk överlägsenhet. Och det visade sig vara ett suboptimalt sätt att bygga ett rymdprogram för långa resor. En ohållbar nivå av resurser gick åt för att nå månen - vid sin topp i mitten av 1960-talet fick NASA 5 miljarder dollar per år, mer än 4 procent av USA:s budget. (Det blir cirka 0,5 procent nu.) Redan innan Neil Armstrong och Buzz Aldrin studsade över månens yta 1969, skars NASA:s budgetar och arbetsstyrka ned. Genom att casta Apollo som ett lopp fanns det ingen anledning att fortsätta när vi väl vann loppet, säger John Logsdon, grundare av Space Policy Institute vid George Washington University.

NASAs ledning föreslog mänsklig utforskning av Mars efter månen, men Nixons administration förkastade idén som för dyr. Presidentens ekonomiska rådgivare citerade en undersökning publicerad i Newsweek tidningen ungefär två månader efter månlandningen, där 56 procent av de tillfrågade sa att regeringen borde minska anslagen för rymdutforskning. (1979, ännu en omröstning skulle finna att hälften av amerikanerna ansåg att det inte hade varit värt det att landa män på månen.) NASA fortsatte sitt ambitiösa och framgångsrika program att utforska Mars och andra planeter med obemannade sonder som t.ex. Viking , Sjöman , och Att resa . Men mänsklig utforskning drog sig tillbaka till steg två i NASA:s ursprungliga ramverk: rymdfärjan skulle flyga 135 gånger från 1981 till 2011. Därefter kom steg tre, den internationella rymdstationen . När Bret Drake tog sin flyg- och rymdteknikexamen och började arbeta som entreprenör på skytteluppdrag i mitten av 1980-talet, hade idén om att skicka människor till Mars i princip fallit av radarn.

Sedan 1986 Utmanare exploderade kort efter lanseringen och dödade alla sju astronauterna ombord. NASA ställde in skyttelflygningar i två och ett halvt år och tvingades göra en omständlig omvärdering av dess syfte. Kommissioner tillsattes; bemannad utforskning av månen och Mars föreslogs återigen som långsiktiga mål. Och den 20 juli 1989, 20-årsdagen av den första månlandningen, kom president George H.W. Bush sa att USA borde sträva efter båda platserna. Liksom Columbus drömmer vi om avlägsna stränder som vi ännu inte har sett, sa han. Varför månen? Varför Mars? För det är mänsklighetens öde att sträva, söka, hitta.

Vad äter du?

Kongressen dödade Bushs plan, åtminstone delvis för att NASA uppskattade att den skulle kosta cirka 500 miljarder dollar under 30 år. Bushs son, president George W. Bush, och hans efterträdare, Barack Obama, har sedan dess hållit upp mänsklig utforskning av Mars som ett mål för NASA, men finansieringen som krävs för att få det att hända har inte följt med under någon av administrationerna.

Hela tiden har Drake och hans kollegor pluggat iväg, i anfall och börjar, på det långsiktiga arbete som krävs för att hålla möjligheten öppen. Drake, som anstår en livslång NASA-anställd, saknar de vilda ögonen av rymdkoloniseringsfirare. Han är tydlig och reserverad, även när han erkänner sin frustration över de ändlösa studier som hans grupp har behövt utföra i avsaknad av ett verkligt Mars-uppdrag. Vi vet vilka utmaningarna är, säger han. Vi vet vilka teknologier, vi vet vilka system vi behöver.

Utmaningarna är häpnadsväckande. Det framgår mycket tydligt av uppdragsöversikten, officiellt kallad designreferensarkitektur, som han slutförde 2009. Att gå ut i rymden i mer än två år skulle utsätta astronauterna för en aldrig tidigare skådad grad av isolering och utökad viktlöshet; den längsta vistelsen i rymden har det hittills varit 14 månader. Potentiellt dödliga kosmiska strålar, som blockeras av jordens magnetfält och atmosfär, skulle träffa rymdfarkosten under flygning och hota astronauterna på Mars. NASA kan minska exponeringen för den normala bakgrundsstrålningen i rymden genom att bygga in avskärmning i rymdfarkosten och Mars livsmiljöer. Men den behöver förmodligen en bättre metod för att förutsäga enstaka solflammor som sprider högre stråldoser, så att astronauter kan vara säkra på att dra sig tillbaka till speciella stormskydd.

Ett annat olöst problem är att Mars-atmosfären är tillräckligt tjock för att ett landningsfordon ska behöva termiskt skydd mot den friktion det skulle generera vid inresa, men den är också för tunn för att avsevärt bromsa en sådan farkost. Det betyder att det skulle krävas ett nytt fordon för nedstigning: himmelskranen brukade landa Nyfikenhet skulle inte fungera för att landa människor, vars farkost kunde väga 30 gånger mer. Även om NASA bygger ett tungt fordon som kan ta människor till Mars - i huvudsak en större version av raketerna som flög till månen - är en landare ännu inte i arbete. Drake säger att utveckling och testning av teknologier för en landare måste starta inom de närmaste åren om ett uppdrag i mitten av 2030-talet ska vara möjligt.

Bruce Sauser, framför en mockup av en rymdhabitat, håller ett prov av vävda Kevlar-remsor som kan täcka en uppblåsbar struktur på Mars.

Allt det är skrämmande, men raketen är kärnan i vad NASA har gjort tidigare. En mycket större utmaning skulle komma från att behöva göra något helt nytt: skydda och mata människor på en annan planet över en lång sträcka. Astronauter som tillbringar längre perioder på Mars skulle behöva ta av sig sina rymddräkter och hjälmar och andas inuti en sluten struktur. Det finns skäl att vara optimistisk; rymdstationen har erbjudit viktiga lektioner om att bygga och underhålla livsuppehållande system där vatten och luft återvinns. Det är också möjligt att extrahera syre från koldioxiden som utgör 95 procent av Marsluften.

Men grundläggande problem kvarstår, som att lista ut vad resenärerna skulle äta. En Mars-habitat kan ha ett växthus, men det är osannolikt att astronauter kan växa tillräckligt för att tillgodose alla sina kaloribehov. Och livsmedelsforskaren Michele Perchonok från NASA tror inte att den uttorkade maten som astronauter injicerar med vatten på rymdstationen kan behålla tillräckliga näringsämnen i fem år - vilket är hur länge det kommer att behöva hålla om en del skickas före den första besättningen, eftersom föreställde sig. Många lösningar är icke-startare eftersom en raket till Mars bara skulle kunna bära så mycket vikt i mat och matlagningsutrustning. Att tryckbehandla maten är förmodligen svaret, men att fullända den metoden är svårt. När jag nämnde för Perchonok att ett Marsuppdrag säkert var mer än 20 år bort, skrattade hon. Jag hoppas det, sa hon. För vi har mycket att göra.

I en annan byggnad övervakar Bruce Sauser – som har varit på NASA lika länge som Drake – flera projekt som kan användas på Mars. En av dem är en livsmiljö som skulle kunna motstå nycklarna på en planet där temperaturen varierar från -140 °C till 25 °C och vindstormar dunkar landskapet med damm. Sauser (som har en klassisk titel: chef för kontoret för systemarkitektur och integration av ingenjörsdirektoratet) försöker bemästra en blandning av material för livsmiljön. Vissa lager skulle ge isolering och strålskydd, till exempel, medan andra skulle vara tillräckligt tuffa för att förhindra punkteringar. I sin tur skulle dessa lager passa över blåsor för att hålla in luft. En idé är att göra livsmiljön uppblåsbar, så att den kan packas tätt på vägen till Mars.

Sauser uppskattar att det kan ta 10 till 15 år att vara säker på denna livsmiljös tillförlitlighet. Hans team har experimenterat med material som Kevlar och Nextel, en isolator som används på skyttlarna. Men han säger att finansieringsnedskärningar och frysningar har gjort det nästan omöjligt att göra mer än stegvisa framsteg.

Dollarn är spridd över så många saker, du har inte tillräckligt i en hink för att ta den saken till nästa nivå, säger han. Vi har inget uppdrag. Vi har inget slutmål. Om jag inte har det verkliga behovet, finansieringen eller deadline, kommer jag att fortsätta pyssla med det. Tja, att sätta runt kan ta 30 år.

Rätta sakerna

Att lösa sådana problem, säger Drake, skulle inte kräva så mycket pengar som du kanske tror. Han säger att en panel som utsetts av Obama-administrationen, Augustine-kommissionen, fattade det rätt när den 2009 fastställde att NASA kunde upprätthålla program för att låta både människor och robotar utforska Mars om dess årliga budget ökades med cirka 3 miljarder dollar jämfört med 2010 års nivå. på 19 miljarder dollar.

Men NASA:s budget går i motsatt riktning (det är nu under 18 miljarder dollar ), och nedskärningarna är inte bara en återspegling av Washingtons ekonomiska problem. De återspeglar också den ambivalens som allmänheten känner för vad NASA uppnår. På den mest praktiska nivån har den bästa vetenskapliga forskningen från mänskliga uppdrag, från 1970-talets Skylab-rymdstation genom skytteln och den internationella rymdstationen, haft att göra med benförlust, suddig syn och andra problem som astronauter drabbas av när de tas bort från jordens allvar. Detta är avgörande forskning om vår art ska ha en framtid i rymden. Men det har en ring av cirkulär logik: vi måste fortsätta skicka människor ut i rymden så att vi förstår vad som händer med människor i rymden. Människor som inte är en del av NASA eller inte är en del av rymdgemenskapen - kanske är de välinformerade, men de ser inte praktiska tillämpningar i deras dagliga liv, säger Launius, den tidigare NASA-historikern. Och de måste bara klia sig i huvudet och undra: varför gör vi det här till den kostnad vi gör?

Frågan blir då hur mycket vi bör värdera de inneboende fördelarna med rymdfärd som ett uttryck för vår önskan att utforska vår värld på ett så ambitiöst sätt som möjligt.

Stan Love har en doktorsexamen i astronomi och har arbetat med dussintals projekt för NASA, men titeln på ett ord på hans visitkort sammanfattar honom bäst: astronaut. Han flög till rymdstationen med skytteln Atlantis 2008 och gjorde två rymdpromenader. Han säger att argumentet för mänskliga rymduppdrag borde vara enkelt: Att utforska är en av de bästa sakerna människor gör. Utforskningar som inte är lätta inspirerar oss. Vi lär oss nya saker. Ofta verkar de saker vi lär oss vara värdelösa just då.

Varför inte göra det enbart med robotar? Vi gillar det som människor när människor gör saker. Om allt du är ute efter är vetenskapsdata – visst, skicka robotar. Men vi som människor känner en anknytning när människor går och gör sådant här.

Love tillägger att även i avsaknad av en uppenbar ekonomisk anledning att göra det, skulle kostnaden för en inspirerande utforskning vara värd att bära. Priset skulle vara litet, säger han, jämfört med de pengar och ansträngningar som går åt i girighetens tjänst och vår förfäders lust att slå skiten ur varandra.

Ett enkelt svar kan vara att säga att om människor vill åka till Mars, då borde de planera det och betala för det själva. Faktum är att flera företag bevisar att de kan göra saker i rymden relativt effektivt. En av dem är Space Exploration Technologies, eller SpaceX, ett privat företag som skickar raketer till rymdstationen för NASA. SpaceX:s grundare, Elon Musk, drömmer om att åka till Mars. Han säger att han vill sätta in folk där 12 till 15 år .

Det målet verkar dock dramatiskt underskatta de tekniska hindren. SpaceX arbetar på en tunglyftsraket den där kunde ta robotnyttolaster till Mars . Men människor kräver en större och dyrare raket, och Musk har inte avslöjat några planer på att bygga en. Ännu viktigare är att han inte har sagt hur han skulle utföra de andra svåra uppgifterna, som att ge näring åt resenärerna (genom en taleskvinna, han avböjde att kommentera). Och även om en sådan privat ansträngning skulle kunna uppfinna och utveckla den nödvändiga tekniken, är logistiken för Marsresor så svår att kostnaderna säkerligen skulle vara för höga för att täckas enbart av en ny marknad inom rymdturism. Med andra ord skulle det kräva inblandning av stora institutioner med ekonomiska och tekniska resurser – som en rymdorganisation eller en koalition av flera.

Problemet kvarstår då: att övertyga allmänheten om att det är ett värdefullt mål. Inte ens inom NASA finns det någon konsensus. Brent Sherwood, som formulerar solsystemuppdrag för NASA vid Jet Propulsion Laboratory, hävdar att med tanke på byråns finansieringsbegränsningar skulle resurserna som används för att få människor till Mars användas mycket bättre på andra mänskliga rymdarbeten. Han förespråkar bland annat att kolonisera månen, stimulera rymdturism och skörda solenergi från geosynkron jordbana. Jag är rymdarkitekt. Jag skulle vilja se oss göra fantastiska saker i rymden, säger Sherwood. Jag tror bara inte att det enda måttet på fantastiskhet är ett halvdussin tjänstemän som besöker Mars på 40 år.

Sherwood, 54, kom in i rymdfärdsbranschen 1988, när han arbetade för Boeing med att planera mänskliga Mars-uppdrag. Han betraktar Drake som en gammal vän; han påpekar att som många människor i deras ålder, inspirerades båda av Apollo att gå med i rymdprogrammet. Men han tycker att Apollo-legenden är för stor, vilket leder till att människor föreslår Mars som den naturliga efterföljaren till månen när månlandningarna i själva verket var anomalier från det kalla kriget. Bret har hållit på i alla år. Jag har sett oss bli gamla, förundras Sherwood. Jag tycker att det är särskilt elegiskt att generationen som var motiverad att komma in i den här branschen på grund av Apollo är fången i en begränsad och begränsande och sorts pittoresk vision av vad vi trodde att vi var här för att göra.

Vad är egentligen NASA här för att göra? Det är en fråga som inte har besvarats tillräckligt på 40 år – inte av politiker, rymdexperter eller byrån själv. Under tiden gör Bret Drake och hans kollegor vad de kan för att hålla en låga vid liv, ifall vårt samhälle bestämmer sig för att vi verkligen vill göra något fundamentalt och storslaget bara för att vi kan.

Brian Bergstein är biträdande redaktör för MIT Technology Review .

Dölj