Hur månuppdraget Artemis kunde hjälpa oss till Mars

En illustration av det kommande Space Launch System, raketen som är tänkt att användas genom hela Artemis-programmet. NASA/MSFC

Om Gud ville att människan skulle bli en rymdfarande art, skulle Han ha gett människan en måne. Den berömda raketforskaren Krafft Ehricke yttrade dessa ord 1984. Han ville lyfta fram hur vi kunde använda månen som en språngbräda för att expandera den mänskliga civilisationen in i resten av solsystemet. Detta var mer än ett decennium efter det senaste Apollo-uppdraget till månen, och Ehricke såg NASA och resten av det amerikanska rymdprogrammet dra sig tillbaka från hopp om att utforska mer avlägsna världar som Mars och istället fokusera på jordens omloppsbana.

Amerika söker äntligen en återgång till månen med Artemis, en ambitiös ( och orealistiskt ) mål att skicka astronauter till 2024. Men för Vita huset och NASA handlar uppdraget om mer än att bara få människor tillbaka till månens yta. Månen är också en perfekt bas för att upprätta ett uppföljningsprogram för att resa till Mars. För båda destinationerna är målet inte bara att plantera en flagga och återvända till jorden – det är att upprätthålla en permanent närvaro för människor att bo och arbeta.

Vi åker tillbaka till månen för vetenskapliga upptäckter, ekonomiska fördelar och inspiration för en ny generation upptäcktsresande, sa NASA-administratören Jim Bridenstine den 21 september när byrån publicerade sina senaste planer för Artemis-programmet. När vi bygger upp en hållbar närvaro bygger vi också fart mot de första mänskliga stegen på den röda planeten.

Men byrån förklarade aldrig tydligt hur detta ska ske. De viktigaste projekten som är tänkta att möjliggöra Artemis – nästa generations Space Launch System-raket och Orion-besättningskapseln – är ännu inte avslutade. De flesta experter håller med programmet är underfinansierat . Chefen för mänsklig utforskning vid NASA har bytts ut tre gånger under bara det senaste året. Byrån har inte ens en månlandare utplockad . Så även om vi kommer till månen 2024 (på inget sätt givet), hur säkerställer vi att en Mars-bosättning kommer härnäst?

Det största problemet vi har just nu är att vi inte vet hur vi ska leva och arbeta produktivt utanför planeten jorden, säger Clive Neal, geolog vid University of Notre Dame och expert på månutforskning. Vi har ingen aning. Vi har aldrig ordentligt testat den teknik vi skulle behöva för att leva och arbeta i rymden i månader eller år i sträck, i tuffa miljöer med mycket kallare temperaturer, mycket högre mängder strålning, lägre gravitationsnivåer och brist på syre och vatten.

Men vi har ett eget labb på vår bakgård för att prova dessa saker, säger Neal. Han och många kollegor skrev nyligen en ny rapport släppt av Explore Mars, en förespråkargrupp som främjar hållbar rymdutforskning. Rapporten identifierar dussintals aktiviteter och teknologier som är avgörande för Mars-utforskning som kan utvecklas och testas genom Artemis och pågående månutforskningsinsatser.

Vissa saker som är väsentliga för Mars kommer att bevisas på månen nästan omedelbart efter lanseringen av Artemis III (det planerade besättningsuppdraget 2024 till månens yta). Livsstöd står högst upp på listan. Människor har aldrig byggt långsiktiga livsmiljöer på en annan värld tidigare. Även om vi kommer att tillämpa mycket av det vi har lärt oss från långvariga uppdrag på den internationella rymdstationen, kommer vi fortfarande att behöva se till att en månbas och en Marsbas kan tillhandahålla nödvändiga behov som mat, vatten och skydd. .

Att bygga och testa dessa system kräver erfarenhet. Jag tror att nyckeln kommer att vara att få fler människor nedsänkta i månmiljön, säger Joe Cassady, verkställande direktör för rymdoperationer på Aerojet Rocketdyne och en av huvudredaktörerna för Explore Mars-rapporten. Från början kommer vi att behöva en samling erfarenheter och data från ett stort antal olika astronauter, över uppdrag som varar i veckor eller månader. Dessa erfarenheter kommer att informera om hur ingenjörer bygger livsmiljöer, rymddräkter och yttransportsystem som är anpassade för människor.

För att säkerställa att dessa livsmiljöer kan bestå över tid måste du bygga något hållbart. Lanseringsfönster för Mars-uppdrag (när planeten är närmast jorden) kommer bara var 26:e månad, så varje tur och retur Mars-uppdrag skulle ha innebär att man väntar på att det här fönstret ska öppnas igen. Om resan tar, säg, nio månader, måste du spendera minst tre till fyra månader på Mars innan det skulle vara möjligt att börja åka hem. Du kan antingen ta med tillräckligt med proviant för att räcka under alla dessa månader, eller så kan du söka till resurser utanför världen. Och det första alternativet är i stort sett en icke-startare. Man måste använda lokala resurser, säger Neal. Att försöka ta med sig allt för att hålla Mars-astronauterna säkra och friska kommer helt enkelt inte att fungera.

Vattenis kommer att vara en livsviktig resurs. Det skulle kunna leverera vatten och syre för att upprätthålla livsuppehållande system, och det kan också delas upp i väte och syre för att användas som raketbränsle. Det kan vara används som avskärmning mot rymdstrålning och mikrometeoritbombardement för alla skyddsrum som är byggda på månen.

Vi vet att det finns gott om vattenis på Mars. Och vi är ganska säkra på att det också finns mycket vattenis på månen, vilket gör det till en perfekt miljö för att testa den teknik vi behöver för att prospektera dessa reserver, bryta dem, rena dem och förvandla dem till något som kan hjälpa till att behålla en uppgörelse pågår.

Dessa tekniker skulle vara väldigt lika för båda världarna. Månen är en mer extrem miljö, vilket betyder att om den fungerar på månen, kommer den att fungera på Mars, säger Neal. Han hoppas att ingenjörer kommer att designa världsagnostisk utrustning.

Närvaron av vattenis stärker också något argumentet för att driva ett framdrivningssystem för rymdfarkoster baserat på väte snarare än metan (något SpaceX eftersträvar med sina Raptor-motorer). Rapporten fastställer att även om väte kan produceras lokalt i båda världarna, kan metan produceras från lokala resurser endast på Mars, där en atmosfär som är tung på koldioxid utgör en klar källa till kol. All metanproduktion på månen skulle kräva import av en kolkälla, står det i rapporten.

Rapporten rekommenderar också att man använder kraftsystem som inte är helt beroende av solen. På Mars, med dess större avstånd och dammiga atmosfär, skulle solenergisystem ha större problem med att omvandla solljus till energi.

Kärnkraft verkar vara det mest självklara tillvägagångssättet. Det skulle inte krävas för mycket kraft för att hålla ett skydd på månen igång, men det skulle krävas enorma mängder energi för att driva den typ av gruvdrift som krävs för att skörda och bearbeta vattenis. Gruvindustriexperter har sagt till Neal att de troligen kommer att titta på system som kan ge kraft i megawattintervall. Det var en väckarklocka, säger han. Människor i planetvärlden hade inte haft dessa kopplingar till gruvindustrin. Solenergi, i det här fallet, skulle mer vara en reservkraftkälla på båda världarna, snarare än en primär. Och det finns få säkrare miljöer för att testa nya kärnkraftssystem än månen – en obefolkad, ödslig miljö.

Månen är också bara ett bättre ställe att simulera ett Mars-uppdrag, särskilt när det kommer till Gateway, den planerade rymdstationen designad för månens omloppsbana. Det kommer i huvudsak att fungera som en rastplats för alla NASA-uppdrag till månens yta (både besättning och robot), såväl som för djuprymduppdrag till Mars senare. De två första delarna av Gateway (kraft- och framdrivningsmodulen och bostadsmodulen) är planerade att lanseras 2023.

I sin rapport, föreslog Cassady hans kollegor att ett tillvägagångssätt kan vara att ha en besättning att stanna påmånen Gateway rymdstationi 60 till 90 dagar, genomför ett simulerat Mars-uppdrag på månens yta i 30-några dagar, och avsluta sedan ytterligare en vistelse på Gateway i 90 dagar innan du kommer hem. Det skulle vara en komprimerad version av ett Mars-uppdrag. Det skulle simulera de förändrade mikrogravitationsförhållandena som möter på en sådan resa, och ge astronauter en smak av hur ett Mars-uppdrag faktiskt kan kännas. NASA är nytt Artemis kontur går så långt som att säga att Gateway-to-surface-operativsystemet också är analogt med hur ett mänskligt Mars-uppdrag kan fungera - med förmågan för besättningen att förbli i omloppsbana och utplaceras till ytan.

Slutligen kommer en bosättning på Mars inte att fungera bra om vi inte utvecklar autonoma system som inte behöver noggrann övervakning. Markpersonal på jorden kan fortfarande kontrollera saker på månen i nästan realtid, men fördröjningen i kommunikationen från jorden till Mars kan vara upp till 22,4 minuter. Om en katastrof [på Mars] inträffar som vad som hände med Apollo 13, har du inte ett team av ingenjörer på plats för att diagnostisera och lösa problemet i realtid, säger Casey Dreier, en rymdpolitisk expert på Planetary Society. Månen är den enda bra miljö vi har för att verkligen testa och förbättra automatiserade system som tillförlitligt kan fungera utan den typen av mänsklig kontroll.

Det finns en oro för att USA:s rymdprogram kan möta en kraftig prioritering efter valet i november, vilket har hänt under tidigare år. Men än så länge verkar det demokratiska partiet vara med. Formuleringen i dess 2020-plattformen lyder: Vi stödjer NASA:s arbete för att återvända amerikaner till månen och gå vidare till Mars, och ta nästa steg i att utforska vårt solsystem. Dreier påpekar att utvecklingen av Space Launch System och Orion nästan är klar. Och det finns också många internationella inköp för Gateway, med Europa, Japan, Kanada och möjligen Ryssland som alla kommer att spela en roll i dess utveckling. Att vända kurs nu skulle vara extremt svårt, även om det vore önskvärt.

Ingen av dessa planer är dock huggna i sten. NASA:s nya Artemis-kontur beskriver bättre än någonsin hur byrån avser att återvända människor till månen till 2024, men är anmärkningsvärt lätt att beskriva hur den planerar att uppfylla de tekniska riktmärkena för en hållbar månbas som skulle hjälpa oss att komma till Mars.

Även i en tid när Ehrickes ord är närmare än någonsin att förverkligas, kommer det att krävas mycket beslutsamhet att hoppa från månen till den röda planeten.

Rättelse 9/25/20: Den ursprungliga berättelsen beskrev felaktigt Clive Neal som ingenjör. Neal är geolog.

Dölj