Missionärer till Mars

Ute i de klippiga bergen känner man sig närmare rymden. Luftens slöja är tunn; stjärnorna och planeterna verkar närmare. Så det är passande att huvudstaden för rörelsen för att skicka människor till Mars är vid University of Colorado i Boulder.

För att få ett fullständigt journalistiskt avslöjande måste jag här notera att det är en rörelse jag är stolt över att vara en del av. Sedan 1981 har jag åkt till Boulder för enstaka konferenser för Mars-flygentusiaster; den senaste var i augusti förra året. Jag minns fortfarande den allra första Case for Mars-konferensen, organiserad av ett gäng doktorander som inte hade någon aning om vilken typ av mottagande deras föreslagna sammankomst skulle få. När allt kommer omkring hade den sista regeringstjänstemannen som godkände bemannad flygning till Mars varit Richard Nixons snart skamda vicepresident, Spiro Agnew - ett olyckligt skyddshelgon.

Den här historien var en del av vårt januarinummer 1999

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Under de första åren av rymdåldern antog både amerikanska medborgare och rymdingenjörer att månlandningen bara var det första steget i en oavbruten sekvens av bemannade flygningar som skulle leda till Mars inom 10 till 15 år. Men på 70-talet eliminerades Mars efter Apollo-nedskärningen från även den mest optimistiska NASA-tidtabellen; med den politiska uppfattningen att vi hade vunnit rymdkapplöpningen, skars NASA:s budget ned med två tredjedelar. Byråns återstående energi koncentrerades på rymdfärjeprogrammet, och bemannad flygning till Mars försvann från officiell övervägande.

Ändå kom folk till Boulder 81. De samlades tveksamt, nästan blygt, utan officiellt stöd från några byråer eller företag. Många hade behållit tron ​​under ett decennium när tal om bemannad interplanetär flygning nästan var tabu. Var och en verkade förvånade över att se så många andra gå ut ur intellektuella garderober för att förkunna att de också trodde att ett mänskligt uppdrag till Mars var genomförbart och önskvärt, och att de också hade en ny idé eller förslag för att föra det närmare.

Men i somras var konferensen full av djärvhet. Den här gången samlades mer än 700 människor inte bara för att utbyta idéer, utan också för att bilda ett nytt Mars Society och underteckna en Mars-deklaration som förklarade deras övertygelse om att mänsklig flykt till Mars äntligen hade blivit genomförbar och var mer önskvärd än någonsin. (Deklarationen har sedan lagts ut på deras hemsida på www.marssociety.org , och kopior har skickats till Washington.) Vid huvudpodiet levererade en parad av talare fantastiskt fantasifulla presentationer med det uttalade syftet att få alla andra att se för moderata ut. Konferensdeltagarna var förvånansvärt eklektiska: NASA-forskare och astronauter; universitetsforskare och doktorander; även vanliga medborgare, av vilka några tog med sig sina barn. Försäljare erbjöd Mars T-shirts och Mars kalendrar.

Sedan konferensens planerare, ledd av den privata rymdingenjören Bob Zubrin, grundare av Pioneer Astronautics i Lakewood, Colo. (se Mars på en skosnöre, BARN november/december 1996) , var aggressivt inkluderande, varierade kvaliteten på presentationerna enormt. Idéer kastades runt, slängdes och återanvändes kraftfullt. Specialiserade sessioner handlade om allt från de tekniska och medicinska utmaningarna i ett Mars-uppdrag till de juridiska och filosofiska frågor som uppstår av mänsklig utforskning av planeten.

Månande över Mars

om människor ska ta sig till mars kommer det dock att krävas mycket mer än spänning. Astronauternas framgångsrika flygningar till månen och tillbaka under Apollo-programmet 1968 till 1972 rankas som några av de största historiska landvinningarna inom mänsklig teknologi; ingenjörer övervann utmaningar inom dussintals områden, inklusive framdrivning, termiskt skydd, kommunikation och navigering, på ett samordnat sätt. Men den tekniska utmaningen med ett bemannat uppdrag till Mars representerar en annan storleksordning.

Tänk på de grundläggande siffrorna. Ett Apollo-uppdrag på tre personer använde en enda Saturn-V-booster som placerade cirka 120 000 kilo rymdskepp och drivmedel i en låg parkeringsbana strax bortom kanten av jordens atmosfär. Efter ytterligare en raketavfyrning och en tre dagar lång resa landade två ur besättningen på månen och tillbringade flera dagar med att våga sig ut på ytan för att samla in prover, ta fotografier och sätta in instrument. Den totala uppdragets varaktighet för en av Apollo-flygningarna var 10 till 12 dagar.

För Mars skulle många av dessa siffror gå upp dramatiskt. De flesta uppdragsstrategier kräver att man monterar ett fordon i parkeringsbana av flera komponenter som lanseras separat, vilket ger upp till 400 000 till 500 000 kilo. Den utgående resan skulle pågå i sex till tio månader, följt av en vistelse på Mars-ytan som varade mer än ett år; under den tiden skulle besättningsmedlemmar göra hundratals resor utanför snarare än de tre eller fyra som Apollo rymddräkter, torterade av grov användning och slipande måndamm, knappt genomförde. Hela uppdraget skulle ta närmare tre år och astronauternas exponering för medicinska faror som långvarig viktlöshet och kosmisk strålning skulle vara 100 gånger högre än vad den var för månuppdragen.

Så vid första anblicken verkar ett Marsuppdrag som om det skulle vara många gånger svårare än månlandningarna, och följaktligen många gånger dyrare (i nuvarande dollar kostar Apollo cirka 80 miljarder dollar). Men enligt erfarna rymdplanerare och ekonomer har rymdtekniken redan nått nivåer som skulle möjliggöra Mars-uppdrag till kostnader lika med eller till och med lägre än Apollo-programmet (se Billiga platser?, eller hur) .

På en vinge och tunn luft

medan mars-entusiaster kanske ännu inte vet tillräckligt om marsjorden, vet de redan en viktig sak om marsluften: den är väldigt tunn. Och även om Mars-atmosfären har mindre än 1 procent av trycket från jordens atmosfär vid havsnivån, håller några rymdingenjörer på att utarbeta ritningar för små obemannade flygplan som kan flyga över stora vidder av Mars-terrängen. Ett sådant plans instrument skulle kunna övervaka komplexa geologiska regioner, inklusive många som ser för grova ut för yttransporter.

Larry Lemke, en robotexpert från NASA:s Ames Research Center i Kalifornien, berättade vid en plenarsession om ett bevingat uppdrag. Ett fordon på 150 kilo med 10 meters vingspann, i skalan av ett motordrivet hängglidare här på jorden, skulle skjutas upp från jorden hopvikt inuti en sond. Efter att sonden kommit in i marsatmosfären tappade den sin värmesköld och öppnade en liten stabiliserande fallskärm. Flygplanet skulle veckla ut sig självt under nedstigningen och lossna från fallskärmen för sin fria flygning. Den bevingade roboten kunde bära 20 kilogram instrument, inklusive en infraröd spetsig spektrometer för att kartlägga mineral- och isavlagringar, och en svit av geofysiska fältinstrument för att upptäcka spår av planetens geologiska historia. Lemkes team har redan kartlagt en 2 000 kilometer lång, tre timmar lång kurs nerför Mars Vallis Marineris kanjon (som är längre än USA är bred).

Den tunna marsluften, insisterade Lemke, skulle inte vara ett problem. På planetens yta, påpekade han, är Mars lufttryck ungefär detsamma som jordens på 24 000 meters höjd. Eftersom NASA:s obemannade soldrivna Pathfinder-flygplan rutinmässigt kryssar på denna höjd på jorden, ger det ett bevis på att ett mer specialiserat fordon också kan flyga på Mars. Aerodynamik är inget problem, sa Lemke på mötet.

Inte heller teknik är ett problem, sa Lemke. Mars-flygplanet har gynnats av många tekniska framsteg under de senaste 20 åren från områden utan koppling till astronautik. Det har förekommit arbete i radiostyrda flygplan, i lätta strukturer, i elektriska framdrivningsmotorer och i militära utplaceringssystem.

Konceptet är så genomförbart, tror Lemke, att han efterlyser en lansering år 2003, för att fira hundraårsjubileet av bröderna Wrights första tyngre-än-luft-flyg. Vi borde markera 100-årsjubileet av den första flygningen på jorden med den första flygningen på Mars, sa han.

Slår på

huruvida robotflygplan flyger på mars eller inte, för mänskliga resor kommer en nyckelfaktor att vara kraftverket som tar dit upptäcktsresande. En möjlighet som övervägdes på Marsmötet var kärnkraft. Den kärnkraftsdrivna raketen har varit en stöttepelare i science fiction i generationer, och på 1960-talet designade och testade Atomic Energy Commission faktiskt flera uran-235-drivna prototyper för att fungera som övre stadier i rymden. Genom att spruta ut överhettad vätgas gav de en dragkraft lika stark som kemiska motorer av liknande storlek, men kunde få samma dragkraft samtidigt som de förbrukade bara hälften så mycket bränslemassa. Denna effektivitet skulle ha varit en enorm fördel för de tunga bemannade Mars-fordonen som då övervägdes.

Faktum är att kärnkraft i rymden var temat för flera av breakout-sessionerna på konferensen. Sessionen som jag deltog i möttes i ett fönsterlöst klassrum i källaren och leddes av Roger Lenard, en ingenjörschef från försvarsdepartementets Sandia Labs i Albuquerque, NM. Lenard har förespråkat användningen av kärnkraft i rymden sedan sin tid som direktör av Timberwind-projektet, ett kärnkraftsdrivet antimissilsystem designat som en del av Star Wars försvarssystem. Men Timberwind kollapsade för ett decennium sedan under dålig publicitet över potentiella miljökonsekvenser - att avfyra den i strid hotade att förorena stora områden i Stilla havet, inklusive Nya Zeeland.

Trots sådana farhågor har kärnkraften förblivit populär i fantasin hos en kärngrupp av specialiserade ingenjörer, och entusiasmen för utomjordisk användning av kärnenergi nådde kritisk massa vid konferensen. Kärnkraftsförespråkare som Lenard har väntat i årtionden på att få ett uppdrag godkänt, och de tror att Mars är deras bästa chans. Genom att rikta in sig på en planet som är för långt borta för att betraktas som någons bakgård, hoppas de kunna kringgå den anti-kärnkraftsaktivism som inte finns i min bakgård.

Lenard kritiserade vad han såg som NASA:s tendens att undvika ämnet kärnkraft på grund av dess kontrovers. Och även inom NASAs Mars-uppdragsstudier som inkluderar kärnkraft fann han vad han ansåg vara orealistiska designbegränsningar. 1989 arbetade Lenard med NASA som kärnkraftsspecialist på ett Mars-designreferensuppdrag. Det projektet inkluderade en enda bimodal kärnreaktor, som först gav framdrivning för att börja jord-till-Mars-sträckan och sedan gav elektrisk kraft under resan och på ytan. Men bimodalitet är en dålig idé, hävdade Lenard. Designkraven för ett bra framdrivningssystem är antitetiska mot designkraven för ett bra kraftsystem, sa han.

Framdrivningssystem kräver en så hög temperatur som möjligt - 3000 K - och fungerar bara några timmar åt gången. Och du oroar dig inte särskilt mycket för att behålla alla fissionsprodukter, tillade han, eftersom de försvinner säkert in i rymdens redan radioaktiva bakgrund. Däremot kräver tillhandahållande av elektrisk kraft (både under flygning och på ytan) endast blygsamma temperaturer och blygsam effektivitet, men systemet måste fungera under långa perioder.

I Lenards analys har andra Mars-entusiaster inte tänkt igenom dessa frågor. De antar att ett utvecklingsprogram för en reaktor som gör två eller tre saker automatiskt är billigare än två eller tre separata program, sa han till det fullsatta rummet. Men det avvisar vi. När kraven är så ömsesidigt uteslutande blir detta ett program med enorm risk, med långa ledtider och höga kostnader.

Ändå, förutom det vilda kortet för politisk acceptans, är kärnteknik den främsta utmanaren för att driva ett Mars-uppdrag. Utan nukleär framdrivning skulle tidiga bemannade uppdrag till Mars behöva förlita sig på kemiska motorer, vilket gör fordonen större och kanske fördubblar fraktkostnaden för att få ett fartyg i omloppsbana. Mer exotiska icke-nukleära system som drar nytta av sådana koncept som tröghetslös framdrivning och antigravitation förblir väldigt imaginära och i bästa fall årtionden i framtiden.

Liv på Mars

även om makt helt klart är en utmaning för ett marsuppdrag, när jag gick från session till session och seminarium till seminarium, började jag se att det finns ett annat område som representerar kärnan i utmaningen – och det är egentligen inte ett tekniskt problem. När Apollo-uppdragen gick för månen var det hårdvara som var mest avgörande - raketerna, navigeringen, besättningens kontrollsystem och till och med stenarna som var uppdragets mål. Men med Mars som destination föll fokus hela tiden på livet.

För ett framgångsrikt bemannat uppdrag till Mars, föreslog många olika aspekter av mötet, måste vi överväga livet i många skalor. Mikroskopiska nanofossiler kan indikera tidigare liv på Mars och kommer att vara ett främsta mål för utforskning. På medicinnivå måste vi bestämma hur vi ska bevara människors hälsa under flygförhållanden. I sociologiska termer kommer vi att behöva förstå den rätta mixen av besättningskompetens och den rätta besättningsorganisationen för fleråriga uppdrag utanför radiokonversationens omfång.

Radiosignalens tid för tur och retur varierar från åtta till 30 minuter, beroende på hur långt ifrån Mars och jorden är vid en given tidpunkt, så dagens jordnära frustration med att spela röstbrevlåda kommer att bli normen för Marsresenärer. I en enkel demonstration av en kommunikationsförsening med hjälp av videobandspelare och periodiskt utbytta kassetter organiserade jag en övning där deltagare vid en medicinsk konferens i Houston 1997 stod inför en simulerad medicinsk nödsituation på Mars. När skådespelare-astronauter följde en checklista med reaktioner på krisen, var det medicinska teamet på jorden tvungen att lära sig att förutse martianlagets behov och framsteg.

Otroligt nog anpassade sig både de terrestra och utomjordiska teamen inom en timme till den interplanetära rytmen, vilket gav tillräckliga frågor och svar på ett förvånansvärt effektivt sätt. Men övningen använde bara en fyra minuters fördröjning, och det medicinska scenariot var väldefinierat. Framtida experiment kommer att behöva ta itu med mer realistiska förseningar och mer oförutsägbara scenarier, eftersom rymdplanerare förbereder sig för Mars tidsmässiga utmaning.

Kommunikationsutmaningarna i Mars-uppdraget gäller också de människor som är kvar på jorden. Inom politikens och diplomatins område måste vi uppbåda den nationella uthållighet och internationella samarbete som behövs för ett så långsiktigt projekt. På den interplanetära skalan bör vi överväga karantänstandarder för att skydda jorden från alla utomjordiska livsformer som kan haka på en resa hem från Mars. Slutligen, på kanske universell skala, såg jag passionerad argumentation om önskvärdheten av och strategierna för att en dag modifiera Mars klimat för att göra det mer jordlikt, med andra ord, att terraformera det. Endast ett fåtal av dessa problem var överhuvudtaget betydande under 1960-talets månlandningar, men många av dem skulle bli avgörande för ett framgångsrikt mänskligt uppdrag till Mars.

Och det kan vara nyckeln till att säkra regeringens engagemang för ett sådant projekt, för sådana livsfrågor resonerar på jorden, såväl som i rymden. Det verkade för mig som att ett mänskligt Mars-program - inte bara ett engångsstreck med flaggor och fotspår utan en ihållande sekvens av expanderande expeditioner - kunde resultera i samma sorts breda tekniska förnyelse som Apollo-utmaningarna drev på för 30 år sedan. Om det utformas på rätt sätt skulle detta djärva projekt kunna påskynda innovativ forskning som även kan tillämpas på markbundna problem, både kända och ännu okända.

Men det var ett argument för politikerna och böndiskarna på det federala budgetkontoret. På konferensen var jag omgiven av människor som redan som jag är övertygade om att projektet är önskvärt, till och med akut. Och även om Mars inte var synlig för ögat den veckan - den kom precis fram ur solens bländning på himlen före gryningen - brändes bilden starkt i mitt sinne. För mig, i en inversion av vardagliga trafikregler, betydde det röda ljuset på himlen Go!

Dölj