Zapomniany na Marsie Matt Damon w hollywoodzkim hicie „Marsjanin” musiał samodzielnie radzić sobie z wieloma trudnościami, aby przetrwać na Czerwonej Planecie. Jednak w prawdziwym życiu musiałbyś walczyć o to życie na długo, zanim rzeczywiście dotrzesz na sam Mars. Rzeczywiście, oprócz promieniowania, problemów psychologicznych i fizycznych związanych z długim pobytem w kosmosie, osoba będzie musiała zmierzyć się z innymi testami podczas prawdziwych lotów na Marsa. Przyjrzyjmy się najbardziej oczywistym.
Dłuższe marsjańskie dni
Marsjański dzień jest tylko o 40 minut dłuższy niż na Ziemi. I choć na pierwszy rzut oka wręcz przeciwnie, można się cieszyć, że każdego dnia będziesz mieć nawet 40 minut więcej, to w rzeczywistości może się to okazać bardzo poważnym problemem, ponieważ codzienny rytm biologiczny człowieka jest zaprojektowany na 24 godziny. Dodatkowe 40 minut każdego dnia na Marsie wkrótce doprowadzi do wystąpienia u osoby jet lag, co z kolei przejawi się w postaci ciągłego zmęczenia i złego stanu zdrowia.
Operatorzy kosmiczni NASA doświadczyli już wszystkich „radości” tego syndromu, ponieważ musieli pracować zgodnie z czasem marsjańskim, gdy tylko jeden z pierwszych łazików wysłanych na Marsa rozpoczął codzienną pracę na Czerwonej Planecie. Na przykład wszyscy pracownicy misji kosmicznej Sojourner na Marsa trzymali się tego samego czasu, w którym łazik musiał pracować. Po miesiącu przy tak napiętym harmonogramie operatorzy, jak mówią, upadli.
W przypadku kolejnych łazików marsjańskich centrum kontroli NASA było w stanie skutecznie utrzymać czas marsjański przez trzy miesiące, ale pod koniec misji pracownicy byli nadal bardzo zmęczeni. Na podstawie obserwacji naukowcy odkryli, że osoba jest w stanie przestrzegać czasu marsjańskiego tylko przez krótkie okresy. Astronauci, którzy będą musieli pozostać na Marsie miesiącami, nigdy nie będą w stanie wydostać się z ram czasu marsjańskiego.
Wcześniejsze badania zagadnień snu wykazały, że organizm ludzki ma naturalny 25-godzinny rytm biologiczny, jednak jak się później okazało wyniki tych badań były błędne. Po dokonaniu nowych obserwacji żaden z uczestników nie był w stanie przystosować się do czasu marsjańskiego.
Film promocyjny:
Zmniejszona grawitacja
Pomimo możliwości symulowania podróży kosmicznej na Marsa na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej przez długi pobyt na niej, efekt długotrwałego wystawienia ludzkiego ciała na działanie marsjańskiej grawitacji (38% ziemskiej) wciąż pozostaje tajemnicą dla naukowców. Czy długotrwała ekspozycja na tę częściową grawitację zachowa integralność mięśni i gęstość szkieletową? A jeśli nie, jak sobie z tym poradzić? Biorąc pod uwagę, że podczas każdego lotu na Marsa osoba będzie musiała spędzić wiele miesięcy w zamkniętej puszce, znalezienie odpowiedzi na te pytania ma kluczowe znaczenie.
W mniej niż idealnych symulacjach dwa badania na myszach wykazały, że utrata kości i mięśni w warunkach marsjańskiej grawitacji może być równoznaczna z całkowitym brakiem grawitacji. Pierwsze badanie wykazało, że nawet przebywanie w środowisku o 70% grawitacji Ziemi nie zapobiegnie utracie mięśni i kości.
W drugim badaniu naukowcy odkryli, że myszy straciły co najmniej około 20 procent masy szkieletowej w środowiskach o niskiej grawitacji. Należy jednak pamiętać, że wszystkie te badania oparte są o symulacje. Dopóki astronauci faktycznie nie wylądują na Marsie, niemożliwe będzie poznanie prawdziwego wpływu zmniejszonej grawitacji na ich ciała.
Surowa powierzchnia Marsa
Pierwszą rzeczą, jaką odkrył Neil Armstrong po wejściu na powierzchnię Księżyca, było to, że lądowisko było dosłownie pokryte dużymi głazami, które stanowiły zagrożenie dla jego lądownika. Podobny problem może pojawić się dla astronautów, którzy wylądują na Marsie. Będą mieli bardzo mało czasu na identyfikację i uniknięcie uderzenia lądownika o taki bruk lub piaskowiec. Skały i różne zbocza mogą spowodować przewrócenie się lądownika Marsa. Faktem jest, że nawet bardzo duże zmiany w płaszczyźnie powierzchni mogą być bardzo trudne do wykrycia z orbity, więc osoby, które będą tworzyć plany lądowania, mogą po prostu przypadkowo przegapić takie zmiany.
Małe pęknięcia i wgłębienia mogą również oszukać czujniki, co z kolei może doprowadzić do przedwczesnego zwolnienia spadochronów lub nóg do lądowania, a także do nieprawidłowego automatycznego obliczania prędkości lądowania. Szanse, że lądownik może stanąć w obliczu katastrofy z powodu błędnie przeanalizowanego miejsca lądowania, są zaskakująco duże. Jedno z badań wykazało, że te szanse wynoszą około 20 procent.
Rozmiar owiewki nosa rakiety
Podczas opracowywania załogowego modułu lądowania na Marsie niemal natychmiast pojawia się jeden poważny problem techniczny - średnica owiewki przedniej rakiety, na której ten moduł marsjański zostanie wystrzelony. Pomimo obecnej średnicy największej owiewki wynoszącej 8,4 metra, bardzo trudno będzie dopasować jej rozmiar do konstrukcji załogowego lądownika marsjańskiego.
Ochronna osłona termiczna potrzebna do ochrony dużego ładunku byłaby wtedy zbyt duża, aby zmieścić się pod owiewką. Dlatego w tym przypadku najprawdopodobniej konieczne będzie zastosowanie technologii nadmuchiwanej osłony termicznej, której rozwój jest obecnie dopiero na etapie eksperymentalnym.
Wykorzystanie obecnej konstrukcji osłony radaru do misji na Marsa wymagałoby znacznie bardziej kompaktowego lądownika, który pasowałby do kopuły o długości 8,4 metra. Żadne większe moduły po prostu nie będą pasować.
Nawet jeśli zdecyduje się na użycie bardziej zwartego lądownika, najprawdopodobniej z powodu takich ograniczeń technicznych jego projekt będzie musiał zostać przerobiony. Na przykład będziemy musieli poddać recyklingowi nie tylko lokalizację astronautów, ale także zbiorniki paliwa modułu. Rozmiar samej owiewki nie może zostać zmieniony, ponieważ destabilizuje to pojazd startowy.
Supersonic TDU
Jednym z głównych sposobów zmniejszenia prędkości modułu lądowania na Marsie w celu miękkiego dokowania do powierzchni Marsa jest naddźwiękowy układ hamulcowy (TSP). Jego istota polega na wykorzystaniu silników odrzutowych skierowanych na ruch w celu spowolnienia aparatu z prędkości naddźwiękowych.
Użycie naddźwiękowego TDU w rzadkiej, rozrzedzonej atmosferze Marsa jest koniecznością. Jednak uruchomienie silników naddźwiękowych może spowodować falę uderzeniową, która może uszkodzić lądownik Marsa. Na przykład NASA ma niewielkie doświadczenie z takimi procedurami, co z kolei zmniejsza szanse powodzenia całej misji.
Ta technologia ma trzy problematyczne aspekty. Po pierwsze, efekt interakcji między przepływem powietrza a gazami wydechowymi silnika może dosłownie podzielić lądownik na pół. Po drugie, ciepło wytwarzane przez spaliny wypalonego paliwa rakietowego może ogrzać lądownik. Po trzecie, utrzymanie stabilności lądownika podczas wystrzeliwania naddźwiękowych TDU może być bardzo trudnym zadaniem.
Pomimo wcześniejszych testów w tunelu aerodynamicznym na małą skalę takich TDE, potrzeba wielu testów w pełnej skali, aby określić niezawodność takiego systemu. To bardzo kosztowne i czasochłonne zadanie. Jednak ta sama NASA może mieć również alternatywną (pośrednią) wersję testowania takich systemów. Amerykańska prywatna firma SpaceX aktywnie próbuje opracować rakietę wielokrotnego użytku, która wykorzystuje podobną zasadę lądowania. I należy zauważyć, że są sukcesy w tym kierunku.
Elektryczność statyczna
Tak, tak, ten sam, który sprawia, że włosy stają na głowie, lub mały wstrząs elektryczny, gdy czegoś dotkniesz. Tutaj na Ziemi elektryczność statyczna może być przedmiotem różnych żartów i figli (choć w warunkach ziemskich może być również niebezpieczna), ale na Marsie elektryczność statyczna może stać się poważnym problemem dla astronautów.
Na Ziemi większość wyładowań statycznych wynika z właściwości izolacyjnych gumowych podstaw noszonych przez nas butów. Na Marsie sama powierzchnia Marsa będzie służyć jako materiał izolacyjny. Nawet spacerując po powierzchni Marsa, astronauta może wytworzyć wystarczającą elektryczność statyczną, aby spalić elektronikę, taką jak śluza, po prostu dotykając zewnętrznej metalowej skorupy statku.
Specyfika i suchość powierzchni Marsa sprawia, że jest to doskonały materiał izolacyjny. Cząsteczki na powierzchni Marsa mogą być nawet 50 razy mniejsze niż cząsteczki pyłu na Ziemi. Podczas chodzenia pewna jej ilość gromadzi się na butach astronautów. Kiedy zdmuchnie go marsjański wiatr, jego buty nabiorą ładunku wystarczającego do wywołania lekkiego porażenia prądem, który w takich warunkach może pogrzebać całą misję.
Łaziki marsjańskie, pracujące teraz na Czerwonej Planecie, używają specjalnych, najcieńszych igieł, które odprowadzają ładunek do atmosfery i zapobiegają uderzeniu go w elektronikę łazików. W przypadku załogowych misji na Marsa wymagane będą specjalne skafandry kosmiczne do ochrony zarówno astronautów, jak i sprzętu, z którego będą korzystać.
Odpowiedni wzmacniacz
Space Launch System (SLS) jest obecnie największym pojazdem startowym w fazie rozwoju i ma zostać użyty w najbliższej przyszłości. To właśnie ta rakieta Zachód planuje użyć do załogowych misji na Marsa.
Obecne plany NASA przewidują kilkanaście rakiet SLS na jedną załogową misję na Marsa. Jednak obecna infrastruktura naziemna do startów SLS spełnia niezbędne warunki tylko w minimalnych parametrach: konieczne jest posiadanie co najmniej jednego pomieszczenia do montażu rakiety, jednego gigantycznego przenośnika do dostarczania rakiety na platformę startową i jednej wyrzutni.
Jeśli choć jeden z tych elementów zepsuje się lub zawiedzie, pojawią się poważne obawy o dostępność wymaganego pojazdu nośnego, co z kolei podważy samą możliwość załogowej misji na Marsa.
Na przykład wszelkie opóźnienia związane z konfiguracją i walidacją wszystkich systemów SLS mogą spowodować poważne zmiany w harmonogramach rozruchu. Mniej znaczące problemy techniczne, a nawet warunki pogodowe mogą powodować te same problemy.
Ponadto dokowanie na orbicie wymagane do złożenia statku kosmicznego na Marsa wymaga przestrzegania tak zwanego okna startowego, czyli czasu, w którym rakieta zostanie wystrzelona. Ponadto wystrzelenie statku kosmicznego na Marsa bezpośrednio z orbity Ziemi również wymaga przestrzegania określonych ram czasowych. Naukowcy opracowali całe modele startów w oparciu o dane historyczne dotyczące pierwszych startów wahadłowców. Wykazują brak pewności, że rakieta SLS będzie dostępna w określonym oknie startowym, co z kolei może położyć kres każdej załogowej misji na Marsa.
Toksyczna marsjańska gleba
W 2008 roku robotyczna sonda NASA dokonała historycznego odkrycia. Nadchlorany zostały znalezione na powierzchni Marsa. Pomimo faktu, że te toksyczne odczynniki trafiły do produkcji przemysłowej, mogą powodować poważne problemy z tarczycą u ludzi, nawet jeśli są stosowane w małych ilościach.
Na Marsie stężenie nadchloranów w glebie wynosi 0,5%, co już jest bardzo niebezpieczne dla ludzi. Jeśli astronauci wprowadzą te odczynniki do swoich marsjańskich siedzib, z czasem na pewno dojdzie do zanieczyszczenia, a następnie do zatrucia.
Procedury odkażania powszechnie stosowane w przemyśle wydobywczym mogą w pewnym stopniu pomóc zmniejszyć prawdopodobieństwo zanieczyszczenia. Jednak całkowite pozbycie się problemu w warunkach Marsa nie będzie możliwe, dlatego astronauci prędzej czy później spodziewają się problemów z tarczycą.
Ponadto zatrucie nadchloranami organizmu wiąże się z różnymi chorobami układu krążenia. To prawda, że naukowcy zajmujący się tym kierunkiem nie posunęli się jeszcze daleko, dlatego też wyjaśnienie wszystkich skutków nadchloranów na organizm ludzki nie zostało jeszcze poznane. Dlatego w dłuższej perspektywie konsekwencje przebywania na Czerwonej Planecie są bardzo trudne do przewidzenia.
Jest prawdopodobne, że astronauci będą musieli stale przyjmować sztuczne hormony, aby utrzymać swój metabolizm w celu zwalczania skutków długotrwałego narażenia na nadchlorany.
Długoterminowe przechowywanie paliwa rakietowego
Potrzebujemy paliwa rakietowego, aby polecieć na Marsa iz powrotem. Ogromne zapasy paliwa. Obecnie najbardziej wydajnym paliwem rakietowym jest paliwo kriogeniczne, czyli ciekły wodór i tlen.
Podczas przechowywania paliwo to musi być stale schładzane. Jednak nawet przy maksymalnym przygotowaniu, według statystyk, co miesiąc dochodzi do wycieku wodoru w ilości 3-4 procent ze zbiorników paliwa. Jeśli już w locie astronauci stwierdzą, że w ich zbiornikach paliwa brakuje paliwa na drogę powrotną do domu, to - sam rozumiesz - nastąpi całkowita katastrofa.
Astronauci będą musieli przez kilka lat monitorować gotowanie się kriogenicznego paliwa, aż do ich misji na Czerwonej Planecie. Dodatkowe paliwo mogłoby być produkowane bezpośrednio na samym Marsie, ale jego przechowywanie i chłodzenie będzie wymagało zainstalowania specjalnych chłodnic, które z kolei będą wymagały energii elektrycznej do działania. Dlatego przed rozpoczęciem misji na Marsa musimy przeprowadzić wiele długoterminowych testów technologii przechowywania paliwa, aby upewnić się, że mamy wystarczającą ilość paliwa w każdych okolicznościach.
Miłość i nieporozumienia
W ramach długoterminowych lotów kosmicznych nikt nie może wyrzec się pojawienia się romantycznych relacji między członkami załogi. Pod koniec ciężkiego dnia pracy wiele osób potrzebuje odprężenia psychicznego i fizycznego, z którego wyjściem jest po prostu związek miłosny. I choć na pierwszy rzut oka to wszystko brzmi uroczo i romantycznie, w praktyce w kosmosie tego rodzaju relacje mogą być bardzo złe dla całej misji.
W 2008 roku grupa osób wzięła udział w eksperymencie. Długi pobyt w zamkniętej przestrzeni został wykorzystany jako symulacja lotu na Marsa. Wydarzenia eksperymentu wymknęły się spod kontroli w czasie, gdy jeden z „astronautów” był bardzo zdenerwowany, że jego dziewczyna odmówiła uprawiania z nim seksu i zamiast tego wybrała trzeciego astronautę. Będąc w stanie ciągłego stresu i zmęczenia, pierwszy astronauta w pewnym momencie nie mógł tego znieść, a wszystko zakończyło się złamaniem szczęki trzeciego astronauty. Gdyby to nie był eksperyment, ale prawdziwa misja kosmiczna, takie zachowanie poważnie kwestionowałoby jej sukces.
Niestety, NASA nawet nie próbuje rozważać wszystkich tych możliwości. Według niedawnego raportu Amerykańskiej Narodowej Akademii Nauk, NASA w ogóle nie badała kwestii możliwych stosunków seksualnych podczas misji kosmicznych na Marsa, ani nie zajmowała się kwestiami możliwej zgodności psychotypów ludzi w długoterminowych misjach kosmicznych.