Missionare zum Mars

Draußen in den felsigen Bergen fühlt man sich dem Weltraum näher. Der Luftschleier ist dünn; die Sterne und Planeten scheinen näher. Es passt also, dass die Hauptstadt der Bewegung, Menschen zum Mars zu schicken, an der University of Colorado in Boulder liegt.

Im Interesse einer journalistischen Full Disclosure muss ich hier anmerken, dass es sich um eine Bewegung handelt, zu der ich stolz bin, Teil zu sein. Seit 1981 bin ich zu gelegentlichen Konferenzen von Marsflugbegeisterten nach Boulder gegangen; der letzte war im August letzten Jahres. Ich erinnere mich noch an die allererste Case for Mars-Konferenz, die von einer Gruppe von Doktoranden organisiert wurde, die keine Ahnung hatten, welche Art von Empfang ihre geplante Einberufung erhalten würde. Schließlich war der letzte Regierungsbeamte, der einen bemannten Flug zum Mars befürwortete, der bald in Ungnade gefallene Vizepräsident von Richard Nixon, Spiro Agnew – ein unglücklicher Schutzpatron.

Programme für das Volk

Diese Geschichte war Teil unserer Januar-Ausgabe 1999



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In den frühen Jahren des Weltraumzeitalters gingen amerikanische Bürger und Raumfahrtingenieure gleichermaßen davon aus, dass die Mondlandung nur der erste Schritt in einer ununterbrochenen Folge bemannter Flüge sei, die innerhalb von 10 bis 15 Jahren zum Mars führen würden. Aber in den 70er Jahren eliminierte die Post-Apollo-Kürzung den Mars selbst aus dem optimistischsten NASA-Zeitplan; Mit der politischen Wahrnehmung, dass wir das Wettrennen um den Weltraum gewonnen hatten, wurde das Budget der NASA um zwei Drittel gekürzt. Die verbleibenden Energien der Agentur konzentrierten sich auf das Space-Shuttle-Programm, und der bemannte Flug zum Mars verschwand aus der offiziellen Betrachtung.

Dennoch kamen die Leute 1981 nach Boulder. Sie versammelten sich zögernd, fast schüchtern, ohne offizielle Unterstützung durch irgendwelche Agenturen oder Unternehmen. Viele hatten den Glauben während eines Jahrzehnts bewahrt, als die Rede von bemannten interplanetaren Flügen fast tabu war. Jeder schien erstaunt zu sehen, wie viele andere aus intellektuellen Schränken hervortraten, um zu verkünden, dass auch sie eine menschliche Mission zum Mars für möglich und wünschenswert hielten und dass auch sie eine neue Idee oder einen Vorschlag hätten, um sie näher zu bringen.

Aber im letzten Sommer strotzte die Konferenz vor Kühnheit. Diesmal versammelten sich mehr als 700 Menschen nicht nur zum Gedankenaustausch, sondern auch, um eine neue Mars-Gesellschaft zu gründen und eine Mars-Deklaration zu unterzeichnen, in der sie ihre Überzeugung zum Ausdruck brachten, dass der menschliche Flug zum Mars endlich machbar und wünschenswerter denn je war. (Diese Erklärung wurde seitdem auf ihrer Website unter veröffentlicht www.marssociety.org , und Kopien wurden nach Washington geschickt.) Auf dem Hauptpodium hielt eine Parade von Rednern phantasievolle Präsentationen mit dem erklärten Ziel, alle anderen zu gemäßigt erscheinen zu lassen. Die Konferenzteilnehmer waren erstaunlich vielseitig: NASA-Wissenschaftler und Astronauten; Universitätsforscher und Doktoranden; sogar normale Bürger, von denen einige ihre Kinder mitbrachten. Verkäufer boten Mars-T-Shirts und Mars-Kalender an.

Seit den Planern der Konferenz unter der Leitung des privaten Raumfahrtingenieurs Bob Zubrin, Gründer von Pioneer Astronautics in Lakewood, Colo. (Siehe Mars auf kleinstem Raum, KINDER November / Dezember 1996) , waren aggressiv inklusive, die Qualität der Präsentationen variierte enorm. Ideen wurden herumgeworfen, weggeworfen und energisch recycelt. Spezialisierte Sitzungen behandelten alles, von den technischen und medizinischen Herausforderungen einer Mars-Mission bis hin zu den rechtlichen und philosophischen Fragen, die bei der Erforschung des Planeten durch den Menschen aufgeworfen werden.

Mooning über dem Mars

Wenn Menschen es jedoch zum Mars schaffen sollen, braucht es viel mehr als nur Aufregung. Die erfolgreichen Astronautenflüge zum Mond und zurück während des Apollo-Programms von 1968 bis 1972 zählen zu den größten historischen Errungenschaften der menschlichen Technik; Ingenieure haben Herausforderungen in Dutzenden von Bereichen, einschließlich Antrieb, Wärmeschutz, Kommunikation und Navigation, koordiniert gemeistert. Aber die technologische Herausforderung einer bemannten Mission zum Mars liegt in einer anderen Größenordnung.

Betrachten Sie die Grundzahlen. Eine dreiköpfige Apollo-Mission verwendete einen einzigen Saturn-V-Booster, der etwa 120.000 Kilogramm Raumfahrzeug und Treibstoff in eine niedrige Parkbahn knapp hinter dem Rand der Erdatmosphäre brachte. Nach einem weiteren Raketenbeschuss und einer dreitägigen Reise landeten zwei der Besatzungsmitglieder auf dem Mond und verbrachten mehrere Tage damit, sich auf die Oberfläche zu wagen, um Proben zu sammeln, Fotos zu machen und Instrumente einzusetzen. Die gesamte Missionsdauer für einen der Apollo-Flüge betrug 10 bis 12 Tage.

Für den Mars würden viele dieser Zahlen dramatisch ansteigen. Die meisten Missionsstrategien erfordern es, ein Fahrzeug im Parkorbit aus mehreren separat gestarteten Komponenten zusammenzusetzen, die sich auf 400.000 bis 500.000 Kilogramm summieren. Die Hinfahrt sollte sechs bis zehn Monate dauern, gefolgt von einem mehr als einjährigen Aufenthalt auf der Marsoberfläche; Während dieser Zeit unternahmen die Besatzungsmitglieder Hunderte von Reisen nach draußen, anstatt die drei oder vier, die Apollo-Raumanzüge, gequält durch groben Gebrauch und abrasiven Mondstaub, kaum beendeten. Die gesamte Mission würde fast drei Jahre dauern und die Exposition der Astronauten gegenüber medizinischen Gefahren wie Langzeitschwerelosigkeit und kosmischer Strahlung wäre 100-mal höher als bei den Mondmissionen.

Auf den ersten Blick scheint eine Mars-Mission also um ein Vielfaches schwieriger als die Mondlandung und folglich um ein Vielfaches teurer (in aktuellen Dollar kostet Apollo etwa 80 Milliarden Dollar). Aber nach Ansicht erfahrener Weltraumplaner und Ökonomen hat die Weltraumtechnologie bereits ein Niveau erreicht, das Marsmissionen zu Kosten gleich oder sogar niedriger als die des Apollo-Programms ermöglichen würde (siehe Billige Sitze?, richtig) .

Auf Flügeln und dünner Luft

Während Mars-Enthusiasten vielleicht noch nicht genug über den Marsboden wissen, wissen sie bereits eines Wichtiges über die Marsluft: Sie ist sehr dünn. Und obwohl die Marsatmosphäre weniger als 1 Prozent des Drucks der Erdatmosphäre auf Meereshöhe aufweist, erstellen einige Raumfahrtingenieure Blaupausen für kleine unbemannte Flugzeuge, die weite Weiten des Marsgeländes überfliegen können. Die Instrumente eines solchen Flugzeugs könnten komplexe geologische Regionen untersuchen, darunter viele, die für Oberflächenrover zu rau aussehen.

Larry Lemke, ein Robotik-Experte vom Ames Research Center der NASA in Kalifornien, erzählte einer Plenarsitzung von einer geflügelten Mission. Ein 150-Kilogramm-Fahrzeug mit einer Spannweite von 10 Metern, in der Größenordnung eines motorisierten Hängegleiters hier auf der Erde, würde von der Erde gefaltet in einer Sonde gestartet. Nachdem die Sonde in die Marsatmosphäre eingedrungen war, ließ sie ihren Hitzeschild fallen und öffnete einen kleinen stabilisierenden Fallschirm. Das Flugzeug würde sich während des Sinkflugs entfalten und sich für seinen freien Flug vom Fallschirm lösen. Der geflügelte Roboter könnte 20 Kilogramm Instrumente tragen, darunter ein Infrarot-Spitzspektrometer zur Kartierung von Mineral- und Eisablagerungen und eine Reihe von geophysikalischen Feldinstrumenten, um Spuren der geologischen Geschichte des Planeten zu erkennen. Lemkes Team hat bereits einen 2.000 Kilometer langen, dreistündigen Kurs durch den Vallis Marineris Canyon des Mars (der länger ist als die Vereinigten Staaten breit) kartiert.

Die dünne Marsluft, beharrte Lemke, sei kein Problem. An der Oberfläche des Planeten, so betonte er, sei der Luftdruck des Mars ungefähr der gleiche wie der der Erde in 24.000 Metern Höhe. Da das unbemannte solarbetriebene Pathfinder-Flugzeug der NASA routinemäßig in dieser Höhe auf der Erde kreuzt, liefert es den Beweis für das Konzept, dass ein spezialisierteres Fahrzeug auch auf dem Mars fliegen könnte. Aerodynamik sei kein Problem, sagte Lemke beim Treffen.

Technologie sei auch kein Problem, sagte Lemke. Das Mars-Flugzeug hat in den letzten 20 Jahren von vielen technologischen Fortschritten aus Bereichen profitiert, die keine Verbindung zur Raumfahrt haben. Es gab Arbeiten in funkgesteuerten Flugzeugen, in Leichtbaustrukturen, in elektrischen Antriebsmotoren und in militärischen Einsatzsystemen.

Das Konzept sei so tragfähig, glaubt Lemke, dass er einen Start im Jahr 2003 fordert, um das hundertjährige Jubiläum der ersten Schwerer-als-Luft-Flüge der Gebrüder Wright zu feiern. Wir sollten den 100. Jahrestag des ersten Flugzeugflugs auf der Erde mit dem ersten Flugzeugflug auf dem Mars begehen, sagte er.

Einschalten

Ob Roboterflugzeuge auf dem Mars fliegen oder nicht, für menschliche Reisen wird das Kraftwerk, das die Entdecker dorthin bringt, eine Schlüsselüberlegung sein. Eine Möglichkeit, die beim Mars-Treffen in Betracht gezogen wurde, war die Atomkraft. Die atomgetriebene Rakete ist seit Generationen eine tragende Säule der Science-Fiction, und in den 1960er Jahren entwarf und testete die Atomic Energy Commission tatsächlich mehrere Uran-235-betriebene Prototypen, die als Oberstufen im Weltraum dienen sollten. Durch das Ausstoßen von überhitztem Wasserstoffgas lieferten sie einen Schub, der so stark war wie chemische Triebwerke ähnlicher Größe, konnten jedoch denselben Schub erzielen, während sie nur halb so viel Treibstoff verbrauchen. Diese Effizienz wäre ein enormer Vorteil für die damals in Betracht gezogenen schweren bemannten Marsfahrzeuge gewesen.

Tatsächlich war die Atomkraft im Weltraum das Thema mehrerer Breakout-Sessions auf der Konferenz. Die Sitzung, an der ich teilgenommen habe, fand in einem fensterlosen Klassenzimmer im Keller statt und wurde von Roger Lenard geleitet, einem Engineering Manager der Sandia Labs des Verteidigungsministeriums in Albuquerque, NM Lenard setzt sich seit seiner Tätigkeit als Direktor für die Nutzung von Atomkraft im Weltraum ein des Timberwind-Projekts, einem nuklearbetriebenen Raketenabwehrsystem, das als Teil des Star Wars-Abwehrsystems entwickelt wurde. Aber Timberwind brach vor einem Jahrzehnt unter schlechter Werbung über potenzielle Umweltauswirkungen zusammen – ein Abfeuern im Kampf drohte, große Gebiete des Pazifischen Ozeans, einschließlich Neuseeland, zu kontaminieren.

Trotz dieser Bedenken ist die Kernenergie in der Vorstellung einer Kerngruppe spezialisierter Ingenieure nach wie vor beliebt, und die Begeisterung für die außerirdische Nutzung der Kernenergie erreichte auf der Konferenz eine kritische Masse. Befürworter von Weltraumnuklearen wie Lenard warten seit Jahrzehnten auf die Genehmigung einer Mission und glauben, dass der Mars ihre beste Chance ist. Indem sie einen Planeten anvisieren, der zu weit entfernt ist, um als Hinterhof von irgendjemandem angesehen zu werden, hoffen sie, die nicht in meinem Hinterhof befindliche Haltung des Anti-Atom-Aktivismus zu umgehen.

Lenard kritisierte die Tendenz der NASA, das Thema Atomkraft wegen seiner Kontroverse zu meiden. Und selbst bei den NASA-Marsmissionsstudien, die Atomkraft einschließen, fand er etwas, das er für unrealistisch hielt. 1989 arbeitete Lenard mit der NASA als Kernkraftspezialist an einer Referenzmission für das Marsdesign. Dieses Projekt umfasste einen einzelnen bimodalen Kernreaktor, der zuerst den Antrieb für den Beginn der Strecke Erde-Mars und dann während der Reise und an der Oberfläche elektrische Energie lieferte. Aber Bimodalität ist eine schlechte Idee, argumentierte Lenard. Die Designanforderungen eines guten Antriebssystems stehen im Gegensatz zu den Designanforderungen eines guten Antriebssystems, sagte er.

Antriebssysteme benötigen eine möglichst hohe Temperatur - 3000 K - und arbeiten nur wenige Stunden am Stück. Und man mache sich keine großen Sorgen um den Erhalt aller Spaltprodukte, fügte er hinzu, da sie sicher im ohnehin radioaktiven Hintergrund des Weltraums verschwinden. Im Gegensatz dazu erfordert die Bereitstellung elektrischer Energie (sowohl im Flug als auch an der Oberfläche) nur bescheidene Temperaturen und einen bescheidenen Wirkungsgrad, aber das System muss über lange Zeiträume betrieben werden.

In Lenards Analyse haben andere Mars-Enthusiasten diese Probleme nicht durchdacht. Sie gehen davon aus, dass ein Entwicklungsprogramm für einen Reaktor, der zwei oder drei Dinge tut, automatisch billiger ist als zwei oder drei separate Programme, sagte er dem überfüllten Raum. Aber das lehnen wir ab. Wenn sich die Anforderungen so gegenseitig ausschließen, wird daraus ein Programm mit enormem Risiko, mit langen Vorlaufzeiten und hohen Kosten.

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Abgesehen von der Wildcard der politischen Akzeptanz ist die Nukleartechnologie jedoch der Hauptanwärter auf eine Marsmission. Ohne nuklearen Antrieb müssten sich frühe bemannte Missionen zum Mars auf chemische Motoren verlassen, wodurch die Fahrzeuge größer werden und die Frachtkosten möglicherweise verdoppelt werden, um ein Schiff in die Umlaufbahn zu bringen. Exotischere nichtnukleare Systeme, die auf Konzepten wie trägheitslosem Antrieb und Anti-Schwerkraft Kapital schlagen, bleiben wild imaginär und liegen bestenfalls Jahrzehnte in der Zukunft.

Leben auf dem Mars

Obwohl Macht eindeutig eine Herausforderung für eine Mars-Mission ist, begann ich, als ich von Sitzung zu Sitzung und Seminar zu Seminar ging, zu erkennen, dass es einen anderen Bereich gibt, der den Kern der Herausforderung darstellt – und es ist nicht wirklich ein technologisches Problem. Als die Apollo-Missionen zum Mond gingen, war die Hardware am wichtigsten – die Raketen, die Navigation, die Besatzungskontrollsysteme und sogar die Felsen, die das Ziel der Mission waren. Aber mit dem Mars als Ziel blieb das Leben immer mehr im Fokus.

Für eine erfolgreiche bemannte Mission zum Mars, die viele verschiedene Aspekte des Treffens nahelegten, müssen wir das Leben auf vielen Ebenen berücksichtigen. Mikroskopische Nanofossilien können auf früheres Leben auf dem Mars hinweisen und werden ein vorrangiges Ziel für die Erforschung sein. Auf der Ebene der Medizin müssen wir festlegen, wie die menschliche Gesundheit unter Flugbedingungen erhalten werden kann. In soziologischer Hinsicht müssen wir die richtige Mischung aus Besatzungsfähigkeiten und die richtige Besatzungsorganisation für mehrjährige Missionen außerhalb der Reichweite von Funkgesprächen verstehen.

Die Umlaufzeit des Funksignals reicht von acht bis 30 Minuten, je nachdem, wie weit Mars und Erde zu einem bestimmten Zeitpunkt voneinander entfernt sind. Daher wird die heutige erdseitige Frustration über das Abspielen von Voicemail-Tags zur Norm für Marsreisende. In einer einfachen Demonstration einer Kommunikationsverzögerung mit Videorekordern und regelmäßig ausgetauschten Kassetten organisierte ich eine Übung, bei der Teilnehmer einer medizinischen Konferenz 1997 in Houston einem simulierten medizinischen Notfall auf dem Mars gegenüberstanden. Da Schauspieler-Astronauten einer Checkliste mit Reaktionen auf die Krise folgten, musste das medizinische Team der Erde lernen, die Bedürfnisse und Fortschritte des Marsteams zu antizipieren.

Erstaunlicherweise passten sich sowohl das terrestrische als auch das außerirdische Team innerhalb einer Stunde an den interplanetaren Rhythmus an und lieferten überraschend effizient adäquate Fragen und Antworten. Aber die Übung benötigte nur eine Verzögerung von vier Minuten, und das medizinische Drehszenario war gut definiert. Zukünftige Experimente müssen sich mit realistischeren Verzögerungen und unvorhersehbareren Szenarien befassen, während sich Weltraumplaner auf die zeitliche Herausforderung des Mars vorbereiten.

Die Kommunikationsherausforderungen der Mars-Mission gelten auch für die Menschen, die auf der Erde zurückgeblieben sind. Im Bereich der Politik und Diplomatie müssen wir die für ein so langfristiges Projekt erforderliche nationale Beharrlichkeit und internationale Zusammenarbeit aufbringen. Auf interplanetarer Ebene sollten wir Quarantänestandards berücksichtigen, um die Erde vor außerirdischen Lebensformen zu schützen, die vom Mars nach Hause reisen könnten. Schließlich, vielleicht auf universeller Ebene, sah ich leidenschaftliche Diskussionen über die Erwünschtheit und die Strategien, das Klima des Mars eines Tages zu modifizieren, um es erdähnlicher zu machen – mit anderen Worten, es zu terraformen. Nur wenige dieser Probleme waren während der Mondlandungen der 1960er Jahre von Bedeutung, aber viele von ihnen würden für eine erfolgreiche bemannte Mission zum Mars entscheidend werden.

Und das könnte der Schlüssel sein, um das Engagement der Regierung für ein solches Projekt zu sichern, denn solche Fragen des Lebens schwingen auf der Erde und im Weltraum mit. Es schien mir, dass ein menschliches Mars-Programm – nicht nur ein einmaliger Flaggen- und Fußspurenstrich, sondern eine anhaltende Abfolge sich ausweitender Expeditionen – zu derselben breit angelegten technologischen Belebung führen könnte, die die Apollo-Herausforderungen vor 30 Jahren angeheizt hatten. Bei richtiger Gestaltung könnte dieses kühne Projekt innovative Forschung beschleunigen, die sich auch auf bekannte und noch unbekannte terrestrische Probleme anwenden lässt.

Aber das war ein Argument für die Politiker und die Erbsenzähler im Bundeshaushaltsamt. Auf der Konferenz war ich von Leuten umgeben, die wie ich bereits davon überzeugt waren, dass das Projekt wünschenswert, ja sogar dringend ist. Und obwohl der Mars in dieser Woche für das Auge nicht sichtbar war – er tauchte gerade aus dem grellen Licht der Sonne am Himmel vor der Morgendämmerung auf – brannte sein Bild hell in meinem Kopf. Für mich bedeutete das rote Licht am Himmel in einer Umkehrung der alltäglichen Verkehrsregeln Go!

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