Hoe de Artemis-maanmissie ons naar Mars kan brengen

Een illustratie van het aanstaande Space Launch System, de raket die bedoeld is om in het hele Artemis-programma te worden gebruikt. NASA/MSFC

Als God had gewild dat de mens een ruimtevarende soort zou worden, zou Hij de mens een maan hebben gegeven. De beroemde raketwetenschapper Krafft Ehricke sprak die woorden in 1984 uit. Hij wilde benadrukken hoe we de maan als springplank konden gebruiken om de menselijke beschaving uit te breiden naar de rest van het zonnestelsel. Dit was meer dan een decennium na de laatste Apollo-missie naar de maan, en Ehricke keek toe hoe NASA en de rest van het Amerikaanse ruimteprogramma zich terugtrokken uit de hoop om verder weg gelegen werelden zoals Mars te verkennen en zich in plaats daarvan te concentreren op de baan van de aarde.

Amerika streeft eindelijk naar een terugkeer naar de maan met Artemis, een ambitieuze ( en onrealistisch ) doel om tegen 2024 astronauten te sturen. Maar voor het Witte Huis en NASA gaat de missie over meer dan alleen mensen terug op het maanoppervlak krijgen. De maan is ook een perfecte basis om een ​​vervolgprogramma op te zetten om naar Mars te reizen. Voor beide bestemmingen is het doel niet alleen om een ​​vlag te planten en terug te keren naar de aarde, maar om een ​​permanente aanwezigheid te behouden zodat mensen kunnen leven en werken.

We gaan terug naar de maan voor wetenschappelijke ontdekkingen, economische voordelen en inspiratie voor een nieuwe generatie ontdekkingsreizigers, zei NASA-beheerder Jim Bridenstine op 21 september toen het bureau zijn laatste plannen voor het Artemis-programma publiceerde. Terwijl we een duurzame aanwezigheid opbouwen, bouwen we ook momentum op richting die eerste menselijke stappen op de Rode Planeet.

Maar het bureau heeft nooit duidelijk uitgelegd hoe dit zou moeten gebeuren. De belangrijkste projecten die Artemis zouden moeten mogelijk maken - de volgende generatie Space Launch System-raket en de Orion-bemanningscapsule - zijn nog niet voltooid. De meeste experts zijn het erover eens het programma is ondergefinancierd . Het hoofd van de menselijke verkenning bij NASA is het afgelopen jaar drie keer vervangen. Het Agentschap heeft niet eens een maanlander uitgezocht . Dus zelfs als we in 2024 naar de maan gaan (geenszins een gegeven), hoe zorgen we ervoor dat er daarna een Mars-nederzetting komt?

Het grootste probleem dat we op dit moment hebben, is dat we niet weten hoe we productief buiten de aarde moeten leven en werken, zegt Clive Neal, een geoloog aan de Universiteit van Notre Dame en een expert in maanonderzoek. We hebben geen idee. We hebben de technologieën die we nodig hebben om maanden of jaren in de ruimte te leven en te werken nooit goed uitgeprobeerd, in barre omgevingen met veel koudere temperaturen, veel hogere hoeveelheden straling, lagere zwaartekracht en een gebrek aan zuurstof en water.

Maar we hebben ons eigen lab in onze achtertuin om deze dingen te proberen, zegt Neal. Hij en vele collega's schreven onlangs een nieuw rapport vrijgegeven door Explore Mars, een belangenorganisatie die duurzame verkenning van de ruimte promoot. Het rapport identificeert tientallen activiteiten en technologieën die cruciaal zijn voor de verkenning van Mars en die kunnen worden ontwikkeld en getest door Artemis en doorlopende inspanningen op het gebied van maanverkenning.

Sommige dingen die essentieel zijn voor Mars zullen vrijwel onmiddellijk na de lancering van Artemis III (de geplande bemande missie naar het maanoppervlak in 2024) op de maan worden bewezen. Levensonderhoud staat bovenaan de lijst. Mensen hebben nog nooit eerder langetermijnhabitats op een andere wereld gebouwd. Hoewel we veel van wat we hebben geleerd van langdurige missies op het internationale ruimtestation zullen toepassen, moeten we er nog steeds voor zorgen dat een maanbasis en een Mars-basis in essentiële behoeften kunnen voorzien, zoals voedsel, water en onderdak .

Het bouwen en testen van die systemen vereist ervaring. Ik denk dat het belangrijkste zal zijn om meer mensen onder te dompelen in de maanomgeving, zegt Joe Cassady, de uitvoerend directeur voor ruimteoperaties bij Aerojet Rocketdyne en een van de hoofdredacteuren van het Explore Mars-rapport. Vanaf het begin hebben we een verzameling ervaringen en gegevens nodig van een groot aantal verschillende astronauten, tijdens missies die weken of maanden duren. Die ervaringen zullen informeren hoe ingenieurs habitats, ruimtepakken en oppervlaktetransportsystemen bouwen die geschikt zijn voor mensen.

Om ervoor te zorgen dat deze leefgebieden lang meegaan, moet je iets duurzaams bouwen. Startvensters voor Mars-missies (wanneer de planeet het dichtst bij de aarde is) komen slechts om de 26 maanden, dus elke Mars-rondreis zou hebben om enige tijd te wachten tot dit venster weer wordt geopend. Als de reis bijvoorbeeld negen maanden duurt, zou je moeten besteden minimaal drie tot vier maanden op Mars voordat het haalbaar zou zijn om naar huis te gaan. Je kunt ofwel genoeg proviand meenemen om al die maanden mee te gaan, of je kunt op zoek gaan naar buitenaardse middelen. En de eerste optie is vrijwel een niet-starter. Je moet lokale bronnen gebruiken, zegt Neal. Alles proberen mee te nemen om Mars-astronauten veilig en gezond te houden, werkt gewoon niet.

Waterijs zal een essentiële hulpbron zijn. Het zou water en zuurstof kunnen leveren om levensondersteunende systemen in stand te houden, en het zou ook kunnen worden gesplitst in waterstof en zuurstof om als raketbrandstof te worden gebruikt. Het zou kunnen gebruikt als afscherming tegen ruimtestraling en micrometeoriet bombardement voor alle schuilplaatsen die op de maan zijn gebouwd.

We weten dat er veel waterijs is op Mars. En we zijn er vrij zeker van dat er ook veel waterijs op de maan is, waardoor het een perfecte omgeving is om de technologieën uit te testen die we nodig hebben om die reserves op te sporen, te ontginnen, te zuiveren en ze om te zetten in iets dat kan helpen behouden een schikking gaat.

Die technologieën zouden voor beide werelden erg op elkaar lijken. De maan is een extremere omgeving, wat betekent dat als hij op de maan werkt, hij ook op Mars zal werken, zegt Neal. Hij hoopt dat ingenieurs wereldonafhankelijke apparatuur zullen ontwerpen.

De aanwezigheid van waterijs versterkt ook enigszins het argument voor het gebruik van een voortstuwingssysteem voor ruimtevaartuigen op basis van waterstof in plaats van methaan (iets dat SpaceX nastreeft met zijn Raptor-motoren). Het rapport stelt dat terwijl waterstof lokaal op beide werelden kan worden geproduceerd, methaan alleen uit lokale bronnen kan worden geproduceerd op Mars, waar een atmosfeer met veel koolstofdioxide een gemakkelijke bron van koolstof vormt. Elke methaanproductie op de maan zou de invoer van een koolstofbron vereisen, stelt het rapport.

Het rapport beveelt ook aan om energiesystemen te gebruiken die niet volledig afhankelijk zijn van de zon. Op Mars, met zijn grotere afstand en stoffige atmosfeer, zouden zonne-energiearrays meer moeite hebben om zonlicht in energie om te zetten.

Kernenergie lijkt de meest voor de hand liggende benadering. Er zou niet al te veel kracht nodig zijn om een ​​schuilplaats op de maan in stand te houden, maar het zou enorme hoeveelheden energie kosten om het soort mijnbouwactiviteiten uit te voeren dat nodig is om waterijs te oogsten en te verwerken. Experts uit de mijnbouwindustrie hebben Neal verteld dat ze waarschijnlijk zullen kijken naar systemen die stroom kunnen leveren in megawatt-bereiken. Dat was een wake-up call, zegt hij. Mensen in de planetaire wereld hadden deze connecties niet gelegd met de mijnindustrie. Zonne-energie zou in dit geval meer een back-upbron van stroom op beide werelden zijn dan een primaire. En er zijn maar weinig veiligere omgevingen om nieuwe nucleaire systemen uit te testen dan de maan - een onbevolkte, verlaten omgeving.

De maan is ook gewoon een betere plek om een ​​Mars-missie te simuleren, vooral als het gaat om Gateway, het geplande ruimtestation dat is ontworpen voor een baan om de maan. Het zal in wezen dienen als een verzamelplaats voor alle NASA-missies naar het maanoppervlak (zowel met bemanning als met robots), evenals later voor deep-space-missies naar Mars. De eerste twee elementen van Gateway (de kracht- en voortstuwingsmodule en de woonmodule) worden in 2023 gelanceerd.

In hun rapport suggereerden zijn collega's van Cassady dat een mogelijke benadering zou kunnen zijn om een ​​bemanning op het schip te laten blijvenmaan- Gateway ruimtestationvoer gedurende 60 tot 90 dagen een gesimuleerde Mars-missie uit op het maanoppervlak gedurende 30 dagen, en voltooi dan nog een verblijf van 90 dagen op Gateway voordat je naar huis gaat. Dat zou een gecomprimeerde versie van een Mars-missie zijn. Het zou de veranderende omstandigheden van microzwaartekracht simuleren die tijdens zo'n reis worden geconfronteerd, en astronauten een voorproefje geven van hoe een Mars-missie werkelijk zou kunnen voelen. NASA's nieuwe Artemis overzicht gaat zelfs zo ver om te zeggen dat het Gateway-to-surface operationele systeem ook analoog is aan hoe een menselijke Mars-missie zou kunnen werken - met de mogelijkheid voor de bemanning om in een baan om de aarde te blijven en zich naar de oppervlakte te ontplooien.

Ten slotte zal een Mars-nederzetting niet goed werken, tenzij we autonome systemen ontwikkelen die geen nauw toezicht behoeven. Grondpersoneel op aarde kan de dingen op de maan nog steeds bijna in realtime besturen, maar de vertraging in de communicatie van de aarde naar Mars kan oplopen tot 22,4 minuten. Als een ramp [op Mars] toeslaat zoals met Apollo 13 is gebeurd, heb je geen team van ingenieurs ter plaatse om het probleem in realtime te diagnosticeren en op te lossen, zegt Casey Dreier, een ruimtebeleidsexpert bij de Planetary Society. De maan is de enige goede omgeving die we hebben om geautomatiseerde systemen echt te testen en te verbeteren die betrouwbaar kunnen werken zonder dat soort menselijke controle.

Er bestaat bezorgdheid dat het Amerikaanse ruimteprogramma na de verkiezingen van november een scherpe verschuiving in de prioriteiten zou kunnen krijgen, zoals in de afgelopen jaren is gebeurd. Maar tot nu toe lijkt de Democratische Partij aan boord. De bewoording in zijn 2020-platform luidt: We steunen het werk van NASA om Amerikanen terug te brengen naar de maan en verder te gaan naar Mars, en de volgende stap te zetten in het verkennen van ons zonnestelsel. Dreier wijst erop dat de ontwikkeling van het Space Launch System en Orion bijna voltooid zijn. En er is ook veel internationale buy-in voor Gateway, waarbij Europa, Japan, Canada en mogelijk Rusland allemaal een rol gaan spelen in de ontwikkeling ervan. Nu van koers veranderen zou buitengewoon moeilijk zijn, zelfs als het wenselijk zou zijn.

Geen van deze plannen is echter in steen gebeiteld. NASA's nieuwe Artemis-overzicht beschrijft beter dan ooit hoe het bureau van plan is om mensen tegen 2024 naar de maan terug te brengen, maar is opmerkelijk licht in de details van hoe het van plan is te voldoen aan de technologische benchmarks voor een duurzame maanbasis die ons zou helpen om naar Mars te gaan.

Zelfs in een tijd waarin Ehricke's woorden dichterbij dan ooit komen, zal het veel vastberadenheid vergen om van de maan naar de Rode Planeet te springen.

Correctie 25-09-20: Het originele verhaal beschreef Clive Neal onnauwkeurig als een ingenieur. Neal is een geoloog.

zich verstoppen