Missionarissen naar Mars

In de rotsachtige bergen voel je je dichter bij de ruimte. De sluier van lucht is dun; de sterren en planeten lijken dichterbij. Het is dus passend dat de hoofdstad van de beweging om mensen naar Mars te sturen, aan de Universiteit van Colorado in Boulder ligt.

In het belang van journalistieke volledige onthulling, moet ik hier opmerken dat het een beweging is waar ik trots op ben deel van uit te maken. Sinds 1981 ben ik naar Boulder gegaan voor incidentele conferenties van liefhebbers van Mars-vluchten; de meest recente was afgelopen augustus. Ik herinner me nog de allereerste Case for Mars-conferentie, georganiseerd door een groep afgestudeerde studenten die geen idee hadden wat voor soort ontvangst hun voorgestelde oproeping zou krijgen. Per slot van rekening was de laatste regeringsfunctionaris die de bemande vlucht naar Mars goedkeurde, de binnenkort te schande te maken vice-president van Richard Nixon, Spiro Agnew, een ongelukkige patroonheilige.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van januari 1999

• Zie de rest van het probleem
• Abonneren

In de beginjaren van het ruimtetijdperk gingen zowel Amerikaanse burgers als ruimtevaartingenieurs ervan uit dat de maanlanding slechts de eerste stap was in een ononderbroken reeks bemande vluchten die binnen 10 tot 15 jaar naar Mars zouden leiden. Maar in de jaren '70 elimineerde de bezuiniging na Apollo zelfs Mars van zelfs het meest optimistische NASA-tijdschema; met de politieke perceptie dat we de ruimtewedloop hadden gewonnen, werd het budget van NASA met tweederde verlaagd. De resterende energie van het agentschap werd geconcentreerd op het spaceshuttle-programma en de bemande vlucht naar Mars verdween uit officiële overwegingen.

Toch kwamen er in '81 mensen naar Boulder. Ze kwamen aarzelend, bijna verlegen bijeen, zonder officiële steun van instanties of bedrijven. Velen hadden het geloof behouden gedurende een decennium toen praten over bemande interplanetaire vluchten bijna taboe was. Ze leken allemaal verbaasd te zien dat zoveel anderen uit hun intellectuele kasten stapten om te verkondigen dat ook zij dachten dat een menselijke missie naar Mars haalbaar en wenselijk was, en dat ook zij een nieuw idee of suggestie hadden om het dichterbij te brengen.

Maar afgelopen zomer bruiste de conferentie van durf. Deze keer kwamen meer dan 700 mensen bijeen, niet alleen om ideeën uit te wisselen, maar ook om een ​​nieuwe Mars Society te vormen en een Mars-verklaring te ondertekenen waarin ze hun overtuiging uitten dat een menselijke vlucht naar Mars eindelijk haalbaar was geworden en wenselijker dan ooit. (Die verklaring is sindsdien op hun website geplaatst op: www.marssociety.org , en er zijn kopieën naar Washington gestuurd.) Op het hoofdpodium hield een parade van sprekers fantasierijke presentaties met het verklaarde doel om alle anderen er te gematigd uit te laten zien. De congresgangers waren verbazingwekkend eclectisch: NASA-wetenschappers en astronauten; universitaire onderzoekers en afgestudeerde studenten; zelfs gewone burgers, van wie sommigen hun kinderen meebrachten. Verkopers boden Mars T-shirts en Mars-kalenders aan.

Sinds de planners van de conferentie, onder leiding van de private ruimte-ingenieur Bob Zubrin, oprichter van Pioneer Astronautics in Lakewood, Colo. (zie Mars op een schoenveter, KINDEREN november/december 1996) , agressief inclusief waren, varieerde de kwaliteit van de presentaties enorm. Ideeën werden rondgegooid, weggegooid en krachtig gerecycled. Gespecialiseerde sessies gingen over alles, van de technische en medische uitdagingen van een Mars-missie tot de juridische en filosofische kwesties die door de menselijke verkenning van de planeet worden opgeworpen.

Moonen boven Mars

als mensen Mars willen bereiken, is er echter veel meer voor nodig dan opwinding. De succesvolle vluchten van astronauten naar de maan en terug tijdens het Apollo-programma van 1968 tot 1972 behoren tot de grootste historische prestaties van menselijke technologie; ingenieurs overwonnen uitdagingen op tientallen gebieden, waaronder voortstuwing, thermische beveiliging, communicatie en navigatie, op een gecoördineerde manier. Maar de technologische uitdaging van een bemande missie naar Mars vertegenwoordigt een andere orde van grootte.

Overweeg de basisnummers. Een Apollo-missie van drie man gebruikte een enkele Saturn-V-booster die ongeveer 120.000 kilogram ruimtevaartuig en drijfgas in een lage parkeerbaan net buiten de rand van de atmosfeer van de aarde plaatste. Na nog een raketafvuren en een driedaagse reis, landden twee van de bemanningsleden op de maan en brachten ze enkele dagen door naar het oppervlak om exemplaren te verzamelen, foto's te maken en instrumenten in te zetten. De totale duur van de missie voor een van de Apollo-vluchten was 10 tot 12 dagen.

Voor Mars zouden veel van deze cijfers dramatisch stijgen. De meeste missiestrategieën vereisen het samenstellen van een voertuig in een parkeerbaan uit verschillende componenten die afzonderlijk worden gelanceerd, wat neerkomt op 400.000 tot 500.000 kilogram. De heenreis zou zes tot tien maanden duren, gevolgd door een verblijf op het oppervlak van Mars van meer dan een jaar; gedurende die tijd zouden bemanningsleden honderden reizen naar buiten maken in plaats van de drie of vier die Apollo-ruimtepakken, gemarteld door ruw gebruik en schurend maanstof, nauwelijks voltooiden. De volledige missie zou bijna drie jaar duren en de blootstelling van de astronauten aan medische gevaren zoals langdurige gewichtloosheid en kosmische straling zou 100 keer hoger zijn dan bij de maanmissies.

Dus op het eerste gezicht lijkt een Mars-missie vele malen moeilijker dan de maanlandingen, en bijgevolg vele malen duurder (in huidige dollars kostte Apollo ongeveer $ 80 miljard). Maar volgens ervaren ruimteplanners en economen heeft de ruimtetechnologie al een niveau bereikt dat Mars-missies mogelijk zou maken tegen kosten die gelijk zijn aan of zelfs minder dan die van het Apollo-programma (zie Goedkope stoelen?, toch) .

Op een vleugel en dunne lucht

Hoewel mars-enthousiastelingen misschien nog niet genoeg weten over de bodem op Mars, weten ze al één belangrijk ding over de lucht op Mars: het is erg dun. En hoewel de atmosfeer van Mars op zeeniveau minder dan 1 procent van de druk van de atmosfeer van de aarde heeft, zijn een paar ruimtevaartingenieurs bezig met het opstellen van blauwdrukken voor kleine onbemande vliegtuigen die over enorme uitgestrekte gebieden van het Mars-terrein kunnen vliegen. De instrumenten van zo'n vliegtuig kunnen complexe geologische regio's onderzoeken, waaronder veel die er te ruw uitzien voor oppervlakterovers.

Larry Lemke, een robotica-expert van NASA's Ames Research Center in Californië, vertelde een plenaire sessie over een gevleugelde missie. Een voertuig van 150 kilogram met een spanwijdte van 10 meter, op de schaal van een aangedreven deltavlieger hier op aarde, zou vanaf de aarde worden gelanceerd, gevouwen in een sonde. Nadat de sonde de atmosfeer van Mars was binnengegaan, zou hij zijn hitteschild laten vallen en een kleine stabiliserende parachute openen. Het vliegtuig zou zich tijdens de afdaling ontvouwen en loskomen van de parachute voor zijn vrije vlucht. De gevleugelde robot zou 20 kilogram aan instrumenten kunnen dragen, waaronder een infrarood-puntige spectrometer om mineraal- en ijsafzettingen in kaart te brengen, en een reeks geofysische veldinstrumenten om sporen van de geologische geschiedenis van de planeet op te sporen. Het team van Lemke heeft al een parcours van tweeduizend kilometer en drie uur uitgestippeld door de Vallis Marineris-canyon van Mars (die langer is dan de Verenigde Staten breed is).

De ijle lucht van Mars, hield Lemke vol, zou geen probleem zijn. Hij wees erop dat aan het oppervlak van de planeet de luchtdruk van Mars ongeveer hetzelfde is als die van de aarde op 24.000 meter hoogte. Aangezien NASA's onbemande Pathfinder-vliegtuig op zonne-energie routinematig op deze hoogte op aarde cruiset, levert het het bewijs dat een meer gespecialiseerd voertuig ook op Mars zou kunnen vliegen. Aerodynamica is geen probleem, vertelde Lemke aan de meeting.

Technologie is ook geen probleem, zei Lemke. Het Mars-vliegtuig heeft de afgelopen 20 jaar geprofiteerd van veel technologische vooruitgang in gebieden die geen verband houden met ruimtevaart. Er is gewerkt aan radiografisch bestuurbare vliegtuigen, aan lichtgewicht constructies, aan elektrische voortstuwingsmotoren en aan militaire inzetsystemen.

Het concept is zo levensvatbaar, meent Lemke, dat hij oproept tot een lancering in het jaar 2003, om de honderdste verjaardag van de eerste zwaarder-dan-luchtvluchten van de gebroeders Wright te vieren. We zouden de 100ste verjaardag van de eerste vliegtuigvlucht op aarde moeten vieren met de eerste vliegtuigvlucht op Mars, zei hij.

Opstarten

of robotvliegtuigen nu op mars vliegen of niet, voor menselijke reizen zal een belangrijke overweging de krachtcentrale zijn die de ontdekkingsreizigers daarheen brengt. Een mogelijkheid die tijdens de Mars-bijeenkomst werd overwogen, was kernenergie. De nucleair aangedreven raket is al generaties lang een steunpilaar van sciencefiction, en in de jaren zestig ontwierp en testte de Atomic Energy Commission verschillende uranium-235-aangedreven prototypen om als bovenste trappen in de ruimte te dienen. Door oververhit waterstofgas uit te stoten, leverden ze een stuwkracht die even sterk was als chemische motoren van vergelijkbare grootte, maar ze konden dezelfde stuwkracht krijgen terwijl ze slechts half zoveel brandstofmassa verbruikten. Deze efficiëntie zou een enorm voordeel zijn geweest voor de zware bemande Mars-voertuigen die toen werden overwogen.

Kernenergie in de ruimte was inderdaad het thema van verschillende breakout-sessies op de conferentie. De sessie die ik bijwoonde, vond plaats in een klaslokaal zonder ramen in de kelder, en werd geleid door Roger Lenard, een engineeringmanager van de Sandia Labs van het ministerie van Defensie in Albuquerque, NM. Lenard heeft sinds zijn periode als directeur gepleit voor het gebruik van kernenergie in de ruimte van het Timberwind-project, een nucleair aangedreven antiraketsysteem dat is ontworpen als onderdeel van het Star Wars-verdedigingssysteem. Maar Timberwind stortte tien jaar geleden in onder slechte publiciteit over mogelijke milieueffecten - het in gevecht afvuren dreigde grote delen van de Stille Oceaan, waaronder Nieuw-Zeeland, te besmetten.

Ondanks dergelijke zorgen is kernenergie populair gebleven in de verbeelding van een kerngroep van gespecialiseerde ingenieurs, en het enthousiasme voor buitenaards gebruik van kernenergie bereikte een kritische massa op de conferentie. Voorstanders van ruimtevaart, zoals Lenard, wachten al tientallen jaren om een ​​missie goedgekeurd te krijgen, en ze geloven dat Mars hun beste kans is. Door zich te richten op een planeet die te ver weg is om als iemands achtertuin te worden beschouwd, hopen ze de niet in mijn achtertuin-houding van anti-nucleair activisme te omzeilen.

Lenard bekritiseerde wat hij zag als NASA's neiging om het onderwerp kernenergie te vermijden vanwege de controverse. En zelfs binnen NASA Mars-missiestudies die kernenergie omvatten, ontdekte hij wat hij als onrealistische ontwerpbeperkingen beschouwde. In 1989 werkte Lenard met NASA als kernenergiespecialist aan een Mars-ontwerpreferentiemissie. Dat project omvatte een enkele bimodale kernreactor, die eerst voor voortstuwing zorgde voor het begin van het aarde-naar-Mars-been, en vervolgens voor elektrische stroom zorgde tijdens de reis en aan de oppervlakte. Maar bimodaliteit is een slecht idee, betoogde Lenard. De ontwerpeisen van een goed aandrijfsysteem staan ​​haaks op de ontwerpeisen van een goed aandrijfsysteem, zei hij.

Voortstuwingssystemen hebben een zo hoog mogelijke temperatuur nodig - 3000 K - en werken slechts een paar uur per keer. En je hoeft je niet veel zorgen te maken over het behoud van alle splijtingsproducten, voegde hij eraan toe, omdat ze veilig vervagen in de toch al radioactieve achtergrond van de ruimte. Het leveren van elektrische stroom (zowel tijdens de vlucht als aan de oppervlakte) vereist daarentegen slechts bescheiden temperaturen en een bescheiden efficiëntie, maar het systeem moet gedurende lange perioden werken.

In de analyse van Lenard hebben andere Mars-enthousiastelingen deze problemen niet doordacht. Ze gaan ervan uit dat één ontwikkelingsprogramma voor een reactor die twee of drie dingen doet automatisch goedkoper is dan twee of drie afzonderlijke programma's, zei hij tegen de volle zaal. Maar dat wijzen we af. Wanneer de eisen elkaar zo uitsluiten, wordt dit een programma met een enorm risico, met lange doorlooptijden en hoge kosten.

Toch is nucleaire technologie, afgezien van de wildcard van politieke aanvaardbaarheid, de grootste kanshebber om een ​​Mars-missie aan te drijven. Zonder nucleaire voortstuwing zouden vroege bemande missies naar Mars moeten vertrouwen op chemische motoren, waardoor de voertuigen groter zouden worden en misschien de vrachtrekening zou verdubbelen om een ​​schip in een baan om de aarde te krijgen. Meer exotische niet-nucleaire systemen die profiteren van concepten als traagheidsloze voortstuwing en anti-zwaartekracht blijven wild denkbeeldig en op zijn best tientallen jaren in de toekomst.

Leven op Mars

hoewel macht duidelijk een uitdaging is voor een Mars-missie, toen ik van sessie naar sessie en seminar naar seminar ging, begon ik te zien dat er een ander gebied is dat de kern van de uitdaging vertegenwoordigt - en het is niet echt een technologisch probleem. Toen de Apollo-missies naar de maan gingen, was hardware het meest cruciaal: de raketten, de navigatie, de controlesystemen voor de bemanning en zelfs de rotsen die de doelen van de missie waren. Maar met Mars als bestemming kwam de focus steeds op het leven te liggen.

Voor een succesvolle bemande missie naar Mars, zo suggereerden veel verschillende aspecten van de ontmoeting, moeten we het leven op vele schalen beschouwen. Microscopisch kleine nanofossielen kunnen wijzen op vorig leven op Mars en zullen een belangrijk doel zijn voor verkenning. Op het niveau van de geneeskunde moeten we bepalen hoe we de menselijke gezondheid onder vliegomstandigheden kunnen behouden. In sociologische termen zullen we de juiste mix van bemanningsvaardigheden en de juiste bemanningsorganisatie moeten begrijpen voor meerjarige missies buiten het bereik van radiogesprekken.

De reistijd van het radiosignaal varieert van acht tot dertig minuten, afhankelijk van hoe ver Mars en de aarde op een bepaald moment van elkaar verwijderd zijn, dus de huidige frustratie op aarde met het spelen van voicemail-tags zal de norm worden voor Mars-reizigers. In een eenvoudige demonstratie van een communicatievertraging met behulp van rijen videorecorders en periodiek verwisselde cassettes, organiseerde ik een oefening waarbij deelnemers aan een medische conferentie in Houston in 1997 geconfronteerd werden met een gesimuleerd medisch noodgeval op Mars. Terwijl acteurs-astronauten een checklist met reacties op de crisis volgden, moest het medische team op aarde leren anticiperen op de behoeften en vorderingen van het Marsteam.

Verbazingwekkend genoeg pasten zowel de terrestrische als de buitenaardse teams zich binnen een uur aan het interplanetaire ritme aan en gaven ze op een verrassend efficiënte manier adequate vragen en antwoorden. Maar de oefening had slechts een vertraging van vier minuten en het gescripte medische scenario was goed gedefinieerd. Toekomstige experimenten zullen meer realistische vertragingen en meer onvoorspelbare scenario's moeten aanpakken, terwijl ruimteplanners zich voorbereiden op de tijdelijke uitdaging van Mars.

De communicatie-uitdagingen van de Mars-missie zijn ook van toepassing op de mensen die op aarde zijn achtergelaten. Op het gebied van politiek en diplomatie moeten we het nationale doorzettingsvermogen en de internationale samenwerking opbrengen die nodig zijn voor een dergelijk langetermijnproject. Op interplanetaire schaal zouden we quarantainenormen moeten overwegen om de aarde te beschermen tegen buitenaardse levensvormen die vanaf Mars naar huis zouden kunnen liften. Ten slotte zag ik op misschien wel universele schaal gepassioneerde discussies over de wenselijkheid van en de strategieën om op een dag het klimaat van Mars te wijzigen om het meer aards te maken, met andere woorden, om het te terravormen. Slechts enkele van deze problemen waren van belang tijdens de maanlandingen van de jaren zestig, maar veel ervan zouden cruciaal worden voor een succesvolle menselijke missie naar Mars.

En dat kan de sleutel zijn om de betrokkenheid van de overheid bij een dergelijk project te verzekeren, want zulke levensvragen resoneren zowel op aarde als in de ruimte. Het leek me dat een menselijk Mars-programma - niet alleen een eenmalige vlag en voetafdrukken, maar een aanhoudende opeenvolging van zich uitbreidende expedities - zou kunnen resulteren in dezelfde soort brede technologische versterking die de Apollo-uitdagingen 30 jaar geleden aanwakkerden. Indien goed ontworpen, zou dit gedurfde project innovatief onderzoek kunnen versnellen dat ook van toepassing is op terrestrische problemen, zowel bekende als nog onbekende.

Maar dat was een argument voor de politici en de bonentellers bij de federale begrotingsdienst. Op de conferentie werd ik omringd door mensen die er net als ik al van overtuigd waren dat het project wenselijk, zelfs urgent is. En hoewel Mars die week niet zichtbaar was voor het oog - hij kwam net tevoorschijn uit de schittering van de zon aan de hemel vóór zonsopgang - brandde zijn beeld helder in mijn gedachten. Voor mij betekende het rode licht in de lucht, in een omkering van de dagelijkse verkeersregels, Go!

zich verstoppen