Misiuni echipate pe Marte

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Exemple de mijloace necesare unei misiuni pe Marte: vehicul sub presiune, habitat și navetă de retur (sursa NASA).
Exemplu de navă spațială pentru a merge pe Marte (sursa NASA, 2009).

Realizarea unei misiuni spațiale umane pe Marte este unul dintre obiectivele pe termen lung stabilite de astronautică încă de la începuturile sale. Considerată inițial o temă științifico-fantastică , a devenit pentru unii oameni de știință, după aterizarea omului pe lună în 1969, următoarea fază a explorării spațiale. Cu toate acestea, succesul acestui proiect necesită resurse financiare încă mult peste cele din programul Apollo , care a fost realizat în prezența unei combinații deosebit de favorabile de circumstanțe: războiul rece și redresarea economică. Zborul echipat spre Marte este, de asemenea, o provocare tehnică și umană de dimensiuni incomparabile în comparație cu cea cu care se confruntă zborul către Lună. De fapt, intră în joc factori precum dimensiunea unei nave spațiale destinate expediției, sistemul de susținere a vieții în buclă închisă destinat să funcționeze cel puțin 900 de zile și garanția unei fiabilități prelungite. În plus, trebuie luate în considerare și problemele psihologice ale unui echipaj limitat la un spațiu mic într-un mediu stresant, problemele fiziologice rezultate din absența gravitației pe perioade prelungite și efectul radiațiilor asupra corpului uman.

Scopurile unei misiuni cu echipaj pe Marte

Marte ca țintă privilegiată a explorării spațiale

Imagine simulată a unui sondaj geologic într-un canion marțian

În domeniul explorării spațiului, Marte deține un loc special printre planetele sistemului solar . Deși are o rază care este jumătate din cea a Pământului și este mai departe de Soare decât Pământul, așa că intensitatea razelor solare este jumătate din cea de pe Pământ, Marte este planeta ale cărei caracteristici sunt cele mai apropiate de ale noastre. Consecința este că probabilitatea de a descoperi forme de viață trecute sau prezente este cea mai mare din sistemul solar (în acest sens, totuși, trebuie subliniat faptul că o cercetare publicată în septembrie 2020 a indicat detectarea fosfinei (PH 3 ) în atmosfera lui Venus. care ar putea indica prezența vieții în atmosfera planetei respective) [1] . Marte astăzi este o planetă rece, uscată și aproape atmosferică, dar în trecutul îndepărtat era cald și apa curgea peste suprafața sa. Mai departe de Pământ decât Venus , totuși se află la o distanță care permite, cu tehnologiile de care dispunem, o navă spațială să o atingă cu un zbor care durează între 6 și 9 luni datorită unei traiectorii cu economii maxime de combustibil. Apa nu mai curge la suprafață, dar este abundentă în capacele polare și în zonele umbrite ale craterelor, chiar și la latitudini foarte mici. Oxigenul , azotul , hidrogenul , carbonul , principalele elemente chimice necesare instalării unei colonii, sunt prezente atât în ​​atmosferă, cât și în solul planetei.

Nevoia de contribuție umană în explorarea lui Marte

Peste patruzeci de nave spațiale orbiter , lander și Rover au fost trimise pe Marte de la începutul anilor 1960. După o pauză de aproape 15 ani, din 1996 a început să fie trimisă o nouă navă spațială de fiecare dată când se deschide fereastra de lansare către Marte, adică la fiecare 26 de luni. Datorită acestui aflux de vehicule echipate cu instrumente științifice din ce în ce mai sofisticate și adaptabile, au fost colectate o mulțime de date științifice și s-au făcut multe descoperiri. În ciuda progreselor în electronică și informatică utilizate de aceste dispozitive robotizate, trimiterea unui echipaj în solul marțian are câteva avantaje importante [2] :

  • Înțelegerea contextului geologic: prezența umană ar permite o identificare vizuală rapidă a contextului geologic, determinarea asemănărilor și diferențelor dintre roci, manipularea rocilor pentru a determina tipul și caracteristicile acestora.
  • Selecția eșantioanelor de rocă și sol: determinarea celor mai relevante eșantioane în context, contactele dintre eșantion și contextul său geologic, identificarea eșantioanelor de valoare științifică excepțională.
  • Cea mai bună analiză a probelor colectate folosind instrumentele: gestionarea probelor, adaptarea procedurilor de analiză cu utilizarea rezultatelor analizei pentru colectarea ulterioară a probelor.
  • Utilizarea roboților la distanță. Rover-urile de pe Marte au fost direcționate până acum de pe Pământ, cu limitările majore introduse de întârzierea dintre ordinul de comandă și execuția sa (10 - 20 minute) datorită distanței dintre Pământ și Marte. De exemplu, întârzierea controlului la sol a direcției roboților pe solul marțian reduce productivitatea lor de zece ori.

Obiectivele unei misiuni spațiale cu echipaj pe Marte

Voința de a atinge obiective științifice extraordinare a fost prima motivație prezentată pentru a justifica trimiterea astronauților pe solul marțian [3] . Desemnarea acestor obiective depinde de mijloacele care vor fi acordate echipajelor: numărul și durata ieșirilor extra-vehicul, capacitatea de transport a vehiculelor, echipamentul de analiză disponibil la fața locului, instrumentele de măsurare (stațiile meteorologice etc. ..), capacitatea de a pătrunde în sol cu ​​burghie, energia disponibilă și care poate fi generată pe loc, implicarea roverilor robotici. Se va acorda prioritate cercetărilor care nu pot fi realizate de roboți, așa cum sa făcut până în prezent.

Sunt vizate trei domenii științifice:

  • Astrobiologia care constă în investigarea prezenței vieții trecute sau prezente pentru a-i studia caracteristicile, o investigație care trece prin căutarea prezenței apei.
  • Geologia care constă în studierea geologiei și geofizicii planetei pentru a-i înțelege mai bine geneza, clima și schimbările, cu un impact asupra înțelegerii noastre asupra formării și evoluției Pământului.
  • Științele atmosferice care constau în măsurarea temperaturii, presiunii atmosferei Marte și a variațiilor sale sezoniere folosind stații meteorologice secundare.

Cu toate acestea, având în vedere costul enorm al unei misiuni pe Marte, este foarte probabil ca motivațiile politice și sociale să joace un rol chiar mai mare decât obiectivele științifice în decizia de lansare a proiectului. De fapt, programul Apollo, singurul program de spațiu de o asemenea magnitudine, a fost lansat pentru a contracara influența și prestigiul Uniunii Sovietice , care, la sfârșitul anilor 1950 și începutul anilor 1960, a surclasat Statele Unite ale Americii în spațiu de călătorie în contextul războiul rece între cele două țări.

Complexitatea unei misiuni pe Marte

Trimiterea unui echipaj pe suprafața unei alte planete este o companie a cărei complexitate este bine ilustrată de costul aproximativ 25 de miliarde de dolari (160 miliarde de dolari astăzi) al programului Apollo 60, o companie despre care rămâne singura încercare de succes în acest sens. camp. De atunci, însă, în timp ce progresele tehnice în electronică au fost extraordinare, la fel nu au fost cele din propulsia spațială . Nu s-a făcut nicio descoperire specială în domeniul propulsiei spațiale și acest lucru este demonstrat de aplicarea motoarelor dezvoltate în anii 1960 pe lansatoarele utilizate recent. Din aceste motive și din alte motive, trimiterea oamenilor pe Marte este un obiectiv mult mai complicat decât aterizarea unui echipaj pe Lună.

Diferitele faze ale unei misiuni pe Marte

Realizarea unei misiuni umane pe Marte ar include următoarele etape:

1) Nava singură sau mai multe nave ar fi lansate pe o orbită terestră joasă. O oprire pe o orbită terestră joasă ar avea scopul de a se pregăti pentru momentul potrivit pentru o traiectorie optimă spre Marte și, eventual, scopul de a asambla navele chiar dacă acestea ar fi lansate în părți separate din motive legate de capacitatea lansatorilor;

2) nava ar fi direcționată către o traiectorie spre Marte: cu o scurtă aprindere a motoarelor, ar fi necesară doar o viteză de 3,82 km / s pentru a scăpa de gravitația Pământului: 3,22 km / s pentru a ajunge la evacuare viteza și încă 0,6 km / s pentru a ajunge la punctul de transfer sau fără întoarcere între Pământ și Marte;

3) călătoria Pământ-Marte va continua din cauza inerției dobândite și orice corecții de direcție necesare ar consuma doar o cantitate limitată de combustibil.

În funcție de dorința de a optimiza sau nu durata călătoriei, aceasta poate varia de la un minim de 80 [4] zile la un maxim de 260 de zile [5] ;

4) nava ar intra pe o orbită marțiană scăzută cu o viteză de 2,3 km / s. În multe scenarii, nava care va fi folosită pentru întoarcerea pe Pământ ar rămâne pe orbită, iar echipajul ar folosi o altă navă pentru a coborî pe Marte;

5) pentru ca nava să aterizeze pe Marte este necesar să se reducă viteza de la 4,1 km / s la 0, dacă este posibil, folosind doar tehnici pasive care exploatează prezența atmosferei marțiene (rezistență aerodinamică, parașută de frânare) pentru a nu trebuie să aducă combustibil în acest scop. Modulul lunar Apollo care a trebuit să aterizeze pe Lună cu ajutorul rachetelor din cauza absenței unei atmosfere a cheltuit 50% din masa sa (8 din 16 tone) de combustibil pentru a decelera cu doar 1,6 km / s;

6) echipajul ar sta pe Marte între 30 și 550 de zile, în funcție de scenarii;

7) echipajul ar părăsi solul marțian cu un vehicul care trebuie să atingă o viteză de 4,1 km / s pentru a atinge orbita mică;

8) De asemenea, în funcție de scenariu, echipajul ar fi transbordat la navă pentru întoarcere, care ar accelera la cel puțin 2,3 km / s pentru a ajunge pe orbita Pământului;

9) călătoria de întoarcere ar dura de la 180 la 430 de zile în funcție de scenarii și s-ar încheia cu întoarcerea pe o orbită terestră joasă;

Misiuni propuse

Prima idee de a trimite un echipaj uman pe Marte datează din 1948 de către un inginer de rachete german, Wernher von Braun , cu o misiune cu 10 nave spațiale și un echipaj de 70 de persoane. Cu toate acestea, la acel moment, cunoștințele despre Marte erau foarte aproximative și în anii următori, datorită explorării robotizate, riscurile și oportunitățile unei misiuni umane au devenit mai cunoscute. În anii 1990, Robert Zubrin a propus Mars Direct , o misiune ușoară cu doar 4 astronauți care presupunea exploatarea resurselor in situ pentru producerea de oxigen și combustibil pentru călătoria de întoarcere, în acest caz metan . Proiectul lui Zubrin nu a fost finanțat, dar a apărut un document, Mars Design Reference Mission , care a fost actualizat de NASA cu noi descoperiri științifice și tehnologii care între timp devin actuale. În 2009, acest document a ajuns la versiunea 5.

Din 2012, unele companii private au început să își planifice misiunile umane pe Marte, cu ideea de a le desfășura independent sau de a propune proiectul NASA ca soluție viabilă.

Mars One a propus economii economice semnificative pentru misiunile pe Marte prin eliminarea călătoriei de întoarcere, lăsând echipajul la suprafață pentru a începe colonizarea pe planetă; compania s-a bazat pe efectul media pentru a obține finanțare pentru îndeplinirea misiunii, dar a eșuat și și-a închis porțile în 2018. Inspirația Fundația Mars este o fundație creată de primul turist spațial, Dennis Tito , pentru a efectua un zbor supravegheat pe Marte în 2018, dar finanțarea necesară nu a fost atinsă, iar fundația și-a închis activitățile. În 2014, Boeing a fost cel care a realizat un studiu de fezabilitate pentru călătoria către Marte, proiectând sisteme de susținere a vieții care includeau un simulator de gravitație artificială și protejarea împotriva radiațiilor cosmice galactice. NASA a oferit finanțarea și dacă nu este oprit, proiectul poate fi finalizat până în 2030. Un alt eveniment media din 2016 a atras atenția multor fani din întreaga lume când Elon Musk , fondatorul SpaceX , a anunțat la congresul internațional de astronautică intenția de a colonizează Marte cu un milion de oameni în 40-100 de ani. Anunțuri șocante deoparte, Musk a detaliat un sistem de transport în curs de dezvoltare de către compania sa capabil să aducă 100 (sau chiar mai mulți) astronauți pe Marte în doar 80 de zile, față de cele 180 așteptate în mod normal de misiunile NASA. În același an, Lockheed Martin a dezvăluit Mars Base Camp , o stație spațială proiectată să rămână pe orbită pe Marte și să ofere suport pentru transporturile cu echipaj la suprafață.

Arhitectura NASA

Arhitectură pentru o misiune de lungă durată pe Marte, care necesită 10 lansări SLS

NASA este agenția care a investit cel mai mult de-a lungul anilor în planificarea unei misiuni cu echipaj pe Marte, fără a obține vreodată finanțare specifică pentru o astfel de misiune. Arhitectura misiunii include misiuni de demonstrație înainte de aterizare pe planetă, care includ un zbor de pe Marte și întoarcerea pe Pământ, sau o scurtă ședere pe orbită sau o misiune cu aterizare pe Fobos [6] . Proiectul prevede aterizarea pe Fobos în 2033 și pe Marte în 2037 și utilizarea vehiculelor care nu sunt încă pregătite, deși unele sunt deja în curs de dezvoltare; pentru o misiune pe termen scurt (o lună) există [6] :

  • nava spațială Orion , pentru transportul astronauților de pe Pământ și între diferite mijloace de transport;
  • lansatorul Space Launch System , în curs de dezvoltare, care trebuie să fie gata pentru 2019 în prima sa versiune, pentru 2021 cu versiunea EUS în a doua etapă (și o capacitate de 105 tone), pentru 2028 în versiunea bloc 2, cu boostere avansate ; Sunt necesare 6 zboruri pentru a aduce echipaj, vehicule și provizii [6] ;
  • o navă spațială electrică mai lentă, dar mai puternică, remorcher SEP, pentru transportarea unor sarcini grele între orbita Pământului și cea a lui Marte;
  • un habitat spațial profund , pentru călătoria echipajului între cele două planete, care nu era încă în curs de dezvoltare;
  • un modul de propulsie chimică pentru transportul habitatului;
  • un lander cu un modul de ascensiune pentru a ateriza și a pleca de pe suprafața lui Marte.

Notă

  1. ^ (EN) Fosfina ar putea semnala existența vieții străine pe planetele stâncoase anaerobe | Astrobiologie, Astronomie | Sci-News.com , pe Breaking Science News | Sci-News.com . Adus pe 2 martie 2021 .
  2. ^ Obiective științifice candidate pentru explorarea umană a lui Marte și implicații pentru identificarea zonelor de explorare marțiană
  3. ^ (RO) De ce ar trebui să mergem pe Marte? - O misiune pe Marte , pe Mars One . Adus la 30 ianuarie 2019 .
  4. ^ Nava spațială propusă de Elon Musk ar putea trimite 100 de oameni pe Marte în 80 de zile . The Verge . 27 septembrie 2016. Adus pe 30 ianuarie 2019 .
  5. ^ Cât ar dura o călătorie pe Marte? , la image.gsfc.nasa.gov . Adus la 30 ianuarie 2019 .
  6. ^ a b c ( EN ) Hoppy Price, John Baker, Firouz Naderi , A Minimal Architecture for Human Missions to Mars ( PDF ), pe nasa.gov , 14 septembrie 2016. Accesat la 15 februarie 2019 .

Alte proiecte