Präsident Donald Trump kündigte kürzlich an, dass die Vereinigten Staaten daran arbeiten würden, Astronauten auf dem Mars zu landen, vorzugsweise innerhalb der nächsten vier Jahre – das Ausmaß seiner Amtszeit des Präsidenten.
Dieses Ziel hat viele Augenbrauen hochgezogen. Immerhin muss die Menschheit noch nicht zum Mond zurückkehren, nachdem sie wiederholt Verzögerungen bei der Artemis 2 -Mission von NASA. Ist es also sogar machbar, bis 2029 von dort zu gehen, um Bootprints in den Roten Marsstaub zu legen?
“Eine Mars -Mission wird die größte Verpflichtung sein, die Menschen jemals gemacht haben”, sagte Volker Maiwald, ein Luft- und Raumfahrtingenieur vom deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR), in einem Interview mit Space.com.
Der Präsident hat keine Details zum Mars -Plan angegeben, aber er stützt sich wahrscheinlich stark auf SpaceX, das von Elon Musk gegründete und geführte Unternehmen. Musk war ein prominenter Unterstützer von Trumps Wahlkampf und wurde anscheinend einer seiner vertrauenswürdigsten Berater geworden.
SpaceX plant, seine noch in der Entwicklung befindliche Starship Megarocket zu nutzen, um die Menschen zum Mars zu bringen. Starship wurde zum siebten Mal am 16. Januar auf einer Testmission gestartet, die ein Teilerfolg war Ein explosives Versagen nach einem Treibmittel -Leck gegen Ende seines Aufstiegs.
Offensichtlich gibt es noch viel zu tun, um das Starship zu erledigen – obwohl Musk gesagt hat, dass SpaceX das Fahrzeug im Jahr 2026 auf unbeschriebene Missionen zum Mars auf den Markt bringen soll, und wenn diese Flüge erfolgreich sind, senden Sie dort im Jahr 2028 Astronauten dort.
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Angelegenheiten der Massen- und geschlossenen Schleifensysteme
Das Tempo der Entwicklung von Starship ist weit entfernt von Maiwalds Liste der Bedenken. Im Mai 2024 veröffentlichten er und vier Kollegen ein Papier in den wissenschaftlichen Berichten von Nature, in dem die Machbarkeit einer Besatzungsmission für Mars an Bord Starship in Frage gestellt wurde. Für Maiwald und sein Team ist das Hauptproblem die Messe.
Maiwalds Team stützte sich auf alle öffentlich verfügbaren Details zu den Mars -Plänen von SpaceX und kam zu dem Schluss, dass die erforderliche Nutzlastmasse für eine erfolgreiche MARS in einem einzigen Flug tragen.
Das Hauptproblem liegt in dem, was Maiwald die “Wiederherstellungsrate der Verbrauchsmaterialien” bezeichnet – im Wesentlichen die Fähigkeit, Lebensmittel, Wasser und Luft zu recyceln. Je mehr das recycelt werden kann, desto kleiner ist die Anzahl der Vorräte, die auf die Reise genommen werden müssen. Pflanzen beispielsweise sind ein wesentlicher Faktor für die Erhöhung der Wiederherstellungsrate dieser Verbrauchsmaterialien. Sie liefern Nahrung und können auf Abfall wachsen, produzieren Sauerstoff und entfernen Kohlendioxid aus der Luft.
Nach den Berechnungen des Teams wäre jedoch selbst eine 100% ige Erholungsrate der Verbrauchsmaterialien nicht ausreichend, um die Nutzlastmasse so zu senken, dass sie die Missionsanforderungen erfüllt.
“Eine 100% ige Erholungsrate von Verbrauchsmaterialien bedeutet eine Umgebung mit geschlossenem Schleife”, sagte Maiwald. “Aber eine 100% ige Erholungsrate ist im Wesentlichen nicht möglich, da selbst die besten Prozesse Verluste haben.”
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Kann auf dem Mars genügend Raketenkraftstoff hergestellt werden?
Ein weiteres Verbrauchsmaterial ist Treibmittel. Um die Masse des Raumfahrzeugs zu verringern, kann gerade genug Kraftstoff an Bord übertragen werden. Wenn Sie auf dem roten Planeten sind, kann die In -situ -Ressourcenauslastung (ISRU) neue Raketenkraftstoff erzeugen. Raumschiff verbrennt flüssiges Methan und Sauerstoff in seinen Raketenstadien, aber das Extrahieren von Methan und Sauerstoff aus der Marsatmosphäre und Wassereis wird nicht einfach sein.
Zum einen klingt es grundsätzlich nach einer guten Idee, die Technologie hat diese Idee noch nicht vollständig eingeholt.
“Soweit ich weiß, ist das einzige ISRU -Experiment, das jemals außerhalb einer Erdumgebung durchgeführt wurde, von Moxie, einem Experiment zum Ausdauer Rover”, sagte Maiwald.
Moxie ist das Mars-Sauerstoff-In-situ-Ressourcennutzungsexperiment, und im Jahr 2021 gelang es das erste Experiment, das Sauerstoff aus dem reichlichen Kohlendioxid in der Mars-Atmosphäre extrahiert.
Laut der NASA würde der Start von nur vier Astronauten von der Oberfläche des Mars 15.000 Pfund (7.000 Kilogramm) Raketenbrennstoff und 55.000 Pfund (25.000 kg) Sauerstoff erfordern. Außerdem gibt es den Sauerstoff, den die Astronauten während ihres Aufenthalts auf dem Mars atmen müssen.
Anfänglich gelang es Moxie, 5 Gramm Sauerstoff zu produzieren, was für einen Astronaut ausreichte, um 10 Minuten lang zu atmen. Moxie wurde so konzipiert, dass sie im Betrieb von bis zu 10 Gramm Sauerstoff pro Stunde produziert wurden. Bis das Experiment im Jahr 2023 geschlossen wurde, hatte es insgesamt nur 122 Gramm Sauerstoff erzeugt. Es ist klar, dass etwas effizienteres als Moxie erforderlich sein wird, wenn Astronauten auf dem Mars überleben sollen.
“Dies ist keine triviale Aufgabe”, sagte Maiwald. Eine weitere Herausforderung besteht darin, Methan aus Marswassereis und atmosphärischem Kohlendioxid zu machen. “Ich kenne keine Technologie, die in der Lage ist, dies in einer Mars-ähnlichen Umgebung zu testen.”
Was dies extra schwierig macht, ist, dass die Extraktion dieser Ressourcen wahrscheinlich von Robotern unabhängig von Robotern erfolgen müsste, ohne den Menschen, um den Prozess vor der Ankunft einer Besatzungsmission zu überwachen, damit Sauerstoff und Raketenbrennstoff auf die ersten Astronauten auf dem Mars warten Wenn sie dort ankommen. Dies bringt auch das Problem der Zuverlässigkeit einer solchen ungetesteten Technologie ohne Astronauten ein, um sie zu beheben, wenn sie zusammenbricht.
Natürlich gelten die Einschränkungen in Bezug auf ISRU auf dem Mars auch für den Mond. Der Unterschied besteht darin, dass der Mond drei Tage vom Weltraumflug entfernt ist und die Basis relativ trivial sein würde. Der Mars hingegen ist bestenfalls sechs Monate lang die Reisezeit entfernt und ist je nach relativen Positionen von Erde und Mars in ihren Umlaufbahnen oft noch mehr ferne.
Eine weitere Option wäre, mehrere nicht ausrüstete Raumschiffe mit dem gesamten Treibstoff und Sauerstoff zu starten, den Astronauten auf dem Mars benötigen würden. Mit genügend Vorräten für sich selbst könnten die Astronauten den Sauerstoff- und Raketentreibstoff für die zweite Besatzung, wenn sie ankommen, benötigen. “Dies ist jedoch nicht Teil der Szenarien, die für Starship veröffentlicht wurden, soweit ich weiß”, sagte Maiwald. Es muss möglicherweise als Szenario übernommen werden, wenn es Hoffnung gibt, bis zum Ende dieses Jahrzehnts auf den Mars zu starten.
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Strahlungsrisiken
Andere Probleme gibt es zuhauf. Platz ist keine sichere Umgebung, und Astronauten wären kosmischen Strahlen und Sonnenstrahlung ausgeliefert. Astronauten, die zum Mars gehen, würden Strahlungsdosen bis zu 700 -mal höher erhalten als das, was sie auf der Erde erhalten würden. Messungen des Exomars Trace Gas Orbiter der Europäischen Weltraumagentur deuten darauf hin, dass eine sechsmonatige Reise nach Mars Astronauten 60% ihrer gesamten Lebensdauer empfohlene Strahlendosis aussetzen würde.
Und sie wären auf der Oberfläche des roten Planeten, dem eine dicke Atmosphäre und ein Magnetfeld fehlen, nicht viel sicherer, die beiden Dinge, die die Erdoberfläche vor kosmischer Strahlung schützen. Selbst wenn es abgeschirmte Raumschiffe gäbe, um sich zu verstecken, wenn ein Solarsturm ausbricht, würde dies nur das Risiko verringern und nicht entfernen. Auf der Internationalen Raumstation (ISS), das sich noch im Magnetfeld der Erde befindet und wo sich abgeschirmtes Gebiete befindet, erhalten Astronauten dennoch 200 -mal mehr Strahlung als der durchschnittliche Fluggesellschaften.
Wissenschaftler arbeiten an der Verbesserung der Abschirmung auf dem Raumfahrzeug, indem sie Experimente in Partikelbeschleunigern durchführen, bei denen sie biologische Zellen mit der Art von energiereicher Strahlung bombardieren, und experimentiert dann mit verschiedenen Material . Frühe Ergebnisse haben gezeigt, dass Lithium das effizienteste Material für die Abschirmung ist, aber weitere Untersuchungen sind erforderlich.
Und es gibt andere gesundheitliche Aspekte, die nicht ignoriert werden können. Die Mikrogravitation hat den Körper verwüstet, der sich entwickelt hat, als wir in der Schwerkraft der Erde leben müssen, nicht im Weltraum. Muskelatrophie ist eine häufige Krankheit, die Astronauten ausgesetzt sind, obwohl sich gezeigt hat, dass Medikamente seine Wirkungen verringern, und die jüngsten Untersuchungen haben ergeben, dass die Mikrogravität auch das Sehvermögen der Astronauten schädigen kann. Eine kürzlich durchgeführte Studie ergab, dass mindestens 70% der Astronauten, die seit sechs bis zwölf Monaten in der ISS sind Gehirngewebe in einer Mikrogravitationsumgebung.
Obwohl die Augengesundheit aller Astronauten in der Studie einmal wieder auf der Erde wieder normal wurde, sind die Auswirkungen der längeren Raumfahrt unbekannt. Darüber hinaus wurde von Astronauten über ein höherer Prozentsatz der frühen Katarakte infolge der Exposition von Raumstrahlung berichtet.
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Können wir den Mars schützen?
Wenn es Fragen zur Gesundheit von Astronauten auf einer Mission zum Mars gibt, gibt es auch Probleme in Bezug auf die Mikroben, die sie mitnehmen werden. Planetenschutz ist eine ernsthafte Facette der interplanetarischen Erkundung. Die von Cospar, dem Komitee für Weltraumforschung festgelegten Regeln, geben an, dass alle Robotermissionen, die nach Beweisen für das Leben suchen sollen-wie einige aktuelle und inentwickelte Mars-Missionen-in einem solchen Grad sterilisiert werden müssen, dass es weniger als ein gibt 1 zu 10.000 Wahrscheinlichkeit, dass eine Mikrobe, die versehentlich von der Erde an Bord getragen wird, den Mars oder die Planetenkörper, die Mission erforscht, kontaminieren könnte.
Obwohl die astrobiologische Gemeinschaft die Überarbeitung dieser Grenze untersucht, sind Astronauten im Wesentlichen große nasse Säcken von Mikroben, und jede Besatzungsmission wird unweigerlich zu einer gewissen Kontamination des Mars führen. Der Trick besteht darin, die Auswirkungen einer solchen Kontamination zu minimieren. Es gibt jedoch noch keine guten Antworten, und wenn Sie mit unangemessener Eile zu Mars eilen, könnte es dazu führen, dass Abkürzungen eingenommen werden, die das Risiko einer kontaminierenden Mars mit terrestrischen Mikroben erheblich erhöhen könnten. Sollte dies geschehen, würde es unsere Versuche, auf dem Mars, entweder in der Vergangenheit oder in der Gegenwart, übermäßig schwieriger zu sein, weil wir nicht wissen würden, ob eine Mikrobe am Mars beheimatet war oder ob es eine Fahrt mit einem Raumschiff angehalten hatte.
Letztendlich könnte dies nicht zu einem Problem werden. Trotz des Gegenteils deuten die Beweise darauf hin, dass wir nicht annähernd bereit sind, eine erfolgreiche Besatzungs -Mars -Mission zu ermitteln.
Das Maiwald’s -Team gibt einige Empfehlungen ab, um die Sache zu beschleunigen. Eine soll zunächst mit nicht ausgerteen Missionen auf den Markt kommen, um die Zuverlässigkeit der Technologie für die Herstellung von Sauerstoff- und Raketenbrennstoff zu testen oder auf dem Mars zu wachsen.
Eine zweite Empfehlung ist, Einweg-Frachtversionen von Starship zu starten, um alle erforderlichen Infrastrukturen und Vorräte an der Oberfläche zu platzieren, bevor der Astronauten den Mars erreichen. Anstatt die Crew mit sich bringt, die Lebensräume mitbringen, die einmal auf dem roten Planeten zusammengebaut werden müssen, könnten stattdessen die Fracht -Raumschiffe als Lebensräume verwendet werden.
Eine dritte Empfehlung besteht darin, sich auf die Entwicklung von Lebensunterhaltungssystemen zu konzentrieren, die eine 100% ige Erholungsrate der Verbrauchsmaterialien so nahe wie möglich erreichen können. Maiwalds Team sagt, dass dies obligatorisch ist, da es keine Möglichkeit gibt, dass eine erfolgreiche Mission gestartet werden kann, ohne dies zu erreichen.
Ihre endgültige Empfehlung ist, internationale Partner einzubeziehen, die zur Entwicklung der Technologie und zur Bereitstellung von Finanzmitteln zur Verfügung stehen, wenn auch die Einschränkung, dass internationale Politik und Agenden eine zusätzliche Schicht Bürokratie hinzufügen, die den Prozess verlangsamen kann. Da Trumps Behauptung jedoch, zum Mars zu gehen, ist das offensichtliche Schicksal (an sich selbst ein problematischer Satz) der Amerikaner, es bleibt abzuwarten, wie sehr die Vereinigten Staaten mit anderen Ländern über eine solche Mission arbeiten wollen.
Wenn es unwahrscheinlich ist, Astronauten bis 2029 erfolgreich zum Mars zu schicken, wann ist Maiwald dann, dass die Menschheit endlich den roten Planeten erreichen könnte?
“Die Technologieentwicklungsanstrengungen sind immens und zeitlich angrenzend”, sagte er gegenüber Space.com. “Ich kann nur sagen, was ich immer sage: Ich würde mich freuen, wenn es in meinem Leben passiert.”
