Menschen in die Umlaufbahn des Mars schicken, nicht auf die Oberfläche (Op-Ed)

Mars von Indien gesehen

Mars aus der Sicht des indischen Orbiters Mangalyaan, der im September 2014 den Roten Planeten erreichte. (Bildnachweis: Indische Weltraumforschungsorganisation)



Neil MacDonald ist Redakteur von Federal Technology Watch und Joshua Chamot ist Redakteur der Sektion Expert Voices: Op-Ed & Insights von demokratija.eu. Die Autoren haben diesen Artikel zu Expert Voices von demokratija.eu beigetragen.



Eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mars zu etablieren, ist für jede Nation eine gewaltige Herausforderung. Globale Partner erwarten jedoch, dass die Vereinigten Staaten die Bemühungen anführen, trotz des politischen Spießrutenlaufs neuer Präsidenten alle vier bis acht Jahre, der Verschiebungen im Kongress alle zwei Jahre und einer unsicheren, sich entwickelnden Luft- und Raumfahrtindustrie.

Unter solchen Bedingungen erscheint es bestenfalls unwahrscheinlich, ein Mandat für das mehrjährige Milliarden-Dollar-Budget für den Bau massiver Raumschiffe und Besatzungsunterstützung für die ersten menschlichen Besucher des Mars zu erhalten. [ 5 Ideen für bemannte Missionen zum Mars ]



Aber was wenn Erforschung des Mars wurden von den Frost-Tau-Zyklen der amerikanischen Politik befreit? Was wäre, wenn statt einer massiven Mission zum Roten Planeten Jahrzehnte später die öffentliche und private Raumfahrtindustrie Dutzende kleinerer, effizienterer koordinierter Missionen starten würde – und das jetzt?

Wir haben die Technik

Eine bemannte Mission zur Marsoberfläche wird wahrscheinlich für mehrere politische Generationen in Haushaltsgesprächen verstrickt sein, aber es gibt eine Alternative, die innerhalb von Jahren statt Jahrzehnten starten könnte. Wenn sich das Ziel von der Errichtung einer Kolonie auf der Marsoberfläche zur Entwicklung einer permanenten Raumstation auf dem Mars verlagert, kann sich die bemannte Raumfahrt von einer erdnahen Umlaufbahn in eine niedrige Marsumlaufbahn im Einklang mit Durchbrüchen im Transportwesen entwickeln.

Dieser Ansatz würde die besten Erfolge aus fast zwei Jahrzehnten des Baus, des Betriebs und des sicheren Lebens an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) mit verbesserter Sicherheit, jüngsten Entwicklungen bei Frachtfahrzeugen und dem entscheidenden Durchbruch in der Orbitalmechanik, der durch ballistisches Einfangen diktiert wird, kombinieren.



Und es würde bedeuten, dass sich die Mars-Mission nicht auf den Haushaltszyklus einer einzelnen Nation verlassen muss. Stattdessen könnten die bestehenden internationalen Partner und neue Mitglieder des Clubs gleichzeitig die ISS herunterziehen und gleichzeitig eine Besatzung in eine Weltraumpräsenz im Orbit um den Roten Planeten schicken.

Stück für Stück den Planeten verlassen

Der Schlüssel zum Start ist jetzt, Komponenten – einschließlich vormontierter Wohnmodule, die den Teilen der ISS nachempfunden sind – im Rahmen eines kontinuierlichen Lieferzyklus in die Umlaufbahn um den Mars zu schicken, der jederzeit gestartet werden kann, wenn Budget und Montage es erfordern.

Diese Flexibilität wird durch eine kürzliche Entdeckung in der Orbitalmechanik ermöglicht. Im Jahr 2014 schlugen der Mathematiker Edward Belbruno von der Princeton University in New Jersey und Francesco Topputo vom Politecnico di Milano in Italien einen einzigartigen Mechanismus vor, genannt ballistische Erfassung , um Raumschiffe zum Mars zu schicken. Indem ein Raumfahrzeug zuerst zu einem von mehreren Orten entlang der Umlaufbahn eines Planeten um die Sonne geschickt wird, nicht direkt zum Planeten selbst, „holt“ das Fahrzeug den Planeten im Laufe der Zeit ein.



Wenn ein solches Raumschiff auf eine Raumstation zusteuert oder den Ort, an dem eine Station gebaut werden soll, wird der Eintritt in die Umlaufbahn des Mars das (weitaus einfachere) Ziel, anstatt zu landen – was für kleinere Reisen von der Station zur Oberfläche reserviert ist. Solange Missionen koordiniert werden, sind theoretisch gleichzeitige Bauprojekte möglich, die es Nationen oder Unternehmen ermöglichen, Komponenten als fertig zu senden.

Da der Startzeitpunkt nahezu irrelevant ist, können Strukturen und Vorräte regelmäßig in überschaubaren Größen mit meist modularen Standardeinheiten versendet werden. Dies wären Weltraumäquivalente der allgegenwärtigen Schiffscontainer, die die meisten Frachtbewegungen auf der Erde dominieren.

Diese orbitale Vorbesiedelung ermöglicht a Mars-Mission mit einer internationalen Crew, um drei kritische Hindernisse zu überwinden:

  1. Sicherheitsbedenken der Besatzung, da der Schutz durch Mechanismen gewährleistet würde, die denen der Besatzungen auf der ISS ähneln, ergänzt durch aktuelle Erkenntnisse aus langfristigen Astronautenmissionen
  2. Zeitverzögerung für die Kommunikation zur Marsoberfläche
  3. Haushaltsverzögerungen, da konkurrierende Unternehmen oder Nationen Module, wenn verfügbar, unabhängig voneinander starten können, ohne sich auf die Haushaltszyklen einer einzelnen Nation zu verlassen

Das Mars International Space Terminal (MIST)

Sicherheit und Gesundheit der Besatzung bleiben das Hauptanliegen bei der Entsendung von Menschen zum Mars. Die ISS hat viele nützliche Informationen darüber geliefert, wie der menschliche Körper in engen Räumen über lange Zeiträume mit Mikro-Schwerelosigkeit zurechtkommt – wie z.

Weitere Experimente auf der ISS, die nun voraussichtlich bis 2024 im Orbit bleiben soll, könnten das Wissen über die menschliche Gesundheit bei langfristigen Weltraumeinsätzen von Männern oder Frauen, jung oder alt, verbessern.

Eine Raumstation, die über dem Mars kreist, könnte dieses Wissen weiter ausbauen, ausgestattet, um in Echtzeit mit medizinischen Angelegenheiten umzugehen und einen Arzt (der auch ein Teilzeitforscher sein könnte) beschäftigen, ein Luxus, den ein kleines Oberflächenerkundungsteam nicht rechtfertigen könnte.

Die Komponenten, die für den Bau einer robusten Raumstation auf dem Mars erforderlich sind, könnten während ihrer Herstellung in die Umlaufbahn um den Planeten geschickt, aus der Ferne zusammengebaut, vor Strahlung abgeschirmt und auf Sicherheit ausgelegt werden, wobei Notfallvorräte und -systeme verfügbar sind, wenn Menschen eintreffen.

Ein Crew-Return-Fahrzeug könnte auch vorpositioniert werden, während kleinere Missionen, von denen einige von Partnern aus dem privaten Sektor durchgeführt werden, eine Reihe komplexer Ziele erreichen könnten, die weniger häufige, große und teure Starts nicht erreichen könnten.

Nach ihrer Fertigstellung könnte die umlaufende Station, die wir Mars International Space Terminal (MIST) nennen, eine permanente Marspräsenz und einen sicheren Außenposten bieten, von dem aus Aktivitäten mit bescheideneren und wiederverwendbaren Shuttles zur Oberfläche des Roten Planeten gestartet werden können. [ Wie das Leben auf dem Mars Kolonisten herausfordern könnte (Infografik) ]

Und vor allem wären die Besatzungen in der Lage, die Oberflächenrobotik zu steuern und bei Oberflächenmissionen nahezu augenblicklich mit menschlichen Entdeckern zu kommunizieren, anstatt sich mit einer Erd-Mars-Verzögerung zu befassen, die in eine Richtung bis zu 24 Minuten lang sein kann (je nach wechselnde Positionen der beiden Planeten im Weltraum).

Das Original

Ein neuer Weg nach vorn

Vor der Ankunft der ständigen Bewohner des Mars könnte die ISS als Plattform genutzt werden, um die notwendigen Experimente zum Verständnis der Konstruktion und Montage modularer Strukturen aus Metall, Verbundwerkstoffen und vielleicht Kohlenstoffverbundstoffen und Nanofasern in der Umlaufbahn um den Mars durchzuführen.

ISS-Partner könnten Budgets schrittweise in das MIST-Missionsportfolio verlagern, um eine Finanzierungspause während des Übergangs zu vermeiden – und die Stabilität des MIST-Managements zu verbessern.

Anstatt zu akzeptieren, dass die ISS nach der Stilllegung im Jahr 2024 zu einem riesigen Stück Weltraumschrott werden wird – das größte von Menschenhand geschaffene Objekt im Weltraum, das beim Wiedereintritt verbrennen soll – könnte es möglich sein, einige ISS-Strukturen auszuschlachten und sie für die Mars-Umlaufstation umfunktionieren. Nach den enormen internationalen Investitionen in die ISS (über 100 Milliarden US-Dollar in den letzten Jahrzehnten) wäre es zufriedenstellend, wenn Anstrengungen unternommen würden, diese Kosten durch das Recycling eines Teils der ISS-Struktur und -Komponenten zu decken. In der Zwischenzeit könnte die sichere Demontage der ISS Lektionen in der Kontrolle von Weltraummüll bieten, vielleicht eine zukünftige große Herausforderung für die Nachhaltigkeit.

Um die Aussichten eines MIST-Projekts zu untersuchen, könnte die NASA ein Treffen von ISS-Partnern einberufen, um eine multinationale Anstrengung vorzuschlagen, um: Teile der ISS zu identifizieren, die wiederverwendet werden könnten, Ratschläge zu Methoden und Techniken, die verwendet werden können, um ISS-Abschnitte ohne zusätzlichen Weltraummüll zu zerlegen , und schlagen Wege vor, um einzigartige oder dedizierte Ausrüstungssysteme der ISS in einer potenziellen Marsstation im Orbit einzusetzen, ohne diese Station mit veralteten oder veralteten Systemen auszustatten.

Angesichts der Tatsache, dass intensive technische, operative, steuerliche und geopolitische Probleme jede US-amerikanische oder internationale Anstrengung zum Bau und Betrieb einer umlaufenden Raumstation um den Roten Planeten begleiten werden, wird keine bemannte Mission zum Mars einfach sein. Aber die Hindernisse, die die menschliche Erforschung jahrzehntelang zurückgehalten haben, müssen nicht mehr die Straßensperren sein, die sie einmal waren.

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