Sukces misji Mars Science Laboratory przekłada się na pytanie dotyczące misji załogowej na Czerwoną Planetę. Kiedy człowiek po raz pierwszy wyląduje na Marsie? Kiedy rozpocznie się kolonizacja ten planety?
Wyprawa Mars Science Laboratory (MSL) to niewątpliwie jedna z najważniejszych misji bezzałogowych do innych planet Układu Słonecznego. MSL, o masie prawie 900 kg, jest jednym z najbardziej skomplikowanych urządzeń, jakie kiedykolwiek opuściły otoczenie Ziemi. Jednocześnie, wraz z udanym lądowaniem tego łazika pojawiają się pytania – co dalej?
Od wielu dekad załogowa misja na Czerwoną Planetę jest proponowana w różnych koncepcjach, opierających się na mniej lub bardziej zaawansowanym sprzęcie. Niektóre koncepcje skupiają się na budowie dużych pojazdów, inne natomiast mają “minimalistyczne” podejście do kwestii lotu na Marsa. Wszystkie koncepcje łączy jedna cecha – za każdym razem brakuje zestawu nieistniejących jeszcze technologii, które wymagają wytworzenia i przetestowania.
W ostatnich miesiącach wiele razy pojawiają się opinie, według których ludzkość dysponuje już wystarczającym zestawem technologii do lotu na Marsa. Jedynym zaś argumentem, który nie pozwala na szybką realizację takiej wyprawy załogowej to ogromne koszty, liczone w dziesiątkach, jeśli nie setkach miliardów dolarów. Czy jest tak w rzeczywistości? W opinii autora tego artykułu – wciąż brakuje ważnych technologii na wysokim stopniu niezawodności, bez których wyprawa na Marsa zakończyłaby się tragicznie.
W opinii autora tego artykułu najbardziej krytyczne brakujące technologie są związane z “najsłabszym ogniwem” misji załogowej – z człowiekiem. O ile technologie związane np. z produkcją energii elektrycznej, poprawną orientacją, zbieraniem wartościowych danych naukowych, elektroniką typu “Rad-Hard” czy precyzyjnym wejściem w atmosferę mogą być uznane za stosunkowo dobrze rozwinięte, o tyle rozwiązania związane z bezpiecznym, komfortowym i zdrowym pobytem człowieka w wyprawie na Marsa są zdecydowane niedopracowane.
Aktualnie brak dostatecznej wiedzy na temat pobytu człowieka przez długi czas w warunkach mikrograwitacji oraz (jednocześnie) podwyższonego promieniowania. Nie jest to sprawa błaha, gdyż całkowity czas trwania misji marsjańskiej przewidywany jest na 400 lub więcej dni. Jest to okres czasu, w którym prawie jednocześnie u jednej osoby może pojawić się kilka różnych odmian raka, które pod koniec misji byłyby już w stanie przerzutów. Jednocześnie, wewnątrz ograniczonej przestrzeni statku załogowego nie udałoby się zainstalować dużych instrumentów wykrywających różne rodzaje raka – można zatem przyjąć, że metody detekcji byłyby dość ograniczone. Metody dalszego przeciwdziałania rozwoju nowotworów mogą być także ograniczone (dziś często wymagające specjalistycznego sprzętu i opieki), których opracowanie także zajęło by sporo czasu. Warto tutaj jeszcze zauważyć, że cechą wspólną dla większości rozwiązań medycznych (np. leków czy form terapii) jest długotrwałość procesu wprowadzania. W przypadku prac nad nowotworami proces od koncepcji, poprzez badania in vitro, in vivo, testy kliniczne i wreszcie certyfikacji oraz wprowadzania na rynek może zająć nawet dziesięć lat, a w trakcie tego procesu duża część badań jest zatrzymywana (np. wskutek wykrycia poważnych efektów ubocznych). Kolejne kilka lat może zająć proces optymalizacji produktu i jego “transferu” do niszowych zastosowań – jak np. załogowego lotu na Marsa. Dlatego wydaje się, że minie jeszcze około 15 lat, jeśli nie więcej, zanim nie powstaną odpowiednio dobre i “zminiaturyzowane” rozwiązania dla walki z rakiem w przestrzeni kosmicznej.
Inną kwestią jest brak zaawansowanych systemów zamkniętego obiegu wody i recyklingu odpadków (w tym i odchodów). Aktualnie nie ma żadnego dostępnego, przetestowanego i niezawodnego (z odpowiednią “historią” awarii w sensie długoterminowym) zminiaturyzowanego systemu zamkniętego obiegu wody, który zmieści się w statku kosmicznym. Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) stosowane są toalety (część systemu obiegu wody), które nie mają w pełni zamkniętego obiegu i które są zdecydowanie nadal na etapie rozwojowym. Te systemy często wymagają dużej ilości prac ze strony rezydentów ISS oraz zestawu części zamiennych. Ponadto, dużym problemem są odchody stałe załogi – na ISS są one aktualnie gromadzone i przenoszone do statków Progress, które następnie są niszczone podczas wejścia w atmosferę. W przypadku załogowego lotu na Marsa z pewnością nie będzie można zastosować takiej formy utylizacji odchodów – w szczególności na powierzchni Czerwonej Planety. Szacuje się, że sześciu astronautów podczas misji marsjańskiej łącznie wygeneruje około sześciu ton odchodów. Jest to bardzo duża wartość, jednoznacznie wskazująca potrzebę efektywnego oraz masowego (zdolnego przetworzyć duże ilości materiału) systemu recyklingu. Jednocześnie nie wydaje się być możliwe, aby całość odpadków była “magazynowana” przez okres całego lotu i sprowadzona na Ziemię.
Źle funkcjonujący system recyklingu może być także niebezpieczny dla zdrowia a nawet życia załogi. Ponadto, zepsuty (np. przeciekający, uszkodzony, wymagający wymiany podzespołu) system utylizacji odchodów może doprowadzić do zanieczyszczenia związkami organicznymi okolic lądowania załogowej wyprawy, co miałoby bezpośredni wpływ na jakość badań naukowych (głównego celu misji). Jest to niedopuszczalna sytuacja – pierwsze misje załogowe powinny zbadać możliwie najwięcej marsjańskiego terenu przy minimalnym wpływie na otoczenie. Warto tu dodać, że ISS będzie ewakuowana w sytuacji, gdy wszystkie “kosmiczne toalety” na pokładzie Stacji przestaną funkcjonować. W przypadku lotu na Marsa nie ma szans na ewakuację – statek będzie nadal podążać po wyznaczonej trajektorii, z której niemożliwe będzie znacznie szybsze sprowadzenie załogi. Jednocześnie, jest pewne, że moduły, które polecą na Czerwoną Planetę będą wyraźnie mniejsze niż ISS – co oznacza ich mniejszą masę, w tym i budżet masowy na części zamienne czy zapasowe systemy. Te wszystkie czynniki oznaczają potrzebę zastosowania zaawansowanego i zminiaturyzowanego systemu podtrzymania życia i utylizacji odpadków o wysokim stopniu niezawodności.
Zupełnie osobnym problemem jest czynnik ludzki, jeszcze dość mało poznany w kwestii lotów kosmicznych. W zeszłym roku zakończono eksperyment “Mars 500”, który symulował wyprawę marsjańską z sześcioosobową załogą. Jednakże, Mars 500 został przeprowadzony na dość dużej powierzchni – uczestnicy eksperymentu mieli do dyspozycji cztery duże moduły (oraz piąty, symulujący powierzchnię Marsa). Całkowita dostępna kubatura była znacznie większa od spodziewanej dla modułów, jakie zostaną wysłane w kierunku Czerwonej Planety. Jednocześnie, w tym przypadku załoga była w pełni męska i miała wydzieloną przestrzeń prywatną dla każdego uczestnika eksperymentu. Wydaje się, że Mars 500 dostarczył raczej częściowego zestawu informacji na temat czynnika ludzkiego dla długoterminowej misji załogowej i na podstawie tego eksperymentu będą realizowane kolejne, o wyższym stopniu komplikacji. Z pewnością wcześniej czy później może dojść do studiów izolacyjnych na bardzo ograniczonej przestrzeni – być może wielkości porównywalnej z tylko jednym z modułów z eksperymentu Mars 500.
W tej chwili następuje publikacja pierwszych prac naukowych związanych z Mars 500 – kilka ciekawych wyników zaprezentowano na tegorocznej IAC 2012 w Neapolu. Ten eksperyment, w połączeniu z innymi studiami (np. przeprowadzanymi na wyspie Devon w Arktyce) oraz wcześniejszymi (np “misje” w Biosferze 2) pokazują złożoność załogowych interakcji w izolacji. Dziś wiadomo już, że kwestie takie jak różnice kulturowe, odpowiedni dobór diety, ilość ćwiczeń, natężenie pracy i czasu wolnego oraz czynniki stresu a nawet stopień autonomiczności czy współpracy z kontrolą misji będą mieć duże znaczenie dla powodzenia misji. Są to “pierwsze kroki” ku zrozumieniu zachowania się człowieka w misji międzyplanetarnej i optymalizacji trybu pracy.
Niewątpliwie, udział człowieka znacząco podnosi stopień komplikacji misji. Przekłada się to na wyższe ryzyko utraty misji (jako celu wyprawy) lub utraty załogi (czyli katastrofy). Systemy pracujące przez cały czas – a zatem podtrzymania życia czy utylizacji odpadków – będą wpływać na znaczącą część ryzyka misji. Ograniczenie tej części ryzyka musi być zapewnione jeszcze przed pierwszą misją na Marsa.
Załogowa misja marsjańska będzie z pewnością bardzo kosztownym przedsięwzięciem, które zamknie się w kwocie przynajmniej kilkudziesięciu miliardów dolarów. Jest prawie pewne, że będzie to wysiłek kilku państw, które wspólnie sfinansują badania i budowę sprzętu do tej wyprawy. Podobnie jak przed rozpoczęciem programu ISS, tak i w przypadku załogowej wyprawy na Marsa kwestie polityczne będą mieć krytyczne znaczenie dla powodzenia całego programu. Od strony politycznej wydaje się być mało prawdopodobne, by jakiekolwiek państwo zdecydowało się wysłać swoich ludzi w sytuacji, w której systemy podtrzymywania życia czy utylizacji odpadków będą nie w pełni sprawne. Żadna agencja kosmiczna nie zgodzi się na wysłanie ludzi w kosmos, tylko dlatego by kilka miesięcy później tłumaczyć się, że przyczyną choroby załogi i w konsekwencji anulowania lądowania na Marsie był przeciekający system utylizacji odchodów, dla którego zabrakło części zapasowej.
W ostatnich kilku miesiącach pojawiło się sporo informacji na temat nowej, prywatnej koncepcji wysłania człowieka na Marsa już w 2023 roku z “biletem w jedną stronę” przy niskim koszcie projektu (około 6 miliardów dolarów). Całość wyprawy miałaby być częścią “reality show”, w którym widzowie (na Ziemi) mogliby obserwować pierwsze lata powstawnia ludzkiej bazy na Marsie. Ta koncepcja, nazwana “Mars One” jest gorąco dyskutowana w wielu kręgach astronautycznych, choć te bardziej profesjonalne wykazują się dużym sceptycyzmem. I tu trzeba przyznać sceptykom rację – koncepcja Mars One wydaje się być kompletnie nierealna, gdyż zmusza przyszłych śmiałków do zależności od niedopracowanych systemów związanych z podstawowymi funkcjami życiowymi – i to w dłuższym wymiarze czasowym niż “konwencjonalne” wyprawy marsjańskie. Dlatego też (w najlepszym przypadku) na osiągnięcie celu Mars One tak naprawdę trzeba będzie poczekać przynajmniej kilkanaście lat więcej (w najgorszym – pomysł szybko przejdzie do historii). Mars One nie jest jedyną koncepcją podboju Czerwonej Planety “na skróty”, którą proponowano w ostatnich kilkunastu latach – niestety większość z nich, włączając i te postulowane przez międzynarodowe organizacje wspierające misję w kierunku tej planety, zdaje się albo bagatelizować duże koszty takiej wyprawy, albo ryzyko związane z niedopracowanymi technologiami, albo jedno i drugie.
Jak wyglądają bardziej “poważne” plany zdobycia Czerwonej Planety? Aktualnie amerykańska agencja NASA przewiduje, że w połowie lat 30. XXI wieku nastąpi wyprawa w kierunku Fobosa – jednego z księżyców Marsa. Nastąpiłoby to w ramach strategii Flexible Path. Następnie (początek lat 40. XXI wieku?) powinna odbyć się misja na powierzchnię Czerwonej Planety. Wcześniej, od połowy lat dwudziestych, powinno nastąpić kilka misji poza otoczenie Ziemi, np. ku planetoidom bliskim Ziemi czy na powierzchnię Księżyca. Długość proponowanych wypraw to od kilkudziesięciu dni do nawet sześciu miesięcy – co można traktować jako “etapy pośrednie” przed lotem w okolice Marsa. Jest to logiczna strategia, gdyż pozwoli na dopracowanie krytycznych systemów, bez których lot na Czerwoną Planetę będzie wiązać się ze zbyt wysokim ryzykiem. Te “etapy pośrednie” pozwolą na ulepszanie technologii bez jednoczesnego ryzykowania braku lotów załogowych przez kilka lat. W opinii autora tego artykułu wczesne lata 40. XXI wieku to prawdopodobnie najwcześniejsza możliwa data lotu załogowego na Marsa przy akceptowalnym ryzyku.
Podsumowując, aktualnie brakuje wielu krytycznych technologii związanych z długoterminowym przebywaniem człowieka w przestrzeni kosmicznej, w warunkach mikrograwitacji oraz podwyższonego promieniowania. Brakuje także systemów zamkniętego obiegu wody oraz recyklingu odpadków. Potrzebne są różne studia izolacyjne, szczególnie na ograniczonej przestrzeni w stresujących warunkach. Są to prace, których nie można bagatelizować, gdyż nikt nie zaakceptuje ryzyka utraty załogi czy misji tylko dlatego, że “kosmiczna toaleta” się zepsuła (i brak części zamiennych) a załoga odmówiła współpracy z kontrolą misji. Aby tak się nie stało – potrzeba jeszcze lat prac badawczo-rozwojowych oraz kolejnych, coraz dłuższych misji poza bezpośrednim otoczeniem Ziemi. Do tego potrzeba nam jeszcze około 30 lat.
