Podbój Marsa. Naukowcy przewidują, że za około 20 lat uda się wysłać ludzi na Czerwoną Planetę. Na czym będą polegać pierwsze misje?

Biotechnologia może odegrać jedną z kluczowych ról w kolonizacji kosmosu. Misja, która będzie trwała kilka lat, wymaga ogromnych zapasów tlenu, wody, żywności. Dostawy z Ziemi będą niemożliwe. Pytanie jednak brzmi, jak je wyprodukować w kosmosie? Nad tym właśnie pracuje m.in. biotechnolog Justyna Barys, doktorantka w projekcie MELiSSA Europejskiej Agencji Kosmicznej, ekspert CEBioForum. System, który opracują naukowcy, może pozwolić na eksplorowanie odległych zakątków kosmosu. Zacznijmy jednak od początku.

Tlen, woda, żywność - biotechnologia

Już teraz naukowcy są przekonani, że w przyszłości wizyta człowieka na odległych planetach (lub ich księżycach) będzie możliwa. Pierwszą z nich, którą odwiedzi człowiek, będzie Mars. Bo jakżeby inaczej? Realnie, może się to stać nawet za 20 lat. Zanim jednak to nastąpi, naukowcy muszą opracować system podtrzymywania życia w kosmosie, który pozwoli na tak długą podróż. Rozwiązanie, które wytworzy tlen, wodę i pokarm załodze, będzie oparte m.in. na biotechnologii.

O wyzwaniach, jakie stoją przed naukowcami i możliwościach, jakie zapewni stworzenie takiego systemu Justyna Barys opowie podczas 19 edycji Central European BioForum.

Zainteresowanie Czerwoną Planetą nie słabnie już od ponad pół wieku. Pierwsze udane lądowanie sondy na tej planecie odbyło się już w 1976 roku. Zaledwie 7 lat po pierwszym lądowaniu człowieka na Księżycu. Naukowcy przewidują, że być może już za 20 lat uda się wysłać ludzi na Marsa.

Ile człowiek przetrwa w kosmosie?

Według szacunków, misja, która pozwoli dokładnie zbadać Marsa może potrwać nawet 3 lata. Zapewnienie odpowiednich zapasów dla załogi na tak długi czas będzie niemożliwe. Teraz człowiek jest w stanie przetrwać w kosmosie kilka miesięcy bez dostaw z Ziemi. Na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) statki z jedzeniem, wodą, powietrzem, eksperymentami naukowymi oraz niezbędnymi częściami zamiennymi są wysyłane średnio co 3 miesiące.

- Jak dotąd najdłuższa przerwa w dostawach z Ziemi na ISS trwała 8 miesięcy (od października 2014 do czerwca 2015) ze względu na awarię trzech różnych rakiet mających wynieść ładunek na orbitę okołoziemską - wyjaśnia biotechnolog Justyna Barys. - Zapasy pozwoliły oczywiście załodze ISS na przetrwanie przerwy w dostawach.

W przypadku lotów na Marsa, czy kolejne planety Układu Słonecznego, wysyłanie dostaw z Ziemi byłoby zbyt kosztowne i długotrwałe. W związku z tym naukowcy z Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) pracują nad systemem, który ma zapewnić astronautom wszystkie niezbędne do życia substancje: wodę, tlen i jedzenie.

System MELiSSA

- System MELiSSA będzie bioregeneracyjny, czyli będzie wykorzystywał odpady w celu wytworzenia niezbędnych produktów – tłumaczy Justyna Barys. - Aktualnie Agencja opracowuje taki system na Ziemi. Kiedy uda nam się stworzyć zamknięty obieg, następnym krokiem będzie zaprojektowanie systemu, który będzie można wykorzystać w warunkach kosmicznych. Myślę, że może to potrwać jeszcze około 20 lat - dodaje.

Bio-regeneracyjny system podtrzymywania życia

Astronauci, którzy w przyszłości polecą na Marsa będą mieszkali w zamkniętej bazie kosmicznej. Proces ten ciekawie obrazuje serial "Mars", który łączy elementy filmu fabularnego oraz dokumentu przedstawionego poprzez serię wywiadów ze współczesnymi znawcami nauki, techniki i kosmosu, dzięki którym aktualna misja na Marsa będzie miała szansę powodzenia. Ciśnienie, temperatura i skład atmosfery w takiej bazie kosmicznej odgórnie ustalone. Aby uniknąć kosztownych dostaw z Ziemi, niezbędne będzie wykorzystanie bio-regeneracyjnego systemu podtrzymywania życia, takiego jak MELiSSA, który umożliwi astronautom wyprodukowanie wszystkiego na miejscu.

- Obecnie największym wyzwaniem projektu MELiSSA jest zamknięcie obiegu, w którym odpady będą wykorzystywane do produkcji wody, tlenu i pożywienia. W takim obiegu oczywiście niemożliwa będzie regeneracja odpadów w 100 proc., ale chcielibyśmy, aby ten procent był jak najwyższy - mówi Justyna Barys i dodaje, że w przyszłych latach kolejnym dużym wyzwaniem będzie przeniesienie opracowanych technologii z Ziemi w kosmos.

Opracowanie takiego systemu, otworzy drogę do eksploatowania kolejnych planet. Niewykluczone, że w dalszej przyszłości będą możliwe loty na znacznie dalej położone planety i księżyce.

- Z racji tego, że taki system będzie mieścił się w szczelnie zamkniętym pomieszczeniu, zasada jego działania powinna być podobna na Ziemi, Księżycu czy też Marsie. Czynnikami jakie na pewno wpłyną na opracowanie konkretnego systemu dla danej planety czy stacji kosmicznej będą głównie wartość grawitacji oraz poziom promieniowania kosmicznego - opowiada biotechnolog.

Czy zatem kolonizacja Czerwonej Planety jest realną wizją przyszłości? Ekspert CEBioForum uważa, że wizyta człowieka na Marsie oraz stworzenie tam dla niego warunków do życia będzie możliwe. Trudno jednak mówić na tym etapie o kolonizacji.

Największą przeszkodą byłoby życie w zamknięciu. Ludzie, którzy zdecydowaliby się na życie na Marsie musieliby przebywać w specjalnie dostosowanych do tego pomieszczeniach. Na zewnątrz można by było wyjść jedynie w skafandrze.

W naszym Układzie Słonecznym to właśnie Mars jest najbardziej przyjazną dla człowieka planetą.
- W przyszłości być może ludzkość skupi się bardziej na eksploracji księżyców Układu Słonecznego, nie planet. Wiele księżyców Układu Słonecznego stanowi interesującą alternatywę. Do tych ciał niebieskich należą między innymi galileuszowe księżyce Jowisza (Io, Europa, Ganimedes i Kallisto) oraz Tytan – księżyc Saturna. Tytan jest szczególnie ciekawym miejscem. Jako jedyny księżyc Układu Słonecznego posiada atmosferę. Co więcej występują na nim zjawiska pogodowe - wylicza Justyna Barys. Wiele osób zdaje sobie sprawę, że odkryto tam również występowanie jezior z metanem. Niestety jest też druga strona medalu. Tytan jest bardzo zimnym księżycem, ze względu na dużą odległość od Słońca. Dlatego na chwilę obecną Mars jest najciekawszym miejscem do zdobycia w Układzie Słonecznym.

Misja na Marsa i badanie naszych możliwości

Prywatna firma Elona Muska, SpaceX, 6 lutego 2018 roku po raz pierwszy wystrzeliła w kosmos Falcon Heavy - najcięższą rakietę nośną jaką do tej pory skonstruowano. Od razu pojawiły się głosy, że obiekt ten może przyczynić się do załogowych wypraw księżycowych, a także wypraw na Marsa. Dziś już wiemy, że wyprawy załogowe związane są z systemem BFR. O tym jednak w dalszej części.

SpaceX, a właściwie Space Exploration Technologies Corporation to amerykańska firma, której właścicielem jest Elon Musk. Głównym założeniem firmy jest budowa silników rakietowych i rakiet nośnych oraz statków kosmicznych, w tym także załogowych.

ZOBACZ START RAKIETY FALCON HEAVY:

Krok po kroku w kierunku kolonizacji kosmosu

Koncepcja budowy Falcona Heavy została przedstawiona po raz pierwszy na konferencji prasowej w 2011 roku. Elon Musk wówczas zakomunikował, że rakieta będzie w stanie wynieść na orbitę okołoziemską ładunek o masie 53 ton, czyli więcej niż jakakolwiek do tej pory wykorzystywana rakieta nośna. W przeszłości większą nośność miały jedynie rakiety Saturn V oraz Energia.

Początkowo start rakiety Falcon Heavy planowano na 2013 lub 2014 rok. Miał on być przeprowadzony z Bazy Sił Powietrznych w Vandenbergu, w Kalifornii. Jak to jednak zwykle bywa w tego typu ogromnych przedsięwzięciach, w kolejnych latach start maszyny był sukcesywnie przesuwany. Powodem były między innymi wypadki, które towarzyszyły w czasie działania firmy Elona Muska. Chodziło o wybuch rakiety Falcon 9 podczas misji CRS-7 oraz wybuchu w 2016 roku na platformie startowej SLC-40. Wydarzenia te zmusiły firmę SpaceX na kilkumiesięczne wstrzymanie startów.

Kolejnym aspektem wpływającym bezpośrednio na wieloletnie opóźnienia były utrudnienia związane z budową rakiety. Falcon Heavy jest konstrukcją bardziej złożoną. To nie tylko połączenie trzech boosterów Falcona 9. Niezbędne w tym przypadku było opracowanie tak zwanego systemu separacji członów bocznych oraz upewnienie się, że segment środkowy wytrzyma obciążenie bocznych boosterów, które będą do niego podłączone. Ponadto w grę wchodziła również modernizacja silnika Merlin 1 (jednokomorowy silnik, napędzany mieszaniną ciekłego tlenu i kerozyny (RP-1); przystosowany do wielokrotnego użytku; zbudowany i stosowany przez SpaceX m.in. w rakietach Falcon 1 i Falcon 9).

Innym elementem była praca nad dodatkiem statku o nazwie Dragon 2. Seria Dragon jest rodziną wielofunkcyjnych, załogowych i bezzałogowych, statków kosmicznych, opracowywanych przez SpaceX. Dragon v2 charakteryzuje się stożkową konstrukcją i jest przystosowana właśnie do załogowych wypraw. Prace nad tym modelem wymagały między innymi opracowania specjalistycznego modelu ratunkowego dla wszystkich członków danej misji, a także systemu podtrzymywania życia.

Co kryje się pod nazwą Falcona Heavy?

Poszczególne układy rakiety Falcon Heavy to w głównym stopniu Falcon 9, czyli silnik Merlin 1D. Dodajmy, że podczas startu rakiety pracować będzie 27 identycznych silników, które rozmieszczone są w trzech segmentach obok siebie. Rakieta wspomagana jest dwoma boosterami bocznymi i jednym głównym. Ponadto Falcon Heavy na niską orbitę jest w stanie wynieść ładunek o masie 64 ton, czyli aż o 40 ton niż Falcon 9. Jeśli szukacie porównania, to wyobraźcie sobie, że jest to więcej, niż waży Boeing 737 z personelem, pasażerami i załadunkiem (bagaże, paliwo). Na orbitę Falcon Heavy może wynieść ładunek o wadze 27 ton, większy o 19 ton, niż było to w przypadku Falcona 9. Idąc dalej, jeśli mówilibyśmy o Marsie jest to masa 17 ton.

SYMYLACJA STARTU I LĄDOWANIA FALCONA HEAVY:

Niecodzienny ładunek na orbicie

Konstrukcja rakiety Falcon Heavy zaczęła nabierać kształtów pod koniec 2016 roku. Z początkiem 2017 roku przeszła ona test, podczas którego silniki Merlin 1D pracowały tak długo, jak rzeczywiście będzie przebiegać ich praca podczas realnej misji. Następnie pozytywne testy przeszły boostery.

W marcu 2017 roku Elon Musk poinformował, że ładunek Falcon Heavy, który znajdzie się na szczycie rakiety będzie najgłupszym, jaki firma SpaceX będzie w stanie wymyślić. Chodziło o należący do Muska samochód Tesla Roadster. Ponadto wewnątrz pojazdu odtwarzany miał być utwór Davida Bowiego "Space Oddity". Ładunek Falcon Heavy miał zostać przetransportowany na orbitę Słońca z aphelium, czyli najdalszym punktem orbity, który znajduje się w okolicach orbity Marsa. I, co tu dużo mówić, jak zapowiadali, tak zrobili.

28 grudnia 2017 roku światu przedstawiony został Falcon Heavy w pełnej krasie. Statek kosmiczny został ustawiony w pionie na platformie startowej LC-39A. Wtedy też zostały przeprowadzone testy, które miały na celu zweryfikować, czy wszystko jest właściwie skonfigurowane przed startem zaplanowanym na 6 lutego 2018 roku.

WYKRES PRZEDSTAWIAJĄCY START I LĄDOWANIE:

Nie jest nowością, że pierwszy lot Falcon Heavy był ogromnym wyzwaniem dla SpaceX, zwłaszcza, że po starcie na Ziemię miały samodzielnie wrócić wszystkie boostery (dwa boczne oraz główny).

Starman w Tesli Roadster na Marsa

Rakieta Falcon Heavy mierząca 23 piętra wyruszyła w swoją podróż w kierunku Marsa o godzinie 21.45 czasu polskiego z Centrum Kosmicznego im. Kennedy'ego w Cape Canaveral. Na powyższym nagraniu widać, że prawie wszystko poszło zgodnie z planem, gdyż dwa boczne boostery, które jako pierwsze odłączyły się od statku bezpiecznie wróciły i lądowały na ziemi.

Niestety, jak poinformował na konferencji prasowej Elon Musk trzeci booster, który miał lądować na Atlantyku rozbił się o ocean. Efektem tego było uszkodzenie pływającej niedaleko platformy dla dronów.

Na pokładzie rakiet Falcon Heavy znalazł się nietypowy ładunek w postaci samochodu Elona Muska, Tesli Roadster, za kierownicą którego zasiadł manekin, Starman. Kilkugodzinne nagranie z wnętrza pojazdu znajdziecie poniżej.

Kiedy załogowa misja na Marsa stanie się faktem?

Optymistyczna wizja zakłada, że może to się stać już za kilka lat. Bezpieczniej jednak mówić o najbliższych 10-20 latach. To o czym się tak namiętnie i z ekscytacją rozwodzą naukowcy z całego świata tylko z pozoru wydaje się proste. W rzeczywistości trzeba przeprowadzić szereg badań i znaleźć rozwiązania wielu problemów technologicznych. Jak wysłać ludzi na Marsa? W jaki sposób stworzyć tam kolonie i zapewnić całej misji bezpieczeństwo?

Patrząc na działania wizjonera, jakim jest Elon Musk, rzeczywiście można mieć nadzieję, że kolonizacja Czerwonej Planety jest bliżej niż kiedykolwiek. Gdyby ktoś kilka lat temu powiedział, że w 2018 roku w kierunku Marsa wysłana zostanie sportowa Tesla, wielu uznałoby to za dobry żart. Dziś możemy sprawdzić w którym miejscu się znajduje i kiedy dotrze do punktu docelowego.

Dla Muska wysłanie samochodu w kosmos to dopiero początek - jedynie zachłyśnięcie się Marsem i wizją jego kolonizacji. "Chcesz budzić się rano i myśleć, że przyszłość będzie wspaniała – i o to właśnie chodzi w byciu kosmiczną cywilizacją. Chodzi o wiarę w przyszłość i o to, że będzie lepsza niż przeszłość. Nie wyobrażam sobie nic bardziej ekscytującego niż bycie tam, pomiędzy gwiazdami" - powiedział Elon Musk.

System BFR SpaceX

Aby dotrzeć na Marsa i stworzyć tam bazę firma SpaceX będzie opierać się na swoim systemie BFR (Big Falcon Rocket), na który składać się będzie 58-metrowa rakieta wielorazowego użytku oraz 48-metrowy statek kosmiczny.

Zadaniem rakiety (która po wykonaniu swojego zadania powróci na Ziemię, przejdzie testy i uzupełni paliwo) będzie wyniesienie statku, jaki po odpaleniu własnych silników dotrze do orbity ziemskiej. Niestety ten proces pochłonie niemal całe jego paliwo. Dlatego właśnie z Ziemi wysłane zostaną kolejne statki, aby to paliwo uzupełnić.

Program kolonizacji Marsa

Już w tej chwili większa załoga SpaceX skupia się na marsjańskim projekcie. Ważnym aspektem jest to to, że rakieta BFR zostanie tak skonstruowana, aby docelowo na Marsie wypełnić zbiorniki metanem i wrócić na Ziemię. W planach jest produkcja przez SpaceX paliwa z Marsa, wykorzystując przy tym dwutlenek ziemi z powietrza planety oraz energię z paneli słonecznych.

Dlatego właśnie pierwsze trzy misje SpaceX będą miały na celu zlokalizować i potwierdzić obecność wody w konkretnych lokalizacjach, przeprowadzić symulację wszelkich problemów, które mogą przydarzyć się podczas lądowania na Czerwonej Planecie oraz zapoczątkować budowę lądowiska i całej infrastruktury ułatwiającej zaaklimatyzowanie się. Warto dodać, że pierwsze statki będą jednocześnie pełnić funkcję bazy mieszkalnej dla astronautów.

Kolonizacja Czerwonej Planety jest dużo bliżej niż kilka lat temu. Wiele wskazuje na to, że to właśnie na Marsie zbudujemy nasz "nowy dom". Zanim jednak to nastąpi, trzeba będzie uzbroić się w cierpliwość, bowiem nie ma jasnej odpowiedzi co do tego, jak długo ten proces potrwa.

POLECAMY RÓWNIEŻ PAŃSTWA UWADZE:

Pierwszy na świecie polski biznesowo-rodzinny odrzutowiec na testach w Babimoście