10 frågor som hindrar en resa till Mars

Varje uppdrag till Mars skulle vara svårt - men som den här listan visar kommer ingen av utmaningarna nödvändigtvis oöverstigliga. Decennier av erfarenhet av rymdresor har visat att en stränghet av uppfinningsrikedom - liksom en stor mängd gritty beslutsamhet - kan gå långt när det gäller att uppfylla våra kosmiska strävanden.

10

Bekostnad




Hela Apollo Moon Landing Programmet från 1960-talet och 70-talet kostade Förenta staterna cirka 25 miljarder dollar. Det mesta av detta spenderades fram till Apollo 11, varefter de flesta problem med landning på månen löstes och de efterföljande uppdrag blev billigare. Ett bemannat uppdrag till Mars skulle kosta exorbitantly mer, för det första på grund av det kosmiska avståndet som ska reste, var som helst från 36 miljoner till drygt 250 miljoner mil (Mars sirkel är ganska excentrisk).

För det andra finns det många konstiga händelser som är långt ifrån djupt utrymme, varav en kan döda en människa väldigt lätt. Så snart vi lämnar vår atmosfär försöker universum i huvudsak att döda oss. Och om vi skickar 3 eller så människor 250 miljoner mil bort, måste vi ha alla möjliga händelser planerade före tid. Att planera för varje kräver pengar, och de mest konservativa uppskattningarna uppgår till en löjligt optimistisk summa på 1 miljarder dollar. Och om den nationella (och i fortsättningen globala) ekonomin fortsätter att minska, kommer framstegen mot ett bemannat uppdrag att förbli agoniserande långsamt. Många av följande poster hänför sig till den här.

9

Terrestrial Patogener




Någonsin undrar varför tekniker och forskare, som arbetar med rymdfarkoster och utrustning på grund av att de skickas ut i rymden, klär sig som kirurger på ett sjukhus? För exakt samma anledning: för att undvika överföring av bakterier. Vissa patogener är kända för att kunna överleva rymden. Deinococcus radiodurans är en av de tuffaste kända organismerna av något slag. Det är en bakterie, inte ett virus och kan klara en dos av 5000 gram gammastrålning, där 5 grader är tillräckliga för att döda en vuxen människa. Det enda enkla sättet att döda det är att koka det och det kräver 25 minuter medan botulinum dör efter endast 2 till 7 minuter.

Deinokocker kan hittas i bortskämd mat, avloppsvatten, hushålls damm och många andra ställen. Så vad händer om ett uppdrag till Mars introducerar det till Marsmiljö? Vi vet fortfarande inte om det finns något liv på Mars, men med uppdrag som Curosity Rover, drar vi dagligen närmare "ja". Om så är fallet är det troligtvis mikrobiellt och har aldrig stött på något från jorden. Deinokocker skadar inte människor, men det kan mycket väl vara katastrofalt för utomjordiskt liv.

På grund av scenarier som detta har kritiker ifrågasatt etiken att ständigt lägga fot på vilken planet som helst som kan hamna livet, och eventuella uppdragsförslag måste hantera det på något sätt innan man går vidare.

8

Framdrivningsmetod




Hittills har alla våra aktiviteter i rymden genomförts via raketry. Vi måste fly från jorden innan allting, och vår hastighet måste vara 11,2 km per sekund. Det är ungefär 25 000 mph. Den snabbaste kullen färdas på cirka 3 132 mph. Det enda vi vet om att driva ett objekt ut ur jordens gravitation och i omlopp och bortom är att ställa objektet ovanpå en gigantisk bomb, vars explosion vi kan styra mycket bra.

Bränslet som krävdes för att driva rymdfärjan i banan vägde 1 100 000 pund per vardera av två raketförstärkare, mest av det gjorda av ammoniumperklorat och aluminium. Det har, mirakulöst, varit väldigt få katastrofer som involverar dessa raketdrivna bemannade uppstigningar i rymden - Challenger-katastrofen från 1986 mest anmärkningsvärda bland dem. Men faro åt sidan är raketry, i de flesta astronautiska åsikter, grovt ineffektivt vid överföring av hantverk till rymden.

I de flesta science fiction berättelser, tv-serier och filmer, går ut från jorden till omlopp och bortom på annat sätt som förklaras sällan, just för att vi ännu inte har någon fullständig förståelse av en framdrivningsmetod än raket . Nästan alla fordon, inklusive flygplan, drivs genom förbränning, och det innebär att bränna ett bränsle. Men ingenting vi vet kan brinna utan syre, varför de flesta moderna flygplan fortfarande inte kan flyga ur vår atmosfär. de stallar och plummet.

Forskare är svåra på jobbet och försöker uppfinna alternativa framdrivningsmetoder som inte kräver förbränning. Dessa medför vanligtvis anti-gravitation. Spacecraften i Star Wars-filmerna lyfter helt enkelt av marken och flyger in i yttre rymden, och ett hantverk som kan göra detta skulle göra en resa till Mars mycket lättare att initiera.

7

Rymd demens




Du kan också kalla den här "kabinfesten". Vi tycker inte om att vara samlade i en bil i 200 mil åt gången. Fråga någon motorvägspatrolog, och han kommer att berätta för dig att om du sätter Jesus och Gandhi i en bil tillräckligt länge börjar de slåss. Tänk nu att du behåller de trånga levnadsvillkoren för Apollo-kommandomodulen i 8 månader med lite att göra. Därefter, efter några dagar, kanske en månad, med härligt spännande mardiensutflykter, ser vi fram emot ytterligare 8 månader lite att göra men samlas upp.

Se # 3 för en bra metod för att bekämpa vilka astronauter som kallar "rymd demens". Men det primära sättet att undvika det är att ta astronauternas sinnen bort från deras isolering. Den främsta anledningen till att det inte har funnits några våldsbrott i rymden hittills, från någon nationalitet, är dubbelt: för det första har vistelserna i rymdflight varit korta. Den längsta obrutna varaktigheten i rymden är 437,7 dagar, för Valeri Polyakov, från 1994 till 1995. Han var fysiskt ensam för 258 av dessa dagar, men hade alltid kontakt med sitt ryska huvudkontor och genomförde 25 vetenskapliga experiment.Således var han sällan ensam med ingenting annat än sina egna tankar för företaget.

Han stannade så länge i omlopp för att bevisa att ett hälsosamt mentalt tillstånd kan bibehållas under ett bemannat uppdrag till Mars - och när han kom tillbaka på jorden, insisterade han på att gå på egen hand för att bevisa att detta skulle vara möjligt på Mars (se # 5). Men hans psykologiska utvärderingar noterade en märkbar brist i hans känslomässiga tillstånd och övergripande humör. Han observerades vara mycket mer moros än vanligt och lätt irriterad av enkla frågor.

Betrakta nu att kommunikationsintervaller på väg till Mars kommer att bli progressivt längre tills, i omlopp runt Mars, kommer radiosignalerna, som färdas med ljusets hastighet, att behöva upp till cirka 22 minuter för att resa rundturen. Om den sitter på sitt minsta möjliga avstånd från jorden, behöver radiosignalerna fortfarande cirka 6 och en halv minut för rundturen. Emotionell uppfyllelse med intervaller på 20 minuter mellan tal är omöjligt, och den mänskliga interaktionen är effektivt ogiltig. Besättningen kan under tiden bli trött på varandras företag långt innan rymdfarkosten når Mars. Då måste de frukta avkastningen. Rymdprogrammen använder psykologer att välja besättningsmedlemmar baserat på hur väl de kan komma i kontakt med varandra, och det kan vara omöjligt att göra så länge.

6

Spacesuiten




Det primära kravet från en rymdsuit är trycksättning, eftersom det utan en person kommer att blåsas upp till ungefär dubbelt normal storlek och verkar som en powerlifter. Döden orsakas inte av blixtfrysning eller blodkokningen, som båda kommer att inträffa, men av de luftfyllda lungorna poppar som ballonger. Om du inte håller andan, men blåser ut det, kommer du att svarta ut på grund av asfyxi i cirka 15 sekunder och dö inom 1 minut, långt innan du fryser eller ditt blod kokar. Nästan alla rumsdrag - från Yuri Gagarsins SK-1 till nuvarande - har blivit uppblåsningsdrag som trycker på kroppen genom att expandera som ballonger.

Dessa har gjort sitt jobb fantastiskt hittills, men astronauternas uppehåll i rymden har sällan varit mycket långa. Kostymen är skrymmande, ungainly, och tillåter inte mycket god rörelsefrihet. På månen fann astronauterna det enklaste att ambulera med "loping" eller halvlöpning, halvhoppning, och detta berodde på så liten gravitation - men Mars har knappt två femtedelar av jordens gravitation och kommer att göra jorden -style ambulation märkbart lättare: astronauterna kommer att kunna böja sina knän och strida rakt framåt, men kommer tillfälligt att lämna marken för några inches. Vi kan inte exakt reproducera detta gravitationstryck på jorden; Vatten ger en tillräcklig grad av viktlöshet, men saktar benenes rörelse.

Vad vi behöver för utflykter i mars är en formpassande kostym, motsatt av en uppblåst, i stället för att trycka på kostymen trycker man på kroppen själv genom att förankra den i ett tätt elastiskt skal som täcker allt utom halsen och huvudet. Dräkten kan således väga bara ett eller två pund, i stället för 200-pund A7L som bärs av Neil Armstrong och Buzz Aldrin. Nackdelen med skintight-kostymen är det obehag som det medför till männen och kvinnornas bröst, även när ett skydd bärs. Det måste också innehålla en kylningsförmåga, eller astronauten kommer att lägga sig för att värma utmattning på några minuter.





5

Konstgjord gravitation




Noll gravitation är ett allvarligt problem för långsiktiga vistelser i rymden. Kroppen är utformad för livet på jorden, med en gravitationskraft på 1, medan Jupiter till exempel har en g-kraft på 2.528. I viktlängden av bana eller rymdresor genomgår människokroppen radikala avvikelser, särskilt muskelatrofi och osteopeni eller förlust av benmassa och densitet. För att motverka dessa effekter måste astronauterna träna strängt varje dag i minst 4 till 5 timmar, och detta kan inte göras via fria vikter, som också är viktlösa. Fjäderdrivna vikter används, liksom löpband och stationära cyklar, men de långsiktiga resultaten är helt enkelt otillräckliga.

Det mest kända exemplet på artificiell gravitation är centrifugalkraften. Ett rymdskepp skulle behöva utrustas med en massiv centrifug, en snurrande ring som applicerar justerbar kraft vinkelrätt mot sin axel. Dessa mönster är populära i science fiction-filmer, framför allt 2001: A Space Odyssey. Astronauten skulle kunna gå runt centrifugens inre vägg som om det var ett golv. Det finns för närvarande inget rymdskepp utrustat med en sådan centrifug (se # 10), men flera mönster undersöks.

Astronauter som återvänder till jorden efter bara 2 månader i omlopp är oförmögna att stiga upp i mer än 5 minuter och måste bäras eller rullas runt tills deras kroppar anpassar sig till jordens gravitation. Effekterna på astronautens kropp som reser 8 månader från jorden till Mars skulle vara hemska: han skulle förlora 1% skelettmassa per månad och omedelbart efter resan skulle han behöva utföra större motion och vetenskapliga studier på ytan av en planet med en g-kraft på bara mindre än två femtedelar av jordens. Då skulle astronauten komma hem.

En metod för faking gravitation är enkel magnetism, men magnetiska stövlar kommer bara att hålla fötterna på en yta utan att väga ner kroppen alls, och atrofi och osteopeni skulle fortsätta med nästan ingen förändring.

4

Martian Patogener




Medan # 9 kallas "framåtförorening" behandlar denna post "omvänd förorening". Om du är bekant med H. G.Wells världskriget, du vet att martiansna dödas inte av mänsklighetens kombinerade militära makt, utan "av de minsta organismer som Gud, i sin visdom, sätter på jorden". Men om vi går till Mars och återvänder säkert, Vi kan medföra en bakåtriktad variation av Wells vision.

Mars kan väl hamna i livet, och i så fall måste vi vara mycket försiktiga med det. De enklaste livsformerna är ofta de farligaste. Om det martianska livet är pitiably mottagligt för våra patogener, är vi lika mottagliga för sig själva, eftersom de inte har utvecklats någon immunitet mot alla astronauter i form av livsform kan komma tillbaka på utsidan av deras rymdrockar, rymdfarkoster eller utrustning eller ens inuti sina kroppar, en livsform som har vilat i suspenderad animering för miljarder år bara för att återupplivas i sin favoritmiljö.

En enda marian patogen kan skapa en global pandemi som dödar absolut allt på jorden. För att bekämpa detta, var Apollo 11, 12 och 14 astronauterna som gick på månen i karantän i 21 dagar vardera, innan månen visat sig saknad av något liv. Men månen har ingen atmosfär. Mars har en, om än mycket tunnare, och med en helt annan kombination av gaser än jordens. De första astronauterna som sätter fot på Mars kommer därför att vara i karantän ganska länge efter sin återkomst - och hur ska vi döda vilken mikrobé de tar tillbaka med dem?

3

Rymdskeppet




Denna post gäller särskilt # 10 och # 5. Vi har för närvarande många rymdfarkoster som kan nå Mars intakt och kunna utföra sina robottavlor - men när vi lägger till mänskliga liv i ekvationen, stiger antalet skulder astronomiskt om ni kommer att förlåt pungen. Det måste bli en rymlig båt för att rymma 8 månaders mänsklig rörlighet. Det måste också utformas med flera av listans inlägg, inklusive de två följande i åtanke.

Om det är en gigantisk centrifug för artificiell gravitation, kommer den att vara extremt stor och dyr, men viktigast av allt, ett extremt komplext verkstadsarbete och dussintals NASA-ingenjörer och forskare har sagt att vi ännu inte har utvecklade de tekniska framstegen för att konstruera ett sådant hantverk. De erbjuder då hopp genom att säga att vi ska ha tekniken de närmaste årtiondena.

2

meteoriter




Jorden är slagen av beräknade 1 septillion meteorer, asteroider och kometer varje dag. De flesta av dem är storleken på ett sandkorn. Även de storlekarna på en van kommer inte att nå ytan. Men Månen har ingen atmosfär för att bränna upp dem, och även om den har en mycket mindre yta, behöver du bara titta på en närbildsbild av den för att få en uppfattning om allt avfall som zoomar runt i universum. Atmosfärer verkar som förbränningsanläggningar att bli av med mycket av denna sten, metall och is, men i verkligt yttre utrymme, miljontals mil från jorden, finns det ingen atmosfär för att skydda rymdfarkosten eller besättningen inuti.

Kom ihåg i Star Wars IV, när Han Solo påminner prinsessan Leia om att initiera hyperspeed (snabbare än ljusresor) utan att först planera en rutt kan leda till att flyga in i meteor? Det var en av de bättre stunderna i science fiction realism.

Vad händer under en 8-månaders resa i djupt utrymme? Det finns en hel del ingenting mellan jorden och Mars - förutom skräp av alla storlekar som sjunger runt upp till 50 gånger hastigheten på den snabbaste punkten. Vi kan effektivt bekämpa detta genom att täcka hantverkens väggar med pansarplattor. Men det kommer alltid till priset av extra vikt, vilket gör det svårare att rensa jordens bana.

1

Obehindrat kosmisk strålning




Vår atmosfär och elektromagnetiska fält är de enda anledningarna att vi inte stekar ihjäl just nu. Solens ultravioletta strålning stannar mest av atmosfären, medan synligt ljus, med längre våglängder, tränger igenom till marken. Det är inte sant i yttre rymden. Astronauterna är utrustade med visorer som stoppar solens skadliga strålning - och om de inte skärmar ansikten på hjälmarna innan de utsätts för direkt solljus blåses de och blinds permanent på några sekunder.

Ultraviolett strålning stoppades lätt av aluminiums Apollo Program Command Modules, men under sina resor till och från månen klagade astronauterna om plötsliga, ögonblickliga blinkar med ljusblått eller vitt ljus. Ljuset var inte synligt någonstans inom eller utanför rymdfarkosten, och hindrade inte besättningen på något sätt från att utföra sina uppgifter eller orsakade dem smärta.

När efterföljande rymduppdrag slog liknande klagomål och beskrivningar av dessa ljusflampar, undersökte forskare och upptäckte att de orsakades av "kosmiska strålar", vilket är en missnöje. De är inte strålar alls, men subatomära partiklar, mestadels ensamstående protoner, som färdas i nästan ljusets hastighet. De tränger in i rymdfarkoster och lämnar tekniskt hål i materialet de passerar genom, men de tillåter inte läckage eftersom de är mindre än atomer.