Möchten Sie den Mars erkunden? Schicke zuerst Menschen zu den Monden des Mars: Phobos und Deimos
Mensch zum Mars. Das ist der Plan, oder? Das Problem ist, dass es eines der kompliziertesten und ehrgeizigsten Ziele ist, Menschen auf die Oberfläche des Mars zu schicken. Es ist ein großer Schritt von der niedrigen Erdumlaufbahn, dann Mondlandungen und dann den ganzen Weg zum Mars, eine Reise von Hunderten von Millionen Kilometern und mindestens 2 Jahren.
Aber es gibt zwei Orte, an die Menschen gehen können, die ein Sprungbrett zwischen Erde und Mars sind. Basislager, die es uns ermöglichen würden, unsere Ressourcen in relativer Sicherheit zu sammeln, bevor wir in diesen Gravitationsbrunnen fallen.
Ich spreche von den Monden des Mars: Phobos und Deimos.
Der gesamte Fokus liegt auf dem Mars, und das aus gutem Grund ist so ziemlich der einzige Ort im Sonnensystem, der der Erde ähnelt. Es hat ungefähr die gleiche Tageslänge, polare Kappen aus Kohlendioxid und Wassereis und Tagestemperaturen, die fast vernünftig sein können.
Aber wir haben auch gesehen, dass der Mars Raumschiffe zum Frühstück isst. Von den 18 Raumfahrzeugen mit der Aufgabe, auf der Marsoberfläche zu landen, haben es nur 9 tatsächlich sicher geschafft und konnten ihre Mission auch tatsächlich erfüllen.
Illustration des Eintritts von Mars InSight in die Atmosphäre des Mars. Bildnachweis: NASA/JPL
Das sind 50%. Sind wir bereit, das Leben der Hälfte der Menschen zu riskieren, die wir auf den Roten Planeten schicken?
Ganz zu schweigen von der zunehmenden Herausforderung, schwerere Nutzlasten auf dem Mars zu landen, die mit weichen und matschigen Menschen gefüllt sind. Ich habe ein ganzes Video darüber gemacht, warum das so schwierig ist. Schau es dir hier an.
Aber die beiden Monde des Mars, Phobos und Deimos, bieten eine interessante Alternative. Anstatt direkt von der Erde zur Marsoberfläche zu gehen, könnte die Menschheit auf diesen felsigen Monden eine Station errichten, ein Basislager, für einen ernsthaften und sichereren Versuch auf dem Mars.
Neue Modellierungen deuten darauf hin, dass die Rillen auf dem Marsmond Phobos durch Gezeitenkräfte erzeugt werden könnten – die gegenseitige Anziehungskraft des Planeten und des Mondes. Anfangs dachten die Wissenschaftler, die Rillen seien durch den massiven Einschlag entstanden, der den Stickney-Krater (unten rechts) erzeugte. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona
Phobos ist der größere der Marsmonde und hat eine Länge von 27 Kilometern auf seiner längsten Ausdehnung. Es ähnelt in seiner Zusammensetzung einem C-Typ- oder kohlenstoffhaltigen Chondrit-Asteroiden. Planetenwissenschaftler glauben, dass es sich entweder um einen eingefangenen Asteroiden oder um die Trümmer eines uralten Einschlags vor langer Zeit handelte. Es ist mit feinem Pulver bedeckt, das aus Äonen von Mikrometeoriteneinschlägen besteht und hat absolut keine Atmosphäre.
Der Mond kreist in einer Höhe von 5.989 Kilometern über dem Mars und braucht nur 7 Stunden und 39 Minuten, um den Planeten zu umrunden.
Der Marsmond von Deimos, abgebildet vom Mars Reconnaissance Orbiter. Bildnachweis: HiRISE/MRO/LPL (U. Arizona)/NASA
Wir sagen ist kleiner, an der längsten Stelle nur 15 km breit und umkreist den Mars alle 30 Stunden in einer viel höheren Höhe von 23.460 km.
Was wäre also nötig, um auf diesen Monden eine Basis zu errichten, und warum ist es besser, als direkt zum Mars zu fliegen?
Obwohl er weniger massiv ist als die Erde, hat der Mars immer noch eine bedeutende Gravitationsquelle. Um von der Marsoberfläche in eine niedrige Umlaufbahn zu gelangen, benötigt man eine Geschwindigkeitsänderung von 3,6 km/s. Und wenn Sie vom Mars zurück zur Erde wollen, benötigen Sie eine Geschwindigkeitsänderung von 6 km/s.
Eine Ansicht des Mars, die die nördliche polare Eiskappe des Planeten zeigt. Eine neue Studie unter der Leitung der University of Texas in Austin hat Überreste alter Eiskappen gefunden, die in der Nordpolarregion vergraben sind. Bildnachweis: ISRO/ISSDC/Emily Lakdawalla
Im Jahr 2015 schlugen drei Ingenieure des NASA JPL vor: „ Eine minimale Architektur für menschliche Missionen zum Mars “, die eine Reihe von Missionen vorschlagen, die zuerst einen Brückenkopf auf einem der Marsmonde errichten, bevor die Menschen auf den Planeten geschickt werden.
Sie schlugen vor, eine Kampagne, um Menschen zum Mars zu schicken, in vier Hauptphasen aufzuteilen. Zunächst würden Missionen nach Phobos geschickt, um eine Infrastruktur auf dem Mond aufzubauen. Als nächstes würden Astronauten für einen einmonatigen Aufenthalt an die Oberfläche gehen. Dann würde eine längere einjährige Expedition durchgeführt. Und schließlich wäre da der Übergang zu einer dauerhaften Präsenz auf dem Mars.
Die Grafik zeigt alle Kuppel-, Lauf-, Ring- und Triebwerkskomponenten, die verwendet werden, um die fünf Hauptstrukturen der Kernstufe des Space Launch System (SLS) der NASA in Block-1-Konfiguration zusammenzubauen. Credits: NASA/MSFC
Das Einrichten einer Präsenz auf Phobos würde vier Starts des Space Launch System Block 2 erfordern, aber SpaceX Starships würde auch gut funktionieren. Die ersten drei Raketen würden Vorräte, einen Phobos-Lebensraum und ein Rückholfahrzeug für Astronauten transportieren, um nach Hause zu kommen. Der vierte Start würde eine Orion-Kapsel mit 4 Astronauten zum Mars bringen, die einer 200 bis 225-tägigen Flugbahn folgen, um sie zu Phobos zu bringen.
Die Astronauten würden etwa 500 Tage auf der Phobos-Station leben und Wissenschaften an Phobos durchführen. Dann kamen sie nach Hause, machten auf dem Rückweg vielleicht sogar einen Nebenbesuch bei Deimos und brauchten weitere 250 Tage, um zurückzukehren.
Basierend auf den Erkenntnissen aus der Phobos-Mission würde die eigentliche Landung auf dem Mars weitere sechs SLS-Starts erfordern. Es gäbe mehr Nachschub und ein 75-Tonnen-Mars-Landefahrzeug, das in einer hohen Mars-Umlaufbahn warten würde.
Phobos-Lander-Konzept. Hoppy Price, John Baker, Firouz Naderi. Bildnachweis: NASA/JPL
Schließlich würde eine Crew starten, die Reise zur Phobos-Station antreten und sich dann für eine Landung auf dem Mars vorbereiten. Wenn die Bedingungen stimmten, stiegen zwei Besatzungsmitglieder in das Abstiegsfahrzeug um und landeten auf dem Mars, wobei sie etwa einen Monat auf der Oberfläche verbrachten, während die anderen beiden Astronauten auf Phobos blieben.
Der erste Mensch würde irgendwann in den 2030er oder 2040er Jahren einen Fuß auf die Oberfläche des Mars setzen.
Am Ende des Monats stiegen sie in ihr Aufstiegsfahrzeug, kehrten nach Phobos zurück und dann kamen alle Astronauten wieder nach Hause.
Die Oberflächenexploration aus der Ferne in Regionen rund um den Habitatkomplex wird durch den Einsatz von druckbeaufschlagten Rovern erreicht. Diese Fahrzeuge würden es der Besatzung ermöglichen, über die von ihren Raumanzügen zugelassene Reichweite hinaus zu erkunden und gleichzeitig in einer hemdsärmeligen Umgebung zu operieren. Künstlerkonzept. Bildnachweis: NASA
Wenn alles getestet und bewährt war, würden mehr Raketen zum Mars starten, mehr Vorräte für die Phobos-Station und eine wachsende Mars-Basis transportieren, und Astronauten würden jahrelange Expeditionen auf dem Mars durchführen.
Und schließlich würde es eine permanente Präsenz auf dem Mars geben, mit sich überschneidenden Besatzungen bei Phobos, auf der wachsenden Marsbasis und auf der Durchreise.
Ich kenne den Witz, den Sie machen werden, dass SpaceX ein Jahrzehnt früher Raumschiffe senden wird und dieser ganze Prozess irrelevant ist. Haha, dumme NASA.
Edelstahl-Raumschiff auf dem Mond. Bildnachweis: SpaceX
Vielleicht, aber der Mars ist dem menschlichen Leben völlig feindlich gesinnt, es gibt dort heute absolut keine Infrastruktur und niemand hat die Tausenden von Details durchdacht, die es braucht, um dort dauerhaft zu überleben.
Mit unseren schnellsten Raketen sind es Hunderte von Tagen, und jeder, der zum Mars fliegt, ist über jede Rettung hinaus, wenn etwas schief geht.
Und wenn es um den Mars geht, müssen Sie davon ausgehen, dass die Dinge schief gehen werden.
Wie auch immer, wenn Starship fliegt, wird die NASA einfach Kunde und kann diese Missionen billiger, schneller, mit mehr Redundanz und Sicherheit durchführen.
Denken Sie daran, dass die NASA der größte Kunde von SpaceX ist.
Künstlerillustration eines Weltraumaufzugs. Bildnachweis: NASA/Pat Rawling
Es stellt sich heraus, dass Phobos tatsächlich der perfekte Ort für einen teilweisen Weltraumaufzug sein könnte. In einem Papier aus dem Jahr 2003 mit dem Titel „ Weltraumkolonisierung mit Weltraumaufzügen von Phobos “ untersuchte der NASA-Ingenieur Leonard Weinstein die Machbarkeit dieser Idee.
Ein Halteseil könnte von Phobos herabgelassen werden, das knapp über der Marsatmosphäre endet. Von der Marsoberfläche aus würde sich das Endseil mit einer Geschwindigkeit von nur einem halben Kilometer pro Sekunde durch den Himmel bewegen und zweimal täglich einen Punkt auf dem Mars überqueren.
Nutzlasten könnten von der Marsoberfläche abgeschossen und vom unteren Ende des Seils erfasst und dann über etwa zwei Tage nach Phobos transportiert werden. Ein zweiter Aufzug könnte sogar Material bis in die Umlaufbahn von Deimos bringen.
Und ich weiß, das klingt extrem, aber wenn man an die Orbitalmechanik denkt, braucht man tatsächlich weniger Energie, um Material von Phobos in die Mondumlaufbahn zu transportieren, als es von der Mondoberfläche zu befördern.
Bild des Marsmondes von Deimos, aufgenommen vom Mars Reconnaissance Orbiter. Bildnachweis: HiRISE/MRO/LPL (U. Arizona)/NASA
In einer Präsentation aus dem Jahr 2013 Lockheed Martin-Ingenieur Josh Hopkins schlug vor, dass Phobos und Deimos als erster Ort für die Erforschung durch den Menschen sinnvoll und machten den Beweis, dass Deimos noch besser ist.
Sowohl Phobos als auch Deimos sind mit dem Mars verbunden, was bedeutet, dass sie der Oberfläche des Planeten immer das gleiche Gesicht zeigen. Astronauten, die auf einem dieser Monde stationiert sind, wären in der Lage, Rover zu teleoperieren und Rückkehrmissionen praktisch ohne Verzögerung zu testen.
Von seiner höheren Höhe aus sieht Deimos tatsächlich mehr von der Oberfläche des Mars als Phobos, 98% des Planeten sind vom Mond aus sichtbar. Mit seinem langsameren Weg über den Himmel könnte Deimos fast 60 Stunden lang ununterbrochen mit der Oberfläche kommunizieren, während Phobos alle 4,2 Stunden über den Horizont gleitet.
Regionen in der Nähe des Nordpols von Deimos würden ständigem Sonnenlicht ausgesetzt sein und auch einen ständigen Blick auf die Oberfläche des Mars haben.
Die An- und Abreise nach Deimos wäre tatsächlich einfacher, da etwa 400 Meter pro Sekunde weniger Geschwindigkeitsänderung erforderlich wäre.
Stellen Sie sich also alles vor, was ich für eine Mission zu Phobos gesagt habe, aber ersetzen Sie das stattdessen durch Deimos.
Aber wenn wir wirklich bleiben wollen, wollen wir in Deimos hineintunneln. Das sagt Jim Logan, Mitbegründer des Space Enterprise Institute. Während einer kürzlichen Präsentation auf einer Konferenz in Seattle über Weltraumsiedlungen schlug Logan vor, dass es möglich sein sollte, einen dauerhaften Lebensraum in Deimos zu bauen.
Jim Logan, Institut für Weltraumunternehmen. Bildnachweis: Geekwire/Alan Boyle
Ich war nicht zum Seminar da, aber Alan Boyle von Geekwire war , und er hat dieses coole Foto von Logans Vortrag aufgenommen. Laut Logan wurde bei der ursprünglichen Idee für einen O’Neill-Zylinder die erforderliche Strahlenabschirmung um etwa ein Drittel unterschätzt. Denken Sie also daran, als ich sagte, dass sie 45.000 Starship-Starts benötigen, um einen O’Neill-Zylinder zu bauen, es stellt sich heraus, dass wir stattdessen 150.000 benötigen könnten.
Aber es sollte möglich sein, einen Tunnel quer durch das Zentrum von Deimos zu graben, von einem Ende zum anderen, vielleicht beauftragen Sie Elon Musks Boring Company mit der Arbeit. Es wird angenommen, dass das Innere von Deimos porös ist, und Ingenieure würden beim Durchgraben Reserven an Wassereis, Edelmetallen und Mineralien finden, die so ziemlich jede Art von Basis unterstützen würden.
Es könnte sogar groß genug sein, um rotierende Lebensräume im Inneren des Mondes zu platzieren, um den Bewohnern künstliche Schwerkraft zu verleihen. Positionieren Sie Sonnenkollektoren an den Polen, wo sie fast ewiges Sonnenlicht bekommen
All dies konzentriert sich auf den Mars, aber es gibt Argumente dafür, dass die Monde von Mars, Phobos und Deimos als die ersten Orte dienen, die wir in der Region besuchen. Wenn wir dann ein gutes, solides Basislager haben, unternehmen wir einen ernsthaften Versuch auf dem Roten Planeten.