Sådan får du mennesker fra Jorden til Mars og sikkert tilbage igen

Der er mange ting, menneskeheden skal overvinde, før en returrejse til Mars lanceres.

De to store aktører er NASA og SpaceX, som arbejder tæt sammen på missioner til den internationale rumstation, men har konkurrerende ideer om, hvordan en bemandet Mars-mission ville se ud.

Størrelse betyder noget

Den største udfordring (eller begrænsning) er massen af ​​nyttelasten (rumfartøjer, mennesker, brændstof, forsyninger osv.), der er nødvendige for at foretage rejsen.

Vi taler stadig om at lancere noget ud i rummet er som at lancere sin vægt i guld.

Nyttelastmassen er normalt kun en lille procentdel af løfterakettens samlede masse.

For eksempel, Saturn V-raketten, der sendte Apollo 11 til Månen, vejede 3, 000 tons.

Men den kunne kun affyre 140 tons (5% af dens oprindelige affyringsmasse) til lav kredsløb om Jorden, og 50 tons (mindre end 2% af dens oprindelige opsendelsesmasse) til Månen.

Masse begrænser størrelsen af ​​et Mars-rumfartøj, og hvad det kan gøre i rummet. Hver manøvre koster brændstof at affyre raketmotorer, og dette brændstof skal i øjeblikket transporteres ud i rummet på rumfartøjet.

SpaceX's plan er, at dets bemandede Starship-køretøj skal tankes i rummet af en separat opsendt brændstoftanker. Det betyder, at der kan transporteres meget mere brændstof i kredsløb, end der kan transporteres ved en enkelt opsendelse.

Tid betyder noget

Endnu en udfordring, tæt forbundet med brændstof, er tid.

Missioner, der sender rumfartøjer uden besætning til de ydre planeter, rejser ofte komplekse baner rundt om Solen. De bruger det, der kaldes tyngdekraftsassistance-manøvrer til effektivt at slynge rundt på forskellige planeter for at få nok momentum til at nå deres mål.

Dette sparer meget brændstof, men kan resultere i missioner, der tager år at nå deres destinationer. Det er klart, at dette er noget, mennesker ikke ønsker at gøre.

Både Jorden og Mars har (næsten) cirkulære baner, og en manøvre kendt som Hohmann-transfer er den mest brændstofeffektive måde at rejse mellem to planeter på. I bund og grund, uden at gå for meget i detaljer, det er her et rumfartøj brænder en enkelt ind i en elliptisk overførselsbane fra den ene planet til den anden.

En Hohmann-overførsel mellem Jorden og Mars tager omkring 259 dage (mellem otte og ni måneder) og er kun mulig cirka hvert andet år på grund af de forskellige kredsløb omkring Jordens og Mars Sol.

Et rumfartøj kunne nå Mars på kortere tid (SpaceX hævder seks måneder), men - du gættede det - det ville koste mere brændstof at gøre det på den måde.

Sikker landing

Antag, at vores rumfartøj og besætning kommer til Mars. Den næste udfordring er landing.

Et rumfartøj, der kommer ind på Jorden, er i stand til at bruge modstanden, der genereres af interaktion med atmosfæren, til at bremse. Dette gør det muligt for fartøjet at lande sikkert på jordens overflade (forudsat at det kan overleve den relaterede opvarmning).

Men atmosfæren på Mars er omkring 100 gange tyndere end Jordens. Det betyder mindre potentiale for træk, så det er ikke muligt at lande sikkert uden en form for hjælp.

Nogle missioner er landet på airbags (såsom NASAs Pathfider-mission), mens andre har brugt thrustere (NASAs Phoenix-mission). Det sidste, endnu engang, kræver mere brændstof.

Livet på Mars

En Mars-dag varer 24 timer og 37 minutter, men lighederne med Jorden stopper der.

Den tynde atmosfære på Mars betyder, at den ikke kan holde på varmen så godt som Jorden gør. så livet på Mars er præget af store ekstreme temperaturer i dag/nat-cyklussen.

Mars har en maksimal temperatur på 30℃, hvilket lyder ret hyggeligt, men dens minimumstemperatur er -140 ℃, og dens gennemsnitlige temperatur er -63℃. Den gennemsnitlige vintertemperatur på jordens sydpol er omkring -49℃.

Så vi skal være meget selektive omkring, hvor vi vælger at bo på Mars, og hvordan vi styrer temperaturen i løbet af natten.

Tyngdekraften på Mars er 38% af Jordens (så du ville føle dig lettere), men luften er primært kuldioxid (CO₂) med flere procent nitrogen, så det er helt uåndbart. Vi bliver nødt til at bygge et klimakontrolleret sted bare for at bo der.

SpaceX planlægger at starte adskillige fragtflyvninger, herunder kritisk infrastruktur såsom drivhuse, solpaneler og - du gættede det - et brændstofproduktionsanlæg til returmissioner til Jorden.

Livet på Mars ville være muligt, og adskillige simulationsforsøg er allerede blevet udført på Jorden for at se, hvordan mennesker ville klare en sådan tilværelse.

Vend tilbage til Jorden

Den sidste udfordring er hjemrejsen og få folk sikkert tilbage til Jorden.

Apollo 11 kom ind i Jordens atmosfære omkring 40, 000 km/t, som er lige under den hastighed, der kræves for at undslippe Jordens kredsløb.

Rumfartøjer, der vender tilbage fra Mars, vil have re-entry-hastigheder fra 47, 000 km/t til 54, 000 km/t, afhængigt af den bane, de bruger for at ankomme til Jorden.

De kunne bremse ned i lavt kredsløb om Jorden til omkring 28, 800 km/t, før de kommer ind i vores atmosfære, men – du gættede det – ville de have brug for ekstra brændstof for at gøre det.

Hvis de bare trænger ind i atmosfæren, det vil gøre hele decelerationen for dem. Vi skal bare sikre os, at vi ikke dræber astronauterne med G-kræfter eller brænder dem op på grund af overopvarmning.

Dette er blot nogle af de udfordringer, som en Mars-mission står over for, og alle de teknologiske byggesten til at opnå dette er der. Vi skal bare bruge tiden og pengene og samle det hele.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.