لماذا يصعب على البشر السفر إلى المريخ والعودة؟
ترك رسالة
يعد السفر إلى المريخ والعودة أحد أكثر التحديات تعقيدًا التي فكرت فيها البشرية على الإطلاق. وفي حين نجحت المهمات الآلية، فإن إرسال البشر يضيف طبقات من الصعوبة. إن الإشارة الأخيرة للوقود الدفعي المفرط (مثل الهيدرازين وحمض النيتريك) ترتبط فعليًا بتكنولوجيا الصواريخ-هي قطعة أساسية، ولكنها مجرد جزء واحد. هذا هو السبب الذي يجعل رحلة الذهاب والإياب المأهولة إلى المريخ أمرًا شاقًا للغاية.
1. المسافة ووقت السفر
المريخ، في المتوسط، حوالي140 مليون ميل (225 مليون كم)من الأرض. حتى في حالة المحاذاة المثالية (والتي تحدث كل 26 شهرًا تقريبًا)، يستغرق النقل في اتجاه واحد6-9 أشهرباستخدام الدفع الحالي.
إجمالي مدة المهمةسيكون2-3 سنوات(بما في ذلك الوقت على المريخ والعودة).
على عكس القمر (الذي يبعد 3 أيام)، لا يوجد خيار الإنقاذ السريع أو الإجهاض.
2. الدفع وحجم المركبة الفضائية
للحصول على طاقم، وموطن، وأنظمة هبوط، ومركبة عودة إلى المريخ، نحتاج إلى مركبة فضائية أكبر بكثير من أي شيء تم إطلاقه من قبل.
الصواريخ الكيميائية(مثل تلك التي تستخدم الوقود المفرط) موثوقة ولكن ذات كفاءة محدودة. من المحتمل أن نحتاج إلى عمليات إطلاق متعددة لتجميع المركبة في المدار أو استخدام الدفع المتقدم (الحراري النووي والكهربائي) الذي لا يزال قيد التطوير.
الهبوط على المريخالأمر صعب: الغلاف الجوي سميك بما يكفي للتسبب في تسخين شديد ولكنه رقيق جدًا بحيث لا تستطيع المظلات وحدها إبطاء مركبة كبيرة. نحتاج إلى نظام دفع رجعي أسرع من الصوت-إن إنزال حمولة ثقيلة بلطف لم يتم من قبل بوجود البشر على متنه.
الصعود من المريخيتطلب صاروخًا قويًا بما يكفي للهروب من جاذبية المريخ (حوالي 38% من جاذبية الأرض) ولكنه صغير بما يكفي ليتم تسليمه قبل سنوات. يجب أن يظل هذا الصاروخ فعالاً على السطح لعدة أشهر.
3. دعم الحياة واللوازم
سيحتاج طاقم مكون من 4-6 أفرادالغذاء والماء والأكسجين وإدارة النفاياتمنذ ما يقرب من ثلاث سنوات دون إعادة الإمداد.
تعتمد أنظمة محطة الفضاء الدولية الحالية على سفن الشحن العادية. بالنسبة للمريخ، يجب نقل كل شيء من الأرض أو تصنيعه في الموقع (استخدام الموارد في الموقع، ISRU).
إعادة تدوير المياهودعم الحياة ذو الحلقة المغلقةيجب أن يحقق موثوقية تقترب من 100%-قد يكون الفشل في النقل المتوسط قاتلاً.
4. إشعاع
وبعيدًا عن المجال المغناطيسي الواقي للأرض، يتعرض رواد الفضاء لمصدرين رئيسيين للإشعاع:
أحداث الجسيمات الشمسية- رشقات نارية غير متوقعة من الجسيمات عالية الطاقة من الشمس.
الأشعة الكونية المجرية– إشعاع ثابت وعالي الاختراق من خارج النظام الشمسي.
رحلة ذهابًا وإيابًا إلى المريخ يمكن أن تعرض رواد الفضاء لـجرعات إشعاعية أعلى من الحدود المهنية الحالية، مما يزيد من خطر الإصابة بالسرطان مدى الحياة. التدريع ثقيل. ولا يزال الحل القابل للتطبيق (على سبيل المثال، الحماية من المياه، أو أوقات العبور السريعة، أو الحماية النشطة) قيد التحسين.
5. الجاذبية الصغرى وصحة الإنسان
يؤدي انعدام الوزن لفترة طويلة إلى ضمور العضلات، وفقدان كثافة العظام، وتغيرات في الرؤية (بسبب تغيرات السوائل في الجمجمة)، ومشاكل محتملة في الجهاز المناعي.
وعلى سطح القمر، بقي رواد الفضاء لمدة أيام فقط. سيقضي طاقم المريخ أكثر من عام في حالة انعدام الجاذبية (العبور) بالإضافة إلى الوقت على المريخ، حيث تبلغ الجاذبية 38% فقط من جاذبية الأرض.
الجاذبية الاصطناعية(على سبيل المثال، أقسام المركبة الفضائية الدوارة) يمكن أن تخفف من هذا، ولكن لم تحلق أي مركبة فضائية بمثل هذا النظام حتى الآن.
6. العوامل النفسية والاجتماعية
العزلة والحبس وتأخير الاتصالات تجعل المهمة بالغة الصعوبة من الناحية النفسية.
تأخير الاتصالاتيتراوح منمن 4 إلى 24 دقيقةفي اتجاه واحد، اعتمادًا على محاذاة الكواكب. المحادثة في الوقت الحقيقي مستحيلة؛ يجب أن تعمل أطقم العمل باستقلالية عالية.
لا يوجد دعم فوري من مركز التحكم في المهمة، ولا خصوصية، ونفس الفريق الصغير لسنوات. لم تتم محاولة القيام بذلك على الإطلاق لمثل هذه المدة الطويلة.
7. الهبوط والعودة بدقة
الدخول والنزول والهبوطيُعرف كوكب المريخ باسم "سبع دقائق من الرعب" حتى بالنسبة للروبوتات. بالنسبة للبشر، نحتاج إلى الهبوط بدقة متناهية بالقرب من الإمدادات الموضوعة مسبقًا ومركبة العودة.
انطلق من المريخيجب أن يتم توقيته بدقة للالتقاء بمسار العودة إلى الأرض. إذا فشلت مركبة الصعود، فلا يوجد نسخة احتياطية.
8. استخدام الموارد في الموقع (ISRU)
لجعل المهمة ممكنة، من المحتمل أننا بحاجة إلى ذلكإنتاج الوقود الدافع على المريخ(على سبيل المثال، استخدام تفاعل Sabatier لإنتاج غاز الميثان من ثاني أكسيد الكربون المريخي وجليد الماء). لم يتم عرض هذه التكنولوجيا على نطاق واسع على كوكب آخر.
9. التكلفة والإرادة السياسية
تقدر تكلفة مهمة المريخ البشريةمئات المليارات من الدولاراتعلى مدى عقود. ويشكل الحفاظ على هذا الالتزام عبر الإدارات المتعددة والشراكات الدولية تحديًا سياسيًا بقدر ما يمثل تحديًا تقنيًا.
اتصال الصواريخ
لقد ذكرت الوقود الدفعي المفرط (حمض النيتريك + الهيدرازين) سابقًا. في حين أنها تستخدم في بعض المركبات الفضائية (على سبيل المثال، للمناورة بالدفعات)، فمن المرجح أن تستخدم في مهمة المريخالميثان/لوكسأوهيدروجين/لوكسللدفع الرئيسي لأنها تقدم أداءً أفضل ويمكن تصنيعها على المريخ. تعتبر المواد المفرطة السمية سامة ومسببة للتآكل، مما يجعلها أقل مثالية للمركبات المأهولة حيث تكون سلامة التعامل أمرًا بالغ الأهمية.
ملخص
لا تكمن الصعوبة في مشكلة واحدة-إنما فياندماجمن كل منهم:
مركبة يمكنها نقل البشر بأمان لسنوات
الحماية من الإشعاع والجاذبية الصغرى
دعم الحياة وأنظمة السطح موثوقة
القدرة على الهبوط والعيش والانطلاق من عالم آخر
كل ذلك ضمن ميزانية وجدول زمني يمكن للمجتمع أن يتحملهما
نحن نحل هذه المشاكل قطعة قطعة (على سبيل المثال، رحلة أرتميس إلى القمر بمثابة أرض اختبار)، ولكن رحلة ذهابًا وإيابًا بطاقم إلى المريخ تظل الاختبار النهائي لهندستنا وقدرتنا على التحمل.
