Misija į Marsą: išsamus kelionės į Raudonąją planetą gidas ir 5 žingsnių planas, kaip nugabenti žmones į planetą ir grąžinti atgal

Per Marso plynes ir kraterius lekiančios rūdžių spalvos dulkės kartkartėmis užkliūna už žmogaus rankų darbo daiktų – gal nusileidimo aparato fotovoltinių elementų baterijos ar marsaeigio rato. Į kaimyninę planetą išsiųsti robotai mums suteikė apie ją daug žinių. Čia yra aukščiausi kalnai Saulės sistemoje ir, tikriausiai, požeminiai skysto vandens ežerai. Seniai seniai, čia buvo ne ledinė dykuma, kaip dabar, o šilta ir drėgna planeta. Tačiau mūsų koja čia dar niekada nežengė.

Ir ne šiaip sau: nusigauti iki Marso nėra lengva. Nuo 1971 m. robotus Marse buvo bandoma nutupdyti 18 kartų. 11 šių bandymų buvo nesėkmingi: aparatai sudužo, nepataisomai sugesdavo vos nusileidę, ar visai nepataikydavo į planetą. Jei ant kortos pastatytos žmonių gyvybės, reikėtų didesnio sėkmės šanso.

Tačiau tai jokiu būdu nereiškia, kad žmonėms Marse išsilaipinti neįmanoma. Toks yra NASA tikslas, kurį ji tikisi įgyvendinti kiek daugiau nei po dešimtmečio. SpaceX įkūrėjas Elonas Muskas jau seniai kalba norintis Marse pastatyti gyvenvietes. Kinija, Rusija ir Indija savo žvilgsnius irgi nukreipusios į šią planetą.

Svarbiausia tokios Marso karštligės priežastis tikriausiai prestižas, bet yra ir nemenka mokslinė motyvacija. Marsaeigiai gali atlikti stulbinamus dalykus, tačiau jiems nebūdingas žmonių turimas miklumas, sumanumas, žinios ar intuicija. Šios savybės labai padėtų, ieškant atsakymo į svarbiausią mūsų rūšies iškeltą klausimą: ar esame vieni visatoje? Geriausia vieta ieškoti šio atsakymo yra Marsas, sako NASA mokslininkė Jennifer Heldmann. „Norint iš tiesų pažinti Marsą, atsakyti į šiuos fundamentalius klausimus, reikia siųsti žmones.“

Norint ten nusigauti, reikės pakilti nuo Žemės su daugiau atsargų, nei bet kada anksčiau, praskrieti milijonus kilometrų mirtinos tarpplanetinės tuštumos, ir saugiai nusileisti kitame gale. Tai bauginanti užduotis, bet tikrai įmanoma:

1. Pakilimas nuo Žemės

Kai Žemės ir Marso planetos būna arčiausiai, jas skiria apie 55 milijonus kilometrų. Atrodo daug. Bet nagrinėjant reikiamų varos sistemų požiūriu, turimomis raketinėmis technologijomis tokį atstumą kosmosu nukeliauti tikrai nėra neįveikiamai sunku.

Pakankamai nutolus nuo Žemės, jos trauka būna gerokai mažesnė ir iki Marso galima nuskrieti, naudojant silpnesnę trauką. Kelionė truktų apie devynis mėnesius, kiek ilgiau, nei standartinė astronautų pusmečio pamaina Tarptautinėje kosmoso stotyje (TKS). Nebūtina svajoti apie naujo tipo variklius ar nerimauti dėl laba lėtai greitėjančių Saulės burių. Tereikia tinkamai nukreiptos didelės raketos.

Kosmoso tyrinėjimo dešimtmečiai išmokė mus kelių dalykų, iš kurių svarbiausias – konstruoti dideles raketas. Dabar naudojamos septynių tipų raketos, kurios galėtų nuskrieti iki Marso. Galingiausiai iš jų, SpaceX Falcon Heavy, galėtų nugabenti ten ~18,5 t. Tai daugiau nei gana bet kokiam nusileidimo aparatui ar marsaeigiui, bet žmonių misija bus sunkesnė. Šešių asmenų įgulai su provizija kelionei ten ir atgal reikėtų bent 20 tonų. 2017 m. NASA atliktu vertinimu, atsižvelgiant į mokslinius prietaisus ir tyrinėtojų gyvybės palaikymui būtiną įrangą – elektros generatorius ir būstai – realistiškesnis skaičius būtų apie 100 tonų

Tai nėra nepasiekiama fantazija. Planuojama, dvi kuriamos raketos, NASA Space Launch System (SLS) ir SpaceX Big Falcon Rocket (BFR), bus galingesnės nei bet kokia anksčiau sukurta raketa. SLS turėtų į Marsą nugabenti mažiausiai 45 tonas naudingo krovinio, o BFR, tikimasi, daugiau nei 100 tonų.

Kitaip tariant, kurti didesnes, geresnes raketas mes mokame. Be to, visada galima palengvinti naštą, dalį įrangos nusiųsti pirmiau žmonių. „Visa kita yra sunkioji dalis,“ sako Bruce Jakosky iš Colorado universiteto Boulderyje.

2. Kelionė

Gali atrodyti, kad žmonės už planetos ribų gali išgyventi nesunkiai – TKS juk visada būna įgula. Bet kalbant apie kosmines keliones, kosminės stoties lankymas prilygtų atostogavimui savo namo galiniame kieme. Jausmas lyg ir toli nuo namų, bet tėvai atneša sumuštinius. Skrendant į Marsą, sumuštinius teks gabentis patiems.

Tik kad rūpintis reikės ne tik maistu. Reikia turėti dalių ir įrankių, jei erdvėlaivyje kas sugestų. Susirgus, reikės tinkamų vaistų. Bet viską supakuoti neįmanoma, nes papildomam svoriui nugabenti reikės daugiau kuro ir tai kainuos papildomai. Ką daryti?

Dalis sprendimo būtų pasiimti 3D spausdintuvų, kuriais galima reikiamas dalis pasigaminti. TKS toks įrenginys jau yra ir NASA su juo eksperimentuoja. Tad, kelionei į Marsą galima pasiimti spausdintuvą ir žaliavų, užuot krūvą dalių, kurių gal nė neprisireiks.

Vaistinėlę pripildyti sudėtingiau. TKS patirtis rodo, kad erdvėlaivyje mikrobai klesti. O tyrimai parodė, kad simuliuojamoje mikrogravitacijoje auginamos bakterijos gali įgyti atsparumą plataus spektro antibiotikams, ir tą atsparumą jos išlaiko ilgiau nei Žemėje. Vyksta projektai, kuriais bandoma su tuo kovoti, įskaitant galinčias išdžiūti antibakterines dangas paviršiams, tarkime, tualeto durelėms. Yra pasiūlymų astronautams gabentis vaistų žaliavas, o ne pačius vaistus ir reikiamus preparatus pasigaminti, iškilus reikalui. Tokios automatinės paprastų vaistų sintezavimo sistemos prototipas jau išbandytas kosmose

Bet net ir nesusirgę, astronautai tikrai pajus kosminės kelionės pokyčius savo kailiu. Tiksliau – kaulais ir raumenimis, kurie be gravitacijos nyksta raumenys ir kaulai. Tyrimai rodo, kad astronautai net kasdien treniruodamiesi, gali netekti iki 20 procentų raumenų masės vos per dvi savaites. Gera žinia, kad tai gali nebūti labai svarbu Marse, kur gravitacija gerokai mažesnė – vaikščioti Raudonojoje planetoje būtų daug lengviau. Kaip bebūtų, norėtųsi tokius efektus kuo labiau sumažinti, ir astronautai turės kasdien treniruotis ne po vieną valandą ir vartoti specialią dietą. Be to, jiems gali tekti dėvėti raumenis aptempiančius kostiumus.

Žemė suteikia ne tik gravitaciją, bet ir nuo kenksmingos kosminės radiacijos saugantį magnetinį lauką. NASA riboja vyrų astronautų apšvitą iki lygio, atitinkančio gautą, padarius 286 000 krūtinės rentgenogramų, ir maždaug 20 procentų mažesnės dozės moterims, kurių kūnai nuo radiacijos gali nukentėti labiau. Marso misijos astronautai, ten ir atgal skrisdami trumpiausiu įmanomu keliu, gautų 60 procentų tos dozės, neįskaičiuojant laiko, praleisto paviršiuje. „Dabar reikėtų vertinti kiekvieną misiją, pasveriant jos vertę ir astronautų sveikatos standartų pažeidimo riziką,“ sako Lucianne Walkowicz iš Adler Planetariumo Čikagoje. „Tolimos misijos dabartinių standartų niekaip negali atitikti, ir nėra kaip atlikti eksperimentų, kuriais būtų galima tiksliai išsiaiškinti tokių misijų keliamas grėsmes.“

Rizika kyla ne tik fizinei, bet ir protine sveikatai. Buvimas taip toli nuo Žemės – pakankami toli, kad ji taptų tiesiog dar vienu taškeliu danguje – gali būti psichologiškai sunkus, sako buvusi NASA astronautė Nicole Stott. „Darydami viską, ką lig šiol nuveikėme, per langą regėjome Žemę šalia,“ sako ji. „Tai ne tik gražu. Su šia vieta yra ryšys. Kol ją matai, šis ryšys palaikomas.“ Be jos ištverti galėtų tik ypatingo tipo žmonės.

3. Ką pasiųsime?

Į Marsą siunčiami žmonės turės atitikti visus reikalavimus, kurie dabar keliami astronautams, išlaikyti nelengvus fizinius ir psichologinius bandymus. Bet vien tokių įgūdžių nepakaks. Skriejant į Marsą, niekas negalės įgulos palikti ar papildyti. Misija visiškai priklausys nuo saujelės žmonių.

Tam tikros pareigos, tarkime, inžinierių, gydytojų ar mokslininkų bus nepakeičiamos. Bet nėra prasmės ieškoti idealių astronautų, o ne idealios astronautų komandos. „Čia lyg įrankių dėžutės rinkimas, – nepridėtume įrankių dėžutėn vien plaktukų, net jei tai būtų geriausi pasaulyje plaktukai,“ sako Kim Binsted iš Havajų universiteto.

Binsted žino, ką šneka, nes vadovauja Hawaii Space Exploration Analog and Simulation, kur 4-6 žmonių komandos gyvena taip, lyg būtų Marse. Dalyviai būna ten kelis mėnesius, į lauką eina tik dėvėdami skafandrus ir bendrauja su „Žeme“, patirdami 20 minučių vėlavimą.

Konfliktus nuolat kelia tai, kad vienas ar pora komandos narių jaučiasi kitaip, nei likę, sako Binsted. Tai gali būti lyties, tautybės ar net mėgiamos muzikos skirtumai. Trijų vyrų ir vienos moters komanda, ar vienas asmuo, kuris nori visą laiką leisti Metallica, gali palūžti, nes tokiose pačiose sąlygose komanda jaučiasi ne taip, kaip jis. „Kadangi įvairovės reikės, norisi jos kuo daugiau,“ sako Binsted.

„Uždaroje erdvėje kurmiarausiai ilgainiui tampa kalnais“

Norint parengti komandą misijai, tikriausiai reikės intensyvesnių grupinių treniruočių, nei dabar atlieka astronautai. Komanda turės išmokti tvarkytis su vienas kito asmeninėmis ypatybėmis, kad nekiltų net smulkių tarpusavio konfliktų. „Uždaroje erdvėje kurmiarausiai ilgainiui tampa kalnais,“ pažymi NASA psichologas James Picano. „Jie turėšs treniruotis kaip įgula, gyventi kartu kaip įgula, simuliuoti tokias sąlygas.“

4. Nusileidimas ir gyvenimas Marse

Ištvėrusius devynis mėnesius tuštumos ir išvengtų konfliktų keliautojus pasitiks pavojingiausia jų kelionės dalis. Nusileidimą Marse apsunkina atmosfera, ar tiksliau, jos trūkumas – ji vidutiniškai 160 kartų retesnė, nei Žemės. Todėl parašiutai erdvėlaivio pakankamai nesulėtina, kaip leidžiantis Žemėje. Galima būtų stabdyti raketomis, kaip darė Apollo astronautai, leisdamiesi Mėnulyje. Bet kadangi Marse gravitacija stipresnė nei Mėnulyje, reikėtų gerokai daugiau raketų. Tad, veikiausiai reikės kombinuoti raketas ir kažką, kas stabdytų papildomai.

Toks būdas tiko 1 toną sveriančiam robotui, bet sunkesniam aparatui tai atlikti bus ne taip lengva, tad tyrėjai tebeieško geresnių būdų nusileisti.

Vienas tokių yra NASA Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerators, nusileidimo aparatų serija, kuriuose naudojamas Kevlaru sustiprintas audinys, formuojantis pripučiamą struktūrą, kuri standesnė nei parašiutas, tad sukuria didesnį pasipriešinimą. Agentūra mažesnio mastelio modelius išbandė Žemėje.

Bet iš tiesų sunkus klausimas yra ne kaip nusileisti, o kur. Atrodytų, akivaizdu, kad reikia leistis greta ašigalių, juk ten yra požeminio ledo – ir gal net skysto vandens požeminis ežeras – kas galėtų pasitarnauti kaip gyvybiškai būtinas resursas. Žmonėms reikia daug vandens, jis sunkus, tad pasiimti jo į Marsą galima tik ribotą kiekį. Be to, siūloma iš vandens gaminti raketinį kurą grįžimui namo.

Tik bėda, kad ašigaliuose gali atšalti iki -195°C, o ten vyraujančios audros apsunkina ir šiaip nelengvą nusileidimą. „Be to, tai nėra labai įdomi vieta. Marso šiaurinės lygumos yra gan plokščios ir nuobodžios,“ sako Tanya Harrison iš Arizonos valstijos universiteto. Pusiaujo regione temperatūra dažniausiai viršija -100°C ir gali pasiekti 20°C. Be to, ten daugiau šviesos, kurią astronautai naudoja gauti energiją, retai kyla audros ir ten pilna įdomių landšafto struktūrų. Bet nepanašu, kad ten būtų daug – ar iš viso – lengvai prieinamo vandens.

Problema kebli, bet pirmosioms misijoms tikriausiai paprasčiausia būtų leistis aiškesnėse, marsaeigiais jau ištirtose, vietose (žr. „Pasivaikščiojimai Marse“). Nusileidę, tyrinėtojai toje vietoje liktų dar kurį laiką. Net jei nestatytų nuolatinės buveinės, jiems teks laukti bent kelis mėnesius, kol Marsas ir Žemė susirikiuos tinkamai ir kelionė namo truktų mėnesius, o ne metus. Aplankyti Marsą neįkuriant bazės nepavyks.

Bazei teks susitvarkyti su daugybe įdomių būdų, kuriais Marsas gali nužudyti. Be jau minėto stingdančio šalčio, yra nuolatinė mikrometeoritų smūgio grėsmė – tokioje retoje atmosferoje jie dažniausiai nesudega. Dar yra kosminė radiacija, kurios magnetinio lauko neturintis Marsas nenukreipia. O kadangi atmosfera tokia reta, tai ir slėgis neįtikėtinai žemas, beveik nesiskiriantis nuo giliojo kosmoso (žr. diagramą).

Paprasčiausia nuo tokių grėsmių apsisaugoti būtų tyrinėtojus atgabenusiame erdvėlaivyje. Bet nusileidimo modulyje būtų labai ankšta. Būtų galima būstą ar priemones jo statymui atsigabenti. NASA rengia 3D atspausdintų būstų konkursą, ir sulaukė nemažai paraiškų. Dalis jų naudoja nusileidimo modulio dalis, bet jiems reikia ir kitų statybinių medžiagų, kas didina iškeliamo krovinio svorį. Paraiškos, kuriose siūloma panaudoti Marse jau esančias žaliavas, pelno papildomų taškų, o tai įkvėpė planus iš suspausto Marso grunto gaminti plytas ir statyti iglu tipo būstus. NASA sudarė kontraktus su keliomis grupėmis, tiriančiomis, kaip geriausiai tokias plytas pagaminti ir tam naudojančioms tiksliai sukurtas Marso dulkes. Bet netgi šiuo atveju, norint pastatyti namą Marse, reikės iš anksto ten nugabenti kelis paketus statybinių medžiagų.

Kaip natūralų skydą nuo radiacijos galima panaudoti pačią Marso plutą. Pagal vieną pasiūlymą, žmonės buveines galėtų įsirengti cilindrinėse olose, kurias senovėje suformavo lavos srautai. Įėjimų į tokias olas užfiksuota palydovinėse Marso nuotraukose. Panašios struktūros tirtos ir Žemėje – čia jos būna maždaug 30 metrų pločio, tačiau tyrėjai spėja, kad Marse, kur gravitacija gerokai silpnesnė, jos galėtų būti gerokai platesnės ir tęstis ne vieną kilometrą. Vieną dieną ten galėtų įsikurti visa buveinių gatvė.

Drąsiems astronautams teks apgalvoti ir kitus neatidėliotinus poreikius. Maistą galima liofilizuoti, sėklas galima supakuoti, deguonį galima atsigabenti talpose – jei nebūtų įmanoma išgauti jo vietoje.

Bet vandens reikalai sudėtingesni. Net jei astronautai nusileistų ten, kur po paviršiumi jo netrūksta, jiems teks jį pasiekti, naudojant sunkią kasybos techniką. Ir jokių garantijų, kad išgautas vanduo bus geriamas. „Apie tenykštį ledą žinome nedaug,“ sako Harrison. „Nereikėtų nusiraminti manant, kad ten visur geras geriamasis vanduo, nes iš tiesų to nežinome.“ Net jei patį vandenį gerti saugu, jame bus pilna smulkių dulkių. Todėl astronautai turės atsigabenti sudėtingas filtravimo sistemas.

Tas pats pasakytina ir apie skafandrus: jie turės idealiai saugoti nuo dulkių, ypač atsimenant, kad Marso dirvoje gali būti pilna chemikalų, kurių įkvėpus ar prarijus, astronauto kelionė gali baigtis anksčiau laiko ir visam laikui. NASA jau kuria naujos kartos skafandrus ir specialią dangą, kuri turėtų padėti išspręsti dulkių problemą. „Marse nėra vietos klaidoms,“ sako Harrison. „Viskas turi veikti arba tiesiog mirsi.“

5. Kelionė namo

Gal kas tikisi, kad ilgainiui apsistosime Marse visam laikui. Bet visuose dabartiniuose rimtuose Marso misijų planuose tyrėjus numatoma grąžinti atgal. „Ten labai atšiauri aplinka ir nežinau, kodėl kas nors norėtų ten gyventi,“ sako Jakosky. Tai reiškia, kad astronautams teks ištverti dar vieną pakilimą, dar vieną devynių mėnesių trukmės kelionę ir nusileidimą. Laimei, antrą kartą tai atlikti bus lengviau. Reta Marso atmosfera ir silpnesnė trauka palengvins pakilimą į kosmosą. Pati kelionė truks tiek pat, bet gimtojo pasaulio vaizdas kasdien vis stiprės. Nusileisti bus paprasta, tam padės parašiutai ir tanki Žemės atmosfera.

Išlindusius iš kapsulės astronautus aptaškys vėsūs vandenyno purslai ir apsups kiti žmonės. Jie bus namuose. Marse likusius pėdsakus jau bus užpusčiusios dulkės. Bet jų buveinė tebestovės, laukdama naujų lankytojų.