Mars Direct

Mars Direct (přímo na Mars) - návrh pilotovaného letu na Mars , jehož cílem je hospodárnost a jeho možná implementace se stávajícími technologiemi. Původně se jednalo o výzkumný projekt pro NASA inženýra Roberta Zubrina a leteckého inženýra Davida Bakera v roce 1990, který později Zubrin rozšířil v roce 1996 v The Case for Mars Nyní slouží jako hlavní prvek Zubrinových projevů a hlavní agitace jako hlava organizace Marťanská společnost , účelem této organizace je kolonizace Marsu . [jeden]

Historie

Space Initiative

20. července 1989 oznámil americký prezident George W. Bush plán, který se později stal známým SpaceV projevu předneseném na schodech Národního muzea letectví a kosmonautiky nastínil plány na dlouhé vzdálenosti, které vyvrcholí pilotovanou misí na Mars. [2]

V prosinci 1990 odhadl tým nákladů a dlouhodobých nákladů expedice náklady na projekt na 450 miliard dolarů, rozložených na období 20-30 let. [3] Stala se známá jako „90denní studie“ a vyvolala nepřátelství Kongresu, protože by vyžadovala největší vládní výdaje od druhé světové války . V průběhu roku byly všechny žádosti o financování SEI zamítnuty.

Daniel Goldin , který se stal administrátorem NASA 1. dubna 1992, formálně opustil blízké plány na průzkum lidského vesmíru mimo oběžnou dráhu Země s posunem k „rychlejší, lepší, levnější“ strategii robotického průzkumu vesmíru. [čtyři]

Vývoj

Při práci pro Martina Marietta na návrhu architektury meziplanetární mise si Robert Zubrin uvědomil zásadní chybu v programu SEI. Zubrin si uvědomil, že pokud NASA plánuje plně využít množství technologií na podporu mise na Mars, stává se to politicky neudržitelné. Podle něj:

Právě opak správného inženýrského způsobu. [5]

Zubrin navrhl alternativu k této strategii mise pro misi Battlestar Galactica (jak byl projekt nazýván kritiky, pro jeho velké rozměry a jadernou elektrárnu stejnojmenné sci-fi lodi ). Navrhl delší operaci na povrchu se sérií několika misí, kdy je loď vypuštěna přímo ze zemského povrchu na Mars, na rozdíl od sestavování lodi na oběžné dráze Země. [6] Po obdržení souhlasu vedení v Marietta začal tým 12 vypracovávat detaily mise. Zubrin se zaměřil na tradiční architekturu misí a začal spolupracovat s Davidem Bakerem na jednoduché, okleštěné strategii [7] . Jejich cíl „využívat místní zdroje, cestovat nalehko a žít mimo Zemi“ se stal charakteristickým znakem mise Mars Direct. [5]

Scénář mise

První spuštění

První start rakety Ares (nezaměňovat s podobně pojmenovanou raketou ze zrušeného programu Constellation ) by měl po 6měsíčním letu dopravit na Mars bezpilotní prostředek pro návrat Země se zásobou vodíku , chemickou továrnou a malý jaderný reaktor . Jakmile tam bude, rostlina (pomocí Sabatierovy reakce a hydrolýzy ) vyrobí 112 tun metanu a kyslíku s pomocí malého množství vodíku (8 tun) přivezeného Earth Return Vehicle a oxidu uhličitého z atmosféry Marsu . Tato relativně jednoduchá chemická operace byla pravidelně používána v 19. a 20. století, [8] což znamená, že k jejímu transportu na povrch Marsu by bylo potřeba pouze 7 % paliva potřebného pro návrat do země.

K vyslání Earth Return Vehicle na zpáteční trajektorii na Zemi z povrchu Marsu je potřeba 96 tun metanu a kyslíku, zbytek paliva, které se vyrobí pomocí chemické reakce, bude použit pro pilotované rovery. Proces výroby paliva bude podle předběžných výpočtů trvat asi deset měsíců.

Druhý běh

Přibližně 26 měsíců po prvním startu Earth Return Vehicle má být druhé vozidlo, Mars Habitat Unit, vypuštěno na 6měsíční nízkoenergetickou trajektorii k Marsu a poveze posádku 4 astronautů (minimální číslo potřebné k rozdělení na dvě části). Obyvatelný blok by měl být spuštěn až v okamžiku, kdy automatická chemička na ERV ohlásí konec výroby chemických složek paliva pro povrchový provoz a návrat na Zemi. Během letu bude umělá gravitace generována připojeným Habitable Modulem a posledním stupněm nosné rakety, rotující kolem společného těžiště. Tato rotace vytvoří pro astronauty pohodlné prostředí a zbaví je negativních účinků spojených s beztížným stavem . [5]

Přistávací a povrchové operace

Po dosažení Marsu je horní stupeň odhozen, obyvatelný modul využívá aerobraking před měkkým přistáním v blízkosti pozemského návratového vozidla. Přesné přistání je zajištěno díky radiomajáku na prvním zařízení. Po dosažení Marsu stráví posádka 18 měsíců na povrchu prováděním vědeckého výzkumu pomocí malého roveru, který bude na palubě jejich marťanského obytného modulu, který jako palivo využije přebytečný metan produkovaný modulem návratu Země.

Návrat a následné mise

Pro návrat bude posádka používat modul Earth Reentry Module a Martian Habitable Module bude použit v následujících misích. Na zpáteční cestě lze horní stupeň modulu Earth Return Module použít jako protizávaží k vytvoření umělé gravitace. Další mise poputuje o 2 roky později na Mars s důvěrou, že náhradní Vozidlo pro návrat Země bude po celou dobu na povrchu a bude čekat na použití novou posádkou nebo současnou posádkou pro případ nouze. V tomto nouzovém scénáři ujede posádka na svém roveru sto kilometrů k jinému Earth Return Vehicle.

Složení

Mars Direct zahrnuje nosnou raketu Ares, Earth Return Vehicle a Martian Habitable Module.

Odpalovací vozidlo

Plán zahrnuje několik startů těžké nosné rakety podobné Saturn-5 používané v misích programu Apollo , která by mohla být potenciálně vyrobena ze součástí programu Space Shuttle . Tato raketa, nazvaná Ares, bude používat raketoplánové raketové posilovače na tuhá paliva, upravenou externí palivovou nádrž a nový kyslík/vodík třetí stupeň k vynesení nákladu na trajektorii k Marsu. Ares má vynést 121 tun na 300kilometrovou kruhovou dráhu a booster je 47tunová loď na cestě k Marsu. [9]

Země návratová loď

Vozidlo pro návrat Země se skládá ze dvou stupňů. Horní fáze zahrnuje obytné prostory pro jejich 6měsíční zpáteční cestu na Zemi z Marsu. Spodní stupeň obsahuje raketové motory a malý chemický závod.

Obytný modul Marsu

Mars Habitat Unit by mělo být 2- nebo 3-palubní vozidlo, které vytváří komplexní prostředí pro život a práci marťanské posádky. Kromě prostor na spaní, které členům posádky poskytují určitou úroveň soukromí, zahrnuje modul Mars Habitable Modul sdílený obývací prostor, kuchyň, prostor pro cvičení a hygienu s uzavřeným cyklem čištění vody. Spodní paluba modulu poskytuje pracovní prostor pro posádku: malá laboratoř pro geologické vzorky a hledání života; vzorový trezor, přechodová komora, která umožňuje dostat se na povrch Marsu, a oblast, kde si můžete obléknout skafandry a připravit se na výstup na povrch. K ochraně před radiací ve vesmíru a na povrchu Marsu (jako jsou sluneční erupce ) bude uprostřed modulu poskytnut „úkryt před bouří“.

Obyvatelný modul na Marsu bude také obsahovat malý přetlakový rover uložený na spodní palubě a sestavený na povrchu Marsu. Poháněno motorem na metan, navrženým tak, aby rozšířil oblast, kterou mohou astronauti prozkoumat na povrchu Marsu, na 320 km.

Vzhledem k tomu, že byl původně navržen jako součást Mars Direct, byl Martian Habitable Module upraven NASA jako součást jejich projektu Mars Design Reference Mission, který využívá dva marťanské obytné moduly – z nichž jeden je odšroubován k Marsu, jako je Mars Science Laboratory . spolu se schopností nést velký rover pro pohyb po Marsu. Druhý obyvatelný modul je dodán na Mars spolu s posádkou a jeho vnitřní objem je zcela přidělen na dobu životnosti posádky a skladovacích zařízení.

K prokázání životaschopnosti marťanského obyvatelného modulu implementovala marťanská komunitaobdobu marťanské výzkumné stanice . Po celém světě byla vytvořena řada prototypů marťanských obyvatelných modulů.

Oficiální recepce

Baker představil Mars Direct v Marshall Space Center v dubnu 1990, [10] plán byl dobře přijat. Létal po celé zemi a projekt zaznamenal mezi inženýry značný zájem. Když jeho turné skončilo demonstrací Národní vesmírné společnosti ve stoje [5]

Odpor přišel od týmu pracujícího v NASA na vesmírné stanici a programu pohonu. NASA odmítla projekt Mars Direct. Zubrin pokračoval v konceptu po rozchodu s Davidem Bakerem a pokusil se přesvědčit nového administrátora NASA o přednostech Mars Direct v roce 1992. [5]

Po obdržení malého výzkumného fondu od Martina Marietta Zubrin a jeho kolegové předvedli prototyp palivového generátoru, který dosáhl 94% účinnosti. Na vývoji prototypu se nepodíleli žádní chemičtí inženýři. Po předvedení výsledků ve vesmírném středisku Lyndona Johnsona učinila administrativa NASA k plánu několik výhrad. [5]

V listopadu 2003 byl Zubrin pozván na zasedání Výboru amerického Senátu pro vesmírný průzkum. [5] O dva měsíce později Bushova administrativa oznámila program Constellation, program s lidskou posádkou s cílem poslat lidi na Měsíc do roku 2020. Program Mars nebyl definován, plán dosáhnout Marsu byl založen na použití kosmické lodi Orion , předběžně navržené pro realizaci do 30. let 20. století. Financování programu bylo v roce 2011 zamítnuto Obamovou administrativou a program Constellation byl zrušen.

různé psychologické a fyziologické účinky letu, které ovlivňují dlouhodobou vesmírnou misi První expedice na Mars by měly mít vážné psychosociální problémy, které poskytnou mnoho dat pro upřesnění plánovaných misí a výběr posádky pro nové mise. [jedenáct]

Změny

Od původní myšlenky byl projekt Mars Direct pravidelně přezkoumáván samotným Zubrinem , Mars Community ,a University

Mars Semi-Direct

Zubrin a Weaver vyvinuli upravenou verzi Mars Direct nazvanou Mars Semi-Direct v reakci na určitou kritiku. [12] Tato mise se skládá ze tří kosmických lodí a zahrnuje Mars Ascent Vehicle. Marťanská nosná raketa zůstává na oběžné dráze Marsu pro zpáteční cestu, zatímco bezpilotní Země Return Vehicle přistává a vyrábí pohonnou hmotu pro návrat na oběžnou dráhu Marsu. Architektura projektu Mars Semi-Direct byla základem pro několik studií, včetně projektu NASA Design Reference Missions.

Když společnost Mars Semi-Direct provedla stejnou analýzu nákladů jako u skupiny 90-Day Report, předpověděla náklady ve výši 55 miliard dolarů rozložené na 10 let, které by se vešly do stávajícího rozpočtu NASA.

Design referenční mise

Design Reference Missions verze 5.0 z 1. září 2012 vyžaduje významnou modernizaci vybavení (alespoň 3 starty na misi místo dvou) a odjezd modulu Earth Return Module plně nabitý, jeho zachování na oběžné dráze planety až do následného setkání s Mars landerem.

Mars Direct a SpaceX

Potenciál pro nízkonákladové nosné rakety brzy vedl Zubrina k předpokladu výrazně levnější mise s posádkou na Mars za použití vesmírných lodí SpaceX . V tomto jednoduchém plánu by byla na Mars vyslána dvoučlenná posádka jediným startem Falcon Heavy s lodí Dragon fungující jako expediční loď. Další obytný prostor pro cestování v případě potřeby získáte pomocí nafukovacích modulů. Problémy spojené s prodlouženým stavem beztíže budou řešeny stejně jako v původním plánu Mars Direct - kabel spojující loď Dragon s jevištěm určeným k převedení lodi na dráhu letu na Mars a odvíjení svazku lodi a jeviště.

Ablativní ochrana kosmické lodi Dragon by mohla zajistit bezpečný odchod z oběžné dráhy. Studie NASA provedená Ames Research Center prokázala, že robotický drak by byl schopen pomocí svých motorů přistát na povrchu Marsu. Na povrchu bude mít posádka k dispozici 2 kosmické lodě Dragon s nafukovacími moduly, 2 rovery, 2 marťanské nosné rakety a 8 tun vybavení.

Další studie

Vývojáři Mars Society a Stanford University zachovali původní letový profil Mars Direct se dvěma vozidly, ale zvýšili velikost posádky na šest.

Mars Society svou čtyřčlennou misi Mars Oz na základě polopřímé miseV tomto vývoji jsou navrženy horizontálně přistávací moduly zakřiveného bikónického tvaru a široce využívána solární energie a chemický pohon [13] . Vývojáři tak upustili od využívání jaderného reaktoru k zajištění energie na povrchu Marsu. Na základě zkušeností získaných na Mezinárodní vesmírné stanici opustili konstruktéři Marsu Oz také umělou gravitaci založenou na rotaci.

Podobně jako u marťanské výzkumné stanice

Mars Society argumentovala pro životaschopnost Mars Habitable Module se svým programem Mars Analogue Research Stations. Jedná se o dvou nebo třívrstvé vertikální válce ~8 m v průměru a 8 m na výšku. Mars Society plánuje postavit vlastní stanici založenou na Marsu Oz. [14] Mars Oz se konstrukčně skládal z válce o průměru 4,7 m a délce 18 m s klínovitým nosem. Druhý podobný modul sloužil jako garáž, zdroj energie a dopravní modul.

Mars Direct se objevil v programu Discovery Channel Mars: The New Frontier , kde se diskutovalo o financování projektu NASA, a ve filmu Mars: Underground , kde byl plán prozkoumán hlouběji.

Alternativy

Mars to Stay , do které se první emigranti/průzkumníci nevrátí hned, nebo vůbec. Tento návrh poslat tým o 4 nebo 6 lidech bude stát jednu pětinu nebo dokonce desetinu nákladů na misi s návratem stejných 4 nebo 6 lidí. 4 lidé mohli být vysláni za cenu přepravy 50 kilogramů zeminy z Marsu a 20 lidí mohlo být vysláno za cenu mise s návratem pouze 4 lidí. [patnáct]

Poznámky

  1. ↑ „The Mars Society“ http://www.marssociety.org/home/about/purpose Archivováno 9. listopadu 2016 na Wayback Machine Retrieved 9/30/12
  2. ↑ Poznámky k 20. výročí přistání Apolla 11 na Měsíci (2012). Získáno 1. září 2012. Archivováno z originálu 22. července 2012.
  3. ↑ 90denní revize: 90denní revize plánu SEI prezidenta HW Bushe (19. října 2010). Získáno 1. září 2012. Archivováno z originálu 28. října 2004.
  4. ↑ Thompson, Elvia; Davis, Jennifer Daniel Saul Goldin (4. listopadu 2009). Získáno 1. září 2012. Archivováno z originálu 29. září 2006.
  5. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Scott J. Gill (režisér), Joshua B. Dasal (scenárista), Scott J. Gill (scenárista). Podzemí Marsu [dokumentární film]. Archivováno 9. ledna 2016 na Wayback Machine
  6. ↑ Zubrin, Robert ; Richard Wagner, Arthur C. Clarke (Předmluva). Případ pro Mars . - 1. prubířský kámen. - Free Press;, 1996. - S. 51. - ISBN 0684835509 .
  7. ↑ Lat-Lon LLC . Obchodní záznamy v Coloradu . Ministr zahraničí státu Colorado.
  8. ↑ Profesor HG Söderbaum. Nobelova cena za chemii 1912 (2. září 2012). Získáno 2. září 2012. Archivováno z originálu dne 4. listopadu 2012.
  9. ↑ Mark Wade. Ares Mars Direct . Získáno 1. září 2012. Archivováno z originálu 5. října 2012.
  10. ↑ Mars Direct: Lidé na Mars v roce 1999! (1990) . Získáno 29. září 2017. Archivováno z originálu 16. března 2014.
  11. ↑ Kanas, Nicholas; Manzey, D. Space Psychology and Psychiatrie. — 2. — El Segundo, Kalifornie a Dordrecht, Nizozemsko: Microcosm Press and Springer, 2008.
  12. ↑ Zubrin, R.; Weaver, D. (28.–30. června 1993). Praktické metody pro krátkodobé pilotované mise na Mars . AIAA93-2089, 29. společná konference o pohonu AIAA/ASME. Monterey CA, Spojené státy americké.
  13. ↑ D.Willson a JDA Clarke "Praktická architektura pro průzkumně zaměřené mise na Mars s lidskou posádkou využívající chemický pohon, výrobu solární energie a využití zdrojů in-situ." Proceedings of the 6th Australian Space Science Conference, p.186-211, 2006
  14. ↑ Mars Society Australia Web Mars-Oz Archivováno 12. ledna 2014 na Wayback Machine
  15. ↑ Aldrin: Pioneers of Mars se nesmí vrátit na Zemi . Získáno 31. prosince 2015. Archivováno z originálu 12. srpna 2009.

Odkazy