Starship на Марс през 2029-та: амбициозен план на САЩ или космическа утопия?

Наскоро Доналд Тръмп направи важно изявление за намерението си да изпрати американски астронавти на Марс през следващите четири години – преди края на своя президентски мандат. Това амбициозно изявление предизвика голям скептицизъм в научната общност, особено като се има предвид, че човечеството все още не се е завърнало на Луната предимно поради многобройните отлагания на мисията на НАСА „Артемида 2“.

Макар че Тръмп не разкри подробности за марсианския план, предполага се, че SpaceX, компанията, основана от Илън Мъск, ще играе ключова роля в изпълнението му. SpaceX възнамерява да използва свръхтежката си ракета Starship, която все още е в процес на разработване, за да достави хора на Марс. На 16-ти януари ракетата Starship извърши своето седмо изстрелване – тестова мисия, която беше частично успешна. Първата степен на супертежката ракета беше уловена от „ръцете“ на стартовата кула, както беше планирано, но горната степен, която всъщност е космическият кораб, се взриви поради изтичане на гориво в края на фазата на издигане.

Въпреки че Starship далеч не е завършен, Мъск заяви, че SpaceX смята да проведе безпилотни полети до Марс през 2026 г. и ако тези полети са успешни, да изпрати астронавти до Червената планета през 2028 г.

Темпото на развитие на Starship обаче далеч не е на първо място в списъка. През месец май 2024 г. в списание Nature’s Scientific Reports бе публикувана статия, в която се поставя под съмнение възможността за пилотирана мисия до Марс на борда на Starship. За авторите на статията основният проблем е масата.

Като се опира на всички публично достъпни данни за марсианските планове на SpaceX, екипът на Фолкер Майвалд, аерокосмически инженер в Германския аерокосмически център (DLR), стига до заключението, че необходимата маса на полезния товар за една успешна марсианска мисия – включваща астронавти, оборудване, инфраструктура, гориво, храна, вода, въздух и т.н. – надвишава тази, която Starship може да пренесе при един полет.

Ключовият въпрос е това, което Майвалд нарича „степен на възстановяване на консумативите“ – по същество способността за рециклиране на храната, водата и въздуха. Колкото повече можете да рециклирате, толкова по-малко консумативи трябва да вземете при едно пътуване. Растенията, например, са важен фактор за увеличаване на степента на възстановяване на тези консумативи. Те осигуряват храна и могат да растат върху отпадъците, произвеждат кислород и премахват въглеродния диоксид от въздуха.

Въпреки това, според изчисленията на екипа, дори 100% степен на възстановяване на консумативите няма да е достатъчна за намаляване на масата на полезния товар до ниво, което отговаря на изискванията на мисията.

Друг разходен материал е горивото. За да се намали масата на космическия кораб, на борда му може да се носи само толкова гориво, колкото е необходимо за достигането на Марс. Вече на Червената планета с използването на местните ресурси (ISRU) може да се създаде ново ракетно гориво. Starship изгаря течен метан и кислород, но извличането на метан и кислород от атмосферата и водния лед на Марс ще бъде истинско предизвикателство. Технологиите все още не са напълно достигнали изискванията на тази идея.

„Доколкото ми е известно, единственият експеримент, който някога е правен извън земната среда, е MOXIE, експериментът на марсохода Perseverance на Марс“, казва Майвалд. MOXIE е експеримент за използване на ресурсите за извличане на кислород на Марс, а през 2021 г. той стана първият експеримент за извличане на кислород от изобилния въглероден диоксид в атмосферата на Марс.

Според НАСА за изстрелването само на четирима астронавти от повърхността на Марс ще са необходими 15 000 паунда (7000 кг) ракетно гориво и 55 000 паунда (25 000 кг) кислород. Плюс кислорода, който астронавтите ще трябва да дишат по време на престоя си на Марс.

Първоначално MOXIE успя да произведе 5 грама кислород, което е достатъчно за един астронавт да диша в продължение на 10 минути. MOXIE е проектиран да произвежда до 10 грама кислород на час по време на работа, а до приключването на експеримента през 2023 г. той произведе общо само 122 грама кислород.

Това, което прави осъществимостта на пилотираната марсианска мисия по-трудна, е, че добивът на тези ресурси вероятно ще трябва да се извършва самостоятелно, от роботи, без човешки надзор, преди пристигането на пилотираната мисия, така че кислородът и ракетното гориво да чакат първите астронавти на Марс, когато те пристигнат там. Това поражда и проблема с надеждността на подобна непроверена технология, без астронавти на мястото, които да поправят, каквото трябва ако нещо се повреди.

Ограниченията, свързани с ISRU на Марс, се отнасят и за Луната. Разликата е, че Луната се намира на три дни полет и снабдяването на всички бази там би било сравнително тривиално. Марс е на разстояние поне шест месеца, в зависимост от относителните позиции на Земята и Марс в техните орбити.

„Друг вариант би бил да се изстрелят няколко безпилотни кораба Starship, които да носят цялото гориво и кислород, от които астронавтите биха се нуждаели на Марс. Имайки достатъчно запаси за себе си, астронавтите биха могли да произвеждат кислород и ракетно гориво, необходими на втория екипаж, ако и когато пристигне. „Доколкото е известно обаче, това не е част от сценариите за „ Starship “ – каза Майвалд.

Има и много други предизвикателства. Космосът не е безопасна среда и астронавтите ще бъдат изложени на въздействието на космическите лъчи и слънчевата радиация. Астронавтите, пътуващи до Марс, ще получат дози радиация, които са до 700 пъти по-големи, отколкото на Земята. Измерванията, извършени от орбиталния апарат ExoMars Trace Gas Orbiter на Европейската космическа агенция, показват, че при шестмесечното пътуване до Марс астронавтите ще бъдат изложени на 60% от общата препоръчителна доза радиация през целия си живот.

И те няма да бъдат в по-голяма безопасност на повърхността на Червената планета, където липсват плътната атмосфера и магнитното поле, които предпазват Земята от космическата радиация. Дори ако Starship разполагаше със защитени зони, където да се подслонят при слънчева буря, това само би намалило риска, а не би го елиминирало. На МКС, която се намира в магнитното поле на Земята и има защитени зони, въпреки това астронавтите получават 200 пъти повече радиация от средния пилот на самолет.

Учените работят за подобряване на защитата на пилотираните космически кораби, като провеждат експерименти в ускорители на частици, където бомбардират биологичните клетки с високоенергийната радиация, на която те биха били изложени в космоса, и след това експериментират с различни материали, за да се опитат да защитят тези клетки. Първите резултати показват, че литият е най-ефективният материал за защита, но са необходими още изследвания.

Има и други аспекти. Микрогравитацията е разрушителна за организъм, който е еволюирал да живее в земната гравитация, а не в космоса. Мускулната атрофия е често срещано състояние, с което астронавтите трябва да се борят, въпреки че лекарствата показват, че могат да намалят ефекта от нея. Неотдавнашни проучвания установиха също, че микрогравитацията може да увреди зрението на астронавтите. Най-малко 70% от астронавтите, които са били на МКС в продължение на шест до дванадесет месеца, са страдали от невроокулярен синдром, свързан с космическия полет (SANS), който засяга очите в резултат на натиска на течностите върху мозъчната тъкан в условията на микрогравитация. Въпреки че зрението на всички астронавти в проучването се е нормализирало след завръщането им на Земята, последиците от по-дългите космически полети са неизвестни. Освен това се съобщава за по-висока честота на ранна катаракта при астронавтите в резултат на излагането на космическата радиация.

Съществуват и опасения относно микробите, които астронавтите ще занесат със себе си. Планетарната защита е важен аспект на междупланетното изследване. Правилата, определени от Комитета за космически изследвания (COSPAR), гласят, че всички роботизирани мисии, предназначени за търсене на доказателства за живот – като някои настоящи и разработвани марсиански мисии – трябва да бъдат стерилизирани до степен, при която вероятността случайно попаднал на борда микроб от Земята да замърси Марс или друго планетарно тяло, което мисията изследва, е по-малка от 1 на 10 000.

Въпреки че астробиологичната общност обмисля преразглеждане на тази граница, поради присъствието на хора всяка пилотирана мисия неизбежно ще замърси Марс. Предизвикателството е да се сведе до минимум въздействието на това замърсяване. Все още обаче няма добри сценарии и прекомерното бързане може да доведе до значително увеличаване на риска от замърсяване на Марс със земни микроби. Ако това се случи, ще бъде изключително трудно да се намерят доказателства за живот на Марс, в миналото или сега.

Екипът на Майвалд отправя някои препоръки за ускоряване процеса на подготовка на марсианските мисии. Едната от тях е първо да се стартират безпилотни мисии, за да се тества надеждността на технологията за производство на кислород и ракетно гориво, например, или за отглеждане на култури на Марс. Втората препоръка е да се изстрелят еднопосочни товарни версии на Starship, за да се постави цялата необходима инфраструктура и припаси на повърхността, преди астронавтите да пристигнат на Марс.

Вместо екипажът да носи със себе си жилищата си, товарните космически кораби Starship биха могли да се използват като жилища. Третата препоръка е да се обърне внимание на разработването на системи за поддържане на живота, които могат да се доближат до 100% възстановяване на консумативите. Екипът на Майвалд твърди, че това е наложително, тъй като няма как да се стартира успешна мисия, без да се постигне това. Последната им препоръка е да се включат международни партньори, които могат да помогнат за разработването на нови технологии и да осигурят финансиране, макар и с уговорката, че международната политика и програми допълнително увеличават бюрокрацията, което може да забави процеса.