Tehtävät: Pitkän matkan suunnittelu
Maan painovoimakentästä irtautuminen on pelkkä pääsymaksu. Pitkäkestoiset tehtävät Kuuhun, Marsiin ja ulkokuihin vaativat syvän avaruuden säteilysuojauksen, kryogeenisen polttoaineen säilyvyyden ja suljettujen biokemiallisten elämäntukijärjestelmien ratkaisemista.
Lentoharjoittelija perustestissä sentrifugissa. Fysiologinen telemetria seuraa sydän- ja verenkiertoelimistön reaktioita jatkuvan monisuuntaisen painovoimakuormituksen aikana.
Delta-v-budjetti ja kiertoradan tankkaus
Tsiolkovskin raketti-yhtälön mukaan yhden aluksen laukaiseminen Maan pinnalta niin, että siinä on riittävästi polttoainetta Marsin kiertoradalle saapumiseen, laskeutumiseen ja paluulaukaisuun, on kemiallisilla raketeilla matemaattisesti mahdotonta. Alus koostuisi lähes kokonaan polttoainesäiliöistä, eikä miehistöhyttejä tai tieteellisiä hyötykuormia varten jäisi lainkaan varaa.
Ratkaisu, joka on siirtynyt teoreettisista julkaisuista kiertoradan koelentosuunnitelmiin, on kryogeeninen polttoaineen siirto kiertoradalla. Miehittämätön alus laukaistaan matalalle Maan kiertoradalle, ja useat erikoistuneet tankkerilennot telakoituvat siihen. Säiliöt täytetään kokonaan 7,8 km/s nopeudessa ennen Marsin siirtoradalle ajavaa palonpolttoa.
Matkan ympäristövaarat: testatut ja teoreettiset ratkaisut
| Ympäristötekijä | Mitattu uhka | Tekninen lieventäminen | Valmiustila |
|---|---|---|---|
| Galaktiset kosmiset säteet (GCR) | Suuren energian rautaytimet läpäisevät rungon materiaalin ja aiheuttavat DNA-juosteiden katkeamisia | Vetyrikas polyeteenisuojaus ja keskeisen vesisäiliön käyttö myrskysuojina | Passiivinen suojaus testattu ISS:llä; suuren energian aktiivinen magneettinen poikkeutus on yhä todistamatta |
| Luukato mikrogravitaatiossa | Luun mineraalitiheys vähenee painottomuudessa 1,0–1,5 % kuukaudessa | Vastuslaitteet (ARED) ja keinotekoisen painovoiman tuottava köysipyöritys | Päivittäiset 2,5 tunnin vastusharjoitukset lentotestattu ISS:llä; köydet testaamatta |
| Marsin perkloraatit | Myrkylliset klooratut suolat regoliitissa vaarantavat ihmisen kilpirauhasen ja keuhkokudoksen | Useakammioiset ilmalukot ulkoisilla avaruuspukujen liitännöillä (takaa sisään pukeutuvat puvut) | Tyhjiöprototyypit suitportille rakennettu; planeettojen regoliittitiivisteen kuluminen on yhä testattavana |
Paikallisten resurssien hyödyntäminen (ISRU)
Uskottava Marsin-matka ei voi kuljettaa paluupolttoainettaan Floridasta. Massasta aiheutuva rangaistus on valtava. Siksi tutkimusryhmien on perustettava pinnalle automaattisia kemiallisia prosessointilaitoksia kuukausia ennen miehistön saapumista.
Ottamalla hiilidioksidia Marsin ilmakehästä ($95\%$ $CO_2$) ja louhimalla maanalaista jäätikköjäätä ($H_2O$) autonominen prosessointireaktori käynnistää Sabatier-katalyyttireaktion:
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
Veden elektrolyysi tuottaa happea ($O_2$) ja vetyä ($H_2$). Vety kierrätetään nestemäisen metaanin valmistukseen, joka tarjoaa paluumatkalle kryogeenisiä polttoaineita.
NASAn MOXIE-kokeilu Perseverance-kulkijassa osoitti hapen elektrokatalyyttisen erottamisen Marsin ilmakehän $CO_2$:sta pienessä mittakaavassa (tuottaen jopa 12 grammaa puhdasta happea tunnissa). Tämän skaalaaminen paluualuksiin tarvittaviin 30 metriseen tonniin on yhä meneillään oleva teollinen haaste.