Αποστολές: Σχεδιάζοντας το μεγάλο ταξίδι
Η υπέρβαση της βαρυτικής έλξης της Γης είναι απλώς το αντίτιμο της εισόδου. Οι μακροχρόνιες αποστολές προς τη Σελήνη, τον Άρη και τους εξωτερικούς δορυφόρους απαιτούν την επίλυση του προβλήματος της προστασίας από την ακτινοβολία του βαθέος διαστήματος, της διάρκειας ζωής του κρυογενικού προωθητικού και των βιοχημικών συστημάτων επιβίωσης κλειστού κύκλου.
Ασκούμενος πιλότος σε βασική δοκιμή φυγοκέντρου. Η φυσιολογική τηλεμετρία παρακολουθεί την καρδιαγγειακή απόκριση υπό συνεχή πολυαξονικά βαρυτικά φορτία.
Ο προϋπολογισμός Delta-V και η τροχιακή ανεφοδιασμός
Η εξίσωση πυραύλου του Τσιολκόφσκι υπαγορεύει ότι η εκτόξευση ενός μόνο σκάφους από την επιφάνεια της Γης, με αρκετό προωστικό καύσιμο ώστε να εισέλθει σε τροχιά του Άρη, να προσεδαφιστεί και να εκτοξευθεί ξανά, είναι μαθηματικά αδύνατη με χημικούς πυραύλους. Το σκάφος θα αποτελούνταν σχεδόν εξ ολοκλήρου από δεξαμενές προωστικού, αφήνοντας μηδενικό περιθώριο για θαλάμους πληρώματος ή επιστημονικά φορτία.
Η λύση που πέρασε από θεωρητικές μελέτες στα προγράμματα δοκιμαστικών πτήσεων σε τροχιά είναι η κρυογενική μεταφορά προωστικού σε τροχιά. Με την εκτόξευση ενός μη επανδρωμένου σκάφους σε χαμηλή τροχιά Γης και την πρόσδεση πολλαπλών εξειδικευμένων πτήσεων μεταφοράς καυσίμου, οι δεξαμενές ανεφοδιάζονται πλήρως με ταχύτητα 7.8 km/s πριν από την καύση έγχυσης προς τον Άρη.
Περιβαλλοντικοί κίνδυνοι κατά τη διαδρομή: Δοκιμασμένες έναντι θεωρητικών λύσεων
| Περιβαλλοντικός παράγοντας | Μετρημένη απειλή | Μηχανολογικός μετριασμός | Κατάσταση ετοιμότητας |
|---|---|---|---|
| Γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες (GCR) | Πυρήνες σιδήρου υψηλής ενέργειας που διαπερνούν το υλικό του κύτους και προκαλούν θραύση των κλώνων DNA | Θωράκιση από πολυαιθυλένιο πλούσιο σε υδρογόνο και κεντρική δεξαμενή νερού ως αντιακτινοβολικά καταφύγια | Παθητική θωράκιση δοκιμασμένη στον ISS· η ενεργή μαγνητική εκτροπή υψηλής ενέργειας παραμένει αναπόδεικτη |
| Οστική απώλεια σε μικροβαρύτητα | Μείωση της οστικής πυκνότητας κατά 1.0% έως 1.5% ανά μήνα σε μηδενική βαρύτητα | Συσκευές άσκησης αντίστασης (ARED) και περιστροφή με σχοινί τεχνητής βαρύτητας | Καθημερινές ασκήσεις αντίστασης 2.5 ωρών, δοκιμασμένες σε πτήσεις στον ISS· τα σχοινιά δεν έχουν δοκιμαστεί |
| Υπερχλωρικά άλατα του Άρη | Τοξικά χλωριούχα άλατα στο ρηγόλιθο, επικίνδυνα για τον θυρεοειδή και τον πνευμονικό ιστό του ανθρώπου | Θάλαμοι εισόδου πολλαπλών χώρων με εξωτερικά σημεία σύνδεσης στολών (suitports, στολές εισόδου από πίσω) | Πρωτότυπα κενού για σημεία σύνδεσης στολών έχουν κατασκευαστεί· η φθορά της στεγανοποίησης στον πλανητικό ρηγόλιθο βρίσκεται ακόμη υπό δοκιμή |
Επιτόπου αξιοποίηση πόρων (ISRU)
Μια αξιόπιστη αποστολή στον Άρη δεν μπορεί να μεταφέρει το προωστικό επιστροφής από τη Φλόριντα. Η ποινή μάζας είναι αστρονομική. Επομένως, οι ομάδες εξερεύνησης πρέπει να εγκαταστήσουν αυτόματες μονάδες χημικής επεξεργασίας στην επιφάνεια μήνες πριν από την άφιξη του πληρώματος.
Με τη δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα του Άρη ($95\%$ $CO_2$) και την εξαγωγή υπόγειου παγετώδους νερού ($H_2O$), ένας αυτόνομος αντιδραστήρας επεξεργασίας εκτελεί την καταλυτική αντίδραση Sabatier:
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
Η ηλεκτρόλυση του νερού παράγει οξυγόνο ($O_2$) και υδρογόνο ($H_2$)· το υδρογόνο επανακυκλοφορεί για την παραγωγή υγρού μεθανίου, παρέχοντας κρυογενικά προωστικά για το ταξίδι επιστροφής.
Το πείραμα MOXIE της NASA στο όχημα Perseverance απέδειξε την ηλεκτροκαταλυτική εξαγωγή οξυγόνου από το ατμοσφαιρικό $CO_2$ του Άρη σε μικρή κλίμακα (με απόδοση έως 12 γραμμάρια καθαρού οξυγόνου την ώρα). Η κλιμάκωση αυτού στους 30 μετρικούς τόνους που απαιτούνται για τα διαστημόπλοια επιστροφής παραμένει μια συνεχής βιομηχανική πρόκληση.