Küldetések: A hosszú út megtervezése
A Föld gravitációs kútjából való kiszabadulás csupán a belépődíj. A Holdra, a Marsra és a külső holdakra irányuló, hosszú távú küldetésekhez meg kell oldani a mélyűri sugárvédelmet, a kriogén hajtóanyagok eltarthatóságát és a zárt körforgású biokémiai túlélési rendszereket.
Repülőjelölt a centrifuga alaptesztjén. A fiziológiai telemetria a szív- és érrendszeri választ figyeli tartós, többtengelyű gravitációs terhelés alatt.
A Delta-v-költségvetés és a pályán végzett üzemanyag-utántöltés
A Ciolkovszkij-rakétaegyenlet szerint lehetetlen, hogy egyetlen űrhajó a Föld felszínéről olyan üzemanyaggal induljon, amely elegendő a Mars pályára állásához, a leszálláshoz és a visszaindításhoz vegyi rakétákkal. Az űrhajó szinte teljes egészében üzemanyagtartályokból állna, így a legénységi fülkéknek vagy a tudományos terheknek nem maradna tartaléka.
Az a megoldás, amely az elméleti tanulmányokból a pályaszintű tesztrepülések tervéig jutott, a kriogén orbitális hajtóanyag-átadás. Egy pilóta nélküli űrhajót juttatnak alacsony Föld körüli pályára, majd több speciális tankerjárat dokkol hozzá, így a tartályok teljesen feltöltődnek 7.8 km/s sebességnél, mielőtt végrehajtják a marsi pályára állító égetést.
Útközbeni környezeti veszélyek: tesztelt és elméleti megoldások
| Környezeti tényező | Mért veszély | Mérnöki enyhítés | Készenléti állapot |
|---|---|---|---|
| Galaktikus kozmikus sugárzás (GCR) | A burkolaton áthaladó, nagy energiájú vasmagok DNS-szálszakadást okoznak | Hidrogénben gazdag polietilén árnyékolás és központi víztartályos viharmenedékek | A passzív árnyékolást az ISS-en tesztelték; a nagy energiájú aktív mágneses eltérítés még nem bizonyított |
| Mikrogravitációs csontvesztés | A csontásványi sűrűség havi 1.0% és 1.5% közötti csökkenése nulla gravitációban | Ellenállásos edzőeszközök (ARED) és mesterséges gravitációs kötélforgatás | Napi 2.5 órás ellenállásos edzés, repüléssel igazolt az ISS-en; a kötelek nincsenek tesztelve |
| Marsi perklorátok | Mérgező klórozott sók a regolitban, veszélyesek az emberi pajzsmirigyre és a tüdőszövetre | Többkamrás légzsilipek külső űrruha-csatlakozókkal (hátulról beszálló űrruhák) | Vákuum-űrruha-csatlakozó prototípusok készültek; a bolygóregolit-tömítések kopása még vizsgálat alatt áll |
Helyi erőforrások hasznosítása (ISRU)
Hiteles marsi küldetés nem viheti magával visszatérő hajtóanyagát Floridából. A tömegbüntetés csillagászati. Ezért a feltáró csapatoknak automatizált vegyi feldolgozó üzemeket kell felállítaniuk a felszínen, hónapokkal a személyzet érkezése előtt.
A marsi légkörből származó szén-dioxid ($95\%$ $CO_2$) és a felszín alatti gleccserjég ($H_2O$) felhasználásával egy autonóm feldolgozó reaktor lefuttatja a Sabatier-katalitikus reakciót:
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
A víz elektrolízise oxigént ($O_2$) és hidrogént ($H_2$) eredményez; a hidrogén visszakerül a körfolyamatba folyékony metán előállítására, amely a visszaúthoz szükséges kriogén hajtóanyagot biztosítja.
A NASA MOXIE kísérlete a Perseverance járművön kis léptékben bizonyította az oxigén elektrokatalitikus kinyerését a marsi légköri $CO_2$-ből (óránként legfeljebb 12 gramm tiszta oxigént állítva elő). Ennek felskálázása a visszatérő űrhajókhoz szükséges 30 metrikus tonnás mennyiségre továbbra is folyamatban lévő ipari kihívás.