Interplanetarisk banedesign og habitatteknikk

Oppdrag: Å planlegge den lange reisen

Å komme seg ut av jordens gravitasjonsfelt er bare inngangsbilletten. Langvarige oppdrag til månen, Mars og de ytre månene krever løsninger for strålebeskyttelse i dypt verdensrom, holdbarhet for kryogent drivstoff og lukkede biokjemiske overlevelsessystemer.

Astronautkandidat sitter i cockpiten til en simuleringssentrifuge, med høy-g-sele og vitale sensorer for telemetri

Flykandidat i grunnlinjetest i sentrifuge. Fysiologisk telemetri overvåker hjerte- og karresponsen under vedvarende flerakset gravitasjonsbelastning.

Delta-v-budsjettet og påfylling av drivstoff i bane

Tsiolkovskijs rakettligning viser at det er matematisk umulig med kjemiske raketter å sende ett skip fra jordoverflaten med nok drivstoff til å gå inn i bane rundt Mars, lande og løfte av igjen. Skipet ville nesten utelukkende bestå av drivstofftanker, og det ville ikke være noen margin igjen til mannskapskabiner eller vitenskapelig nyttelast.

Løsningen som har gått fra teoretiske artikler til testflyvninger i bane, er kryogen overføring av drivstoff i bane. Ved å sende et ubemannet skip til lav jordbane og koble til flere spesialiserte tankerfly fylles tankene helt opp igjen ved en hastighet på 7.8 km/s, før man utfører innskytingsmanøveren mot Mars.

Miljøfarer under reisen: testede kontra teoretiske løsninger

Biomedisinsk og fysisk oversikt
Miljøfaktor Målt trussel Ingeniørmessig tiltak Beredskapsstatus
Galaktiske kosmiske stråler (GCR) Høyenergetiske jernkjerner som passerer gjennom skrogmaterialet og gir brudd i DNA-tråder Skjerming av polyetylen rik på hydrogen og sentrale vanntanker som stormrom Passiv skjerming testet på ISS; aktiv magnetisk avbøyning med høy energi er fortsatt ubevist
BenmasseTap i mikrogravitasjon 1.0% til 1.5% reduksjon i benmineraltetthet per måned i null-g Motstandstrening med apparater (ARED) og rotasjon med tau for kunstig tyngdekraft Daglig motstandstrening på 2.5 timer er flyvetestet på ISS; tau er ikke testet
Perklorater på Mars Giftige klorerte salter i regolitten er farlige for menneskers skjoldbruskkjertel og lungevev Sluser med flere kamre og eksterne romdrakt-porter (drakter med bakinngang) Vakuumprototyper for romdrakt-porter er bygget; slitasje på tetningen mot planetarisk regolitt testes fortsatt

Ressursutnyttelse på stedet (ISRU)

En troverdig Mars-misjon kan ikke ta med returdrivstoffet fra Florida. Vektstraffen er enorm. Derfor må utforskningsteamene etablere automatiserte kjemiske prosessanlegg på overflaten måneder før mannskapet ankommer.

Ved å hente karbondioksid fra Mars-atmosfæren ($95\%$ $CO_2$) og utvinne isvann under overflaten ($H_2O$) kjører en autonom prosessreaktor Sabatier-katalysereaksjonen:

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

Vannelektrolyse gir oksygen ($O_2$) og hydrogen ($H_2$). Hydrogenet sirkuleres tilbake for å produsere flytende metan, som gir kryogene drivstoff til returreisen.

NASAs MOXIE-eksperiment om bord på roveren Perseverance beviste elektrokatalytisk utvinning av oksygen fra karbondioksidet i Mars-atmosfæren i liten skala (leverte opptil 12 gram rent oksygen per time). Å skalere dette opp til de 30 metriske tonnene som kreves for returfarkoster, er fortsatt en pågående industriell utfordring.

FØLG DEN NESTE MISJONEN: ORBITALE SATELLITTER