Elon Musk har aldrig været en til at holde sine langsigtede planer for sig selv. Ud over udviklingen af genanvendelige raketter, elbiler og revolutionerende solenergi, har han også været meget vokal om at etablere en koloni på Mars i hans levetid. Målet her er intet mindre end at sikre overlevelsen af den menneskelige race ved at skabe en "backup-placering" og kræver en seriøs planlægning og arkitektur.
Disse og andre aspekter af Musks foreslåede mission til Mars blev skitseret i et essay med titlen "Making Humans a Multi-Planetetary Species", som blev offentliggjort i tidsskriftet i juni 2017 af tidsskriftet Nyt rum. Avisen er et resumé af den præsentation, han holdt på det 67. årlige møde i den internationale astronautiske kongres, der fandt sted fra 26. til 30. september 2016 i Guadalajara, Mexico.
Papiret blev produceret af Scott Hubbard, en konsulentprofessor ved Stanford University og chefredaktør for NewSpace, og inkluderer alt materiale og slides fra Musks originale præsentation. Indeholdt i er Musks tanker om, hvordan koloniseringen af Mars kunne gennemføres i dette århundrede, og hvilke problemer der skal behandles.
Disse inkluderer omkostningerne ved at sende mennesker og nyttelast til Mars, de tekniske detaljer om raketten og køretøjet, der ville være ved at tage turen, og mulige omkostningsfordelinger og tidsplaner. Men selvfølgelig behandler han også de vigtigste filosofiske spørgsmål - "Hvorfor gå?" og "Hvorfor Mars?"
At tage dette første spørgsmål er et af de vigtigste aspekter af rumfart. Kan du huske John F. Kennedys ikoniske ”Vi vælger at gå til månen” -talen? Langt fra blot at være en hensigtserklæring, var denne tale en begrundelse fra Kennedy-administrationen for al den tid, energi og penge, den forpligtede til Apollo-programmet. Som sådan understregede Kennedy's tale først og fremmest hvorfor målet var en ædel virksomhed.
Når han så på Mars, slog Musk en lignende tone og understregede overlevelse og menneskehedens behov for at udvide sig ud i rummet. Som han sagde:
”Jeg tror, at der virkelig er to grundlæggende stier. Historien går i to linjer. En vej er, at vi bliver på Jorden for evigt, og så vil der være en eventuel udryddelsesbegivenhed. Jeg har ikke en øjeblikkelig dommedagsprofeti, men til sidst, antyder historien, vil der være en del dommedagsbegivenhed. Alternativet er at blive en rumbærende civilisation og en flerplanetær art, som jeg håber, at du ville være enig i, at det er den rigtige vej at gå. ”
Med hensyn til hvad der gør Mars til det naturlige valg, var det lidt mere en hård sælger. Indrømmet, Mars har mange ligheder med Jorden - hvorfor den ofte kaldes "Jordens tvilling" - hvilket gør det til et forfriskende mål for videnskabelig forskning. Men det har også nogle temmelig skarpe forskelle, der får langtidsophold på overfladen til at virke mindre end tiltalende. Så hvorfor ville det være det naturlige valg?
Som Musk forklarer, har nærhed meget at gøre med det. Selvfølgelig er Venus tættere på Jorden og kommer så tæt som 41 millioner km (25.476.219 mi) sammenlignet med 56 millioner km (3.4796.787 mi) med Mars. Men Venus 'fjendtlige miljø er veldokumenteret og inkluderer en supertæt atmosfære, temperaturer, der er varme nok til at smelte bly og svovlsyreregn! Kviksølv er for varm og luftløs, og de joviske måner er meget langt.
Dette efterlader os kun to muligheder for den nærmeste fremtid, hvad angår Musk. Den ene er Månen, som sandsynligvis har en permanent bosættelse på den i de kommende år. I virkeligheden mellem ESA, NASA, Roscosmos og Chines National Space Administration er der ingen mangel på planer om at opføre en månens forpost, der vil tjene som en efterfølger for ISS.
Men sammenlignet med Mars er den mindre ressourcerig, har ingen atmosfære og repræsenterer en større overgang så langt som tyngdekraften (0,165 g sammenlignet med 0,376 g) og daglængden (28 dage mod 24,5 timer) angår. Heri ligger den største grund til at gå til Mars, hvilket er det faktum, at vores muligheder er begrænsede, og Mars er den mest jordlignende af alle de organer, der i øjeblikket er tilgængelige for os.
Hvad mere er, Musk giver mulighed for, at kolonister kunne begynde at kickstarte den terraformerende proces for at gøre den endnu mere jordlignende over tid. Som han siger (fed tilføjet til vægt):
”Faktisk tror vi nu, at det tidlige Mars lignede Jorden. Faktisk, hvis vi kunne varme Mars op, ville vi igen have en tyk atmosfære og flydende oceaner. Mars er cirka halvdelen så langt tilbage fra solen som Jorden, så den har stadig anstændigt sollys. Det er lidt koldt, men vi kan varme det op. Det har en meget hjælpsom atmosfære, der primært er CO2 med noget nitrogen og argon og et par andre sporstoffer betyder, at vi kan dyrke planter på Mars bare ved at komprimere atmosfæren.
”Det ville være ret sjovt at være på Mars, fordi du ville have en tyngdekraft, der er ca. 37% af Jorden, så du ville være i stand til at løfte tunge ting og bundet rundt. Desuden er dagen bemærkelsesværdigt tæt på Jorden. Vi er bare nødt til at ændre befolkningen, for i øjeblikket har vi syv milliarder mennesker på Jorden og ingen på Mars. ”
Naturligvis kan det ikke forventes, at nogen mission sker, uden det meget vigtige køretøj. Til dette formål brugte Musk det årlige IAC-møde til at afsløre sit virksomheds planer for det interplanetære transportsystem. En opdateret version af Mars Colonial Transporter (som Musk begyndte at tale om i 2012), ITS vil bestå af to hovedkomponenter - en genanvendelig raketforstærker og Interplanetary Spaceship.
Processen for at komme til Mars med disse komponenter involverer et par trin. Først starter raketforstærkeren og rumskibet sammen, og rumskibet leveres i kredsløb. Dernæst, mens rumskibet antager en parkeringsbane, vender boosteren tilbage til Jorden for at blive genindlæst med tankskibet. Dette køretøj er af samme design som rumskibet, men indeholder drivvogntanke i stedet for lastområder.
Tankskibet lanceres derefter i kredsløb med boosteren, hvor det vil møde rumskibet og tanke det til rejsen til Mars. I det store og hele vil drivmedietankskibet gå op overalt fra tre til fem gange for at fylde rumfartøjets tanke, mens det er i kredsløb. Musk anslår, at omdrejningstiden mellem rumfartøjsskytningen og boosterudvindingen i sidste ende kan være så lav som 20 minutter.
Denne proces (hvis Musk får sin vej) vil udvides til at omfatte flere rumskibe, der rejser til og fra Mars hver 26. måned (når Mars og Jorden er tættest på hinanden):
”I sidste ende ville du have op mod 1.000 eller flere rumskibe, der venter i kredsløb. Derfor ville Mars Colonial-flåden forlade en masse. Det giver mening at indlæse rumskibene i kredsløb, fordi du har 2 år til at gøre det, og så kan du ofte bruge boosteren og tankskibet for at få virkelig tung genbrug ud af dem. Med rumskibet får du mindre genbrug, fordi du er nødt til at overveje, hvor lang tid det vil vare - måske 30 år, hvilket måske måske er 12-15 flyvninger i rumskibet højst. ”
Med hensyn til raketens struktur ville den bestå af et avanceret udvendigt kulstoffiberomgivende omgivende brændstoftanke, som ville stole på et autogent tryksystem. Dette indebærer, at brændstof og ilt forgases gennem varmevekslere i motoren, som derefter vil blive brugt til at sætte tryk på tanke. Dette er et meget enklere system end det, der i øjeblikket bruges til Falcon 9-raket.
Boosteren ville bruge 42 Raptor-motorer arrangeret i koncentriske ringe til at generere drivkraft. Med 21 motorer i den ydre ring, 14 i den indre ring og syv i en midterste klynge, ville boosteren have et estimeret løftekraft på 11.793 metriske ton (13.000 ton) - 128 MegaNewtons - og et vakuumkraft på 12.714 metrisk ton (14.015 ton) eller 138 MN. Dette ville gøre det til det første rumfartøj, hvor raketpræstationsbjælken overstiger rakets fysiske størrelse.
Med hensyn til rumfartøjet kræver designerne et trykafsnit øverst med et ikke-trykksnit under. Den sektion under tryk ville rumme op til 100 passagerer (troede Musk håber på sigt at øge denne kapacitet til 200 personer pr. Rejse), mens al den bagage og last, der er nødvendig til opførelse af den Martiske koloni, ville blive opbevaret i det ikke-trykte afsnit nedenfor.
Hvad angår besætningsrummene selv, var Musk sikker på at illustrere, hvordan tiden i dem ikke ville være kedelig, da transittiden er lang. ”Derfor er besætningsrummet eller besætningsrummet indrettet, så du kan lave nul-tyngdekraftspil - du kan flyde rundt,” sagde han. ”Der vil være film, forelæsningssaler, hytter og en restaurant. Det vil være rigtig sjovt at gå. Du har det sjovt! ”
Under begge disse sektioner er motoren med flydende ilt, brændstoftank og rumfartøjer placeret. Motorerne, der ville være direkte fastgjort til trykkeglen ved bunden, vil bestå af en ydre ring af tre havoverfladen motorer - som ville generere 361 sekunder med specifik impuls (Isp) - og en indre klynge af seks vakuummotorer, som ville generere 382s Isp.
Det ydre af rumfartøjet vil også være udstyret med et varmeskærm, der vil være sammensat af det samme materiale, som SpaceX bruger på sit Dragon-rumfartøj. Dette er kendt som en fenolimprægneret carbon ablator (PICA), som SpaceX er på deres tredje version af. I alt estimerer Musk, at det interplanetære rumskib vil være i stand til at transportere 450 ton gods til Mars, afhængigt af hvor mange gange tankskibet kan genopfylde fartøjet.
Afhængigt af møde på Jorden-Mars kunne transittiden være så lidt som 80 dage envej (beregnet på en hastighed på 6 km / s). Men med tiden håber Musk at skære ned til kun 30 dage, hvilket ville gøre det muligt at etablere en betydelig befolkning på Mars på relativt kort tid. Som Musk antydede, det magiske nummer her i 1 million, hvilket betyder antallet af mennesker, det ville tage for at etablere en selvbærende koloni på Mars.
Han indrømmede, at dette ville være en stor udfordring og så længe et århundrede kunne gennemføre:
”Hvis du kun kan gå hvert andet år, og hvis du har 100 mennesker pr. Skib, er det 10.000 ture. Derfor er mindst 100 personer pr. Tur den rigtige størrelsesorden, og vi kan ende med at udvide besætningsafsnittet og i sidste ende tage mere som 200 eller flere mennesker pr. Flyvning for at reducere omkostningerne pr. Person. Imidlertid er 10.000 flyvninger en masse flyvninger, så i sidste ende ville du virkelig ønske dig i størrelsesordenen 1.000 skibe. Det tog et stykke tid at opbygge op til 1.000 skibe. Hvor lang tid det vil tage at nå den million-personers tærskel, fra det tidspunkt, hvor det første skib går til Mars, ville sandsynligvis være et sted mellem 20 og 50 samlede Mars-møde - så det ville tage 40–100 år at opnå et fuldstændigt selv- opretholde civilisationen på Mars. ”
Når ITS er klar til at blive lanceret, vil det gøre det fra Start Pad 39A i Kennedy Space Center i Florida, som SpaceX i øjeblikket bruger til at udføre Falcon 9-lanceringer fra. Men selvfølgelig er det mest skræmmende aspekt af enhver koloniseringsindsats omkostninger. På nuværende tidspunkt og ved hjælp af nuværende metoder er det simpelthen ikke overkommeligt at sende 1 million mennesker til Mars.
Brug af Apollo-æra-metoder som en berøringssten angav Musk, at omkostningerne til at gå til Mars ville være omkring 10 milliarder dollars pr. Person - hvilket er afledt af det faktum, at selve programmet koster mellem $ 100 og $ 200 milliarder (juster for inflation) og resulterede i 12 astronauter sætter foden på Månen. Dette er naturligvis alt for højt for at skabe en selvbærende koloni med en befolkning på 1 million.
Som et resultat hævdede Musk, at omkostningerne ved transport af mennesker til Mars skulle reduceres med hele 5 millioner procent! Musks ønske om at sænke omkostningerne i forbindelse med rumlanceringer er velkendt, og det er netop grunden til, at han grundlagde SpaceX og begyndte at udvikle genanvendelig teknologi. Dog skulle omkostningerne sænkes til det punkt, hvor en billet til Mars vil koste omtrent det samme som et medianhus - dvs. $ 200.000 - før eventuelle ture til Mars kunne ske.
Med hensyn til, hvordan dette kunne gøres, er der skitseret flere strategier, hvoraf mange af musk- og rumfartsagenturer som NASA allerede aktivt forfølger. De inkluderer fuld genanvendelighed, hvor alle faser i en raket og dets lastmodul (ikke kun den første fase) skulle være genvindelige og genanvendelige. Tankning i Orbit er et andet middel, hvilket ville betyde, at rumfartøjet ikke behøver at bære alt det brændstof, de har brug for, fra Jorden.
Dertil kommer, at der skulle være mulighed for fremdrivningsproduktion på Mars, hvor rumskibet vil være i stand til at tanke på Mars for at komme tilbage. Dette koncept er blevet undersøgt i fortiden for måne- og marsmissioner. Og i Mars 'tilfælde ville tilstedeværelsen af atmosfærisk og frossent CO², og vand i både jorden og de polære iskapper, betyde, at methan, ilt og brintbrændstof alle kunne fremstilles.
Til sidst er der spørgsmålet om, hvilket drivmiddel der er bedst. Som det står, er der grundlæggende valg, når det kommer - parafin (raketbrændstof), brint og metan. Alle disse giver visse fordele og kan fremstilles in situ på Mars. Men baseret på en fordelingsfordeling fordeler Musk, at metan ville være den mest omkostningseffektive drivmiddel.
Som altid rejste Musk også spørgsmålet om tidslinjer og næste trin. Dette bestod af en oversigt over SpaceX's resultater i det sidste halvandet årti efterfulgt af en oversigt over, hvad han håber at se sit firma gøre i de kommende år og årtier.
Disse inkluderer udviklingen af det første interplanetære rumskib på cirka fire år, som efterfølges af suborbital testflyvninger. Han antydede endda, hvordan rumfartøjet kunne have kommercielle anvendelser, der blev brugt til hurtig transport af gods rundt om i verden. Hvad angår udviklingen af boosteren, indikerede han, at dette ville være en relativt ligefrem proces, da det simpelthen indebærer, at den eksisterende Falcon 9-booster skaleres op.
Derudover vurderede han, at (hvis man antager, at alt går godt), en ti-årig tidsramme ville være tilstrækkelig til at sætte alle komponenterne sammen, så det ville fungere for at bringe folk til Mars. Sidst, men ikke mindst, bød han nogle glimt af, hvad der kunne opnås med ITS ud over Mars. Som navnet antyder, håber Musk på at udføre missioner til en anden destination i solsystemet en dag.
I betragtning af mulighederne for in-situ brændstofproduktion (takket være mængden af vandis) blev månerne fra både Jupiter og Saturn nævnt som en mulig destination. Men ud over måner som Europa, Enceladus og Titan (som alle blev nævnt), blev endda destinationer i det trans-Neptuniske område af solsystemet angivet som en mulighed.
I betragtning af at Pluto også har en overflod af vandis på overfladen, hævdede Musk, at her kunne bygges et tankstop til at servicere missioner til Kuiper Belt og Oort Cloud. ”Jeg vil ikke anbefale dette til interstellare rejser,” indrømmede han, ”men dette grundlæggende system - forudsat at vi har tankstationer undervejs - betyder fuld adgang til hele det større solsystem.”
Offentliggørelsen af dette papir, mange måneder efter at Musk præsenterede detaljerne i sin plan på det årlige IAC-møde, har naturligvis skabt både godkendelse og skepsis. Mens der er dem, der ville sætte spørgsmålstegn ved Musks tidslinjer og hans evne til at levere de indeholdt forslag, ser andre det som et afgørende skridt i opfyldelsen af Musks langvarige ønske om at se Mars-koloniseringen ske i dette århundrede.
For Scott Hubbard tjener det som et værdifuldt bidrag til rumforskningens historie, noget som fremtidige generationer kan få adgang til, så de kan kortlægge Mars-efterforskningens historie - meget på samme måde som NASA arkivmaterialer bruges til at studere historien af månens landing. Som han bemærkede:
”Efter min mening giver publicering af dette papir ikke kun en mulighed for rumfartssamfundet til at læse SpaceX-visionen på trykt med alle diagrammer i sammenhæng, men fungerer også som en værdifuld arkivreference til fremtidige studier og planlægning. Mit mål er at gøre New Space til forum for offentliggørelse af nye efterforskningskoncepter - især dem, der antyder en iværksættersti for mennesker, der rejser til det dybe rum. ”
Elon Musk er ikke fremmed for at tænke stort og drømme stort. Og selvom mange af hans forslag i fortiden ikke skete inden for den tidsramme, han oprindeligt specificerede, kan ingen være i tvivl om, at han er leveret indtil videre. Det vil være meget spændende at se, om han kan tage det firma, han grundlagde for 15 år siden, med henblik på at fremme udforskningen af Mars og bruge det i stedet for at lede en koloniseringsindsats!
Opdatering: Musk tweetede sin tak til Hubbard for offentliggørelsen og har indikeret, at der er nogle "store ændringer i planen, der snart kommer."
Og sørg for at tjekke denne video af Musks fulde tale på det 67. årlige møde i IAC, med tilladelse fra SpaceX:
