เหตุใดมนุษย์จึงเดินทางไปดาวอังคารและกลับเป็นเรื่องยาก
ฝากข้อความ
การเดินทางไปดาวอังคารและกลับถือเป็นหนึ่งในความท้าทายที่ซับซ้อนที่สุดที่มนุษยชาติเคยพบเจอ แม้ว่าภารกิจของหุ่นยนต์จะประสบความสำเร็จ แต่การส่งมนุษย์ก็เพิ่มความยากขึ้นอีกขั้น การกล่าวถึงสารขับดันไฮเปอร์โกลิกเมื่อเร็วๆ นี้ (เช่น ไฮดราซีนและกรดไนตริก) จริงๆ แล้วมีความเกี่ยวข้องกับ-เทคโนโลยีจรวดเป็นส่วนสำคัญ แต่เป็นเพียงส่วนหนึ่งเท่านั้น นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมการเดินทางไปกลับดาวอังคารโดยลูกเรือจึงเป็นเรื่องที่น่าหวาดหวั่น
1. ระยะทางและเวลาเดินทาง
ดาวอังคารโดยเฉลี่ยแล้วประมาณ140 ล้านไมล์ (225 ล้านกิโลเมตร)จากโลก แม้จะอยู่ในแนวที่เหมาะสมที่สุด (ซึ่งเกิดขึ้นประมาณทุกๆ 26 เดือน) การขนส่งแบบเที่ยวเดียวก็ยังต้องใช้เวลา6–9 เดือนโดยใช้แรงขับในปัจจุบัน
ระยะเวลาภารกิจทั้งหมดจะเป็น2–3 ปี(รวมเวลาบนดาวอังคารและการกลับมาด้วย)
ต่างจากดวงจันทร์ (ห่างออกไป 3 วัน) ไม่มีทางเลือกในการช่วยเหลือหรือยกเลิกอย่างรวดเร็ว
2. แรงขับและขนาดยานอวกาศ
เพื่อให้ได้ลูกเรือ ถิ่นที่อยู่ ระบบลงจอด และส่งคืนยานพาหนะไปยังดาวอังคาร เราจำเป็นต้องมียานอวกาศที่ใหญ่กว่าที่เคยบินมาก่อน
จรวดเคมี(เช่นที่ใช้เชื้อเพลิงไฮเปอร์โกลิก) มีความน่าเชื่อถือแต่มีประสิทธิภาพจำกัด เราน่าจะต้องมีการปล่อยหลายครั้งเพื่อประกอบยานพาหนะในวงโคจร หรือใช้แรงขับขั้นสูง (ความร้อนนิวเคลียร์ ไฟฟ้า) ที่ยังอยู่ระหว่างการพัฒนา
ลงจอดบนดาวอังคารเป็นเรื่องยุ่งยาก: บรรยากาศหนาพอที่จะทำให้เกิดความร้อนสูง แต่บางเกินไปสำหรับร่มชูชีพเพียงอย่างเดียวที่จะทำให้ยานพาหนะขนาดใหญ่ช้าลง เราต้องการแรงขับถอยหลังด้วยความเร็วเหนือเสียง-ในการลงจอดโดยบรรทุกของหนักอย่างนุ่มนวล ซึ่งไม่เคยมีมนุษย์อยู่บนเครื่องมาก่อน
ขึ้นจากดาวอังคารต้องใช้จรวดที่มีกำลังมากพอที่จะหนีจากแรงโน้มถ่วงของดาวอังคาร (ประมาณ 38% ของโลก) แต่เล็กพอที่จะส่งได้เมื่อหลายปีก่อน จรวดนั้นจะต้องยังคงใช้งานได้บนพื้นผิวเป็นเวลาหลายเดือน
3. เครื่องช่วยชีวิตและอุปกรณ์
ต้องการลูกเรือ 4-6 คนการจัดการอาหาร น้ำ ออกซิเจน และของเสียเป็นเวลาเกือบสามปีโดยไม่มีการเสริมกำลัง
ระบบ ISS ในปัจจุบันอาศัยเรือบรรทุกสินค้าทั่วไป สำหรับดาวอังคาร ทุกอย่างจะต้องถูกขนส่งมาจากโลกหรือผลิตขึ้นที่ไซต์งาน (การใช้ทรัพยากรในแหล่งกำเนิด, ISRU)
การรีไซเคิลน้ำและการช่วยชีวิตแบบวงปิดต้องมีความน่าเชื่อถือเกือบ 100%-ความล้มเหลวระหว่างการขนส่งอาจถึงแก่ชีวิตได้
4. การแผ่รังสี
นอกเหนือจากสนามแม่เหล็กป้องกันของโลกแล้ว นักบินอวกาศยังต้องเผชิญกับแหล่งกำเนิดรังสีหลักสองแหล่ง:
เหตุการณ์อนุภาคแสงอาทิตย์– การระเบิดของอนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์อย่างไม่อาจคาดเดาได้
รังสีคอสมิกกาแลกติก– รังสีที่ทะลุผ่านนอกระบบสุริยะคงที่และทะลุผ่านสูง
การเดินทางไปกลับดาวอังคารอาจทำให้นักบินอวกาศสัมผัสได้ปริมาณรังสีที่เกินกว่าขีดจำกัดอาชีพปัจจุบัน,เพิ่มความเสี่ยงมะเร็งตลอดชีวิต การป้องกันนั้นหนัก วิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ (เช่น การป้องกันน้ำ ระยะเวลาการขนส่งที่รวดเร็ว หรือการป้องกันแบบแอคทีฟ) ยังคงได้รับการปรับปรุง
5. สภาวะไร้น้ำหนักและสุขภาพของมนุษย์
การไร้น้ำหนักเป็นเวลานานทำให้กล้ามเนื้อลีบ สูญเสียความหนาแน่นของกระดูก การมองเห็นเปลี่ยนแปลง (เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของของเหลวในกะโหลกศีรษะ) และปัญหาระบบภูมิคุ้มกันที่อาจเกิดขึ้น
บนดวงจันทร์ นักบินอวกาศอยู่ได้เพียงวันเดียว ลูกเรือบนดาวอังคารจะใช้เวลามากกว่าหนึ่งปีในศูนย์กรัม (การเดินทาง) บวกกับเวลาบนดาวอังคาร ซึ่งแรงโน้มถ่วงเป็นเพียง 38% ของโลก
แรงโน้มถ่วงเทียม(e กรัม การหมุนส่วนยานอวกาศ) สามารถบรรเทาสิ่งนี้ได้ แต่ยังไม่มียานอวกาศใดที่บินด้วยระบบดังกล่าว
6. ปัจจัยทางจิตวิทยาและสังคม
การแยกตัว การกักขัง และความล่าช้าในการสื่อสารทำให้ภารกิจนี้สุดขั้วทางจิตใจ
การสื่อสารล่าช้ามีตั้งแต่4 ถึง 24 นาทีทางเดียว ขึ้นอยู่กับการจัดเรียงของดาวเคราะห์ การสนทนาแบบเรียลไทม์เป็นไปไม่ได้ ลูกเรือจะต้องทำงานด้วยความเป็นอิสระสูง
ไม่มีการสนับสนุนจากการควบคุมภารกิจทันที ไม่มีความเป็นส่วนตัว และทีมเล็กๆ เดิมมานานหลายปี สิ่งนี้ไม่เคยมีความพยายามมานานขนาดนี้
7. การลงจอดและการกลับอย่างแม่นยำ
การเข้า การลง และการลงจอดบนดาวอังคารเรียกว่า "เจ็ดนาทีแห่งความหวาดกลัว" แม้กระทั่งสำหรับหุ่นยนต์ก็ตาม สำหรับมนุษย์ เราจำเป็นต้องลงจอดด้วยความแม่นยำระบุตำแหน่งใกล้กับเสบียงที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและยานพาหนะส่งคืน
เปิดตัวจากดาวอังคารต้องกำหนดเวลาที่แน่นอนเพื่อไปพบกับวิถีกลับโลก หากรถขึ้นล้มเหลว จะไม่มีการสำรองข้อมูล
8. การใช้ทรัพยากรในแหล่งกำเนิด (ISRU)
เพื่อให้ภารกิจเป็นไปได้ เราน่าจะต้องทำผลิตจรวดบนดาวอังคาร(เช่น การใช้ปฏิกิริยาซาบาเทียร์เพื่อสร้างมีเทนจาก CO₂ ของดาวอังคารและน้ำแข็ง) เทคโนโลยีนี้ไม่เคยได้รับการสาธิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่นในวงกว้าง
9. ต้นทุนและเจตจำนงทางการเมือง
คาดว่าภารกิจดาวอังคารของมนุษย์จะมีค่าใช้จ่ายหลายร้อยพันล้านดอลลาร์กว่าทศวรรษ การรักษาความมุ่งมั่นดังกล่าวในฝ่ายบริหารหลายฝ่ายและความร่วมมือระหว่างประเทศถือเป็นความท้าทายทางการเมืองพอๆ กับความท้าทายทางเทคนิค
การเชื่อมต่อจรวด
คุณเคยพูดถึงสารขับดันไฮเปอร์โกลิก (กรดไนตริก + ไฮดราซีน) ก่อนหน้านี้ แม้ว่าสิ่งเหล่านั้นจะถูกใช้ในยานอวกาศบางลำ (เช่น สำหรับการเคลื่อนตัวขับดัน) ภารกิจของดาวอังคารน่าจะใช้มีเทน/LOXหรือไฮโดรเจน/LOXสำหรับแรงขับหลักเนื่องจากมีสมรรถนะที่ดีกว่าและสามารถผลิตได้บนดาวอังคาร ไฮเปอร์โกลิกเป็นพิษและมีฤทธิ์กัดกร่อน ทำให้ไม่เหมาะกับยานพาหนะที่มีคนขับซึ่งความปลอดภัยในการจัดการเป็นสิ่งสำคัญที่สุด
สรุป
ความยากไม่ใช่ปัญหาเดียว-แต่คือบูรณาการของพวกเขาทั้งหมด:
ยานพาหนะที่สามารถขนส่งมนุษย์ได้อย่างปลอดภัยนานหลายปี
ป้องกันรังสีและสภาวะไร้น้ำหนัก
ระบบช่วยชีวิตและระบบพื้นผิวที่เชื่อถือได้
ความสามารถในการลงจอด ใช้ชีวิต และออกจากอีกโลกหนึ่ง
ทั้งหมดนี้อยู่ในงบประมาณและระยะเวลาที่สังคมสามารถดำรงอยู่ได้
เรากำลังแก้ไขปัญหาเหล่านี้ทีละชิ้น (เช่น อาร์เทมิสไปยังดวงจันทร์ทำหน้าที่เป็นพื้นที่พิสูจน์) แต่การเดินทางไปกลับดาวอังคารที่มีลูกเรือยังคงเป็นการทดสอบขั้นสูงสุดด้านวิศวกรรมและความทนทานของเรา
