1972, de ruimterace eindigde officieel toen NASA een laatste bemanning van astronauten naar het oppervlak van de maan stuurde (Apollo 17). Dit was de koperen ring waar zowel de VS als de Sovjets naar reikten, de "moonshot" die zou bepalen wie de suprematie had in de ruimte. In het huidige tijdperk van hernieuwde verkenning van de ruimte, de volgende grote sprong zal duidelijk inhouden dat er astronauten naar Mars worden gestuurd.

Dit zal veel uitdagingen met zich meebrengen die vooraf moeten worden aangepakt, waarvan vele te maken hebben met het simpelweg heel krijgen van de astronauten! Deze uitdagingen waren het onderwerp van een presentatie door twee Indiase onderzoekers op het SciTech Forum 2020, een jaarlijks evenement georganiseerd door de International Academy of Astronautics (IAA), RUDN-universiteit, en de American Astronomical Society (AAS).

De studie die hun onderzoeksresultaten beschrijft, is onlangs online verschenen en is geaccepteerd voor publicatie door Advances in Aeronautical Sciences (publicatiedatum in behandeling). Zowel het als de presentatie op het SciTech Forum 2020 werden uitgevoerd door Malaya Kumar Biswal en Ramesh Naidu Annavarapua - een afgestudeerde onderzoeker en universitair hoofddocent natuurkunde van de Pondicherry University, India (respectievelijk).

Hun onderzoek was ook het onderwerp van een presentatie tijdens de zevende sessie van de Space Biology Virtual Workshop georganiseerd door het Lunar Planetary Institute (LPI) - die plaatsvond tussen 20 en 21 januari. Zoals Biswal en Annavarapua aangaven in hun studie en presentaties, Mars neemt een speciale plaats in in de harten en geesten van wetenschappers en astrobiologische onderzoekers.

Naast de aarde, Mars is de meest bewoonbare locatie in het zonnestelsel (volgens terrestrische normen). Meerdere bewijslijnen die in de loop van tientallen jaren zijn verzameld, hebben ook aangetoond dat het ooit het leven heeft ondersteund. Helaas, het sturen van astronauten naar Mars zal onvermijdelijk een aantal verschillende uitdagingen met zich meebrengen, die voortkomen uit logistiek en technologie tot menselijke factoren en de afstanden die ermee gemoeid zijn.

Het is van het grootste belang om deze problemen van tevoren aan te pakken als NASA en andere ruimtevaartorganisaties hopen de eerste bemande missies naar Mars in het volgende decennium en daarna uit te voeren. Op basis van hun analyse, Biswal en Annavarapu identificeerden 14 verschillende uitdagingen, die omvatten (maar zijn niet beperkt tot):

• Het vliegtraject voor Mars en corrigerende manoeuvres
• Beheer van ruimtevaartuigen en brandstof
• straling, microzwaartekracht, en de gezondheid van astronauten
• Isolatie en psychologische problemen
• Communicatie (in transit en op Mars)
• De Mars-aanpak en orbitale invoeging

Al deze uitdagingen hebben een zekere mate van overlap met een of meer van de andere genoemde. Bijvoorbeeld, een voor de hand liggend probleem als het gaat om het plannen van missies naar Mars is de enorme afstand die ermee gemoeid is. Daarom, lanceervensters tussen aarde en Mars komen alleen om de twee jaar voor wanneer onze planeten zich het dichtst bij elkaar in hun baan bevinden (d.w.z. wanneer Mars in "oppositie" staat ten opzichte van de zon).

Tijdens deze vensters een ruimtevaartuig kan de reis van de aarde naar Mars maken in 150 tot 300 dagen (ongeveer vijf tot tien maanden). Dit maakt bevoorradingsmissies onpraktisch, aangezien astronauten niet zo lang kunnen wachten om de broodnodige zendingen brandstof te ontvangen, voedsel, en andere geleverd. Zoals Biswal via e-mail aan Universe Today vertelde, de afstanden die ermee gemoeid zijn, zorgen ook voor problemen op het gebied van de veiligheid van astronauten en de energieopwekking:

"In geval van een noodsituatie, we kunnen geen astronauten van Mars terughalen [zoals we zouden kunnen] in het geval van LEO of Lunar Missions ... Evenzo, afstand vermindert de zonnestroom van de baan om de aarde naar de baan van Mars, wat resulteert in een tekort aan energieproductie, wat erg belangrijk is om het voertuig aan te drijven en de thermische stabiliteit te behouden (Ook de verre afstand kan leiden tot een lage omgevingstemperatuur die onderkoeling en vorstvorming veroorzaakt (vooral in de mond) ."

Met andere woorden, gewoon naar Mars gaan, biedt meerdere specifieke uitdagingen die Biswal en Annavarapu in hun analyse hebben opgenomen. Als we het hebben over gezond en veilig astronauten, ook hier spelen een aantal specifieke uitdagingen een rol. Bijvoorbeeld, het feit dat astronauten een aantal maanden in de diepe ruimte zullen doorbrengen, brengt allerlei risico's met zich mee voor hun fysieke en mentale gezondheid.

Voor starters, er is de psychologische tol van beperkt zijn tot een ruimtevaartuigcabine met andere astronauten. Er is ook de fysieke tol van langdurige blootstelling aan een microzwaartekrachtomgeving. Zoals onderzoek aan boord van het International Space Station (ISS) heeft aangetoond, met name, NASA's Twin Study - tot een jaar in de ruimte doorbrengen eist een aanzienlijke tol van het menselijk lichaam.

Naast verlies van spier- en botdichtheid, astronauten die lange perioden aan boord van het ISS hebben doorgebracht, ondervonden ook verlies van gezichtsvermogen, genetische veranderingen, en langdurige problemen met hun cardiovasculaire en circulatiesystemen. Er zijn ook gevallen geweest van psychologische effecten, waar astronauten een hoge mate van angst ervoeren, slapeloosheid, en depressie.

Maar zoals Biswal aangaf, de grootste en meest voor de hand liggende uitdaging is alle straling (zonne- en kosmische) waaraan de astronauten gedurende de hele missie zullen worden blootgesteld:

"[De] grootste gevaren zijn het risico op langdurige kanker en de effecten ervan als gevolg van blootstelling aan zowel interplanetaire straling (tijdens Marsovergang) als oppervlaktestraling (tijdens langdurig verblijf aan het oppervlak). het effect van straling veroorzaakt een onjuiste hersencoördinatiefunctie en andere hersengerelateerde ziekten; dan het psychologische effect van de bemanning tijdens volledige isolatie. Omdat de bemande missie afhankelijk is van de prestaties van een astronaut, de astronaut ervaart meer gezondheidsgerelateerde problemen."

In ontwikkelde landen, mensen op aarde worden jaarlijks blootgesteld aan gemiddeld ongeveer 620 millirem (62 mSv), of 1,7 millirem (0,17 mSv) per dag. In de tussentijd, NASA heeft studies uitgevoerd die hebben aangetoond hoe een missie naar Mars zou resulteren in een totale blootstelling van ongeveer 1, 000 mSv over een periode van twee en een half jaar. Dit zou bestaan ​​uit 600 mSv tijdens een rondreis van een jaar, plus 400 mSv tijdens een verblijf van 18 maanden (terwijl de planeten opnieuw uitgelijnd waren).

Wat dat betekent is dat astronauten worden blootgesteld aan 1,64 mSv per dag terwijl ze onderweg zijn en 0,73 mSv voor elke dag dat ze op Mars verblijven - dat is meer dan 9,5 en 4,3 keer het dagelijkse gemiddelde, respectievelijk. De gezondheidsrisico's die dit met zich meebrengt, kunnen betekenen dat astronauten al aan stralingsgerelateerde gezondheidsproblemen zouden lijden voordat ze zelfs maar op Mars aankomen, om nog maar te zwijgen van de oppervlakteoperaties of de terugreis.

Gelukkig, er zijn mitigatiestrategieën voor de transit- en oppervlaktedelen van de missie, waarvan sommige Biswal en Annavarapua aanbevelen. "We ontwikkelen momenteel een ondergrondse habitat op Mars die alle gezondheidsgerelateerde problemen van de uitgebreide missie of permanente vestiging op Mars zou kunnen aanpakken, "zei Biswal. "De bemande missie zou een snellere productie van bemanningsbenodigdheden uit in-situ resource [utilization] (ISRU) moeten omvatten."

Dit voorstel sluit aan bij de vele missieprofielen die NASA en andere ruimteagentschappen ontwikkelen voor toekomstige verkenningen op de maan en op Mars. Er zijn al veel bestaande strategieën om bemanningen in de ruimte te beschermen tegen straling, maar in buitenaardse omgevingen, alle concepten omvatten het gebruik van lokale bronnen (zoals regoliet of ijs) om natuurlijke afscherming te creëren.

De lokale beschikbaarheid van ijs wordt ook als een must gezien om te zorgen voor een constante watervoorziening voor menselijke consumptie en irrigatie (aangezien astronauten op langdurige missies veel van hun eigen voedsel zullen moeten verbouwen). Afgezien van dat alles, Biswal en Annavarapu benadrukten hoe het handhaven van een snel vlucht- en terugreistraject de reistijd zal helpen verkorten.

Er is ook de mogelijkheid om gebruik te maken van geavanceerde technologieën zoals nucleair-thermische en nucleair-elektrische voortstuwing (NTP/NEP). NASA en andere ruimteagentschappen doen actief onderzoek naar nucleaire raketten, aangezien een ruimtevaartuig uitgerust met NTP of NEP de reis naar Mars in slechts 100 dagen zou kunnen maken. Maar zoals Bisawl en Annavarapu aangaven, dit roept de uitdaging op om met nucleaire systemen om te gaan en meer blootstelling aan straling.

Helaas, al deze uitdagingen kunnen worden aangepakt met de juiste combinatie van innovatie en voorbereiding. En als je kijkt naar de voordelen van het sturen van bemande missies naar Mars, de uitdagingen lijken een stuk minder ontmoedigend. Zoals Biswal aanbood, deze omvatten nabijheid, de mogelijkheden om bodemmonsters van Mars te bestuderen in een aards laboratorium, het verbreden van onze horizon, en het vermogen om fundamentele vragen over het leven te beantwoorden:

"We zijn altijd gefascineerd geweest om te weten waar we vandaan komen en of er leven zoals wij is in andere astronomische lichamen? [W]e kunnen geen bemande missie naar een andere interplanetaire bestemming uitvoeren vanwege missierisico en -beheer.

"Mars is de enige naburige planeet in ons zonnestelsel die we kunnen verkennen, het [heeft] een goed geologisch record om al [van] onze onopgeloste vragen te beantwoorden, en [we kunnen] monsters [terug] brengen om te analyseren in ons terrestrische laboratorium?" En tot slot, het zou interessant zijn om een ​​menselijke missie naar Mars uit te voeren om de omvang van de huidige technologie en vooruitgang in de ruimtevaart aan te tonen."

Sinds het begin van de jaren zestig, ruimteagentschappen hebben robotmissies naar Mars gestuurd. Sinds de jaren zeventig, sommige van die missies zijn landers die aan de oppervlakte zijn neergedaald. Met de meer dan veertig jaar aan gegevens en expertise die het resultaat zijn, NASA en andere ruimtevaartorganisaties proberen nu toe te passen wat ze hebben geleerd, zodat ze de eerste astronauten naar Mars kunnen sturen.

De eerste pogingen kunnen nog meer dan een decennium (of meer) duren, maar alleen als er vooraf belangrijke voorbereidingen plaatsvinden. Niet alleen moeten er nog veel missiegerelateerde componenten en infrastructuur worden ontwikkeld, maar er moet nog veel onderzoek worden gedaan. Dankbaar, deze inspanningen profiteren van het soort grondige beoordelingen die we hier zien, waar alle potentiële risico's en gevaren worden onderzocht (en tegenmaatregelen worden voorgesteld).

Dit alles zal hopelijk leiden tot de creatie van een duurzaam programma voor verkenning van Mars. Het zou zelfs de menselijke bezetting van Mars op lange termijn en de oprichting van een permanente kolonie mogelijk kunnen maken. Dankzij de inspanningen van vele onderzoekers en wetenschappers, de dag kan eindelijk komen dat er zoiets bestaat als 'marsmannetjes'.