Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe gaat het landen op Mars in zijn werk?

Rosetta, de kometenjager van de European Space Agency, vloog langs Mars en fotografeerde de planeet in 2007. Bekijk meer Mars-foto's. Europese Ruimtevaartorganisatie/Getty Images

De laatste keer dat de mens voet op de maan zette was bijna 40 jaar geleden, en er zijn plannen in de maak voor een soort reünietour. Een groot deel van deze focus zal liggen op het opzetten van een winkel op de maan en het gebruiken van deze inspanningen om zich voor te bereiden op robotachtige en bemande expedities naar Mars . Alleen al het terugkeren naar het maanoppervlak (dat uiterlijk in 2020 zal plaatsvinden) is een grote onderneming; maar de planning en de enorme vindingrijkheid die nodig zijn om mensen naar een andere planeet te sturen zijn – om het simpel te zeggen – astronomisch.

Mars-afbeeldingengalerij

Om dit te kunnen verwezenlijken moeten wetenschappers en ingenieurs honderden vragen en problemen oplossen. Onderzoekers formuleren antwoorden over het oppervlak van Mars op basis van de waarnemingen van hun rondcirkelende satellieten en rondzwervende robots.

Laten we een snelle opfrisser doen over de Rode Planeet. Mars is de vierde planeet vanaf de zon gezien en heeft ongeveer dezelfde leeftijd als de aarde, ongeveer 4,6 miljard jaar oud. Mars heeft een straal van ongeveer 2.107 mijl (3.390 kilometer), wat ongeveer de helft zo groot is als onze planeet. Over het algemeen is het veel kouder (hoewel de zomers warmer kunnen worden). Denk er echter nog niet aan om zonder ruimtepak over het oppervlak van Mars te rennen. Als de lage druk in de atmosfeer je niet doodt, zal de koolstofdioxide, die 95 procent daarvan uitmaakt, dat wel doen. De atmosfeer van Mars bevat slechts 0,13 procent zuurstof, tegenover 21 procent op aarde. Mars heeft geen sterk magnetisch veld, hoewel wetenschappers vermoeden dat er ooit een sterker magnetisch veld (een bijproduct van een hete, vurige kern) bestond. Grote stofstormen komen vaak voor op Mars, en twee kleine manen genaamd Phobos en Deimos draaien rond de planeet [bron:NASA].

Wat hebben gymnasten en Mars-astronauten gemeen? Naast het dragen van eigenzinnige uniformen, moeten beiden hun landingen vasthouden om te slagen. Dit artikel zal zich specifiek richten op één aspect van een bemande missie naar Mars:de landing. Laten we eens lezen over enkele van de uitdagingen die onderzoekers moeten overwinnen om veilig op Mars aan te komen.

Inhoud
  1. Uitdagingen van een Marslanding
  2. Toekomstig missieplan naar Mars
  3. De details van de landing op Mars
  4. Marslanding:notitie van de auteur
  5. Marslanding:spiekbriefje

Uitdagingen van een Marslanding

Een artistieke weergave van een van de twee Mars Exploration Rovers, Spirit en Opportunity. Beide waren gemakkelijker te landen dan voor mensen toegankelijke landingsvoertuigen, omdat ze zo licht van gewicht zijn. Afbeelding met dank aan NASA/JPL

De uitdagingen van een landing op Mars zijn talrijk, hoewel onderzoekers plannen maken en er hard aan werken om erachter te komen hoe we dit precies zullen doen. Ervan uitgaande dat mensen in de buurt van Mars kunnen aankomen, zijn er een paar elementen waarmee rekening moet worden gehouden als het gaat om de landing. Wetenschappers en ingenieurs gooien al verschillende processen en ontwerpideeën rond. Er wordt rekening gehouden met de vorm van het voertuig, het type brandstof dat het zal gebruiken, de locatie van de motoren en de omvang van het laadvermogen. Een andere vraag is of voortstuwingsmanoeuvres, uitgevoerd in de vorm van korte boegschroefbrandwonden, tijdens de landing gepaard zullen gaan met parachutes. Er is ook de vraag hoe astronauten het beste kunnen worden gehuisvest tijdens interplanetaire missies... de lijst gaat maar door.

Een van de belangrijkste problemen bij het landen van mensen op Mars is uitzoeken hoe je kunt vertragen, zodat het voertuig dat landt niet tegen de grond botst. Het probleem is de dunne atmosfeer van Mars. Dit probleem heeft geen invloed op de landingen van de Mars-rovers, omdat deze machines licht van gewicht zijn. Als mensen op Mars landen, moeten ze behoorlijk wat bagage meenemen en, zonder een dichte atmosfeer die voor wrijving zorgt , zal het erg moeilijk zijn om deze zwaardere lading te vertragen.

De manier waarop wrijving ervoor zorgt dat bewegende objecten langzaam bewegen, kun je in je dagelijks leven zien. Denk bijvoorbeeld aan een keer dat je zag hoe een bestuurder op de rem trapte om snel tot stilstand te komen. Bovendien gebruiken vliegtuigen – net als ruimtevaartuigen – de wrijving in de lucht om de snelheid te verlagen en veilig te landen.

De landingssituatie wordt verder gecompliceerd door andere factoren die de dichtheid van de atmosfeer van Mars beïnvloeden. Het seizoen, het weer, de breedtegraad en zelfs het tijdstip van de dag kunnen de dichtheid van de atmosfeer veranderen. Bijna 8 miljoen ton kooldioxide verlaat bijvoorbeeld de atmosfeer van Mars en komt in bepaalde seizoenen weer terug in de atmosfeer. Dat is vergelijkbaar met negen inch (23 centimeter) droogijs (vast kooldioxide) [bron:Encyclopaedia Brittanica]. Onderzoekers werken aan het modelleren van de atmosferische veranderingen op Mars, zodat de astronauten kunnen landen in een voldoende dicht gebied dat nog steeds voldoende zicht biedt. Planners overwegen of het aankomende ruimtevaartuig onmiddellijk naar de oppervlakte moet gaan (mogelijk gemakkelijker vanuit operationeel oogpunt), of in een baan om de aarde moet parkeren voordat het landt. Parkeren in een baan om de aarde geeft de astronauten meer flexibiliteit voor het geval er een stofstorm toeslaat, vergelijkbaar met wanneer vliegtuigen bij slecht weer rond de luchthaven cirkelen.

Nu we een aantal van de uitdagingen hebben bekeken waarmee missieplanners worden geconfronteerd, laten we eens kijken naar enkele van de mogelijke oplossingen die op de volgende pagina worden voorgesteld.

Toekomstig missieplan naar Mars

Deze modellen van het Orion-verkenningsvoertuig voor de bemanning (links) en Ares I en Ares V (rechts ) vertegenwoordigen het ruimtevaartuig dat binnenkort naar de maan zal reizen. Deze ruimtevaartuigen, of vergelijkbare ruimtevaartuigen, zouden later op weg kunnen zijn naar Mars. Matt Stroshane/Getty Images

Landen op Mars zal geen sinecure zijn, maar het is misschien ook niet zo lastig als eerst werd gedacht. Hoewel er nog steeds ideeën worden uitgewerkt, volgen hier enkele details van wat een toekomstig missieplan naar Mars zou kunnen inhouden.

Planners moeten beslissen of de landing in fasen moet plaatsvinden, door de lading afzonderlijk naar beneden te sturen, of allemaal tegelijk. Het landen van een grote massa zou waarschijnlijk kunnen worden bereikt, maar astronauten zouden beperkt kunnen zijn tot het landen op delen van de planeet met lage hoogten, en ze zouden misschien slechts een kleine hoeveelheid voorraden kunnen meenemen voor een kort bezoek van beperkte omvang.

Een idee dat door lucht- en ruimtevaartexpert Robert Zubrin naar voren is gebracht in zijn boek 'The Case for Mars' houdt in dat een vrachtdragend ruimtevaartuig vóór het habitatruimtevaartuig wordt gestuurd dat de menselijke bemanning bevat. Dit vrachtvoertuig zou voldoende voorraden kunnen leveren om de duur van het verblijf van de astronauten te verlengen en al van brandstof te voorzien en klaar te zijn voor de terugreis (hieronder besproken). De astronauten kunnen het ruimtevaartuig waarin ze oorspronkelijk zijn aangekomen achterlaten, om te beginnen met de ontwikkeling van een infrastructuur op Mars.

De sleutel tot het plan van Zubrin is dat de brandstof voor de terugreis op Mars wordt geproduceerd. De atmosfeer van Mars bevat (in tegenstelling tot die van de maan) een overvloed aan koolstofdioxide die van pas kan komen voor toekomstige astronauten. Bijvoorbeeld door ongeveer zes ton waterstof te mengen (Om deze reden zou een overschot aan waterstof aan boord kunnen worden gebracht) met koolstofdioxide zou een chemische processor voldoende methaan en zuurstof kunnen creëren om het voertuig voort te stuwen tijdens het opstijgen en de reis terug naar de aarde. Uit dezelfde basisbouwstenen zou de processor ook de zuurstof, het water en de brandstof kunnen genereren die onze astronauten nodig hebben tijdens een verlengd verblijf op Mars, evenals de vlucht naar huis, waardoor uitgaande vrachtruimte wordt bespaard.

Planners onderzoeken ook of ze een deel van het ruimtevaartuig in een baan om de aarde moeten laten, of alles naar de oppervlakte moeten brengen. Maar weten dat het ruimtevaartuig (wat overblijft van het origineel dat van de aarde is gelanceerd) op Mars kan landen, is een belangrijke factor in het ontwerp van het missieplan. Dat resterende deel wordt soms het Earth return-voertuig genoemd (ERV ), en het is wat astronauten zouden gebruiken om uiteindelijk terug naar de aarde te reizen. Het kunnen landen van de hele ERV - in tegenstelling tot alleen een lander - zou langere bezoeken mogelijk kunnen maken en complicaties kunnen voorkomen die verband houden met complexe orbitale manoeuvres [bron:Zubrin]. Maar over dit soort technische beslissingen wordt nog steeds gedebatteerd.

Het lijkt erop dat we klaar zijn om naar de oppervlakte af te dalen, dus laten we eens nader bekijken waar we in zitten. Momenteel is een ruimtevaartuig op weg naar Mars gepland om op het oude Apollo-programma te lijken – in de trant van het nieuwe Constellatieprogramma, dat bedoeld is om mensen terug naar de maan te brengen.

De ERV (of welk deel van het ruimtevaartuig dan ook zal landen) zal er waarschijnlijk een beetje uitzien als een kauwgomdruppel. Een grote, schotelvormige aeroshell (of hitteschild ) zal helpen de hoeveelheid wrijving te vergroten die ontstaat wanneer het ruimtevaartuig de atmosfeer binnendringt, waardoor het wordt vertraagd [bron:Zubrin].

Een waarschijnlijk scenario is dat nadat het ruimtevaartuig een eerste passage door de atmosfeer heeft gemaakt om zijn snelheid te verminderen, het terugkeert naar een orbitale positie. Op het geselecteerde tijdstip wordt de aeroshell opnieuw gebruikt – mogelijk met een parachute – om de laatste passage door de atmosfeer naar het oppervlak van Mars te maken. Kleine stuwraketten kunnen vervolgens worden afgevuurd om een ​​soepele landing te garanderen. Lees voor meer informatie over landingsmanoeuvres Hoe Space Shuttles werken.

Nu we enkele van de onbekende aspecten rond een landing op Mars hebben onderzocht, gaan we de andere vragen over de missie bespreken.

De details van de landing op Mars

De uitgestrekte Valles Marineris is een gigantisch systeem van canyons op Mars en een van de vele oppervlaktekenmerken wetenschappers willen uit de eerste hand bestuderen. Stocktrek-afbeeldingen/onderwerpen/Getty-afbeeldingen

Bemande missies zijn nog ver weg, aangezien veel details van de landing op Mars moeten worden aangepakt. Het Amerikaanse plan is om in 2020 terug te keren naar de maan en daar uiteindelijk een permanente basis te bouwen. Schattingen over wanneer we die volgende stap en reis naar Mars zullen zetten, zijn voorlopig. Volgens het British National Space Centre is het doel een internationale gezamenlijke inspanning om tegen 2030 astronauten naar Mars te lanceren.

Het prijskaartje voor het sturen van mensen naar Mars zal sterk variëren, afhankelijk van het uiteindelijke ontwerp van het ruimtevaartuig en het missieplan. Door gebruik te maken van technologie die vergelijkbaar is met wat al is ontwikkeld, blijven de kosten beter beheersbaar. De Constellation-raketten zijn bijvoorbeeld gebaseerd op de Saturn Vs, waarbij gebruik wordt gemaakt van enkele ontwerpelementen van het Space Shuttle-programma. Een andere manier om geld te besparen is het gebruik van de atmosfeer van Mars om brandstof, zuurstof en water te genereren (zoals we op de vorige pagina hebben gelezen).

Er bestaat de mogelijkheid dat voorbereidende reizen mensen in de baan van Mars kunnen sturen zonder daadwerkelijk aan de oppervlakte te gaan zitten, hoewel velen in het veld beweren dat het zinloos is om te onderzoeken als je niet van dichtbij en persoonlijk kennis wilt maken met het oppervlak van de planeet. . Het is alsof je naar het strand rijdt en de hele middag vanuit je auto naar de oceaan kijkt. Dit zou echter kunnen helpen een aantal problemen bij ruimtereizen over lange afstanden op te lossen en ontdekkingsreizigers in staat stellen realtime rapporten te ontvangen van robots op het oppervlak van de planeet, zonder het risico en de kosten van een landing. Er zijn ook robotvoertuigen in de maak die met monsters van Mars kunnen terugkeren.

Helaas, zodra het stof rond het gelande ruimtevaartuig is neergedaald en astronauten die eerste ongelooflijke stappen op het oppervlak van Mars kunnen zetten, openen ze ook een heel nieuw blik wormen die wetenschappers moeten oplossen - vooral:hoe zullen de astronauten de harde en compromisloze oorlog overleven? Het klimaat op Mars, en hoe zullen ze hun tijd doorbrengen terwijl ze daar zijn? We bewaren deze vragen voor een andere dag.

Bezoek de links op de volgende pagina voor meer informatie over Mars en de toekomst van ruimteverkenning.

Besmetting voorkomen

Een andere overweging bij het landen op Mars is de mogelijkheid van kruisbesmetting tussen die planeet en de aarde. Het United Nations Office for Outer Space Affairs (UNOOSA) heeft hierover een verdrag opgesteld, dat door 98 landen is geratificeerd en door nog eens 27 landen is ondertekend. Het verdrag stelt dat landen zoveel mogelijk moeten voorkomen dat ze de aarde besmetten met buitenaards materiaal, vooral als een dergelijke besmetting blijvende schade of verandering van de omstandigheden op aarde zou veroorzaken. We moeten dit sentiment beantwoorden met onze eigen impact op andere hemellichamen. Critici betogen beide kanten:sommigen zeggen dat kruisbesmetting schadelijk kan zijn; anderen zeggen dat de kans dat leven op Mars problemen veroorzaakt op aarde totaal geen probleem is. Een gematigder argument is dat, hoewel zeer onwaarschijnlijk, er een kans bestaat dat microben op Mars een schadelijke invloed op de aarde kunnen hebben, bijvoorbeeld door te concurreren met bestaande organismen.

Marslanding:notitie van de auteur

Jessika Toothman, stafschrijver HowStuffWorks 2009

Het maakt me verdrietig dat in de tijd sinds ik dit artikel schreef, het Shuttle-programma is geëindigd en het Constellation-programma is geannuleerd. Publieke en private ruimteverkenning is een voortdurend veranderend veld van diverse internationale spelers, maar ik hoop dat anderen de mantel zullen kiezen om ons terug te brengen naar de maan en verder naar Mars.

Ik vond het geweldig om dit artikel te schrijven, en vooral het boek van Robert Zubrin te lezen. Veel mensen hebben manieren voorgesteld waarop we bemande interplanetaire missies kunnen uitvoeren, maar de strategie van Zubrin leek mij het meest elegant en praktisch. Zijn plan omvat het gebruik van de hulpbronnen van de Rode Planeet als brandstof voor een reeks bemande en onbemande missies om een ​​infrastructuur op te bouwen die ons in staat zou stellen onze hemelse buur echt uit de eerste hand te verkennen, terwijl tegelijkertijd een overtollige reserve zou worden gecreëerd voor het geval apparatuur of ruimtevaartuig defect zou raken. .

Bronnen

  • Aldridge, E.C. et al. "Een reis om te inspireren, innoveren en ontdekken." Verslag van de President's Commission on Implementation of United States Space Exploration Policy. 6/2004. (13 mei 2008) http://govinfo.library.unt.edu/moontomars/docs/M2MReportScreenFinal.pdf
  • Beel, Jim. "Ruimte voor beide? Menselijke versus robotachtige ruimtemissies." Wetenschappelijke Amerikaanse Science Talk-podcast. 18-07-2007. (13 mei 2008) http://www.sciam.com/podcast/episode.cfm?id=D9A7341D-E7F2-99DF-3D14CB5FAD1A7A66
  • Brits Nationaal Ruimtevaartcentrum. "Aurora:onderzoek naar de maan, Mars en verder." (13 mei 2008) http://www.bnsc.gov.uk/content.aspx?nid=5616
  • Christelijk, John et al. "Sizing van een toegangs-, fatsoenlijk en landingssysteem voor menselijke Mars-verkenning." Ruimte 2006-procedure. 2006. (13 mei 2008)
  • Connolly, John. "Overzicht van het Constellatieprogramma." Overzicht Constellation-programma. 10/2006. (13 mei 2008) http://www.nasa.gov/pdf/163092main_constellation_program_overview.pdf
  • "Constellatie:NASA's nieuwe ruimtevaartuig:Ares en Orion." (13 mei 2008) http://www.nasa.gov/mission_pages/constellation/ares/index.html
  • "Constellation-programma:Amerikaans ruimtevaartuig voor een nieuwe generatie ontdekkingsreizigers." (13 mei 2008) http://www.nasa.gov/pdf/166914main_FS_Orion508c.pdf
  • Landis, Geoffrey. "Teleoperatie vanuit een baan om Mars:een voorstel voor menselijke verkenning." Acta Astronautica. 1/2008. (13 mei 2008)
  • "Mars:extreme planeet." Het Jet Propulsion Laboratory van NASA. 22-3-2006. (13 mei 2008) http://marsprogram.jpl.nasa.gov/facts/
  • "Mars (planeet)." Encyclopedie Brittanica. (13 mei 2008) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/366330/Mars
  • "Mars Sample Return:de volgende stap in het verkennen van de Rode Planeet." Mars dagelijks. 3-7-2008. (13 mei 2008) http://www.marsdaily.com/reports/Mars_Sample_Return_The_Next_Step_In_Exploring_The_Red_Planet_999.html
  • McCulloch, Marie. "Menselijk leven op Mars?" FirstScience.com. 7-8-2007. (13 mei 2008) http://www.firstscience.com/home/articles/space/human-life-on-mars_34740.html
  • Moomaw, Bruce. "Mars valt de aarde binnen." Terra dagelijks. 4-6-2001. (13 mei 2008) http://www.spacedaily.com/news/life-01p1.html
  • Squyres, Steven W. "Mars." World Book Online Referentiecentrum. 2004. 13 mei 2008) http://www.worldbookonline.com/wb/article?id=ar346000
  • Bureau voor Ruimtezaken van de Verenigde Naties. "Verdrag inzake beginselen die de activiteiten van staten regelen bij de verkenning en het gebruik van de kosmische ruimte, inclusief de maan en andere hemellichamen." 1/2008. (13 mei 2008) http://www.unoosa.org/oosa/SpaceLaw/outerspt.html
  • Wells, Grant et al. "Toegangs-, afdalings- en landingsuitdagingen bij menselijke Mars-verkenning." Amerikaanse Astronautische Vereniging. 2/2006. (13 mei 2008) http://smartech.gatech.edu/bitstream/1853/14772/1/AAS_20GN%26C_2006-072.pdf
  • York, Stefanus. "Motorplaatsing voor bemande afdaling op Mars, rekening houdend met enkele motorstoringen." Massachusetts Institute of Technology. 25-08-2006. (13 mei 2008) http://dspace.mit.edu/handle/1721.1/37949
  • Zubrin, Robert. "De zaak voor Mars." Toetssteen. 1996. (13 mei 2008)

Marslanding:Cheatsheet

Dingen die je moet weten:

  • Reizen naar Mars zal een hele prestatie zijn, net als het verkennen van het oppervlak en naar huis terugkeren. Maar het plannen van hoe astronauten daadwerkelijk zullen landen, een ogenschijnlijk eenvoudige stap voor deze gedenkwaardige missie, zal op zichzelf een aantal uitdagingen met zich meebrengen.
  • Een dunne, variabele atmosfeer is een van de belangrijkste complicaties bij het landen op Mars. Het ruimtevaartuig met astronauten zou waarschijnlijk aanzienlijk zwaarder zijn dan de verschillende rovers die tot nu toe op het terrein van Mars zijn geland, dus het zal een probleem zijn om ze met succes te vertragen.
  • Er zijn veel verschillende configuraties van voertuigontwerpen, missieplannen en strategische tactieken besproken en besproken, maar vanaf 2011 is er nog niets definitief.
  • Een interessant idee is om onbemande vaartuigen opeenvolgend met bemande vaartuigen aan land te brengen, om te beginnen met het bouwen van een infrastructuur. Het eerste onbemande voertuig dat landt, zou overtollig waterstof gebruiken om chemische processen met de atmosfeer van Mars te stimuleren om brandstof, water en zuurstof te genereren waartoe de astronauten toegang hebben wanneer ze de volgende keer aankomen.
  • De tijdlijnen, deelnemers en kosten die gepaard gaan met het sturen van de mensheid naar Mars evolueren voortdurend.

Test nu je kennis met deze quizzen!

  • Spaced Out:Mars-quiz
  • De ultieme maanquiz
  • Spaced Out:Space Shuttle-quiz
  • De ultieme meteorietenquiz
  • Feit of fictie:stralingsziekte

Bekijk deze beeldgalerijen!

  • Astronautfoto's
  • Marslandingsfoto's
  • Raketfoto's
  • Nevelafbeeldingen
  • Komeetafbeeldingen




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. DNA versus RNA: wat zijn de overeenkomsten en verschillen? (met diagram)
  2. Noordelijke blootstelling:fossielen van een zuidelijke walvis voor het eerst gevonden in het noorden
  3. Is Rust Dust schadelijk?
  4. Nieuwe tool kan helpen de kwaliteit te behouden tijdens de kaasproductie
  5. Hoe maak ik een 7e-graads schoolproject van een virusmodel?
  6. Zwaarlijvige honden geholpen door effectieve gewichtsverliesproeven
  7. Bacteriën Levenscyclus
  8. Dierenartsen waarschuwen dat antivries giftig is voor huisdieren en mensen
  9. El Nino in de Stille Oceaan heeft invloed op dolfijnen in West-Australië

Wetenschap