Misja na Marsa. Czy ludziom uda się wylądować na Czerwonej Planecie?

Elon Musk chce lecieć na Marsa. Wypowiedział kiedyś słynne zdanie, że chce umrzeć na Marsie, ale nie z powodu uderzenia w jego powierzchnię. Technologia, która może zapobiec takiemu nieszczęściu, kluczowy test przeszła pewnej nocy w grudniu 2015 roku. Wtedy to rakieta Falcon 9 zbudowana przez SpaceX, firmę Muska, wystartowała z przylądka Canaveral na Florydzie, unosząc 11 satelitów telekomunikacyjnych. Po kilku minutach lotu buster, czyli silnik pomocniczy, oddzielił się od reszty rakiety, tak jak tysiące takich silników od zarania epoki kosmicznej. Normalnie zużyte bustery spalają się w atmosferze, a ich szczątki spadają do oceanu. Ale ten nie był zużyty. Zamiast zacząć spadać, odwrócił się i ponownie odpalił silniki, aby zwolnić i opaść w kontrolowany sposób na pobliskie lądowisko. Z ziemi wyglądało to jak film ze startu puszczany do tyłu.

W centrum kontroli startu na przylądku i w ośrodku kontroli misji SpaceX w kalifornijskim Hawthorne setki inżynierów wpatrywało się w monitory ukazujące kulę światła, która zbliżała się do ziemi. Na przylądku Musk wybiegł na zewnątrz, aby zobaczyć to bezpośrednio. Kilka sekund później rozległ się złowieszczy huk. Jeszcze nikomu nie udało się sprowadzić na ziemię tak dużego silnika pomocniczego. W czasie pierwszych prób podejmowanych przez SpaceX rakieta eksplodowała. Ale ten hałas okazał się tylko uderzeniem dźwiękowym przy przechodzeniu urządzenia przez atmosferę. Dotarł do uszu Muska w chwili, gdy buster lądował – łagodnie i bezpiecznie.

Osiągnięcie SpaceX było kamieniem milowym na drodze do zbudowania rakiet wielokrotnego użytku. Musk szacuje, że ta technologia może obniżyć koszty startów o 99 proc., dając jego firmie konkurencyjną przewagę w umieszczaniu na orbicie satelitów i transporcie zaopatrzenia na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Jak to ujął podczas telekonferencji prasowej tego wieczoru, pierwsze miękkie lądowanie silnika pomocniczego rakiety jest „decydującym krokiem na drodze ku możliwości założenia miasta na Marsie”.

Elon Musk nie chce po prostu wylądować na Marsie. On chce tam zbudować nową cywilizację, nim jakaś katastrofa, być może wywołana przez nas samych, wymaże ludzkość z powierzchni Ziemi. W Hawthorne obok biurka Muska wiszą na ścianie dwa obrazy Marsa – jeden przedstawia dzisiejszą spieczoną planetę, drugi błękitnego Marsa przeobrażonego na podobieństwo Ziemi przez inżynierów, pełnego mórz i rzek. Musk wyobraża sobie kolonizację Marsa za pomocą flotylli międzyplanetarnych Mayflowerów transportujących setki osadników, podobnie jak ów statek z XVII w., który przywiózł do Ameryki Północnej pierwszych kolonistów. Tyle tylko, że za koję na statku kosmicznym ci pielgrzymi musieliby wybulić po 500 tys. dolarów lub więcej.

Firma SpaceX, założona w 2002 r., nie wysłała dotąd w kosmos ani jednego człowieka, choć ma nadzieję zmienić, wożąc astronautów NASA na stację kosmiczną rakietą Falcon 9. Buduje też większą rakietę, Falcon Heavy, ale nawet ona nie będzie wystarczająco duża, żeby przetransportować ludzi na Marsa. Nic nie wskazuje też na to, żeby firma opracowała, a tym bardziej przetestowała, inne technologie niezbędne do tego, by ludzie mogli żyć i zachować zdrowie na Marsie bądź podczas długiej podróży na tę planetę. Co więcej, 1 września w czasie testów eksplodowała kolejna rakieta Space X. Mimo to Musk obwieścił, że jego firma ma zamiar wysłać na Marsa pierwszych astronautów w 2024 r.

– Czeka ich sława i tego typu sprawy – powiedział. – Ale w szerszym historycznym kontekście tak naprawdę liczy się możliwość wysłania tam dużej liczby ludzi, rzędu dziesiątek, może setek tysięcy osób, no i milionów ton ładunku.

Właśnie z tego względu, jego zdaniem, rakiety wielokrotnego użytku są tak ważne. Wylądowanie dużym statkiem na powierzchni tej planety, jest zdaniem tej agencji „przyszłościowym celem”, który uda się osiągnąć dopiero w następnej dekadzie. NASA nic nie mówi o miastach. Wygląda na to, że wszyscy są zgodni co do jednego: jeżeli ludzkość ma osiągnąć w kosmosie następny wielki cel, to jest nim Mars. Lecz najwyraźniej wizje jego osiągalności są sprzeczne.

John Grunsfeld, astronauta NASA, który trzy razy naprawiał Teleskop Kosmiczny Hubble’a, a wiosną tego roku przeszedł na emeryturę jako szef naukowy agencji, wspomina, że w roku 1992 mówiono mu, że należy do grupy astronautów, którzy pewnego dnia polecą na Marsa. W tym roku, po części dzięki sukcesowi książki i filmu Marsjanin, NASA otrzymała 18 300 zgłoszeń do swego następnego programu – w którym jest co najwyżej 14 miejsc. Grunsfeld nadal chce, by ludzie polecieli na Marsa, ale sugeruje, by nie mówić tym, którzy przejdą selekcję, że polecą na Marsa, bo nie ma na to szans. Będą wtedy mieli po 60–70 lat.

Poza projektowaniem własnej marsjańskiej rakiety NASA wkłada mnóstwo pracy w zapewnienie bezpieczeństwa jej pasażerom. Na przykład w marcu powrócili na Ziemię, po 340 dniach spędzonych na stacji kosmicznej, astronauta Scott Kelly i rosyjski kosmonauta Michaił Kornienko.

W ramach swojej misji pełnili funkcję królików doświadczalnych w badaniach nad tym, jak długie okresy w kosmosie (podróż na Marsa i z powrotem może potrwać prawie trzy lata) wpływają na ludzkie ciało i umysł. Kornienko wspomina, że gdy ich kapsuła Sojuz ponownie wpadła w atmosferę, trzęsła się jak samochód na kocich łbach. Obaj z Kellym ledwie byli w stanie oddychać – po roku w nieważkości ich płuca i mięśnie klatek piersiowych były słabe. A kiedy wylądowali na stepach Kazachstanu, prawie nie mogli chodzić.

Załoga naziemna przeniosła ich z kapsuły w obawie, że mogą się przewrócić i coś sobie złamać. Filmy często pokazują, jaką frajdą jest nieważkość. Wywiady z Kellym i Kornienką ze stacji kosmicznej odsłaniają drugą stronę tego medalu. Twarze astronautów są obrzmiałe, bo nie odpływa z nich płyn. Astronauci muszą przypinać się pasami do toalety ssącej i myć mokrymi ściereczkami. W trakcie znacznie dłuższej, bardziej niebezpiecznej podróży na Marsa oddziaływanie kosmosu na ludzki organizm może być wielkim problemem.

– Będą chorzy, gdy tam dotrą – mówi Jennifer Fogarty, wiceszefowa programu badań na ludziach w Centrum Kosmicznym Johnsona w Houston.

Kości marnieją w zerowej grawitacji – co miesiąc traci się 1 proc. masy kostnej. Energiczne ćwiczenia pomagają, ale sprzęt wykorzystywany na stacji kosmicznej waży zbyt dużo, by można go zabrać w misję marsjańską. Niektórzy astronauci na stacji doświadczyli też zaburzeń wzroku, zapewne dlatego, że płyn zbiera się w mózgu i naciska na gałki oczne. Koszmarny scenariusz wygląda więc tak, że astronauci lądujący na Marsie kiepsko widzą, mają kruche kości i natychmiast któryś z nich łamie sobie nogę. Teoretycznie zagrożenie można by zmniejszyć, budując statek wirujący wokół własnej osi, by siła odśrodkowa zastąpiła grawitację, ale inżynierowie NASA uważają to za nadmierne komplikowanie misji. Kolejnym zagrożeniem jest promieniowanie.

Astronauci na stacji kosmicznej są jeszcze chronieni przez ziemskie pole magnetyczne, które tam dociera. Lecz podczas podróży na Marsa byliby narażeni na radiację rozbłysków słonecznych i promienie kosmiczne. Zwłaszcza te drugie mogą uszkadzać DNA i komórki mózgowe – co oznacza, że po dotarciu na Marsa astronauci byliby nieco mniej bystrzy. Jedną z możliwości byłoby obudowanie modułu mieszkalnego grubą warstwą wody albo nawet gleby z posadzonymi w niej roślinami, co stanowiłoby częściową osłonę. Już samo zapewnienie astronautom wody zdatnej do picia i powietrza, którym da się oddychać, jest wyzwaniem.

Któregoś dnia w Centrum Kosmicznym Johnsona poznałem Kenny’ego Todda, szefa operacji integracyjnych dla stacji kosmicznej. Był późny poranek, ale Todd przebywał w swym biurze już od wielu godzin, nadzorując jeden z lotów transportowych. W głośniku na jego biurku słychać było skrzekliwą wymianę zdań między stacją i kontrolą misji, a my rozmawialiśmy między innymi o moczu.

Część wody na stacji kosmicznej jest odzyskiwana poprzez filtrowanie moczu i potu. Ale filtry, w których się to robi, mogą się zatykać wapniem z marniejących kości astronautów, a sama woda bywa zakażana przez drobnoustroje. Płuczki usuwające CO2 z powietrza też się psują, tak jak niemal każde inne urządzenie na stacji. Na niskiej orbicie okołoziemskiej nie jest to dramat – NASA może przysłać części zamienne. Statek lecący na Marsa miałby tylko te części, które by ze sobą zabrał. Cały system podtrzymywania życia musiałby być znacznie bardziej niezawodny niż obecnie, w zasadzie niezniszczalny. Todd nie nie krytykuje jednak marzycieli, którzy byliby gotowi wystartować choćby jutro.

– Od czegoś trzeba zacząć. W tym wypadku od marzeń – stwierdził. – I w którymś momencie marzenia się spełniają. Co oznacza, że wiele rzeczy trzeba zaplanować. Obejmuje to też bardziej skomplikowane sprawy, takie jak ludzka psychika.

– Misje bezzałogowe poszły nam tak dobrze, że uważamy, iż część sprzętową mamy opanowaną – mówi Fogarty. – Ale teraz zamierzamy dorzucić do tego zestawu jednostki obdarzone samoświadomością. Czy naprawdę zrozumieliśmy wszystkie zagrożenia, jakie to niesie, i czy mamy narzędzia, które pozwolą im sobie z nimi radzić? NASA pracuje nad tym problemem, prowadząc analogiczne misje na Ziemi. W Centrum Kosmicznym Johnsona odwiedziłem jedną z nich. W olbrzymim budynku bez okien wznosiła się trzypoziomowa kopulasta budowla również pozbawiona okien, pokryta dźwiękoszczelnym materiałem. W jej wnętrzu przebywało czterech ochotników. Każdy dał się zamknąć na miesiąc, odciąć fizycznie od zewnętrznego świata. 13 kamer pozwalało badaczom z „kontroli misji”, oddalonej o kilka metrów, obserwować każdy ich krok i sprawdzać, jak sobie radzą z izolacją. Symulacja ma swoje ograniczenia.

– Oczywiście nie możemy wyłączyć grawitacji – powiedziała Lisa Spence, szefowa projektu. Ci astronauci mogli się cieszyć prysznicem. Ale Spence z zespołem stara się stworzyć pozory rzeczywistości, na ile to tylko możliwe. Obserwując dwójkę ochotników w wirtualnych goglach, skulonych w zaciemnionej śluzie i przeżywających symulowany spacer kosmiczny, mówiliśmy stłumionymi głosami, żeby nas nie usłyszeli. Eksperci twierdzą, że do misji marsjańskiej konieczny jest szczególny rodzaj osobowości. To musi być ktoś, kto potrafi znosić izolację i nudę.

– Wybieramy bardzo zrównoważone osoby. Tym niemniej trzeba się liczyć z konfliktami – mówi Kim Binsted z Uniwersytetu Hawajskiego w Manoa kierująca innymi misjami symulacyjnymi finansowanymi przez NASA. W ramach najnowszej z nich sześcioro ochotników zamknięto w udawanym środowisku marsjańskim na zboczu wulkanu. Mogli wychodzić na zewnątrz tylko po założeniu kombinezonów kosmicznych.

Jednak żaden eksperyment na Ziemi nie może w pełni symulować odczuć, jakie pojawią się po zamknięciu w puszce oddalonej o miliony kilometrów. William Gerstenmaier, szef lotów załogowych NASA, zauważył coś w zachowaniu astronautów na stacji kosmicznej.

– Przesyłają mnóstwo zdjęć miast rodzinnych – powiedział mi. – Fotografują stadiony swych college’ów. Wciąż odczuwają silne związki z Ziemią. Kornienko z pewnością je odczuwał.

– To nawet nie jest nostalgia, rozumiesz? To nie jest podróż w interesach do innego miasta, kiedy tęsknisz za swoim domem, rodziną – powiedział wkrótce po powrocie z rocznej misji na orbicie. – Chodzi o to, że tęsknisz za Ziemią jako całością. To zupełnie inny rodzaj emocji. Brakuje ci zieleni, brakuje ci lasu, lata, zimy, śniegu.

Sześć miesięcy po tym, jak SpaceX tryumfalnie osadził na ziemi silnik pomocniczy, NASA przeprowadziła własną próbę rakietową w górach na północy stanu Utah. Był to „test naziemny” bustera na paliwo stałe, który będzie integralną częścią Systemu Startu Kosmicznego (Space Launch System), jak beznamiętnie nazwano rakietę NASA, która pewnego dnia zabierze ludzi w daleki kosmos. Tysiące osób zebrało się w odległości 2 km, patrząc uważnie w dal poprzez czyste pustynne powietrze i słuchając, jak spiker prowadzi odliczanie. Gdy doszedł do zera, silnik, leżący na boku i przyśrubowany do ziemi gwałtownie odpalił. Spiker przypomniał wszystkim, że to, co widzą, jest częścią „Podróży na Marsa”, programu NASA. Struga ognia płonęła z hukiem przez ponad dwie minuty, w niebo wzbijał się ogromny słup dymu, a widzowie wiwatowali.

– Jakiż absolutnie zadziwiający dzień mamy dzisiaj – powiedział później Gerstenmaier na konferencji prasowej. Test był rzeczywiście spektakularny. Na tyle, na ile mógł, zważywszy, że rakieta tak naprawdę nie poleciała.

Jesteśmy bliżsi niż dotąd wysłania amerykańskich astronautów na Marsa. Bliżsi, niż ktokolwiek i kiedykolwiek – napisała na blogu Dava Newman, zastępczyni administratora NASA. Niektórzy krytycy Agencji są odmiennego zdania. Z pewnością nie uważałby tak Wernher von Braun, twórca księżycowej rakiety Saturn V. W 1969 r., na fali euforii po lądowaniu na Księżycu, von Braun przedstawił prezydentowi Richardowi Nixonowi plan wysłania człowieka na Marsa w roku 1982. Zamiast tego Nixon zlecił NASA budowę promu kosmicznego. Od tamtej pory wielkie plany przełamania niskiej orbity okołoziemskiej pojawiały się i znikały.

Gerstenmaier, który pracuje w NASA od dekad, przeżywał strategiczne zwroty narzucane przez polityków. Mówiono mu, żeby ponownie wysłał astronautów na Księżyc, potem na asteroidę, potem zlecono, żeby przechwycił asteroidę, aby astronauci mogli ją odwiedzić na orbicie księżycowej. Gerst, jak go nazywają, pozostaje niewzruszony. Jest powściągliwym inżynierem, w pewnym sensie odwrotnością Muska. Chciałby polecieć na Marsa powoli, metodycznie.

– Twierdzenie, że NASA ma strategię wyprawy na Marsa, jest deprecjonowaniem słowa „strategia” – mówi Robert Zubrin, założyciel Towarzystwa Marsjańskiego, które uważa kolonizację Marsa za „największą sprawę naszego pokolenia”. Michael Griffin, administrator NASA za rządów prezydenta George’a W. Busha, jest zdania, że misja marsjańska byłaby trudna, ale nie trudniejsza niż Projekt Manhattan albo program Apollo:

– Pod względem wymaganej technologii mniej nas dziś dzieli od Marsa niż dzieliło od Księżyca, kiedy prezydent Kennedy wytyczał ten cel w 1961 r. Jesteśmy tego znacznie bliżsi. Natomiast jeśli chodzi o pokrycie kosztów podróży na Marsa, nie jesteśmy bliżsi – to właśnie wydatki położyły kres wspaniałym planom z przeszłości. W przeliczeniu na dzisiejsze dolary misje Apollo kosztowały jakieś 140 mld.

Eksperci zakładają, że realna wyprawa na Marsa musiałaby kosztować co najmniej tyle samo; rozbudowany plan, przedstawiony za prezydentury George’a H.W. Busha, wspominał o kwocie 450 mld dolarów. Ale roczny budżet NASA na wszystkie loty załogowe to około 9 mld dolarów.

Aby dostać się na Marsa przed rokiem 2040, potrzeba byłoby znacznie więcej pieniędzy i prezydenta zaangażowanego tak jak Kennedy. Podczas wyścigu kosmicznego ze Związkiem Radzieckim NASA dostawała ponad 4 proc. budżetu federalnego, teraz dostaje z grubsza 0,5 proc. Gdyby doszło do prawdziwego „wyścigu marsjańskiego”, np. z Chinami, mogłoby być lepiej, ale nie wygląda na to, żeby Chińczykom się tam śpieszyło. Kwestia tego, czy i kiedy polecimy na Marsa, nie ogranicza się do technologii i pieniędzy.

Dotyczy także tego, co uważamy za możliwe do zaakceptowania ryzyko. Zwolennicy wczesnego lądowania twierdzą, że NASA za bardzo boi się zagrożeń, że prawdziwi odkrywcy akceptują możliwość porażki lub śmierci. NASA mogłaby wysłać ludzi na Marsa znacznie wcześniej, gdyby nie martwiła się tak bardzo o to, czy zdołają wrócić. Pod koniec konferencji prasowej Gerstenmaiera w Utah wstał miejscowy reporter. Powiedział, że ma 49 lat i chce wiedzieć jedno: Czy dożyje czasów, gdy człowiek wyląduje na Marsie.

– Tak – odpowiedział Gerstenmaier. A potem zaczął wyjaśniać, dlaczego to potrwa do lat 40. obecnego stulecia. Powiedział, że NASA musi rozpocząć swój powrót do dalekiego kosmosu od misji w „tereny doświadczalne”, co oznacza okolice Księżyca i inne pobliskie punkty. W latach 30. powinno to doprowadzić do umieszczenia astronautów na orbicie wokół Marsa.

– Gdy patrzę na wyzwania związane ze sprowadzeniem załogi na powierzchnię, złożoność tego, co próbujemy osiągnąć, rośnie o rząd wielkości – powiedział mi Gerstenmaier nieco wcześniej. – I właśnie dlatego nie myślę o roku 2030.

Ale właśnie tu może pomóc SpaceX. Mars jest znacznie trudniejszym miejscem do lądowania niż Księżyc. Ma silniejszą grawitację, a jego atmosfera jest wystarczająco gęsta, by wywołać przegrzewanie. Wiele bezzałogowych próbników rozbiło się na Marsie. NASA zdołała tam posadzić jednotonowy łazik Curiosity, ale statek na tyle duży, by przewieźć ludzi z zaopatrzeniem, musiałby mieć wielkość domu i ważyć co najmniej 20 ton. Spadochron by się nie sprawdził – miałby rozmiary stadionu i nie zdążyłby się otworzyć. Obecnie najbardziej obiecująca jest technologia opracowywana przez SpaceX – naddźwiękowy napęd wsteczny. Kiedy silnik rakiety Falcon 9 opada przez rzadkie górne warstwy atmosfery ziemskiej, warunki są podobne do tych na Marsie. Grudniowy sukces na przylądku Canaveral i późniejsze lądowania na statku zakotwiczonym przy brzegu sprawiają, że wielu uważa, iż wysłanie dziś ludzi na Marsa jest wykonalne.

W Centrum Kosmicznym Kennedy’ego SpaceX wydzierżawiła platformę startową 39A, z której astronauci Apollo 11 wyruszyli na Księżyc. Ta firma jest młoda, prężna i odważna, jak ówczesna NASA. Agencja stała się powolna, biurokratyczna i ostrożna. Lecz te dwie organizacje nie konkurują ze sobą, nie prowadzą wyścigu. Są partnerami. SpaceX już teraz dostarcza zapasy na stację kosmiczną w kapsule Dragon wynoszonej przez rakietę Falcon 9. W kwietniu Musk oświadczył, że SpaceX chce wysłać na Marsa kapsułę Dragon bez załogi już w 2018 r. Aby tego dokonać, będzie potrzebował technicznego wsparcia NASA, zwłaszcza jej ogromnych anten radiowych.

Aby wysłać na Marsa ludzi, firma Muska będzie musiała uzyskać znacznie większą pomoc – te bilety po 500 tys. dolarów nie wystarczą. No i niezbędna będzie specjalistyczna wiedza NASA, by utrzymać podróżników przy życiu. Z drugiej strony rakiety, kapsuły i entuzjazm SpaceX mogą przynieść korzyści Agencji. Jeśli w ogóle do tego dojdzie, obie organizacje zapewne wyślą ludzi na Marsa wspólnie. Co będą robić, gdy tam dotrą? Łatwiej wyobrazić sobie kilku badaczy spędzających rok w małej stacji niż tysiące ludzi emigrujących do metropolii na Czerwonej Planecie.

– Osobom, które myślą, że chcą żyć na Marsie, zalecałbym rok spędzony w stacji na biegunie – mówi Chris McKay, specjalista od Marsa, który pracował na Antarktydzie. Jego zdaniem sugestia, że ludzie mogą znaleźć schronienie na Marsie, gdy narobią bałaganu na Ziemi, jest: – …etycznymi technicznym absurdem. Musimy uznać, iż porażka naszej planety nie wchodzi w grę.

Michaił Kornienko zaleca długi pobyt na stacji kosmicznej jako metodę selekcjonowania entuzjastów, którym się wydaje, że chcą odbyć podróż w jedną stronę na Marsa. Krótko po powrocie z kosmosu, w tym roku, wspominał chwilę, gdy załoga naziemna otworzyła właz kapsuły Sojuz.

– Stepowe powietrze wpływa do kabiny po tym całym gwałtownym opadaniu i zaczynasz rozumieć, że jest już po wszystkim. Nie możesz się nacieszyć tym powietrzem. Mógłbyś je kroić nożem i rozsmarowywać na chlebie.

Źródło: NationalGeographic.com: Mars: Inside the High-Risk, High-Stakes Race to the Red Planet