Istraživanje Marsa

Nedavno uspešno poletanje rakete Falcon Heavy najavljuje novo poglavlje u istraživanju svemira koje podrazumeva i slanje ljudskih posada na Mars

Svako ko prati istraživanje svemira zna da je glavna kočnica ispunjenja fantazija autora naučne fantastike sa sredine prošlog veka visoka cena lansiranja ljudi i materijala u orbitu. Sve dosadašnje misije podrazumevale su pažljivo proračunavanje težine i dimenzija sondi i rovera, odnosno balansiranje između mogućnosti i specifikacija svake pojedine komponente sondi, sa jedne strane, i njihove mase i veličine sa druge. Ta praksa maksimalne ekonomičnosti prilikom lansiranja svakako neće biti uskoro napuštena, ali nešto će se ipak promeniti – u orbitu će se slati mnogo, mnogo više tereta.

Pristupačnost

Spejs-šatl trebalo je da bude prvi značajan korak u smanjivanju cene slanja materijala u orbitu jer se nije radilo o lansirnom sistemu za jednokratnu upotrebu. Ipak, svako poletanje šatla pratila je cena veća od 500 miliona dolara. Tom prilikom bi se u orbitu podiglo oko 23 tone tereta, što znači da je lansiranje jednog kilograma tereta koštalo nešto više od 22 hiljade dolara. Do danas, upravo pod izgovorom visokih troškova, NASA je napustila praksu samostalnog organizovanja lansiranja zaliha za međunarodnu svemirsku stanicu (ISS), već za to angažuju privatne kompanije. Firma Orbital Sciences isporučuje kilogram tereta u orbitu po ceni od oko 85.000 dolara. Sa druge strane, najveće pomake na polju uštede pri lansiranju postigla je kompanija Ilona Maska, naširoko popularizovani SpaceX, koji je tokom poslednjih nekoliko godina spustio svoje troškove lansiranja kilograma tereta sa 54 na 18 hiljada dolara. Nedavno obavljeno test-lansiranje rakete Falcon Heavy najavilo je dramatičnu promenu u redu veličine troškova slanja materijala u svemir jer, zahvaljujući ekonomičnosti ove rakete, sada možemo da podignemo kilogram tereta u orbitu za samo 2000 dolara. Razlog za ovako znatno smanjenje troškova je mogućnost da se najskuplji delovi lansirnih sistema – oni sa moćnim motorima koji savladavaju snagu Zemljine gravitacije – koriste ponovo.

Ovo pojeftinjenje ima višestruke pogodnosti. Na prvom mestu je mogućnost da se veći broj manjih istraživačkih timova uključi u svemirska istraživanja, jer će sada slanje sondi u orbitu biti pristupačno i onima sa veoma malim budžetom. Sa druge strane medalje su misije, koje su bile preskupe čak i za organizacije koje raspolažu sa najviše sredstava i ambicija. Za njih su sada projekti sa slanjem više stotina tona tereta i velikih ljudskih posada ne samo teoretski mogući, nego i praktično izvodivi. U svetlu uspešnog lansiranja rakete Falcon Heavy u žižu pažnje vratile su se izjave predstavnika brojnih svemirskih agencija, država i kompanija koji su tokom poslednjih nekoliko godina najavljivali različite programe u okvirima kojih bi se na Mars slale i ljudske posade.

SpaceX

Ilon Mask ne taji svoju želju da čovečanstvo pretvori u multiplanetarnu vrstu. Ta kvalifikacija podrazumeva postojanje trajnih naselja na dve planete, čije će populacije biti efektivno nezavisne. Dok se tokom decenija najviše očekivalo od raznih državnih agencija, od svih javno objavljenih planova za slanje ljudi na Mars upravo je plan Ilona Maska taj koji je najbliže realizaciji.

U korenu ovog plana koji će, naravno, u stvarnost sprovesti Maskova kompanija SpaceX, nalazi se letelica poznata kao BFR (Big Falcon Rocket). U pitanju je sistem koji će biti naslednik aktuelnog Falcon Heavy i koji je razvijen smanjivanjem planirane rakete iz programa ITS (Interplanetary Transport System). Dok Heavy u nisku Zemljinu orbitu (do 2000 km iznad nivoa mora) podiže impresivnih 63,8 tona tereta, odnosno 26,7 tona u visoku orbitu (35.000-42.000 km), BFR je dizajniran tako da do Marsa odnese 150 tona tereta i da sa Marsa na Zemlju vrati 50 tona materijala. Ova raketa teška 4400 tona visoka je 106 metara, ima prečnik od devet metara i sastoji se od dve osnovne komponente. BFR Booster je prvi stadijum rakete za višekratnu upotrebu koji se, nakon odvajanja od drugog stadijuma, poput bustera na raketama Falcon 9 i Falcon Heavy vraća autonomno na Zemljinu površinu. Dužina bustera je 58 metara i sastoji se od 31 mlaznog motora tipa Raptor, koji stvaraju ukupni potisak od 52700 kilonjutna, što je više od legendarne rakete Saturn V. Drugi stadijum BFR postoji u dve varijante, BFR Tanker je sistem za transport dodatnog goriva kojim bi se snabdevali brodovi u orbiti, dok je BFR Spaceship letelica koja transportuje ljude ili zalihe do Marsa ili drugog dalekog odredišta. Drugi stadijum opremljen je sa šest motora, ukupnog potiska 3600 kilonjutna i nosi oko 1100 tona goriva. Zapravo, pre svakog putovanja ka Marsu BFR Spaceship će morati da se sastane sa BFR Tankerom da dopuni gorivo na punih 1100 tona.

Samo putovanje do Marsa aktuelnom generacijom motora trajalo bi, u idealnom slučaju, oko sedam meseci, kao što je bio slučaj sa većinom dosadašnjih istraživačkih sondi. Da bi let bio idealan, poletanje se ne obavlja u bilo kom trenutku, već postoje specijalni prozori za lansiranje koji uzimaju u obzir sinhronizaciju orbita Zemlje i Marsa i dešavaju se na svakih dvadeset šest meseci. Prema planu koji SpaceX trenutno prati, prvo testiranje BFR-a trebalo bi da se obavi 2019. godine, kako bi u leto 2022. godine dva BFR Spaceshipa (u kargo varijanti) krenula ka Marsu, a sletele na njega u proleće 2023. godine. U ranu jesen 2024. godine, sa Zemlje bi krenule još četiri letelice, dve sa po 100 članova posade i još dve kargo varijante. Ta četiri broda sleteće na Mars sredinom 2025. godine.

Primarni cilj ovih šest letova jeste da se na površini Marsa uspostavi postrojenje za pravljenje goriva neophodnog za povratni put BFR Spaceshipova ka Zemlji. Zbog toga što je gravitacija Marsa tri puta slabija od Zemljine, nije potreban buster stepen da bi se napustila površina Crvene planete, ali je ipak neophodno dosta metana i kiseonika za gorivo za povratni put. Tokom Maskove prezentacije ovog programa, prošle godine prikazivani su slajdovi pravog malog industrijskog grada koji bi trebalo postepeno da raste na površini Marsa oko zona za sletanje SpaceXovih interplanetarnih brodova.

Veliko pitanje i dalje ostaje da li je dvesta ljudi i oko devetsto tona materijala dovoljno da se za nešto više od dve godine podignu i pokrenu ozbiljna industrijska postrojenja neophodna da bi se ispoštovao planirani vremenski rok (kako bi se iskoristio odgovarajući povratni tranzitni prozor između Marsa i Zemlje). Ova postrojenja obuhvataju rudnike u kojima bi se prvenstveno vadio led (voda) koji je zarobljen ispod površine Marsa. Zatim su potrebni kolektori atmosferskog ugljen-dioksida i, na kraju, hemijska postrojenja, gde bi se od vode i ugljen-dioksida pravili molekularni kiseonik i metan koji bi se skladištili pod pritiskom, u tečnoj formi, sve do trenutka kada su potrebni da se iskoriste kao gorivo u letelicama koje kreću put Zemlje. Stav ljudi iz SpaceXa je da ispunjenje tog plana neće predstavljati problem, jer su osnova za sva ova postrojenja potpuno funkcionalni moduli koji će biti već napravljeni na Zemlji i transportovani kargo BFR Spaceshipovima, pa će za njihovo puštanje u pogon biti potrebno samo postavljanje i povezivanje. Sem toga, tokom dve godine između sletanja prva dva broda sa zalihama i onih kasnijih, sa ljudima, površina Marsa neće biti mirna, već će mala armija robota i dronova započeti pripremu terena, što automatizovano, što uz pomoć navođenja sa Zemlje.

Mask i njegovi saradnici ne planiraju da na Marsu razviju sve grane industrije neophodne za uspešan razvoj dugoročne kolonije. Njihov plan je samo postavljanje osnovne infrastrukture za preživljavanje ljudi i proizvodnju goriva. Sve ostalo trebalo bi da bude razvijeno u saradnji sa ostalim zainteresovanim stranama koje takođe planiraju da se zapute ka Marsu.

Nova Oklahoma

Slično doseljenicima tokom juriša na „slobodnu zemlju” u Oklahomi krajem devetnaestog veka, brojne agencije i kompanije rade na tome da obezbede svoje parče Marsa pre nego što to uradi neko drugi. Najviše se zna, kao i obično, o misijama koje planira NASA. Petog maja ove godine ka Marsu će se uputiti sonda InSight sa stacionarnim lenderom koji će obavljati seizmološka merenja i geološke analize, kao i istraživanje toplotnog transfera kroz slojeve marsovskog tla. Ovo je jedina misija ka Crvenoj planeti koja će iskoristiti ovogodišnji tranzitni prozor, ali za dve godine situacija će biti mnogo interesantnija jer je tada na programu čak pet misija, svaka pod pokroviteljstvom druge agencije. Ove misije možda ne deluju ambiciozno kao Maskov plan i više su u skladu sa dosadašnjim istraživanjem Marsa (SK 3/2004, SK 11/2011), ali su i dalje veoma bitne.

Iza naziva Mars 2020 krije se NASA projekat, koji još uvek nema zvanični naziv misije, niti rovera koji će u njenom okviru biti spušten na Crvenu planetu. Radi smanjivanja troškova misije, inženjeri u NASA su se maksimalno oslonili na projekat Curiosity. Tako će se ponovo koristiti identičan sistem sletanja na površinu, a sam Mars 2020 rover zapravo je tek evolutivni pomak u odnosu na Curiosity rover, sa identičnom šasijom i radioizotopskim reaktorom kao izvorom napajanja. Sem naprednijih točkova i novog sistema za navođenje koji će se pobrinuti za brže kretanje rovera, bitnije razlike biće „ispod” haube, jer su merni instrumenti koje će nositi novi rover prilagođeni novim saznanjima na polju otkrivanja tragova života u mineralizovanim naslagama. Verovatno najinteresantniji dodatak biće mali helikopterski dron od jednog kilograma koji će moći da se odvoji od rovera i za tri minuta preleti šest stotina metara u roverovom okruženju kako bi se na osnovu tih podataka pravio plan kretanja rovera za sledeći dan. Planovi budućih NASA misija prate postepenu progresiju u pravcu Marsa tokom sledeće dve decenije. To za sada podrazumeva razvoj nove rakete SLS (Space Launch System) kao i postavljanje stanice u orbitu Marsa (Mars Transit Habitat).

ESA i Roskosmos će lansirati u pravcu Marsa rover ExoMars, takođe 2020. godine. Cilj ove misije su još jednom tragovi potencijalnog života na Marsu. Sam rover težak je „samo” 310 kilograma, za napajanje koristi kombinaciju solarnih ćelija i litijum-jonskih baterija, dok će se radioizotopi koristiti za zagrevanje aparature. Ovaj rover sadrži čak devet spektrometara različite namene i osetljivost, među kojima je glavni MOMA, analizator koji ciljano traži organske molekule. Značajni uređaji su i radar za dubinsko skeniranje tla do tri metra i bušilica koja može da izvadi uzorke sa do dva metra dubine. Pošto se NASA rover Spirit 2009. godine trajno zaglavio u mekanom pesku, ESA planira da uz ExoMars pošalje i manji izviđački rover mase do petnaest kilograma koji bi mogao da po potrebi ispituje sumnjivi teren ispred svog „većeg brata”. ESA za sada nema zvanične planove za slanje ljudi na Mars. Predstavnici Roskosmosa su do nedavno navodili da bi mogli da pošalju ljude na Mars 2040. godine, da bi početkom marta ove godine (istina, u okviru predizborne kampanje) počeli da se pominju odlasci i na Mars i na Mesec, i to pre kraja sledeće decenije.

Kineska narodna svemirska administracija (CNSA) planira da 2020. godine nadoknadi decenije kaskanja za konkurencijom u istraživanju Marsa tako što će konačno postaviti orbiter iznad Crvene planete (Yinghuo-1 nije uspešno lansiran u okviru ruske misije Fobos-Grunt), ali i da na planetu spusti i lender i mini-rover. Primarna funkcija ove misije je testiranje tehnologija neophodnih za mnogo ozbiljniju misiju koja se planira za 2030. godinu i u okviru koje bi uzorci sa Marsa trebalo da se lansiraju nazad ka Zemlji. CNSA trenutno planira da pošalje ljudsku posadu ka Marsu oko 2035. godine.

Ujedinjeni Arapski Emirati takođe spremaju misiju ka Marsu 2020. godine. Svemirski centar Muhamed bin Rašid će u okviru misije Al-Amal (arapski – Nada) u orbitu Marsa postaviti sondu čiji cilj je proučavanje atmosfere i klimatskih promena na Crvenoj planeti. Svi podaci prikupljeni ovim orbiterom biće stavljeni na raspolaganje univerzitetima i istraživačkim ustanovama širom sveta.

Japanska svemirska agencija JAXA otkazala je orbiter MELOS, ali deo ovog projekta i dalje živi kao Mars Terahertz Microsatelite. Ova relativno mala sonda sa terahercnim senzorom za merenje odnosa izotopa kiseonika u marsovskoj atmosferi trebalo bi da do Crvene planete stigne zajedno sa nekim od pomenutih projekata drugih agencija.

Za 2022. godinu planirani su indijski orbiter Mangalyaan 2, NASA 2022 Orbiter i prva misija atipičnog programa korporacije Mars One, koja će testirati sistem za sletanje na planetu. Mars One je organizacija koja već sedam godina radi na slanju grupe ljudi na Mars u jednom pravcu, bez plana da ih ikada vrati nazad na Zemlju. Mala grupa ljudi u Mars One koloniji bi redovno dokumentovala svoje aktivnosti koje bi ova korporacija emitovala kao rijaliti TV šou. Pošto se oslanja na angažovanje spoljašnjih stručnjaka, kompanija Mars One neprestano pomera planove, rokove i program lansiranja svojih misija. Prema trenutnom planu, do 2030. godine bi do Marsa trebalo da stigne bar tri rovera i komponente za sklapanje prvih šest jedinica za sklonište budućih kolonista. Do 2040. godine ova kolonija bi trebalo da broji četrdesetoro ljudi. Interesantno, direktor Mars One navodi da će za transport svog materijala i osoblja do Marsa koristiti usluge kompanije SpaceX, čiji predstavnici pak tvrde na nemaju nikakav ugovor sa kompanijom Mars One. Naravno, kako godine prolaze pojaviće se sve više alternativa SpaceXu. Tako, recimo, kompanija Blue Origin razvija raketu New Glenn, koja bi trebalo da stupi u funkciju do 2020. godine. U pitanju je koncept veoma sličan BFR-u, sa prvim stepenom rakete koji može da se koristi više puta, samo malo manjih dimenzija i nosivosti (do 45 tona), ali i varijantom sa tri stepena i većom nosivosti.

Groznica

Dok su naučnici svakako presrećni zbog toga što će uskoro krenuti novi kvantni skok u izučavanju našeg sistema i svemira uopšte, ostaje činjenica da je tokom poslednjih nekoliko decenija najveća kočnica u istraživanju bio novac. Samim tim, pošto je na čelu ovog novog talasa svemirske ekspanzije jedna komercijalna kompanija, logično je pitanje šta je konačni cilj kolonizacije Marsa. Sam Ilon Mask kao objašnjenje nudi divan osećaj spoznaje da je čovečanstvo postalo multiplanetarna vrsta (i, zaista, njegov plan je da se tokom sledećih pet decenija populacija ljudi na Marsu popne iznad jednog miliona). Malo pragmatičniji pogled na stvari ipak nam govori nešto drugo, a to je da Mars predstavlja idealnu odskočnu dasku za najunosniji posao u skorijoj budućnosti – rudarenje u asteroidnom pojasu.

Zašto bi se iko upuštao u skup i opasan posao rudarenja u kosmičkim prostranstvima između Marsa i Jupitera? Na prvom mestu je, naravno, ponovo novac. Pojeftinjenje slanja materijala u svemir prati poskupljenje konvencionalnog rudarenja na Zemlji, pa ako je potencijalna nagrada u novim resursima visoka, oni koji imaju tehnološke mogućnosti mogu da ostvare astronomski profit. Druga bitna stavka kombinuje osnovna načela rudarstva na Zemlji i prirodu samog asteroidnog pojasa. Naime, naša planeta jeste ogromna, ali se efektivno rudari samo u prvih nekoliko kilometara Zemljine kore. Najdublji rudnici na planeti (rudnici zlata u Južnoafričkoj Republici) dostižu i do četiri kilometra. Što je rudnik dublji, to su okolne stene vrelije i uslovi za rad teži, pa čak i sa najboljim sistemima za hlađenje vazduha na dubinama većim od četiri kilometra temperatura se penje iznad četrdeset stepeni. Zbog toga, i pored impresivne veličine naše planete, relativno nizak procenat njene mase može da se rudarski iskoristi. Zapravo, iz asteroida prečnika samo 200 kilometara može da se izvadi više rude nego iz cele Zemlje, čiji prečnik je 12.700 kilometara. Zato, iako je tokom milijardi godina najveći deo asteroida iz pojasa završio na okolnim planetama, satelitima ili Suncu i sada sadrži materijal koji odgovara tek četiri odsto mase Meseca, i dalje se radi o hiljadama puta većoj masi od one koja može da se dobije rudarenjem na Zemlji.

Takođe, treba uzeti u obzir i sastav samih asteroida u pojasu. Aktuelna teorija o razvoju Sunčevog sistema navodi da je asteroidni pojas nastao sudaranjem i posledičnim raspršivanjem protoplaneta (objekti veličine 100 do 1000 km nastali sakupljanjem prašine iz planetarne magline) koje nisu uspele da formiraju planetu. Iako se u pojasu nalaze samo krhotine, sam proces formiranja protoplaneta bio je dovoljan za tipično razdvajanje elemenata koje se dešava unutar planeta – teži padaju bliže centru, dok lakši ostaju bliže površini. To znači da, kada se ovakvi objekti rasprše na više manjih, oni nastali od njihovog centra imaju visok procenat teških elemenata, kao što su gvožđe ili zlato. Dok su ovi metali svakako vredni, još vredniji su oni koji su posebno oskudni na Zemlji, a nezamenjivi su u hemijskoj i tehničkoj industriji – to su elementi kao što su platina, paladijum ili iridijum. Trenutno se procenjuje da bi troškovi misije za hvatanje jednog asteroida srednje veličine i njegovog transporta do Marsa ili Meseca, gde bi bio potpuno eksploatisan, iznosili oko dvadeset pet milijardi dolara, ali ako bi takav asteroid bio bogat elementima kao što su iridijum i platina, taj uloženi novac bi se isplatio nekoliko stotina puta. Sem toga, tokom prerađivanja ovakvog asteroida, materijali kao gvožđe, nikl ili silicijum (efektivno čelik i staklo), koji nisu potrebni u dodatnim količinama modernoj industriji na Zemlji, bili bi i te kako korisni u svemiru. Iako cena lansiranja materijala sa Zemlje u orbitu neprestano opada, mnogo je ekonomičnije naći materijal u svemiru i tamo ga obraditi i iskoristiti za izgradnju željenih postrojenja u orbiti ili na Mesecu. Jednostavan primer je teleskop Habl sa ogledalom prečnika od samo 2,6 metara, jer veće nije moglo da stane u šatl kojim je lansiran. U doglednoj budućnosti, kada u orbiti budu na raspolaganju postrojenja i materijali za pravljenje opreme kojima dimenzije nisu prepreka, biće moguća konstrukcija svemirskih teleskopa višestruko impresivnijih performansi.

• • •

Sredinom prošlog veka Sjedinjene Američke Države i Sovjetski Savez uložili su stotine milijardi dolara u svemirsku trku radi prestiža, zbog nadmetanja ideologija i, na kraju krajeva, u okviru hladnog rata u kom su se nalazili. Kada je neko sa Excel tabelom ispred sebe video da je isplativije praviti nuklearne podmornice, nego slati ljude na Mesec, svemirska trka je stala. Sada, kada je odlazak u svemirske dubine postao komercijalno isplativ i poželjan, konačno smo na pragu svemirske ekspanzije kojoj smo se nadali poslednjih decenija prošlog veka. Sve što je bilo potrebno jeste da ekscentrični milijarder, opčinjen idejom kolonizacije Marsa, pre šesnaest godina kaže: „Hajde da napravimo raketu koja može da se koristi više puta.”

Dragan KOSOVAC