Elon Musk naivnim prodaja sanje, da je kolonizacija Marsa le še vprašanje časa. Resnica pa je, da je človeška odprava na Mars popolnoma enako oddaljena, kot je bila pred 50 leti. Fizika vesoljskih poletov se v teh letih ni spremenila. V tem blogu bom pojasnil razloge zakaj.

Mars je samo na prvi (in zelo površen) pogled podoben Zemlji. Na primer: Marsovski dan ali sol je dolg 24 ur in 39 minut, naklon Marsove osi znaša 25,2°, Zemljine 23,4°. Posledično ima Mars letne čase, ki pa so približno dvakrat daljši kot Zemeljski. Še najbolj je Mars podoben Zemlji iz geološkega vidika, ker ima trdno površje, ki ga prekrivajo predvsem z bazaltom prekrite ravnice nad katerimi se dvigajo ugasli vulkani. Še najbolj Mars spominja na zelo mrzlo kamnito puščavo, vmes pa se najdejo tudi puščave s sipinami. Več o geologiji Marsa sem že pisal tule: https://bojanambrozic.com/2018/07/31/geologija-marsa/.

Tu se pa podobnosti končajo. Ker je Mars v povprečju 1,5-krat bolj oddaljen od Sonca kot Zemlja, je povprečna temperatura na površju le –55 °C (na Zemlji 16 °C). Površinska temperatura na Marsu sicer lahko doseže od +20 °C do –153 °C. To v praksi pomeni veliko bolj mrzle pogoji kot na Antarktiki. Ampak to še vedno ni tako velik problem, ker obleke za hud mraz ni težko narediti. Dodatna težava so prašni viharji, ki vsakih nekaj let tudi za pol leta popolnoma zaprašijo nebo in naredijo sončne celice za proizvodnjo elektrike skorajda neuporabne. Veter na Marsu pa je prešibak za proizvodnjo elektrike. Če na Marsu zmanjka elektrike seveda to pomeni izgubo posadke.

Najbolj bistvena razlika med Marsom in Zemljo je v atmosferskem tlaku, saj ima Mars v nasprotju z Zemljo zelo tanko atmosfero, sestavljeno v večini iz ogljikovega dioksida. Atmosferski tlak na površju Marsa v povprečju doseže le 6 mbar, na Zemlji pa 1013 mbar. Tekoča voda pa pri teh fizikalnih pogojih ne more obstajati, saj pri tako nizkem tlaku in temperaturah skorajda v trenutku bodisi sublimira bodisi zmrzne v vodni led (že desetletja je znano, da voda na Marsu obstaja v obliki vodne pare v atmosferi in kot led na obeh Marsovih polarnih kapah). Bolj bistveno, tako kot voda, pri takih tlačnih pogojih zavre tudi človeška kri. Zato ni dovolj, da bi Marsonavti nosili za dihanje opremo podobni potapljaški, ampak bodo morali Marsonavti ves čas uporabljati vesoljske skafandre, ki vzdržujejo notranji tlak ene atmosfere. Ker je zunaj obleke skorajda vakuum, se taka obleka napihne kot neke vrste balon (predstavljajte si Michellinov logotip). Posledično je gibanje v taki obleki zelo omejeno in otežkočeno. Da bi rešili to težavo že leta v raznih laboratorijih (tudi pri nas v Planici) preizkušajo drugačen način: in sicer da vesoljski skafander napolnijo samo s čistim kisikom (brez dušika), ki je pod tlakom nižjim od ene atmosfere. Efekt je podoben kot bi bili na višini nekaj 1000 metrov v hribih. Prednost tega je, da je gibanje v taki obleki lažje, ker se v vakuumu manj napihne. Vendar je slabše za Marsonavte, ker se bodo počutili slabše (bolj utrujeni) zaradi nižje ravni kisika (efekt visoke nadmorske višine). Poleg tega je bolj nevarno, ker je čisti kisik izredno lahko vnetljiv (spomnimo se katastrofe misije Apollo 1).

Ključni problem pri naselitvi Marsa je sploh priti tja. Luna se ves čas giblje okrog Zemlje in je zato tja in nazaj mogoče potovati ves čas (pot traja cca 5 dni v eno smer). Pri Marsu pa ni tako. Zemlja se okrog Sonca giblje hitreje kot Mars. Zato Mars počasi zaostaja za Zemljo. Zato se razdalja med Marsom in Zemljo spreminja od 55 do 401 milijonov km. Obdobju ko je Mars najbližje Zemlji pravimo opozicija. Povprečen čas med dvema opozicijama znaša 2 leti in 50 dni. Na Mars je mogoče potovati samo v ozkem časovnem oknu parih tednov, ki nastopi od 8 do 9 mesecev pred opozicijo. Le v tem obdobju imajo rakete (govorimo o raketah brez posadke) dovolj goriva, da pridejo do Marsa. Pot za raketo med Zemljo in Marsom traja od 5 do 9 mesecev. Potem bodo astronavti na Marsu morali čakati okoli 500 dni, da se odpre okno za povratek nazaj na Zemljo. Za tem pa bo še nadaljnjih od 5 do 9 mesecev trajala pot nazaj na Zemljo. To pomeni da celotno odprava Zemlja-Mars-Zemlja traja skorajda 3 leta. Odprava je mogoče sicer skrajšati z zelo kratkim (cca. 30 dnevnim) postankom na Marsu. Ampak je taka misija energijsko manj ugodna in zahteva precej več goriva, zaradi česar je še manj verjetna. Torej bodo astronavti morali na odpravi preživeti 3 leta. In to je problem iz številnih razlogov. Zaloge hrane za 3 leta (in verjetno še za kakšno leto rezerve) imajo ogromno maso, ki jo ni sposobna ponesti nobena obstoječa raketa. Edina težava, ki je bila rešena v okviru odprave na Mednarodni vesoljski postaji (ISS) je voda. Na ISS reciklirajo vso vodo (iz človeških iztrebkov, potu astronavtov, urina in celo urina miši na krovu) do te mere, da izgub skorajda ni. Z elektrolizo vode proizvajajo tudi kisik za dihanje. Vendar tu nastanejo izgube (vodik), ki jih nadomeščajo z oskrbami raket z Zemlje. Tega privilegija pri odpravi na Mars ne bo. Zato bo potrebno s seboj ponesti ogromne količine kisika (ali vode), kar doprinese spet veliko dodatno maso. Že ti razlogi naredijo misijo na Mars skorajda popolnoma nemogočo. Pomislite kako utopične so šele Muskove ideje o kolonizaciji Marsa s stotinami prebivalcev, če vemo da je možno na Mars poleteti samo vsake dve leti in je nemogoče na raketo spraviti dovolj hrane že za enega, kaj šele za več deset ljudi. Verjel pa bi, da bi v Marsovski prsti rastle rastline (za potencialno proizvodnjo hrane), ki bi jih prinesli z Zemlje, kar bi potencialno zmanjšalo potrebno hrano za obdobje misije na Marsu. Vendar le v ogrevanih rastlinjakih, ki bi bili pod tlakom cca. ene atmosfere, da voda ne bi izhlapela.

S triletno odpravo pride tudi zdravstveni riziko za posadko. Morebitne zdravstvene zaplete bo morala reševati posadka sama z opremo, ki bo na krovu. Zato bo skorajda zagotovo eden izmed članov odprave kirurg. Po polletnem bivanju v breztežnosti pa posadko čaka 1/3 Zemljine težnosti na Marsu. V breztežnosti mišice slabijo in kosti izgubljajo masa. Vendar kot so pokazali poskusi na ISS, redno gibanje dovolj upočasni ta proces, da bodo astronavti na Marsu lahko sposobni dela. Mnogi omenjajo za težavo tudi ionizirajoče sevanje s Sonca in globokega vesolja. Jaz osebno misli, da kratkoročno za čas misije to najbrž ne bi bila velika težava, verjetno pa bi kasneje po povratku astronavti lahko imeli povečano verjetnost za pojave raka. Marsonavti bi bili v radijskem kontaktu z Zemlje. Vendar zaradi oddaljenosti bi signal zamujal od 3 do 22 min v eno smer. Na ISS so astronavti v nenehnem stiku s kontrolo na Zemlji. Na Marsu pa bi delali bolj samostojno. V enem obdobju, ko bi bila Zemlja za Soncem iz vidika Marsa, pa bi bili astronavti nekaj časa brez zanesljive povezave z Zemljo.

Za pot na Mars je potrebno zelo velika količina energije. Nobena obstoječa raketa ali raketa v načrtovanju nima niti približno dovolj energije, da bi ponesla kapsulo s človeško posadko in vsem potrebnim do Marsa in nazaj. Če še vedno ne razumete zakaj, si oglejte tole simulacijo, ki na hecen način prikazuje kako ekstremno veliko goriva je potrebno za polet na Mars s samo eno majhno kapsulo (predstavljajte si v tem ždeti 3 leta (in kje je šele prostor za 3 leta hrane in vse ostalo?!)): https://youtu.be/mrjpELy1xzc?si=AS0UahzEvVsbUx7F. Edina na pol realistična rešitev bi bila gradnja večjega vesoljskega plovila v orbiti okrog Zemlje. Torej neke vrste vesoljsko postajo. Šele, ko bi bilo to zgrajeno, bi lahko poleteli proti Marsu. Gradnja takega plovila (če sklepamo po ISS), bi traja desetletja. V prejšnjem blogu sem pisal, da bo potrebnih okoli 20 raket Starship Elona Muska za polet od Zemlje do Lune. Za Mars s Starshipi bi bilo po ocenah potrebno stotine takih raket (pustimo za trenutek ob strani dejstvo, da je raketa popolnoma neprimerna za polet na Mars). Število se da nekoliko zmanjšati s proizvodnjo goriva na Marsu iz Marsovske atmosfere, kar je res mogoče. Vendar še vedno govorimo o 50+ raketah in s še večjim tveganjem za izgubo posadke.

Najboljši načrt odprave na Mars je po mojem mnenju predstavil inženir Robert Zubrin, ki je predlagal, da se pred Marsonavti na Mars pošlje raketo z gorivom in modulom za povratek. Prav tako pa tudi osnovni Marsovski habitat. Načrt tudi vključuje proizvodnjo goriva na Marsu. Šele, ko preverjeno vse deluje se pošlje Marsonavte na pot. Slabost tega načina je, da traja več opozicijskih ciklov, da pride ena človeška odprava na Mars. In če se izkaže, da zadeva ne deluje, se jih pač ne pošlje, s čimer se nekoliko zmanjša riziko za posadko.

Tudi sam pristanek na Marsu je zelo zahteven, ker kot smo že omenili Mars ima atmosfero in zato raketa za pristanek na Marsu potrebuje toplotni ščit, da ne zgori. Vendar ker je atmosfera tanka so vseeno potrebna padala in raketni pogon, da se ustavi. Spet to zahteva dodatno še več goriva. Starshipi za gorivo uporabljajo tekoči kisik in metan, ki bi izhlapel še preden bi raketa prispela do Marsa. Zato v bolj realističnih načrtih uporabljajo rakete na hipergolična in trda goriva. Če se motorji ne prižgejo v pravem momentu, bodo Marsonavti zgoreli v Marsovi atmosferi ali pa zgrešili Mars in za vedno odtavali v globoko vesolje. Mars ima, podobno kot sem pisal v blogu o Luni, neravno površje kar predstavlja tveganje za prevrnitev plovila. Prav tako je tehnično skorajda popolnoma nemogoče zagotoviti, da bodo raketni motorji delovali spet čez 2 leti za potrebe vrnitev proti Zemlji. Če ne bodo, se posadka ne bo mogla vrniti oz. bo izgubljena. Potem je problem z redundanco, ker jo v teh načrtih ni. Če karkoli kadarkoli po domače povedano v teh treh letih odprave crkne, je posadka izgubljena. Če bi želeli redundanco, to pomeni še večjo in še težjo raketo. Tudi če se naprimer kaj pokvari na vesoljskem plovilu že prvi dan odprave, se rakete ne bo dalo obrniti okoli in iti nazaj, ampak bo morala posadko s to okvaro (bilo kaj je) živeti naslednje 3 leta (če se slučajno ne bo dalo, bo posadka umrla).

Skratka, že začetnih problemov je ogromno in z današnjo tehnologijo skorajda ne vidim možnosti, da bi posadko preživela odpravo. Žal je dejstvo tako, da se raketna tehnologija v zadnjih 50 letih ni kaj dosti izboljšala. Izkoristek raketnih motorjev se je le za spoznanje izboljšal. Dokler se ne bo konkretno – najmanj za en red velikosti (če je to sploh možno – kot najbolj kaže ni), ni nobene realistične možnosti, da človek poleti dlje kot do Lune.

Potem se pa postavi vprašanje zakaj sploh na Mars s človeško posadko? Zakaj tvegati življenja? Je kakšen dober razlog za to? Po mojem mnenju NE. Iz znanstvenega vidika sigurno ne, ker Mars geološko že kar dobro poznamo zaradi številnih robotov, ki ga preučujejo zadnja desetletja. Roboti danes opravijo skorajda vso delo, kot ga lahko človek- in to popolnoma varno in z več redov velikosti nižjimi stroški. Za stvari, ki jih ne morejo, bi bilo dobro prinesti vzorec kamnine iz Marsa nazaj na Zemljo. Žal pa so to odpravo (Marse Sample Return Mission) skenslali. Elon Musk tudi Mars predstavlja kot bodočo oazo, ko bo Zemlja uničena. Vendar še tako ekološko uničena Zemlja, nam bo veliko bolj prijazna, kot Mars. Zaradi milijard let evolucije smo dobro prilagojeni na življenje na Zemlji. Nismo pa prilagojeni za življenje kjerkoli drugje v vesolju.

Jaz menim, da je človeška odpravo na Mars mogoča. Ampak je zadeva na skrajnem robu mogočega in bo zato izvedljiva le če človeštvo združi moč in denar! Tistih nekaj promilov, ki se jih trenutno namenja je veliko premalo.