Den klassiske fortælling om rumfartens fremtid er historien om, hvordan mennesker drager ud i solsystemet, først til Månen og Mars og senere til de fjerne ydre planeter og deres måner.
\ Om artiklens forfattere
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I snart 40 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.
Sådan var det i hvert fald, dengang rumfart blev set som en direkte fortsættelse af de store opdagelsesrejser her på Jorden, hvor de sidste hvide pletter på kortet - ørkener, jungler og de polare egne - blev undersøgt og kortlagt.
I dag er en af de store debatter i stedet, om det er mennesker eller robotter, der skal udforske universet – en debat, der langt fra er afsluttet.
Udforskningen af solsystemet vil nemlig kræve meget lange rumrejser, og det er slet ikke sikkert, at det alene bliver mennesker, der bemander rumskibene.
Allerede nu kan vi se, hvor central en rolle rumsonder spiller, og alt tyder på, at de - sammen med robotter - vil blive en stadig mere vigtig del af besætningen.
Der er tre vigtige grunde til, at udviklingen går denne vej. Man kan også vælge at sige, at mennesket, og her menes i praksis astronauterne, står over for tre store udfordringer.
Det vanskelige og det direkte umulige
Den første udfordring er, at der, set fra menneskets synspunkt, kun findes to slags kloder i solsystemet: Dem, der er vanskelige at besøge og opholde sig på, og dem, der er umulige at besøge.
I den første gruppe har vi Månen, Mars, Jupiter-månerne Callisto og muligvis også Ganymedes samt Saturns måner med Enceladus og Titan som de vigtigste mål.
I den anden gruppe har vi så resten af solsystemet, og det omfatter jo langt det meste.
Den anden udfordring er, at mennesket har svært ved at tåle lange rumrejser.
Som vi skal se, er de rent medicinske problemer ganske store, og hertil kommer de mulige psykologiske problemer ved at rejse så langt bort fra Jorden, at vor hjemplanet kan være svær at finde på himlen, samtidig med at al normal kommunikation er umulig.
Den tredje udfordring er, at den gamle påstand om, at astronauter er langt hurtigere og bedre end robotter til at udforske en fremmed klode, nok ikke vil være sand om et par årtier.
Det er blevet fremført, at alt det arbejde, de to små marsbiler Spirit og Opportunity har udført over mange måneder, kunne være klaret af en astronaut i en rover på under en uge. Det er da korrekt, men de robotter, som astronauterne kommer til at 'konkurrere' med om 20-50 år, vil være langt mere autonome og også langt mere intelligente end dem, vi kan bygge i dag.
Rumvandringer er blevet rutine
Siden 1971 har der kredset rumstationer om Jorden, og det har givet os et godt indblik i, hvordan mennesker både fysisk og psykisk kan klare lange ophold i rummet.
Og der er både positive og mindre positive erfaringer:
Selv i dag er rekorden for at opholde sig i rummet kun på 437 dage, og den rekord blev sat allerede i 1995 af den russiske kosmonaut Polyakov. Det skal sammenholdes med, at rumrejser ud i solsystemet vil tage flere år, med mindre rumskibene bliver langt hurtigere end dem, vi kan bygge i dag.
På den positive side står, at for den veltrænede astronaut er vægtløsheden ikke en hindring for at udføre endda ret kompliceret arbejde. På rumstationen ISS udfører astronauter rutinemæssigt laboratoriearbejde og foretager store og små reparationer.
Selv rumvandringer, der engang var en kæmpe udfordring, er blevet rutine. Mange års erfaring har nu gjort det muligt at gennemføre rumvandringer på over 6 timer, og derfor kunne man basere bygningen af ISS på, at astronauter har kunnet samle delene ude i rummet.
\ Læs mere
Man skal dog huske, at både den omhyggelige udvælgelse af astronauter og den årelange træning får arbejdet til at se lettere ud, end det er i virkeligheden.
Det skrøbelige menneske
En ting, vi ikke ved meget om, er, hvordan astronauter rent psykisk klarer lange ophold i rummet – det er ikke rigtig noget, der tales om.
Vi ved dog, at der på de små russiske rumstationer af typerne Salyut og Mir har været problemer med astronauter, som til sidst bare ikke kunne holde hinanden ud, og der er et enkelt eksempel, hvor en flyvning er blevet afkortet, muligvis som følge af psykologiske problemer.
På ISS er der heldigvis så god plads, at astronauterne godt kan finde steder at være alene, hvis de får et behov for det – men så god plads vil der jo ikke være på et rumskib på vej bort fra Jorden.
Der har til dato været over 550 mennesker i rummet, og de har tilsammen opholdt sig omkring 139 år uden for atmosfæren. Det giver jo et pænt grundlag for at vurdere de medicinske konsekvenser af et ophold i rummet.
Ophold i rummet kræver genoptræning
Vi ved nu med sikkerhed, at hverken vægtløshed eller stråling er spor sundt. Strålingen fra rummet kan godt gå hen og blive det allerstørste problem for rejser ud i solsystemet, hvor rumskibet ikke længere er beskyttet af Jordens magnetfelt. Vægtløsheden er også et stort problem, men 1-2 timers fysisk træning hver dag – især på motionscykler - har vist sig at kunne holde knogler og muskler i en rimelig god form.
Formen er dog ikke bedre, end at astronauter efter et flere måneder langt ophold i rummet skal gennem en lang genoptræning, før de kan leve normalt under Jordens tyngdekraft. Når de russiske Soyuz rumskibe lander, kan man også se, hvordan astronauterne nærmest bliver båret hen i liggestole.
Desuden fører vægtløsheden til, at astronauter kan blive op til 5 cm højere, da knoglerne jo ikke presses sammen. Det fører ofte til ubehagelige rygsmerter.
'Et katalog af problemer' - se mere i boksen under artiklen
Efter kort tid kan de gå normalt på i hvert fald kortere stræk.
Problemet er, at der jo ikke står et lægehold parat på Mars, når astronauterne lander.
I boksen under artiklen finder du et katalog med seks af rumfartens vigtigste erfaringer, der bygger på 56 år med bemandet rumflyvning.
Nedsat rejsetid og tankstationer i rummet
Rigtig meget kunne løses, hvis vore rumskibe var noget hurtigere. Nu er der jo endnu ikke bygget et langtursrumskib, men den gode nyhed er, at man rent teknisk godt kan bygge et rumskib, der kan flyve til Mars på 6-8 uger i stedet for 6-8 måneder. Den dårlige nyhed er, at det vil koste en masse penge.
Der er to veje frem:
- Atomkraft. Der er forskellige forslag til atommotorer, der kan løse problemet, men de skal udvikles stort set fra grunden. Rent politisk bliver det heller ikke let at begynde at sende radioaktive materialer til en atomreaktor ud i rummet. Det ved NASA alt om, da der var en frygtelig ballade, da rumsonden Cassini blev sendt mod Saturn i 1997 med sin last af Plutonium, som skulle levere energien til rumsonden.
- Is. Den anden måde er måske mere miljøvenlig. Nye undersøgelser har vist, at der findes is på Månen begravet under overfladen i polaregnene. Ikke meget is, men nok til at udvinde og sende fra Månen og ind i en bane om Jorden. Her kan isen med sollysets hjælp spaltes i ilt og brint, som jo er et meget effektivt raketbrændstof.
Med en tankstation i rummet, behøver vi ikke at sende alt det brændstof, vi skal bruge, ud i rummet. Det kræver jo i sig selv en masse brændstof, da Jorden har et stærkt tyngdefelt. Kan rumskibet tankes op ude i rummet, er det ikke svært at fylde så meget brændstof på, at rejsetiderne kan nedsættes markant.
Problemet her er bare, at produktion af is på Månen vil kræve bygningen af en base, og at isen både skal udvindes fra undergrunden og derefter transporteres ned til en bane om Jorden med raketter. Det hjælper naturligvis, at Månens tyngdekraft er svag, men i det lange løb vil det være naturligt at erstatte transportraketter med en elektromagnetisk katapult drevet af solenergi eller atomkraft.
Men at bygge en kilometer lang katapult på Månen er et meget stort og meget dyrt projekt, som først kan betale sig, hvis der er en ret omfattende trafik i solsystemet.
Robotterne kommer til hjælp
Alt i alt ser det ud til, at den bedste vej frem vil være at bruge astronauter så lidt som muligt og autonome, semi-intelligente robotter så meget som muligt, i hvert fald til forskningsopgaver. Selv hvis man ønsker at etablere en koloni på Månen eller Mars, vil det være en stor fordel at alliere sig med robotter.
Et af de mere interessante forslag er kommet fra verdens største rumfartsforening, The Planetary Society. De har foreslået, at den første rejse til Mars slet ikke kommer til gå til selve planeten, men i stedet til den lille måne Phobos, som kredser kun 6.000 km over Mars.
Fra Phobos kan astronauterne så sende mange små rumsonder ned til overfladen, og direkte styre dem. Det kan lade sig gøre, fordi et radiosignal fra Phobos kun er 20 millisekunder om at komme ned til Mars. Teknikken hedder telepresence og bruges mange steder, for eksempel til at styre ubemandede fly, operationer på sygehuse og meget andet.
Tidsrammen er 2033, og til den tid vil robotter ikke bare køre rundt på Mars, men bevæge sig på alle mulige måder afhængig af terrænet – de vil også kunne gå, kravle eller flyve. Hertil kommer at robotterne vil være meget autonome og have en betydelig grad af intelligens.
Styret fra Phobos vil snese af store og små robotter kunne udforske meget mere af Mars, end det vil være muligt for astronauter, der lander. Der er jo også mange steder på Mars, hvor det slet ikke vil være sikkert for astronauter at bevæge sig.
Bortset fra sikkerheden begrænser en tung rumdragt jo også, hvor stejle bjerge og dybe kløfter en astronaut kan udforske.
Andreas Mogensen har taget det første skridt
På sin rumflyvning i september 2015 gennemførte Andreas Mogensen et forsøg, der direkte kan ses som en forberedelse til at bruge denne teknik.
Projektet hed Meteron, og her skulle Andreas Mogensen demonstrere, at man kan fjernstyre en robot fra rummet. Det skulle ske ved at styre en rover på en simuleret månebase anbragt i Holland. Opgaven var at sætte en lille pind ind i et lille hul, og som hjælp kunne Andreas føle, hvor let eller svært det var at bevæge den lille pind.
Første gang tog det 45 minutter at gennemføre forsøget og anden gang bare 10 minutter.
I videoen her kan du se, hvordan det fungerer:
Også i juli 2013 har NASA og ESA gennemført den type forsøg fra ISS. Her gennemførte NASA astronauten Chris Cassidy sammen med ESA-astronauten Luca Parmitano forsøg, hvor de fjernstyrede en rover anbragt i Ames forskningscentret i Californien. Formålet var at udforske et simuleret månelandskab.
Der forskes altså allerede i denne teknik, som muligvis bliver den foretrukne metode til at gennemføre i hvert fald den første meget grundige undersøgelse af en planet. Så kan man i ro og mag vælge de steder, hvor der kan være en god grund til at landsætte astronauter.
En fremtid for fjernstyrede robotter
I fremtiden er der i hvert fald to steder, hvor teknikken med fjernstyring af robotter kan gøre god nytte.
Det er ikke så svært at sende et bemandet rumskib i bane om Venus, men det er ganske umuligt for mennesker at lande på den 480 grader varme overflade. Det er også svært for robotter at overleve den høje temperatur koblet sammen med et tryk på 90 atmosfærer – men de er den eneste mulighed for at udforske overfladen og direkte analysere hvilke klipper, den består af.
Med lidt fjernstyring fra et omkredsende rumskib kan der udrettes meget i de få timer eller dage, robotten kan køre rundt, før den dør af hedeslag.
Det andet sted er Jupiters måne Europa, hvor der under den isdækkede overflade findes et dybt hav, med de muligheder det åbner for liv. Europa kredser bare 670.000 km fra Jupiter, og så dybt inde i Jupiters strålingsbælter at det er svært for selv elektronik at klare sig i længere tid uden at være særdeles godt beskyttet. Men det er trods alt meget lettere at beskytte en robot end et menneske mod stråling.
Men på Månen Callisto, som kredser 1,88 millioner km fra Jupiter, er strålingen ikke stærkere end, at mennesker kan overleve at opholde sig der – især, hvis de graver basen godt ned. Herfra kan man så styre de robotter, som skal søge at bore sig gennem isen. Det bliver en ganske vanskelig opgave, for selv under de mest optimale forhold tager det et radiosignal cirka 8 sekunder at komme fra Callisto til Europa og tilbage igen.
Her bliver det i hvert fald nødvendigt med særdeles autonome og intelligente robotter, som kun behøver lidt hjælp fra mennesker, men det går nok, da et projekt af denne art meget vel kan ligge et århundrede ude i fremtiden.
Det er helt sikkert, at mennesket ikke kommer til at rejse ud i solsystemet alene.
Men om balancen mellem mennesker og robotter gradvist vil forskydes til fordel for robotter, kan kun tiden vise.
\ Et katalog af problemer
Skal vi samle de vigtigste erfaringer fra 56 års bemandet rumflyvning, så må de væsentlige problemer være:
Vore rumskibe er for langsomme
Over et halvt års rejse til Mars og flere år til det ydre solsystem er for lang tid. Det kan blive vanskeligt at sikre sig, at astronauterne er i tilstrækkelig god form til at lande og gennemføre et krævende forskningsprogram.
Hertil kommer, at astronauterne jo også skal hjem igen, så selv et hurtigt smut til Mars og hjem igen kan meget let tage halvandet år med den nuværende teknik.
Svækkelse af knogler og muskler
Uden to timers hård træning om dagen vil knoglerne tabe både Calcium og Fosfor. Tabet af knoglemasse kan komme op på 10 procent i løbet af et halvt år i rummet, hvilket vil føre til sygdommen osteoporose (knogleskørhed).
Desuden fører vægtløsheden til, at astronauter kan blive op til 5 cm højere, da knoglerne jo ikke presses sammen. Det fører ofte til ubehagelige rygsmerter.
Den kosmiske stråling øger risiko for kræft
I en højde på bare 400 km over Jorden er ISS godt beskyttet af Jordens magnetfelt. På en rejse til Mars eller en anden planet har man ikke denne beskyttelse.
Hertil kommer faren fra solstorme, hvor strålingen kan blive så voldsom, at astronauternes liv kan komme i fare. Selv på en 'hurtig' Marsrejse er strålingsdosen beregnet til 0,66 Sievert, hvilket svarer til at få en CT-scanning cirka en gang om ugen. Den årlige tilladte dosis for folk, der arbejder med radioaktive stoffer, er 0,02 Sievert. Grænsen for en øget risiko for kræft sættes til 0,1 Sievert/år, og da den overskrides ret meget på en Marsrejse, får astronauterne dermed en markant forøget risiko for kræft.
Tryk giver sløret syn
I vægtløsheden fordeler blodet sig anderledes i kroppen, end det gør her på Jorden, hvor hjertet jo hele tiden skal pumpe så godt, at blodet kommer helt rundt og ikke ender i benene. I den vægtløse tilstand fører det til, at for meget blod samler sig i overkrop og hoved og for lidt i benene. Det ekstra blod i hovedet kan åbenbart udøve et tryk på øjet, der kan påvirke synet.
Hele 60 procent af de astronauter, som har opholdt sig mindst et halvt år i rummet, har fået synsproblemer, der viser sig som sløret syn. Normalt forsvinder problemet igen, når man vender hjem, men enkelte har permanent fået nedsat synet.
Svækket immunsystem
Meget tyder på, at immunsystemet ikke fungerer optimalt under vægtløshed. Nogle af immunsystemets celler bliver mere aktive, hvilket får kroppen til at overreagere, og det kan føre til allergi og udslæt.
Til gengæld bliver andre celler mindre aktive.
Psykologiske problemer
Det er muligt, at de psykologiske problemer ved en lang rumrejse ud i solsystemet kan vise sig at være meget større end ved bare at kredse om Jorden. For astronauterne på ISS har det stor betydning altid at kunne se ned på Jorden, bare 400 km borte - en fantastisk og altid afvekslende udsigt, som mange astronauter har sagt er meget afstressende. Den udsigt har man desværre ikke, når Jorden er mange millioner kilometer borte.
I bedste fald er Jorden synlig som en lille stjerne, men der er også perioder, hvor Jorden er ovre på den anden side af Solen, og hvor man hverken kan se Jorden eller på nogen måde komme i kontakt med den. Det at være uden kontakt oplevede de opdagelsesrejsende i 1700- og 1800-tallet tit, men moderne mennesker er jo vant til altid at være 'på'.
En ting vil fremtidens rumrejsende have til fælles med fortidens opdagelsesrejser ombord på et sejlskib – nemlig manglen på plads og mulighed for et privatliv. Men i det mindste kunne man gå i land på en ø for at få noget frisk proviant. Det kan man ikke ude i rummet, og selv når man er landet, er det ikke muligt bare at forlade basen og gå en tur – for det vil kræve rumdragt og lang tids forberedelse. Der er simpelthen ingen mulighed for bare at trække frisk luft.
