På rumrejse i solsystemet
På Månen findes den sjældne helium-3 isotop i overfladens månestøv, og man kan dermed slippe for at grave og knuse klipper, som vi gør på Jorden. Det er dog ikke billigt at sende tungt maskineri til Månen.

Den solrige kant af det 21 kilometer store krater Shackleton ved Månens sydpol er et oplagt sted at placere en månebase. Isen på bunden af krateret kan give vand og ilt til astronauterne. (Foto: NASA)

Den solrige kant af det 21 kilometer store krater Shackleton ved Månens sydpol er et oplagt sted at placere en månebase. Isen på bunden af krateret kan give vand og ilt til astronauterne. (Foto: NASA)
Partner Ud i rummet - Historie, drømme og virkelighed

2015 blev året, hvor Danmark fik sin første astronaut i skikkelse af Andreas Mogensen. Hans mission til den internatio

 

Lige siden rumalderens begyndelse har det endelige mål for rumfarten været at sende mennesker ud i solsystemet for at besøge, udforske og måske kolonisere andre kloder.

Den drøm står måske lidt svagere nu, hvor vi har lært solsystemet at kende, men der er stadig tre rejsemål, som anses for realistiske, nemlig Månen, Asteroiderne og Mars.

For Månen er ambitionen at bygge en permanent base. For Asteroiderne og Mars drejer det sig i første omgang om at besøge og udforske.

For alle tre mål er der udarbejdet detaljerede planer, som bare mangler politisk opbakning og en stor – meget stor – sum penge for at blive til virkelighed.

Med afsæt i disse planer giver vi her det bedst mulige bud på, hvordan næste fase af rumfarten kan komme til at foregå. Hvis planerne en dag kan realiseres, bliver det dog næppe helt som beskrevet. Alene fremtidens tekniske udvikling kan ændre meget.

LÆS OGSÅ: NASA's lange rejse til Mars

Månebasen

Månen er blevet aktuel igen. Der drømmes allerede om en slags olieeventyr på Månen, hvor det dog ikke er det sorte guld, Månen skal levere, men en sjælden isotop af grundstoffet helium, kaldet helium-3, der kan bruges som brændstof i fusionskraftværker. Om drømmen kan realiseres, vender vi tilbage til, når vi har oprullet månebasens historie.

Den oprindelige begrundelse for at bygge en månebase var, at Månen er et godt sted at opføre et astronomisk observatorium. Et klassisk observatorium med et stort teleskop får vi måske ikke, fordi ideen om et måneobservatorium er overhalet af den teknologiske udvikling.

Det skyldes, at vi i dag kan holde et rumteleskop meget stabilt, også selv om det ikke står på fast grund. Alle de rumteleskoper, der planlægges, bevæger sig i baner i rummet. Det er også en meget billigere løsning end at bygge dem på Månen.

Under den kolde krig var der vilde planer om at anlægge en militærbase på Månen, hvorfra man kunne sende atomraketter ned mod Jorden. Disse planer blomstrede i rumfartens første år, men døde derefter en velfortjent død.

Orionrumskibet er en af resterne efter Constellation

I dag er der ingen konkrete planer om at bygge en månebase, men i 2004 igangsatte præsident George W. Bush projekt Constellation for NASA. Det var en storslået plan om igen at flyve ud i solsystemet til Månen, Mars og Asteroiderne. Projektet indebar, at NASA begyndte at lægge nogle ret detaljerede og konkrete planer, men det varede ikke længere end til 2010, hvor præsident Obama skrottede Constellation.

Begrundelsen var, at projektet lige fra starten havde været stærkt underfinansieret, og at der ikke var nogen realistisk mulighed for at få de nødvendige midler fra Kongressen.

Der blev nogle få rester tilbage af Constellation, nemlig Orionrumskibet og en stor raket kaldet SLS for Space Launch System, som kan blive en afløser for den gamle måneraket Saturn 5.

Men den oprindelige Constellation-plan for en månebase er stadig den nyeste og mest detaljerede plan, der findes i dag. Og den dag, amerikanerne, russerne, kineserne, japanerne eller nogle helt andre beslutter sig for at bygge en månebase, vil der nok blive skævet stærkt til denne plan.

En del af kraterranden ligger i næsten permanent sollys

Constellation lægger op til en rent videnskabelig månebase, lidt i retning af Scott-Amundsen-basen på Sydpolen, som gradvist skulle opnå en vis grad af selvforsyning og brug af materialer, der i forvejen findes på Månen.

Placeringen af basen var en vigtig beslutning. Valget faldt på Shackleton-krateret nær Månens sydpol. Krateret har en diameter på 21 kilometer og er 4 kilometer dybt. Af flere årsager blev netop dette krater anset for den bedst mulige løsning.

For det første ligger en del af kraterranden i næsten permanent sollys. Det betyder, at energien kan komme fra Solen, fordi man undgår den to uger lange månenat. Desuden er temperaturen på kraterranden ret konstant på omkring minus 50 grader. Andre steder på Månen svinger den meget voldsomt mellem over 100 grader om dagen og minus 180 grader om natten.

For det andet ligger bunden af Shackleton-krateret i permanent skygge, så her kommer temperaturen aldrig over minus 180 grader. Det gør det muligt for is at samle sig på bunden af krateret uden at fordampe.

Isen kan stamme fra kometer

Fakta


Bogens forfattere, Helle og Henrik Stub, er begge cand. scient. i astronomi, fysik og matematik fra Københavns Universitet. De modtog Tycho Brahe-medaljen i 2008 og European Science Writers Award i 2014 for deres fremragende formidling. De skriver nu om astronomi og rumfart på Videnskab.dk. Du kan læse Videnskab.dk's omtale af bogen her. Artiklerne udgives løbende og kan følges via serien 'Ud i rummet'. Bogen kan købes hos forlaget med rabat.

Isen kan stamme fra kometer, der ved sammenstød med Månen har indhyllet Månen i en kortlivet og meget tynd atmosfære, der har indeholdt vanddamp.

Dette vand har så kunnet samle sig på bunden af kratere, hvor Solen aldrig skinner. Teorien om vandet er bekræftet af rumsonder som LCROSS, der blev bragt til et sammenstød med Månen i Cabeus-krateret kun 100 kilometer fra Månens sydpol.

LCROSS målte på nedslaget af et Centaur-rakettrin, lige før satellitten selv ramte Månen. Det gjorde det muligt for LCROSS at analysere den sky af støv og gas, som blev hvirvlet op. Resultatet var klart: Der er vand ved Månens sydpol.

Vand kan spaltes til ilt og brint

Der blev målt 155 kilo vanddamp i skyen, og alligevel er Månens overflade også her mere tør end sandet i Sahara. Men med den rette teknik kan vandet så at sige koges ud af klipper og støv fra den mørke kraterbund, og vand er nøglen til at bygge en base. Ikke bare har astronauterne brug for vand, men vand kan spaltes i ilt og brint, der tilsammen udgør det mest effektive raketbrændstof, man kender.

Det ville virkelig nedsætte prisen for en base, hvis man med sikkerhed ved, at rumskibe kan tanke op på Månen før tilbagerejsen til Jorden.

Selve basen skulle være opbygget af moduler og dækket godt til af månestøv for at beskytte mod strålingen fra rummet. Alternativt kan basen graves ned. Ud over beboelse og laboratorier bliver der brug for et biologisk modul, hvor man kan eksperimentere med at dyrke planter og grøntsager i månestøvet.

Indånding af månestøv kan ødelægge de hvide blodlegemer

To helt grundlæggende problemer med at bygge en månebase trænger sig på, nemlig tyngdekraften og støvet. Tyngdekraften er meget lav, kun en sjettedel af tyndekraften på Jorden. Nye undersøgelser har vist, at astronauter har let ved at snuble og falde i en så lav tyngdekraft – noget, vi også så flere gange på Apolloflyvningerne.

Det er dog et mindre problem. Meget alvorligere er spørgsmålet om, hvordan kroppen tilpasser sig en tyngdekraft på en sjettedel af Jordens tyngdekraft. Hvis kroppen reagerer nogenlunde som på vægtløshed, kan langtidsophold på Månen blive problematiske, fordi muskler og knogler svækkes. I hvert fald skal der opretholdes en meget hård træning, for at astronauterne igen kan vende tilbage til Jorden.

Månestøvet er et andet problem. Det er meget finkornet og består af små, skarpkantede støvpartikler. Hvis man indånder støvet, søger de hvide blodlegemer at indkapsle og fjerne støvpartiklerne med det resultat, at blodlegemerne bliver skåret i stykker af støvpartiklernes skarpe kanter.

Hvis man bliver udsat for månestøv i længere tid, kan støvet give anledning til sygdommen silicose, også kaldet stenlunger. Det er en meget ubehagelig sygdom, som typisk rammer folk, der har arbejdet med sten uden åndedrætsværn.

Rumdragterne kunne næppe klare fire dage med månestøv

Iført rumdragt går man ikke rundt og indånder månestøv, men problemet opstår, fordi det er umuligt at undgå at slæbe støv med tilbage, når man går ind i basen. Vi ved fra Apolloastronauten Harrison Schmitt, der fløj med Apollo 17, at månestøv også kan give en allergisk reaktion.

Desuden ødelagde månestøvet rumdragterne. Sammenføjninger blev så fyldt med støv, at astronauterne havde svært ved at bøje armene eller tage handsker på. Støvet klæbede også til de guldbelagte visirer, så de blev fulde af ridser og delvist uigennemsigtige.

Det længste ophold på Månen var på tre dage, og vi ved nu, at rumdragterne næppe kunne have klaret en fjerde dag.

Fusionsprovessen mellem tung brint og helium-3 er en meget 'ren' proces

Alle disse problemer kan sikkert overvindes, hvis der er et tilstrækkeligt stort økonomisk incitament til at ofre de store summer, der skal til for at løse det praktiske og bygge månebasen. Drivkraften skulle være udsigten til at importere helium-3 fra Månen til brug i et fusionskraftværk med henblik på at løse alle fremtidige problemer med vores energiforsyning.

Her på Jorden har vi ikke helium-3 i tilstrækkelige mængder til kraftværker, og derfor har fusionsforskningen hidtil været baseret på fusion mellem to isotoper af brint. Den proces skaber helium og neutroner. Da neutroner ikke har nogen elektrisk ladning, kan de ikke styres af magnetfelter. Det betyder, at de ender i væggen på kraftværket, og det kan på få år ødelægge et fusionskraftværk.

Fordelen ved en fusionsproces mellem tung brint (deuterium) og helium-3 er, at det er en meget ’ren’ proces, hvor der produceres helium-4 og en brintkerne, altså en proton. Begge atomkerner kan man holde styr på ved hjælp af elektriske og magnetiske felter, og man undgår den farlige produktion af neutroner.

Desværre er helium-3 en meget sjælden isotop af helium, men Månen har gennem en periode på mere end fire milliarder år opsamlet helium-3 fra solvinden. Disse atomer ligger spredt ud i månestøvet, men kan ved en forholdsvis simpel proces udvindes af klipperne og støvet.

Helium-3 findes ikke koncentreret på Månen

Tanken lyder besnærende, men der er grund til lige at klappe hesten. Det er korrekt, at en beholder med 40 ton helium-3 kunne forsyne USA med energi et helt år. Men det er også korrekt, at hvis vi pludselig fik en sådan beholder, ville vi ikke kunne bruge den til energiproduktion. For selv efter mere end 50 års forskning er det ikke lykkedes at tæmme fusionskraften, så den kan anvendes kommercielt.

Et stykke af en asteroide, anbragt i en bane om Månen, kan blive undersøgt grundigt af astronauter, der sendes op i NASA's Orionrumkapsel. Både rumkapsel og tilhørende rumraket er under udvikling. (Foto: NASA)

I alle disse år har muligheden ligget lige et par år ude i fremtiden, og det gør den stadigvæk. Men det lyder jo godt, at et ton helium-3 kan levere lige så meget energi som 50 millioner tønder olie.

Det store problem er, at helium-3 ikke findes koncentreret på Månen, men kun i meget lav koncentration spredt ud over hele overfladen. Det betyder, at der simpelthen ikke findes nogen billig og nem metode til at udvinde helium-3.

Vi kender problemet her fra Jorden: Hvis et metal er meget sjældent, skal der indsamles enorme mængder af det metalholdige mineral for bare at få udskilt en lille mængde. Det kræver en stor mineindustri med mange og store maskiner.

Teknisk set kan det nok lade sig gøre

Den eneste lettelse, Månen byder på, er, at helium-3 findes i selve månestøvet på overfladen. Det er altså ikke nødvendigt at grave og knuse klippe som her på Jorden. Men det vil alligevel kræve store maskiner, som vil være meget dyre at sende op til Månen.

Produktionen af helium-3 på Månen kan foregå ved, at man får nogle store bulldozere til at køre hen over Månen og skrælle de øverste 10 centimeter månestøv af. Der skal samles 250.000 ton støv for at kunne udvinde bare et kilo helium-3.

Udvindingen kan foregå i store soldrevne ovne, hvor luftarten helium simpelthen koges ud. Desværre vil næsten al den helium, man får udvundet på den måde, være helium-4, som ikke kan bruges til noget. Men det er der ikke noget at gøre ved – helium-3 er simpelthen en meget sjælden isotop af helium.

Teknisk kan det nok lade sig gøre, men startinvesteringerne vil være enorme, nok langt højere, end hvad et enkelt land kan overkomme. Desuden vil det også kræve flere år at udvikle en mineteknik, der kan anvendes på Månen.

Derfor er det tvivlsomt, om Kina – som mange tror – i løbet af de næste 10 år vil tage det store spring fremad og indlede en produktion af helium-3, og på den måde overhale resten af verden. Både økonomisk og teknisk vil det nok være klogt at vente med store planer om minedrift på Månen, til vi har fået tæmmet fusionskraften her på Jorden.

Asteroiderne

Planer om flyvninger til asteroiderne gælder de såkaldte nærjordsasteroider. Ikke rejser ud til asteroidebæltet mellem Mars og Jupiter, som er alt for langt borte til at komme i betragtning som rejsemål for bemandede rumskibe inden 2050.

Nærjordsasteroider kan komme tæt på Jorden, og hvis uheldet er ude endda ramme Jorden. De fleste har baner mellem Venusbanen og Mars-banen og er derfor ikke uoverkommelige at nå med bemandede rumskibe.

I forbindelse med Constellation-projektet begyndte NASA at forske i flyvninger til mindst en af disse nærjordsasteroider. Selv om Constellation-projektet blev opgivet, lykkedes det NASA med direkte støtte fra Obama at beholde en enkelt flyvning til en asteroide.

Orion er kun en stor rumkapsel

Det projekt har haft en omtumlet tilværelse og er nu endt som det såkaldte ARM-projekt. ARM er en forkortelse for Asteroid Redirect Mission, altså en flyvning, der skal flytte en lille asteroide.

At NASA vil flytte en lille asteroide til en bane rundt om Månen bunder i ren økonomi. Oprindeligt skulle astronauter på Orion-rumskibet være fløjet ud til en asteroide, en tur på måske et par måneder. Regner man hjemrejsen med, ville den samlede rejsetid komme op på 4-6 måneder.

Det blev set som god træning før den meget længere rejse til Mars. Problemet var bare, at Orion kun er en stor rumkapsel, hvor man højst kan opholde sig et par uger. Derfor var det nødvendigt at konstruere et særligt beboelsesmodul, og det kunne NASA slet ikke få penge til. Derfor blev der set på den anden mulighed med i stedet at 'lade asteroiden komme til os'.

Der skal naturligvis bringes prøver tilbage til Jorden

Som projektet ser ud nu, kommer det til at bestå af to dele. Første del er opsendelsen af en ubemandet sonde til en passende nærjordsasteroide. Denne rumsonde skal drives af en meget effektiv ionmotor. Rumsonden skal samle en op til fire meter stor sten op fra asteroidens overflade og bringe den tilbage til en bane om Månen.

Når rumsonden er gået i bane om Månen, opsendes et Orionrumskib fra Jorden. Efter en kort rejse på bare tre dage kan Orion koble sig sammen med rumsonden. Derefter er opgaven at sende et par astronauter på rumvandring for at undersøge denne bare få meter store sten på alle leder og kanter.

Der vil naturligvis også blive bragt prøver tilbage til Jorden. Fordelen er, at hele Orions rejse til Månen og hjem igen kan klares på to uger, og at astronauterne aldrig er mere end tre dages rejse hjemmefra, hvis de skulle få problemer.

ARM er ikke blevet et ærligt populært projekt

Det er nu ikke så let, som det kunne lyde, for antallet af nærjordsasteroider i baner, som er lette at nå for en rumsonde, er meget begrænset. Det er let nok bare at flyve forbi en asteroide, men skal den indfanges, må rumsonden ind i samme bane som asteroiden.

Den lange rejse til og fra Mars kan foregå i oppustede rummoduler, hvor astronauterne har god plads. (Foto: NASA)

Det kræver blandt andet, at asteroiden har en bane meget tæt på ekliptikas plan, der er jordbanens plan. Hvis banen hælder bare nogle få grader mod ekliptika, hvilket langt de fleste asteroidebaner gør, vil det kræve meget store mængder brændstof at manøvrere sonden ind i samme bane som asteroiden. Af de flere tusinde kendte nærjordsasteroider er det kun omkring 20, der opfylder kravene til banen.

Uden overdrivelse kan man sige, at ARM ikke er blevet et særlig populært projekt. Det gør i sin nuværende udgave ikke ret meget for at bane vejen til Mars, da det jo ikke gennemprøver en flere måneder lang bemandet rejse bort fra Jorden, fordi Orion-rumskibet ikke skal længere væk end til Månen. Og som kritikerne siger:

»Hvad skal vi med en sten til? Vi har jo bunker af meteorer i museerne på Jorden.«

De 1.000 kendte nærdjordsasteroider kan ikke udslette Jorden

Den mest interessante kritik af projektet er, at NASA heller ikke bruger ARM til at se på en anden opgave, de er blevet pålagt af Kongressen, nemlig at varsle og beskytte Jorden mod nedfald af asteroider.

Ganske vist er der ingen fare for, at Jorden i en overskuelig fremtid rammes af en 10 kilometer stor asteroide som den, der udslettede dinosaurerne for 65 millioner år siden. Men der kendes omkring 1.000 nærjordsasteroider med en diameter på omkring en kilometer, og der er titusinder af asteroider med en diameter på et par hundrede meter eller mindre.

De kan ikke udslette livet på Jorden, hvis de skulle ramme, men de kan skabe naturkatastrofer, hvor millioner af mennesker vil omkomme.

ARM kan ikke redde Jorden

Marcia Smith, der leder tænketanken Space and Technology Group, har set på denne kritik. I en artikel i tidsskriftet Aviation Week skriver hun, at det hidtil har været umuligt for NASA at overbevise Kongressen om, at ARM er et skridt på vejen mod Mars.

Hertil kommer, at NASAs leder, Charles Bolden, direkte har sagt, at ARM »ikke kan redde Jorden« – især fordi ARM kun drejer sig om at samle en stor sten op fra en asteroide. Skal man redde Jorden, er det jo nødvendigt at lære, hvordan man kan ændre banerne for flere hundrede meter store asteroider.

Derfor mener Marcia Smith, at pengene burde sættes i et andet program. Hun skriver:

»NASA needs an Asteroid Deflection Technology Development program, not ARM« – altså, at NASA har brug for et program, der direkte udvikler teknikken til at afbøje banen for en asteroide med kurs mod Jorden.

Denne kritik fik den 15. april 2015 en kraftig støtte af det indflydelsesrige NASA Advisory Council. De foreslog direkte, at NASA skulle opgive ARM og i stedet udvikle en soldrevet ionmotor, der kunne sende et rumskib til Mars.

I første omgang sendes ubemandede sonder

Det er umuligt at sige, om ARM bliver gennemført, men debatten viser, at den økonomiske og politiske begrundelse for store rumprojekter er blevet stadig vigtigere. At bruge ren videnskab som begrundelse går kun, hvis projektet ikke er alt for dyrt.

Selv om ARM måske kun bliver en parentes i rumfartens historie, er det helt sikkert, at vi kommer til at høre meget mere til de små klippestykker, der kan komme tæt på Jorden. For to amerikanske virksomheder har luftet planer om at søge at udnytte nogle af de mineraler, der findes på asteroiderne.

I første omgang skal det ske med ubemandede sonder, men hvem ved, om mennesker ikke en dag vil følge efter. De planer ser vi på i næste kapitel.

Rejsen til Mars

At sende mennesker til Mars er rumfartens ultimative mål, men det første fodspor på Mars ligger stadig langt ude i fremtiden. Sandsynligvis vil den første landing med et bemandet rumskib finde sted mellem 2030 og 2050.

Der er ingen konkrete planer om at sende mennesker til Mars, i hvert fald ikke hos myndighederne i USA og Europa, og det er yderst tvivlsomt, om andre rumagenturer har sådanne planer. Dels fordi teknikken endnu ikke findes, og fordi en bemandet marsrejse næppe kan gennemføres af et enkelt land.

Alligevel er der indtil nu udarbejdet og gennemregnet så mange planer for en bemandet marsrejse, at det er muligt at give et bud på, hvordan den til sin tid vil blive gennemført. Grundlæggende kan vi tale om en Plan A og en Plan B.

Plan A kan gennemføres med forholdsvis simple rumskibe

Plan A er baseret på, at mennesket godt kan tåle en 2-3 år lang rejse i rummet, selv om man er vægtløs under selve rejsen og kun udsat for en tredjedel af Jordens tyngdekraft under opholdet på Mars. Det betyder, at Plan A kan gennemføres med rumskibe, der er forholdsvis simple at konstruere. Dog er det nødvendigt også at inddrage problemet med strålingen i rummet under en lang rejse.

Vel fremme ved Mars skal turen til overfladen foregå i en rumkapsel, der bremses ned i planetens tynde atmosfære ved hjælp af et stort, oppusteligt varmeskjold. Der er dog det ret store problem, at marsatmosfæren er så tynd, at de tonstunge bemandede moduler er alt for store og tunge til, at man kan bruge faldskærme til det sidste stykke vej gennem atmosfæren. Her er det nødvendigt med bremseraketter – og de bruger brændstof, hvilket gør modulerne endnu tungere. (Foto: NASA)

Plan B har som udgangspunkt, at mennesket ikke kan klare at være vægtløs i mange måneder og derefter uden problemer gå omkring på Mars. Det er baseret på erfaringerne med den meget langvarige genoptræning, som astronauter skal igennem, når de lander på Jorden efter en lang rumflyvning.

Plan B vil derfor kræve udvikling enten af rumskibe med kunstig tyngdekraft eller meget hurtige rumskibe, der kan flyve til Mars på uger i stedet for mange måneder. Hvis den medicinske forskning på ISS viser, at det er nødvendigt at følge plan B, kommer en marsrejse til at ligge langt ude i fremtiden, måske først efter 2050.

Vi er optimistiske og vil beskrive en mulig marsrejse i henhold til plan A.

Rumskibet

Da NASA i december 2014 opsendte Orion-rumkapslen på den første prøveflyvning, blev det i medierne hurtigt omtalt som et marsrumskib. Den beskrivelse holder imidlertid ikke vand. Orion er en topmoderne rumkapsel, men bestemt ikke noget marsrumskib. Selv om det måske engang kan indgå som en lille del af et ægte marsrumskib.

Flyproducenten Boeing, der er en af de store leverandører til NASA og ISS, har givet et godt bud på, hvordan et marsrumskib kan komme til at se ud. Det er opbygget af fem store enheder, hvor Orion bare er en af delene. De fem enheder er:

 

  1. Orion-rumkapslen
  2. Beboelsesmodul
  3. Modul med soldrevet ionmotor
  4. Landingsfartøj til landingen på Mars
  5. Returfartøj fra Mars og op til det ventende rumskib i bane om Mars.

Rumskibet skal samles i bane om Jorden, og det vil kræve 5-6 opsendelser af den store SLS-raket fra Constellation-projektet. Den er ved at blive konstrueret og bygget, og dens første opsendelse er planlagt til 2018.

Det bliver den lille udgave af SLS, der kan sende 70 ton i bane om Jorden. Senere kommer en større udgave, der kan sende 130 ton i bane om Jorden, hvilket gør den på størrelse med den gamle Saturn 5-måneraket.

En ionmotor kan opnå store hastigheder med lavt brændstofforbrug

Bygningen af rumskibet begynder med opsendelsen af 1-2 store beboelsesmoduler. Modulerne skal være astronauternes hjem under den mere end to år lange rejse til Mars og hjem igen. For at give astronauterne god plads skal modulerne være oppustelige af den type, virksomheden Bigelow Aerospace allerede har afprøvet ude i rummet.

Når modulerne først pustes op ude i rummet, kan de få et så stort rumfang, at astronauterne har mulighed for at få lige så meget plads som på ISS.

Når modulerne er klargjort, skal de kobles til en slags slæbebåd. Den indeholder rumskibets hovedmotor, som er en ionmotor, der får energi fra store solpaneler. Med en ionmotor kan man opnå store hastigheder med et lille forbrug af brændstof. Til gengæld er accelerationen så langsom, at gevinsten i form af nedsat rejsetid er begrænset.

Rumskibet skal kun gå i bane om Mars

Det kan løses ved at opsende endnu et modul med en kemisk drevet raketmotor. Sådan en motor er ikke så effektiv, men den kan på under en time give rumskibet så meget fart på, at det forlader banen om Jorden og går ind i banen mod Mars – noget, der let kan tage flere uger med en ionmotor. For at spare på brændstoffet skal resten af rejsen så foretages med ionmotor.

Til sidst opsendes et modul med landingsfartøj og returraket, og først når det hele er samlet, opsendes besætningen med Orion-rumskibet. Meningen er, at Orion skal kobles til selve det store rumskib under hele rejsen til Mars og hjem igen og først skal bruges igen, når astronauterne efter endt rejse skal tilbage gennem Jordens atmosfære.

Ligesom ved månerejserne skal rumskibet kun gå i bane om Mars. Både landing og returrejse til rumskibet klares som nævnt af særlige fartøjer.

Den samlede vægt af rumskibet anslås til op mod 800 ton eller næsten det dobbelte af rumstationen ISS. Når man tænker på, at det tog op mod 10 år at opbygge ISS, står det klart, at der er lang vej til at bygge et marsrumskib i bane om Jorden. Det må dog understreges, at alle tal er usikre.

Rejsen

Der er flere mulige rejseplaner. En af de kortere rejser er beregnet til at vare 582 dage, hvor de 522 dage bruges på at rejse til Mars og hjem igen. Selve opholdet på Mars er sat til bare 60 dage eller to måneder. Men tilbage står, at astronauterne skal opholde sig over 17 måneder om bord på rumskibet. Andre varianter med op til et års ophold på Mars er også mulige.

Lange rejser kræver først og fremmest plads – derfor de oppustelige moduler. Hver astronaut skal have sin egen kabine, men der er nogle daglige rutiner, som i det lange løb kan blive trættende. For at undgå svækkelse af knogler og muskler skal hver astronaut tilbringe to timer om dagen enten spændt fast til et løbebånd eller på en særlig motionscykel.

Det lyder umiddelbart godt for en sportstrænet astronaut, men mindre godt i lyset af, at astronauten de fleste dage må undvære brusebadet og klare sig med fugtige servietter. Efter nogle måneder kommer der sikkert til at lugte en smule i kabinen. Det sjældne brusebad, der sikkert bevilges, bliver et højdepunkt.

Ellers skal meget af tiden gå med at vedligeholde rumskibet – ikke mindst toilettet, der i mangel af tyngdekraft fungerer ved at suge affald til sig med et passende undertryk. Sundhedsmæssigt vil det være en total katastrofe, hvis det svigter. En god astronaut skal altså også være en god VVS-mand.

Der er et stort lager af computerspil og film til underholdning

Der eksperimenteres med forskellige modeller for beboelseskvarterer, der kan bruges på andre kloder. De opstilles normalt i ørkener, hvor landskabet minder lidt om det, man finder på Mars. I nogle af forsøgene opholder mennesker sig i modellen i månedsvis, og de bevæger sig kun udendørs iført rumdragt. (Foto: NASA)

Landingen på Mars skal trænes i en lille simulator om bord. Der vil være regelmæssige lægeundersøgelser, ligesom der vil være kommunikation med kontrolcentret og familien på Jorden. Egentlige samtaler kan de dog ikke føre på grund af afstanden.

Psykologer vil nøje følge, hvordan astronauterne reagerer på, at tiden mellem spørgsmål og svar bliver for lang til, at de kan tale sammen. Og måske lige så vigtigt: Hvordan påvirker det de marsrejsende, at de efter meget kort rejsetid kun kan se Jorden som en klar stjerne blandt tusinder af andre?

Vi ved, at det at se ned på Jordens uendeligt afvekslende og farverige landskaber altid har haft en enorm betydning for astronauterne på ISS.

Til afslapning vil der være computerspil, et stort lager af film, og nogle kan sikkert få tiden til at gå med at få den medbragte mad til at smage nogenlunde. Der medbringes formentlig også et lille drivhus med planter, der skal passes.

Astronauterne mindes hele tiden om den kosmiske stråling, hver gang de ser et lysglimt. De opstår, når en atomkerne med en hastighed nær lysets trænger gennem øjet og efterlader et kølvand af lys. Hvis man er meget bange for virkningerne af den kosmiske stråling, er det bedste råd at blive hjemme. For én ting er sikkert: Risikoen for at få kræft øges under en marsrejse.

En gang imellem kommer der en alarm om et soludbrud, som kan udsende en dødbringende stråling. Så er det bare om at komme i dækning i et ’beskyttelsesrum’, en særlig afdeling i rumskibet, der holdes beskyttet af brændstoftanke, vandbeholdere og andet udstyr, som kan absorbere strålingen.

Landingen

På grund af den meget tynde marsatmosfære er landingen på Mars en meget stor udfordring. Rent teknisk er vi stadig langt fra at kunne landsætte et stort, bemandet rumskib på Mars.

I dag har vi en vis erfaring i at landsætte rumsonder på Mars. Nedbremsningen klares af varmeskjold og faldskærme. Til det sidste stykke vej kan der anvendes bremseraketter. Metoden er dog baseret på små rumsonder med en vægt på op til omkring et ton, hvor en almindelig stor faldskærm kan bremse sonden, også selv om atmosfæren er meget tynd.

Så let går det ikke med et bemandet landingsfartøj, der vejer op mod 20 eller 30 ton. For at bremse et så stort rumskib skal faldskærmene være så store – som fodboldbaner eller endnu større – at det både vil være umuligt at slæbe dem med hele vejen til Mars og umuligt at kontrollere dem under nedturen. I stedet skal man prøve noget helt nyt.

Præcision i landingen er meget central

Med et stort varmeskjold bremses farten ned til mellem 2,5 og 3 gange lydens hastighed. Derefter tændes bremseraketterne, men dyserne vender nu mod en supersonisk luftstrøm. Det er aldrig før prøvet at starte en raketmotor under disse betingelser. Helt sikkert er det, at der vil opstå chokbølger, og at luftens bevægelse omkring dyserne og de meget varme raketflammer vil blive kompliceret.

Det er meget vanskeligt at simulere en sådan proces på en computer, så processen skal nok gennemprøves først, hvilket ikke bliver billigt. Resultatet kan meget vel blive, at selv efter det store varmeskjold er afkastet, bliver der brug for en vis varmebeskyttelse af rumskibet, hvilket naturligvis vil øge rumskibets i forvejen store vægt.

Præcision i landingen er også meget central. Det gælder om at lande inden for gåafstand af det basemodul, der er sendt i forvejen med alt det udstyr, besætningen behøver under opholdet.

Rumskibets landing vil naturligvis blive sendt direkte tilbage til Jorden fra et tv-kamera på basemodulet. Men derefter må seerne væbne sig med tålmodighed. Der kan gå flere dage, før det første fodspor bliver sat på Mars.

Årsagen er, at astronauterne først skal vænne sig til tyngdekraften på Mars. Nok er den kun en tredjedel af Jordens tyngdekraft, men astronauterne skal bevæge sig rundt i tunge rumdragter. På Månen så det let nok ud, men tyngdekraften på Månen er også kun det halve af, hvad den er på Mars, og rejsen til Månen havde kun varet få dage, så astronauterne var dengang aldrig svækkede af vægtløsheden.

Opholdet

Mars er en lille klode uden magnetfelt og med kun en meget tynd atmosfære af CO2. Lufttrykket svarer til det, vi finder på Jorden i en højde på 30 km. Det lave tryk og den kendsgerning, at atmosfæren er giftig for os mennesker, betyder, at man kun kan gå rundt på Mars i rumdragt – og at den kosmiske stråling har nogenlunde fri adgang til overfladen.

Bortset fra én ting vil den første ekspedition til Mars minde om Apollo-flyvningerne til Månen. Forskellen er, at der med det samme skal bygges en base, som er beskyttet godt mod strålingen fra rummet og de lave temperaturer. Det skyldes, at selv på den førte flyvning må man regne med et flere uger langt ophold på Mars.

Sandsynligvis vil man benytte den samme teknik, som er blevet foreslået på Månen, nemlig at dække basens moduler med et tykt lag sand og støv fra Mars.

Køreturene i landskabet på Mars vil blive relativt korte

Det meste af tiden kommer til at gå med at køre ud i landskabet og indsamle prøver – altså regulært geologisk feltarbejde. Nu er det meget begrænset, hvor mange prøver der kan tages med tilbage til Jorden, så langt de fleste prøver vil blive studeret i det lille laboratorium i basemodulet. Med de rette eksperter blandt mandskabet og det rette udstyr kan grundige analyser sagtens foretages.

Store støvstorme og hvirvelvinde – her fanget af rumsonden Mars Reconnaissance Orbiter – kan give problemer for astronauter på Mars. De små støvpartikler kan trænge ind overalt. (Foto: NASA)

For meget lange ophold på Mars på over 1-2 år er det nødvendigt at tage hensyn til strålingen fra rummet. Her kan det blive nødvendigt at begrænse tiden, en astronaut kan opholde sig uden for basen, til 1-2 timer om dagen. Det vil løse strålingsproblemet, men ret sikkert skabe et psykologisk problem med at være så meget indespærret på en lille base.

Astronauternes køreture rundt i landskabet på Mars vil blive relativt korte. Der vil være to rovere, så den ene kan bruges som redningsbil, og på den første ekspedition vil turene nok ikke føre astronauterne længere væk end 10-50 kilometer fra basen. Sandsynligvis vil man supplere med robotbiler, der kan komme langvejs fra og aflevere deres prøver til astronauterne.

Man kan møde små lokale hvirvelstorme, kaldet 'dust devils'

Vejret kan man være heldig med ved et kort ophold på 60 dage. Oplever man kun godt vejr, kan man nyde, at der er nogenlunde vindstille og en stabil temperatur på omkring minus 50 grader. Skal astronauterne være på Mars i et år eller længere, kan de ikke undgå at møde støvstorme, der i dage eller uger fylder atmosfæren med så meget støv, at det bliver svært at se selv Solen.

Vindhastigheden kan komme op på 100 kilometer i timen, men atmosfæren er så tynd, at den ikke vil føles så voldsom som en tilsvarende storm på Jorden. Man kan også møde de såkaldte ’dust devils’, små lokale hvirvelstorme, der fejer hen over overfladen. De fleste er under en kilometer høje, men i 2012 blev der observeret en dust devil med en højde på 20 kilometer.

Både støvstorme og dust devils vil give vanskeligheder. Støvet på Mars minder på mange måder mere om mel end om sand, med meget små partikler. Disse ganske små partikler bliver blæst omkring og kan trænge ind alle vegne. Det vil være et større problem end månestøvet. For da Månen ikke har nogen atmosfære, flytter støvet her sig kun, hvis astronauterne selv hvirvler det op.

Døgnrytmen vil blive slået ud af kurs

Desuden er det sandsynligt, at støvpartiklerne er elektrisk ladede. Ikke alene vil det give problemer for elektronikken, men den elektriske ladning kan få støvpartiklerne til at klæbe sig fast, så rumdragterne bliver meget svære at gøre rene.

Efter få uger vil det oprindeligt pæne og rene basemodul få et umiskendeligt rødligt skær af støv. Man kan kun håbe, at støvet ikke vil give allergiske reaktioner. Men tilstoppede filtre, kortslutninger og lignende kan også være alvorligt nok.

Astronauterne skal også passe godt på, hvor de kører eller går. Vi ved fra Curiosity, at der er skarpe sten på Mars, som kunne lave huller i selv Curiositys hjul af titanium. Der er også en konstant fare for at køre fast i dybe støvsamlinger – som det undervejs er sket for marsbilerne Spirit og Opportunity.

Endelig vil døgnrytmen blive slået ud af kurs – et problem, der måske ikke er så uskyldigt, som det lyder. Døgnet på Mars er 40 minutter længere end Jordens døgn, og erfaringer har vist, at det kan være svært at tilpasse sig denne lille ændring.

NASA forsøgte at lade kontrolcentret på Jorden arbejde efter marstid, når de skulle styre køretøjer som Opportunity og Curiosity rundt på planeten. Medarbejderne kom gradvist helt ud af takt med det døgn, alle andre følger, med søvnløshed, træthed og stress til følge. Men måske vil det gå bedre, når alle skal følge marsdøgnet i basemodulet.

Hjemrejsen

Så længe opholdet på Mars varer, vil returfartøjet tålmodigt stå og vente. Dog er der en mulighed for, at ventetiden kan udnyttes til noget fornuftigt, nemlig at tanke rumskibet op. Atmosfæren består af kuldioxid, CO2, og det rummer muligheder, især hvis man har lidt vand og masser af energi.

Det kræver blot, at man medbringer en tank med flydende brint. Derefter kan følgende proces køre:

CO2 +4H2 ->CH4 +2H2O

Kuldioxiden reagerer med brinten og danner metan og vand. Processen er opkaldt efter franskmanden Paul Sabatier, der opdagede den for godt 100 år siden. Den kræver en katalysator og noget varme for at komme i gang, men derefter producerer den selv varme.

Metan er godt raketbrændstof

Fidusen er, at metan er et godt raketbrændstof, og at processen producerer vand. Vandet kan spaltes i ilt og brint, og brinten genanvendes i Sabatier-processen. Så selv med en ret lille startmængde af brint kan der produceres store mængder metan og ilt. De mængder, der er behov for, er desuden ret begrænsede, da returfartøjet kun skal op til det store rumskib, der venter i bane om Mars.

For en træt besætning vil en otte måneder lang hjemrejse nok virke lang. Der er ingen tvivl om, at de vil fejre den dag, hvor Jorden set fra rumskibet ikke længere bare ligner en stjerne, men viser sig som en lille skive, hvor man kan se de hvide polkalotter, kontinenter, have og skyer.

Som det gamle ordsprog siger: Øst, vest, hjemme bedst. 

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.