Do kin trafiła ekranizacja bestsellerowej książki Andy’ego Weira „Marsjanin”. To chyba pierwsza wizja pobytu ludzi na Czerwonej Planecie, która jest poprawna z naukowego punktu widzenia. Bo faktycznie, dysponujemy dziś technologiami, które pozwolą nam na założenie marsjańskiej bazy w niezbyt odległej przyszłości. Ostatecznie ludzie wylądowali na Księżycu pod koniec lat 60. ubiegłego wieku. Załogowa misja na Marsa ma wystartować po roku 2030.
Pierwsi „Marsjanie” nie będą jednak mieli łatwego życia. „Ciśnienie stukrotnie niższe niż na Ziemi, temperatury rzadko przekraczające zero stopni Celsjusza oraz atmosfera wypełniona trującym dwutlenkiem węgla – to zmusi ludzi do życia w zamkniętej przestrzeni przez większą część pobytu na Marsie” – mówi Jędrzej Górski, doktorant na Wydziale Mechaniczno-Energetycznym Politechniki Wrocławskiej. Ta zamknięta przestrzeń to habitat, czyli baza załogowa, która musiałaby zostać przynajmniej częściowo zbudowana, zanim na Czerwoną Planetę dotarliby pierwsi ludzie.
Bilet na Marsa
Wyprawa na tak odległą planetę będzie wielkim przedsięwzięciem. Jeszcze do niedawna wydawało się, że nie podoła mu pojedyncza organizacja, nawet tak potężna jak np. NASA. Jednak dziś o wyprawie na Marsa coraz częściej mówią firmy prywatne. Przykładem może być SpaceX, założona przez charyzmatycznego przedsiębiorcę Elona Muska. Pracuje ona nad rakietami wielokrotnego użytku, mającymi kursować na trasie Ziemia–Mars. W jednym z wywiadów Musk zapowiedział, że do 2050 r. chce wysłać na Czerwoną Planetę co najmniej 80 tys. ludzi. Docelowo marsjańska społeczność miałaby liczyć kilka milionów osób. Jedno miejsce w rakiecie SpaceX ma kosztować ok. 400 tys. dol., a pierwsze loty są planowane na lata 2033–2034.
Baza: dmuchana lub drukowana
Bohater książki i filmu „Marsjanin” mieszka w wielkim namiocie, nadmuchiwanym od środka przez aparaturę dostarczającą powietrze przystosowane do potrzeb człowieka.
Zaletą takiego rozwiązania są lekkie elementy konstrukcyjne, które można spakować do bezzałogowej rakiety i dostarczyć na Marsa z Ziemi. Jednak nie brakuje rozwiązań alternatywnych. Jednym z modnych ostatnio trendów jest druk 3D. Założenie jest takie, że na Czerwoną Planetę wysyłamy autonomiczne roboty, które korzystają z miejscowych surowców i „drukują” z nich ściany, dach itd. Na sponsorowany przez NASA konkurs 3D-Printed Habitat Challenge zgłoszono bardzo szczegółowe projekty takich baz. Niektóre przypominają dmuchane namioty, inne przykryte są taflami szkła, jest nawet taka w kształcie spirali, którą roboty mogą rozbudowywać do niemal dowolnych rozmiarów.
Na Marsie bardzo ważną kwestią będzie ochrona przed promieniowaniem. „Choć nie są to wartości bardzo duże, to jednak kilkunastokrotnie przewyższają normy przyjęte dla personelu pracującego w zakładach nuklearnych” – mówi Adam Piech z gdańskiej firmy Blue Dot Solutions, zajmującej się konsultingiem dotyczącym sektora kosmicznego. Dach bazy musi więc pochłaniać promieniowanie, co można osiągnąć np. poprzez pokrycie go warstwą regolitu, czyli marsjańskiego gruntu. Część projektów zakłada ukrycie pomieszczeń mieszkalnych w wykopanych wcześniej jaskiniach.
Pewne jest natomiast, że ludzie nie będą mogli przebywać poza bazą zbyt długo. Kombinezony chroniące skutecznie przed promieniowaniem byłyby bardzo ciężkie i niewygodne. Dlatego większość prac na zewnątrz powinny wykonywać roboty – autonomiczne lub zdalnie sterowane.
Każda maszyna wymaga zasilania – dotyczy to nie tylko urządzeń wykorzystywanych podczas budowy bazy, ale także tych, dzięki którym będzie się ona nadawała do zamieszkania przez ludzi. Jak wyprodukować prąd na Marsie?
Mars One: misja niemożliwa?
Jednym z bardziej znanych prywatnych projektów podboju Czerwonej Planety jest Mars One. Chodzi o wysłanie osadników, którzy mają mieszkać w marsjańskich bazach całe życie. Pierwsza misja ma wystartować po 2020 r. Projekt został skrytykowany przez wielu naukowców, którzy uważają, że nie ma szans na powodzenie. W bazie przewidziano 80 m kw. na uprawę roślin przy sztucznym oświetleniu. „Będziemy magazynować żywność z Ziemi, ale chcemy z niej korzystać wyłącznie w sytuacjach kryzysowych. Astronauci będą starali się jeść jak najwięcej produktów wytwarzanych na Marsie. Prawdopodobnie częścią ich codziennej diety będą glony i owady” – mówi „Focusowi” Bas Lansdorp, współzałożyciel i dyrektor generalny Mars One. Baza będzie zasilana przez panele słoneczne, a ochronę przed promieniowaniem zapewni pokrycie budowli pięcioma metrami marsjańskiej gleby.
Koncepcja bazy Mars Onepięcioma metrami marsjańskiej gleby.
Energia: słoneczna, atomowa, wiatrowa
Do tej pory misje bezzałogowe wykorzystywały głównie energię słoneczną. Choć Mars znajduje się ok. 1,5 raza dalej od Słońca niż Ziemia, dociera do niego wystarczająco dużo światła, by miało to sens. Do zasilania stacji potrzebna byłaby cała „farma” zbudowana z dużych ogniw słonecznych. Nie może to być jednak jedyne źródło energii dla kolonistów na Marsie. „Występują tam burze piaskowe, które mogą trwać nawet wiele tygodni i obejmować znaczną część powierzchni planety” – przestrzega dr Paweł Wajer z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk. Pył potrafi się wtedy unosić na wysokości kilku lub nawet kilkunastu kilometrów nad powierzchnią planety, przesłaniając Słońce. W takiej sytuacji bazę mogą zasilać „atomowe” baterie zwane RTG. Zawarty w nich pluton ulega rozpadowi radioaktywnemu, wskutek czego powstaje ciepło zamieniane potem na elektryczność. RTG zasilają wiele sond kosmicznych i działają niezależnie od warunków zewnętrznych. Innym rozwiązaniem, do tej pory jeszcze nietestowanym na Marsie, byłoby wykorzystanie siły wiejących tam wiatrów. Atmosfera Czerwonej Planety jest rzadsza od ziemskiej, więc elektrownie wiatrowe byłyby mniej wydajne niż na Ziemi. Jednak w czasie burz piaskowych ich stosowanie mogłoby mieć sens.
Mając energię, można uzyskać to, co jest niezbędne człowiekowi do życia. Na pierwszym miejscu listy jest oczywiście tlen. Atmosfera Marsa zawiera go mniej niż 0,15 proc. „Jedną ze sprawdzonych metod jest wykorzystanie mikroorganizmów, które wyprodukują tlen z dominującego w atmosferze Marsa dwutlenku węgla. Alternatywą może być elektroliza, czyli rozkład CO2 z użyciem prądu elektrycznego. NASA przetestuje to rozwiązanie za pomocą instrumentu o nazwie MOXIE, który ma się znaleźć na pokładzie łazika biorącego udział w misji Mars 2020” – mówi dr Wajer.
Oczywiście potrzebna będzie także woda. Na Czerwonej Planecie znajduje się ona pod ziemią w formie lodu. Autonomiczne roboty mogą ją stamtąd wydobyć, a następnie ogrzać, by uzyskać parę wodną. Po jej skropleniu powstanie czysta woda. Trzeba ją jeszcze będzie wzbogacić o składniki mineralne, by nadawała się np. do picia.
Ile potrwa lot na Marsa?
Zdaniem specjalistów potrzeba będzie na to od 6 do 8 miesięcy. Dotychczas najszybciej na Czerwoną Planetę dotarła sonda Mars Odyssey w 2001 r. – zajęło jej to równo 200 dni,czyli ok. 6,5 miesiąca. Najwolniejsza była misja Viking 2 z 1975 r. Jej wynik to 333 dni, czyli blisko 11 miesięcy.
Do jedzenia: mrożonki, sałata i poczwarki
Mając schronienie, energię, wodę i tlen można pomyśleć o produkcji żywności. Wiadomo już, że marsjański grunt nadaje się do uprawy niektórych gatunków roślin. Naukowcy prowadzą doświadczenia tego typu między innymi na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, gdzie udało im się wyhodować sałatę. Jest więc szansa, że marsjańskie szklarnie mogłyby dostarczyć osadnikom niewielkich ilości warzyw, owoców czy jadalnych grzybów.
Większym wyzwaniem byłoby uzyskanie białka zwierzęcego. Hodowla tkanki mięśniowej w warunkach laboratoryjnych nadal jest na bardzo wczesnym etapie. Co gorsza, do uzyskania syntetycznego mięsa cały czas potrzebna jest pożywka uzyskiwana z tkanek zabitych wcześniej zwierząt. Na innej planecie lepszym rozwiązaniem mogłaby być hodowla jadalnych owadów. Chińscy i japońscy naukowcy uważają, że do tego celu nadawałyby się jedwabniki. Ich poczwarki to źródło wartościowego białka (zawierają go cztery razy więcej niż jaja czy mleko), natomiast odchody gąsienic stanowiłyby nawóz dla roślin w szklarniach.
Specjaliści przyznają jednak, że produkcja żywności w takich warunkach nadal jest bardzo trudna. Dowodzi tego historia eksperymentu Biosphere 2 – sztucznego zamkniętego ekosystemu, który miał być całkowicie samowystarczalnym modelem stacji kosmicznej na obcej planecie. Pod szklaną kopułą w Arizonie umieszczono rośliny, zwierzęta i ludzi, którzy mieli sobie poradzić bez zewnętrznej pomocy przez dwa lata. O mało się nie udusili, ponieważ ich „ekologiczne” rolnictwo pozbawiło atmosferę tlenu.
Dlatego na razie planowane misje marsjańskie opierają się głównie na zapasach dostarczonych z Ziemi. Jadłospis pierwszych kolonistów prawdopodobnie będzie składać się nawet w 80 proc. z żywności liofilizowanej, czyli po-zbawionej wody przez wymrażanie. „W menu powinny koniecznie znaleźć się przyprawy, zioła, ostre sosy, a także produkty takie jak nutella czy masło orzechowe” – uważa Angelo Vermeulen, który brał udział w pierwszej turze eksperymentu HI-SEAS. Do takich wniosków doszedł po czterech miesiącach spędzonych w usytuowanej na Hawajach kapsule symulującej warunki panujące w marsjańskiej kopule mieszkalnej. Monotonny smak potraw był jed-nym z większych wyzwań dla ośmioosobowej ekipy biorącej udział w doświadczeniu.