Elon Musk har aldri vært en for å holde sine langsiktige planer for seg selv. Utover utviklingen av gjenbrukbare raketter, elbiler og revolusjonerende solkraft, har han også vært ganske vokal om å etablere en koloni på Mars i løpet av sin levetid. Målet her er intet mindre enn å sikre overlevelsen av den menneskelige rase ved å skape en "backup-plassering", og krever en seriøs planlegging og arkitektur.
Disse og andre aspekter ved Musks foreslåtte oppdrag til Mars ble skissert i et essay med tittelen “Making Humans a Multi-Planetetary Species”, som ble publisert i juni 2017-utgaven av tidsskriftet Ny plass. Oppgaven er et sammendrag av presentasjonen han holdt på det 67. årsmøtet til den internasjonale astronautiske kongressen, som fant sted 26. til 30. september 2016 i Guadalajara, Mexico.
Oppgaven ble produsert av Scott Hubbard, en konsulentprofessor ved Stanford University og sjefredaktøren for NewSpace, og inkluderer alt materiale og lysbilder fra Musks originale presentasjon. Musk har tanker om hvordan koloniseringen av Mars kunne oppnås i dette århundret og hvilke spørsmål som må løses.
Disse inkluderer kostnadene for å sende folk og nyttelaster til Mars, de tekniske detaljene i raketten og kjøretøyet som ville være med på turen, og mulige kostnadsforbrudd og tidslinjer. Men selvfølgelig tar han også opp de viktige filosofiske spørsmålene - "Hvorfor gå?" og "Hvorfor Mars?"
Å ta opp dette første spørsmålet er et av de viktigste aspektene ved romutforskning. Husker John F. Kennedys ikoniske "Vi velger å gå til månen" -talen? Langt fra bare å være en intensjonserklæring, var denne talen en begrunnelse fra Kennedy-administrasjonen for all den tid, energi og penger den forpliktet til Apollo-programmet. Som sådan understreket Kennedys tale fremfor alt annet hvorfor målet var et edelt selskap.
Når han så på Mars, slo Musk en lignende tone, og understreket overlevelse og menneskets behov for å utvide seg ut i verdensrommet. Som han uttalte:
”Jeg tror det virkelig er to grunnleggende veier. Historien kommer til å fordoble seg i to retninger. En vei er at vi blir værende på jorden for alltid, og så blir det en eventuell utryddelseshendelse. Jeg har ikke en umiddelbar dommedagsprofeti, men etter hvert, antyder historien, vil det være noen dommedagsbegivenheter. Alternativet er å bli en rombærende sivilisasjon og en multiplanetær art, som jeg håper du vil være enig i at det er riktig vei å gå. ”
Når det gjelder det som gjør Mars til det naturlige valget, var det litt mer tøft å selge. Riktignok har Mars mange likheter med Jorden - og derfor kalles det ofte "Earth's Twin" - noe som gjør det til et fristende mål for vitenskapelig forskning. Men det har også noen ganske sterke forskjeller som gjør at langtidsopphold på overflaten virker mindre enn tiltalende. Så hvorfor ville det være det naturlige valget?
Som Musk forklarer, har nærhet mye å gjøre med det. Visst er Venus nærmere Jorden, og kommer så nær som 41 millioner km (25.476.219 mi), sammenlignet med 56 millioner km (3.4796.787 mi) med Mars. Men Venus 'fiendtlige miljø er godt dokumentert, og inkluderer en supertett atmosfære, temperaturer varme nok til å smelte bly og svovelsyreregn! Kvikksølv er for varm og luftløs, og jovianske månene er veldig langt.
Dette etterlater oss bare to alternativer for nær fremtid, for så vidt Musk angår. Den ene er månen, som sannsynligvis vil ha en fast bosetting på seg de kommende årene. Mellom ESA, NASA, Roscosmos og Chines National Space Administration er det faktisk ingen mangel på planer om å bygge en månepost, som vil tjene som en etterfølger for ISS.
Men sammenlignet med Mars er den mindre ressursrik, har ingen atmosfære og representerer en stor overgang så langt som tyngdekraften (0,165 g sammenlignet med 0,376 g) og lengden på dagen (28 dager mot 24,5 timer) er bekymret. Her ligger den største grunnen til å dra til Mars, som er det faktum at alternativene våre er begrensede og Mars er den mest jordlignende av alle kroppene som for øyeblikket er tilgjengelige for oss.
Musk gir dessuten godtgjørelse for at kolonister kunne begynne å starte den terraformerende prosessen for å gjøre den enda mer jordlignende over tid. Som han uttaler (fet skrift lagt til vekt):
"Faktisk tror vi nå at Mars tidlig var mye som Jorden. Faktisk, hvis vi kunne varme Mars opp, ville vi nok en gang ha en tykk atmosfære og flytende hav. Mars er omtrent halvparten så langt igjen fra sola som jorden er, så den har fortsatt anstendig sollys. Det er litt kaldt, men vi kan varme det opp. Den har en veldig hjelpsom atmosfære, som primært er CO2 med litt nitrogen og argon og noen få andre sporstoffer, betyr at vi kan dyrke planter på Mars bare ved å komprimere atmosfæren.
"Det ville være ganske morsomt å være på Mars fordi du ville ha tyngdekraften som er omtrent 37% av jordens, så du kunne løfte tunge ting og bundet rundt deg. Dagen er dessuten bemerkelsesverdig nær Jordens dag. Vi trenger bare å endre befolkningene fordi vi for tiden har syv milliarder mennesker på jorden og ingen på Mars. ”
Naturligvis kan det ikke forventes at noe oppdrag skal skje uten det helt viktige kjøretøyet. Musk benyttet seg av det årlige IAC-møtet for å avsløre selskapets planer for det interplanetære transportsystemet. En oppdatert versjon av Mars Colonial Transporter (som Musk begynte å snakke om i 2012), ITS vil bestå av to hovedkomponenter - en gjenbrukbar rakettforsterker og Interplanetary Spaceship.
Prosessen for å komme til Mars med disse komponentene involverer noen få trinn. Først tar rakettforsterkeren og romskipet sammen, og romskipet blir levert inn i bane. Deretter, mens romskipet antar en parkeringsbane, vender boosteren tilbake til Jorden for å bli lastet på nytt med tankskipet. Dette kjøretøyet er av samme design som romskipet, men inneholder drivtanker i stedet for lastområder.
Tankskipet blir deretter lansert i bane med boosteren, der den vil møte med romskipet og fylle tanken for reisen til Mars. Totalt sett vil drivmedietankeren gå opp hvor som helst fra tre til fem ganger for å fylle tankene på romfartøyet mens det er i bane. Musk anslår at snuoperasjonen mellom romfartøyets oppskyting og henting av booster etter hvert kan være så lav som 20 minutter.
Denne prosessen (hvis Musk får sin vei) vil utvide til å omfatte flere romskip som gjør reisen til og fra Mars hver 26. måned (når Mars og Jorden er nærmest sammen):
"Du vil til slutt ha opptil 1000 eller flere romskip som venter i bane. Derfor ville Mars Colonial-flåten vike masse. Det er fornuftig å laste romskipene i bane fordi du har hatt to år til å gjøre det, og da kan du ofte bruke boosteren og tankskipet for å få virkelig tung gjenbruk av dem. Med romskipet får du mindre gjenbruk fordi du må vurdere hvor lang tid det kommer til å vare - kanskje 30 år, noe som kanskje er 12–15 fly i romskipet på det meste. ”
Når det gjelder rakettens struktur, vil den bestå av et avansert utvendig karbonfiberutvendig omgivende drivstofftanker, som vil stole på et autogent trykksystem. Dette innebærer at drivstoff og oksygen blir forgaset gjennom varmevekslinger i motoren, som deretter vil bli brukt til å presse tankene. Dette er et mye enklere system enn det som i dag brukes til Falcon 9-raketten.
Boosteren ville bruke 42 Raptor-motorer arrangert i konsentriske ringer for å generere skyvekraft. Med 21 motorer i den ytre ringen, 14 i den indre ringen, og syv i en senterklynge, ville boosteren ha et estimert løftekraft på 11.793 tonn (13.000 tonn) - 128 MegaNewtons - og et vakuumkraft på 12.714 metrisk tonn (14.015 tonn), eller 138 MN. Dette vil gjøre det til det første romfartøyet der rakettprestasjonsstangen overstiger den fysiske størrelsen på raketten.
Når det gjelder romfartøyet, krever designene en trykk seksjon øverst med et utrykkelig seksjon under. Seksjonen under trykk ville inneholde opptil 100 passasjerer (trodde Musk håper å til slutt øke kapasiteten til 200 mennesker per tur), mens all bagasje og last som er nødvendig for å bygge den martiske kolonien, ble oppbevart i den utrykte delen nedenfor.
Når det gjelder mannskapsrommene selv, var Musk sikker på å illustrere hvordan tiden i dem ikke ville bli kjedelig, siden transittiden er lang. "Derfor er mannskapsrommet eller okkupasjonsrommet satt opp slik at du kan spille null-gravitasjonsspill - du kan flyte rundt," sa han. “Det blir filmer, forelesningssaler, hytter og restaurant. Det blir veldig gøy å gå. Du kommer til å ha det veldig bra! ”
Under begge disse seksjonene er motoren med flytende oksygen, drivstofftank og romfartøy plassert. Motorene, som ville være direkte festet til skyvekeglen ved basen, vil bestå av en ytre ring av tre havnivåmotorer - som ville generere 361 sekunder med spesifikk impuls (Isp) - og en indre klynge av seks vakuummotorer som ville generere 382s Isp.
Utsiden av romfartøyet vil også være utstyrt med en varmeskjerm, som vil være sammensatt av det samme materialet som SpaceX bruker på Dragon-romfartøyet. Dette er kjent som en fenolimpregnert karbonablator (PICA), som SpaceX er på deres tredje versjon av. Totalt anslår Musk at Interplanetary Spaceship vil kunne transportere 450 tonn last til Mars, avhengig av hvor mange ganger tankskipet kan fylle opp fartøyet.
Avhengig av møtet med Earth-Mars, kan transittiden være så lite som 80 dager envei (med en hastighet på 6 km / s). Men med tiden håper Musk å redusere dette til bare 30 dager, noe som vil gjøre det mulig å etablere en betydelig befolkning på Mars på relativt kort tid. Som Musk antydet, er det magiske tallet her i 1 million, noe som betyr antallet mennesker det vil ta å etablere en selvopprettholdende koloni på Mars.
Han innrømmet at dette ville være en stor utfordring, og kunne så lenge som et århundre å fullføre:
“Hvis du bare kan gå hvert andre år, og hvis du har 100 personer per skip, er det 10.000 turer. Derfor er minst 100 personer per tur riktig størrelsesorden, og vi kan ende med å utvide besetningsdelen og til slutt ta mer som 200 eller flere personer per flytur for å redusere kostnadene per person. Imidlertid er 10.000 flyreiser mange flyreiser, så til slutt vil du virkelig ønske deg i størrelsesorden 1000 skip. Det vil ta en stund å bygge opptil 1000 skip. Hvor lang tid det vil ta å nå den millionpersons terskelen, fra det punktet hvor det første skipet går til Mars, sannsynligvis ville være et sted mellom 20 og 50 totale Mars-møte, så det ville ta 40–100 år å oppnå et fullstendig selv- opprettholde sivilisasjonen på Mars. ”
Når ITS er klar til å starte, vil det gjøre det fra Launch Pad 39A på Kennedy Space Center i Florida, som SpaceX for tiden bruker for å utføre Falcon 9-lanseringer fra. Men selvfølgelig er det mest skremmende aspektet av en hvilken som helst koloniseringsinnsats. For øyeblikket, og ved bruk av nåværende metoder, er det rett og slett ikke rimelig å sende en million millioner mennesker til Mars.
Ved å bruke Apollo-epoke-metodene som berøringsstein, indikerte Musk at kostnadene for å gå til Mars ville ligge på rundt 10 milliarder dollar per person - noe som stammer fra det faktum at selve programmet koster mellom 100 og 200 milliarder dollar (juster for inflasjonen) og resulterte i 12 astronauter setter foten på Månen. Naturligvis er dette altfor høyt for å skape en selvopprettholdende koloni med en befolkning på 1 million.
Som et resultat hevdet Musk at kostnadene for å transportere mennesker til Mars måtte kuttes med hele 5 millioner prosent! Musks ønske om å senke kostnadene forbundet med romoppskytninger er velkjent, og er selve grunnen til at han grunnla SpaceX og begynte å utvikle gjenbrukbar teknologi. Imidlertid må kostnadene senkes til det punktet hvor en billett til Mars vil koste omtrent det samme som et medianhus - dvs. 200 000 dollar - før noen turer til Mars kunne skje.
Når det gjelder hvordan dette kan gjøres, er det skissert flere strategier, hvorav mange musk- og romfartsorganisasjoner som NASA allerede jobber aktivt. De inkluderer full gjenbrukbarhet, der alle etapper i en rakett og dens lastmodul (ikke bare den første etappen) måtte være gjenvinnbare og gjenbrukbare. Å fylle bensin i Orbit er et annet middel, noe som vil bety at romskipet ikke trenger å ta med seg alt drivstoffet de trenger fra Jorden.
På toppen av det, må det være et alternativ for drivmiddelproduksjon på Mars, der romskipet vil kunne fylle drivstoff på Mars for å ta turen tilbake. Dette konseptet har blitt utforsket tidligere for måne- og marsoppdrag. Og i Mars 'tilfelle, tilstedeværelsen av atmosfærisk og frossen CO², og vann i både jord og polare iskapper, ville bety at metan, oksygen og hydrogen kunne produseres.
Til slutt er det spørsmålet om hvilken drivmiddel som vil være best. Som det står, er det grunnleggende valg når det kommer - parafin (rakettbrensel), hydrogen og metan. Alle disse gir visse fordeler og kan produseres in situ på Mars. Men basert på en kostnads-fordelingsfordeling, hevder Musk at metan ville være det mest kostnadseffektive drivmidlet.
Som alltid reiste Musk også spørsmålet om tidslinjer og neste trinn. Dette besto av en oversikt over SpaceXs prestasjoner de siste halvannet tiår, fulgt av en oversikt over hva han håper å se selskapet gjøre i de kommende årene og tiårene.
Disse inkluderer utviklingen av det første interplanetære romskipet på omtrent fire år, som vil bli fulgt av suborbital testflyging. Han antydet til og med hvordan romskipet kunne ha kommersielle bruksområder, og ble brukt til rask transport av gods rundt om i verden. Når det gjelder utviklingen av boosteren, indikerte han at dette ville være en relativt enkel prosess siden det ganske enkelt innebærer oppskalering av den eksisterende Falcon 9-boosteren.
Utover det anslår han at (forutsatt at alt går bra) en ti års tidsramme ville være tilstrekkelig for å sette sammen alle komponentene slik at det ville fungere for å bringe folk til Mars. Sist, men ikke minst, tilbød han noen glimt av hva som kunne oppnås med ITS utover Mars. Som navnet antyder, håper Musk å utføre oppdrag til en annen destinasjon i solsystemet en dag.
Gitt mulighetene for drivstoffproduksjon in situ (takket være overflaten av vannis), ble månene til både Jupiter og Saturn nevnt som mulig destinasjon. Men utover måner som Europa, Enceladus og Titan (som alle ble nevnt), ble til og med destinasjoner i det transneptuniske området i solsystemet indikert som en mulighet.
Gitt at Pluto også har en overflod av vannis på overflaten, hevdet Musk at det kunne bygges et drivstoffdepot her for å betjene oppdrag til Kuiper Belt og Oort Cloud. "Jeg vil ikke anbefale dette for interstellare reiser," innrømmet han, "men dette grunnleggende systemet - forutsatt at vi har fyllestasjoner underveis - betyr full tilgang til hele det større solsystemet."
Publiseringen av denne artikkelen, mange måneder etter at Musk presenterte detaljene i planen sin for det årlige IAC-møtet, har naturlig nok skapt både godkjenning og skepsis. Mens det er de som vil stille spørsmål ved Musks tidslinjer og hans evne til å levere på forslagene som er inne i, ser andre det som et viktig skritt i oppfyllelsen av Musks langvarige ønske om å se koloniseringen av Mars skje i dette århundret.
For Scott Hubbard tjener det som et verdifullt bidrag til romfartsundersøkelsens historie, noe fremtidige generasjoner vil kunne få tilgang til, slik at de kan kartlegge Mars-letingens historie - omtrent på samme måte som NASA arkivmateriale brukes til å studere historien av månelandingen. Som han bemerket:
"Etter mitt syn gir publisering av denne artikkelen ikke bare en mulighet for romfartssamfunnet til å lese SpaceX-visjonen på trykk med alle diagrammer i sammenheng, men fungerer også som en verdifull arkivreferanse for fremtidige studier og planlegging. Målet mitt er å gjøre New Space til forum for publisering av nye letingskonsepter - særlig de som antyder en gründerbane for mennesker som reiser til det dype rommet. ”
Elon Musk er ikke fremmed for å tenke stort og drømme stort. Og selv om mange av forslagene hans i det siste ikke skjedde i den tidsrammen han opprinnelig spesifiserte, er det ingen som kan være i tvil om at han har levert så langt. Det vil være veldig spennende å se om han kan ta selskapet han grunnla for 15 år siden for å fremme utforskningen av Mars, og bruke det i stedet for å lede en koloniseringsinnsats!
Oppdater: Musk twitret sin takk til Hubbard for publiseringen og har indikert at det er noen "store endringer i planen som kommer snart."
Og husk å sjekke ut denne videoen av Musks fulle tale på det 67. årsmøtet i IAC, med tillatelse av SpaceX:
