under 2012 tillkännagav projektet ”Mars One”, som leddes av en holländsk ideell organisation, planer på att etablera den första mänskliga kolonin på den röda planeten senast 2025. Uppdraget skulle initialt skicka fyra astronauter på en enkel resa till Mars, där de skulle tillbringa resten av sitt liv med att bygga den första permanenta mänskliga bosättningen.
det är en djärv vision-särskilt eftersom Mars One hävdar att hela uppdraget kan byggas på tekniker som redan finns. Som dess webbplats säger, etablering av människor på Mars skulle vara ” nästa jätte språng för mänskligheten.”men ingenjörer på MIT säger att projektet kan behöva ta ett steg tillbaka, åtminstone för att ompröva uppdragets tekniska genomförbarhet.MIT-forskarna utvecklade ett detaljerat avvecklingsanalysverktyg för att bedöma genomförbarheten av Mars One-uppdraget och fann att ny teknik kommer att behövas för att hålla människor vid liv på Mars.till exempel, om all mat erhålls från lokalt odlade grödor, som Mars One föreställer sig, skulle vegetationen producera osäkra nivåer av syre, vilket skulle utlösa en serie händelser som så småningom skulle få mänskliga invånare att kvävas. För att undvika detta scenario måste ett system för att avlägsna överskott av syre implementeras — en teknik som ännu inte har utvecklats för användning i rymden.på samma sätt upptäckte Mars Phoenix-landaren bevis på is på Mars — ytan 2008, vilket tyder på att framtida bosättare skulle kunna smälta is för dricksvatten-ett annat Mars One-mål. Men enligt MIT-analysen är nuvarande tekniker utformade för att” baka ” vatten från jord ännu inte redo för utplacering, särskilt i rymden.
teamet utförde också en integrerad analys av reservdelsuppsättning-hur många reservdelar som skulle behöva levereras till en Marskoloni vid varje tillfälle för att hålla den igång. Forskarna fann att när kolonin växer skulle reservdelar snabbt dominera framtida leveranser till Mars och utgöra så mycket som 62 procent av nyttolasterna från jorden.när det gäller den faktiska resan till Mars beräknade laget också antalet raketer som krävs för att etablera de fyra första bosättarna och efterföljande besättningar på planeten, liksom resans kostnad.enligt Mars One-planen skulle Sex Falcon Heavy-raketer krävas för att skicka upp initiala leveranser före astronauternas ankomst. Men MIT-bedömningen fann att antalet var ”alltför optimistiskt”: Teamet bestämde att de nödvändiga förnödenheterna istället skulle kräva 15 Falcon Heavy raketer. Transportkostnaden för denna del av uppdraget ensam, i kombination med astronauternas lansering, skulle vara 4,5 miljarder dollar — en kostnad som skulle växa med ytterligare besättningar och leveranser till Mars. Forskarna säger att denna uppskattning inte inkluderar kostnaden för att utveckla och köpa utrustning för uppdraget, vilket ytterligare skulle öka den totala kostnaden.
Olivier de Weck, en MIT-professor i flygteknik och astronautik och tekniska system, säger att utsikterna att bygga en mänsklig bosättning på Mars är spännande. För att göra detta mål till verklighet kommer det dock att krävas innovationer inom ett antal tekniker och ett rigoröst systemperspektiv, säger han.
”vi säger inte, svartvitt, Mars One är omöjlig”, säger de Weck. ”Men vi tror att det inte är riktigt genomförbart under de antaganden de har gjort. Vi pekar på teknik som kan vara till hjälp att investera i med hög prioritet, för att flytta dem längs genomförbarhetsvägen.”
”en av de stora insikterna vi kunde få var hur svårt det är att dra av det här”, säger doktorand Sydney Do. ”Det finns bara så många okända. Och för att ge någon förtroende för att de ska komma dit och hålla sig vid liv — det finns fortfarande mycket arbete som behöver göras.”
Do och de Weck presenterade sin analys denna månad på International Astronautical Congress i Toronto. Medförfattare inkluderar MIT doktorander Koki Ho, Andrew Owens och Samuel Schreiner.
simulera en dag på Mars
gruppen tog ett systembaserat tillvägagångssätt vid analysen av Mars One-uppdraget, först bedömde olika aspekter av uppdragets arkitektur, såsom dess livsmiljö, livsstödssystem, reservdelskrav och transportlogistik och tittade sedan på hur varje komponent bidrar till hela systemet.
för livsmiljödelen simulerade Do det dagliga livet för en mars-kolonist. Baserat på det typiska arbetsschemat, aktivitetsnivåer och metaboliska hastigheter för astronauter på den internationella rymdstationen (ISS), uppskattade Do att en bosättare skulle behöva konsumera cirka 3 040 kalorier dagligen för att hålla sig levande och frisk på Mars. Han bestämde sedan grödor som skulle ge en rimligt balanserad kost, inklusive bönor, sallad, jordnötter, potatis och ris.
do beräknat att producera tillräckligt med dessa grödor för att upprätthålla astronauter på lång sikt skulle kräva cirka 200 kvadratmeter växande område, jämfört med Mars One: s uppskattning av 50 kvadratmeter. Om, som projektplanerna, grödor odlas inom bosättarnas livsmiljö, fann Do att de skulle producera osäkra nivåer av syre som skulle överstiga brandsäkerhetströsklarna, vilket kräver kontinuerlig införande av kväve för att minska syrenivån. Med tiden skulle detta tömma kvävetankar och lämna livsmiljön utan gas för att kompensera för läckor.
När luften inuti livsmiljön fortsatte att läcka skulle det totala atmosfärstrycket sjunka, vilket skapade en förtryckande miljö som skulle kväva den första bosättaren inom uppskattningsvis 68 dagar.
möjliga lösningar, säger Do, kan innefatta antingen att utveckla en teknik för att extrahera överskott av syre eller isolera grödorna i ett separat växthus. Teamet övervägde till och med att använda kväve extraherat från Mars-atmosfären, men fann att det skulle kräva ett oöverkomligt stort system. Överraskande var det billigaste alternativet att leverera all mat som krävs från jorden.
” Vi hittade att bära mat är alltid billigare än att odla den lokalt”, säger Do. ”På Mars behöver du belysnings-och vattningssystem, och för belysning fann vi att det kräver 875 LED-system, som misslyckas med tiden. Så du måste tillhandahålla reservdelar för det, vilket gör det ursprungliga systemet tyngre.”
vridning av knopparna
som laget fann skulle reservdelar över tiden väsentligt blåsa upp kostnaden för initiala och framtida uppdrag till Mars. Owens, som bedömde leveransen av reservdelar, baserade sin analys på tillförlitlighetsdata härledda från NASA-reparationsloggar för givna komponenter på ISS.
”ISS bygger på tanken att om något går sönder kan du ringa hem och få en ny del snabbt”, säger Owens. ”Om du vill ha en reservdel på Mars måste du skicka den när ett startfönster är öppet, var 26: e månad och vänta sedan 180 dagar för att det ska komma dit. Om du kunde göra reservdelar på plats skulle det vara en enorm besparing.”Owens pekar på tekniker som 3D-utskrift, vilket kan göra det möjligt för bosättare att tillverka reservdelar på Mars. Men tekniken som den finns idag är inte tillräckligt avancerad för att reproducera de exakta dimensionerna och funktionerna hos många rymdklassade delar. MIT-analysen visade att 3D-skrivare måste förbättras med språng, annars måste hela Mars-avvecklingsinfrastrukturen omformas så att dess delar kan skrivas ut med befintlig teknik.även om denna analys kan göra att Mars One-programmet ser skrämmande ut, säger forskarna att avvecklingsanalysverktyget de har utvecklat kan hjälpa till att bestämma genomförbarheten av olika scenarier. Till exempel, snarare än att skicka besättningar på envägsresor till planeten, vad skulle det totala uppdraget kosta om besättningar ibland ersattes?
”Mars One är en ganska radikal ide”, säger Schreiner. ”Nu har vi byggt ett verktyg som vi kan leka med, och vi kan vrida några av knopparna för att se hur uppdragets kostnad och genomförbarhet förändras.”
Tracy Gill, en teknikstrategichef på NASA, säger att verktyget kan vara tillämpligt för att bedöma andra uppdrag till Mars och pekar på några scenarier som gruppen kanske vill utforska med hjälp av avvecklingsanalysverktyget.
”detta kan ge en fördel för uppdragsplanerare genom att låta dem utvärdera ett större spektrum av uppdragsarkitekturer med bättre förtroende för deras analys”, säger Gill, som inte bidrog till forskningen. ”Inkluderat bland dessa arkitekturer skulle vara alternativ som sträcker sig från att helt odla all mat in situ med bioregenerativa system, till förpackning av alla livsmedelsprodukter från jorden, till olika kombinationer av dessa två ytterligheter.”
några av studenterna på detta projekt stöddes av NASA-stipendier.