Je leest:

Mensen op Mars in 2033?

Mensen op Mars in 2033?

Auteurs: , , en | 1 september 2004

De Europese ruimtevaartorganisatie ESA begonnen met het ontwikkelen van een programma met als doel: Europeanen op Mars in 2033. De naam van het programma is Aurora.

Lang voordat president George W. Bush aankondigde dat Amerika terug wil naar de maan en daarna naar Mars, is de Europese ruimtevaartorganisatie ESA begonnen met het ontwikkelen van een programma met als doel: Europeanen op Mars in 2033. De naam van het programma is Aurora. Het zal, indien de ESA-lidstaten (waaronder Nederland) besluiten dat het programma doorgaat, wat financiering betreft de opvolger worden van het International Space Station-project (ISS). Het programma zal bestaan uit vele kleine tussenstappen waarin (onbemand) planetair onderzoek, de ontwikkeling van technologieën en het menselijke aspect van een missie naar Mars de belangrijkste elementen zijn. Sinds 2002 voert ESA de voorbereidende fase van het Aurora-programma uit, waarin de complete planning tot aan de bemande reis naar Mars in 2030-2035 wordt bestudeerd. In de zomer van 2005 zullen de ministers uit alle ESA-landen een beslissing nemen over het wel of niet starten van het feitelijke Aurora-programma.

Het Aurora-plan bestaat uit een aantal stappen die moeten leiden tot het verkrijgen van de complete wetenschappelijke en technologische kennis voor een bemande reis naar Mars. De eerste fase zal bestaan uit twee soorten missies: de Arrow-missies, bedoeld om technologie te testen die nodig is om ruimtesondes zo efficiënt mogelijk van en naar Mars te laten reizen, en de Flagship-missies, vooral bedoeld voor daadwerkelijk wetenschappelijk onderzoek.

Het Aurora-programma in een notendop: stapsgewijs via de maan uiteindelijk een bemande missie naar Mars.

Interplanetaire retourcapsules

De eerste beoogde Arrow-missie is de Earth Reentry Vehicle-demonstratie, waarin een capsule in een sterk elliptische baan om de aarde wordt gebracht. Vanuit deze baan zal de capsule de atmosfeer van de aarde binnendringen om te onderzoeken welke krachten een interplanetaire retourcapsule ondergaat, als voorbereiding voor een Mars Sample Return-missie, waarin een bodemmonster van Mars naar de aarde wordt gebracht, die van zo’n retourcapsule gebruik zal maken. Deze technologische demonstratiemissie moet al gelanceerd worden in 2006-2007.

De tweede Arrow-missie is de Mars Aerocapture Demonstratie-missie, waarin een ruimtesonde gelanceerd wordt naar Mars. Eenmaal aangekomen bij Mars zal de sonde een zodanige baan volgen dat hij door de bovenste lagen van de atmosfeer raast. Door de wrijving van de atmosfeer zal de sonde snelheid verliezen zonder dat er remraketten aan te pas komen. Bij elke omwenteling zal de sonde steeds meer snelheid verliezen, totdat hij in een stabiele cirkelvormige baan om Mars terechtkomt. Alhoewel deze techniek al is toegepast bij de Amerikaanse Mars Odyssee en Mars Global Surveyor, wil men onderzoeken of de techniek ook bruikbaar is bij een bemande missie. Indien dit experiment slaagt, betekent dit een significante reductie in de benodigde stuwstof en dus massa van toekomstige ruimtesondes richting Mars.

Een bodemmonster wordt door een kleine raket als onderdeel van de Mars Sample Return-missie in een baan om Mars gebracht, om daar te koppelen met de sonde die het naar de aarde zal brengen.

Onderzoek met ‘vlaggenschepen’

Een van de belangrijkste pijlers van het Aurora-programma is het onderzoek naar het ontstaan en de evolutie van aardeachtige planeten, zoals de aarde, Venus en Mars. De Flagship-missies zijn ontworpen om een bijdrage te leveren aan dit planetaire onderzoek. In 2009 is het de bedoeling om ExoMars te lanceren. ExoMars bestaat uit een sonde met aan boord een geavanceerd wagentje, de ‘rover’, die op het oppervlak van Mars zelfstandig afstanden van tientallen kilometers moet kunnen afleggen. De sonde zelf zal in een baan rond Mars de communicatie tussen de rover en de aarde verzorgen en waarschijnlijk zal ook deze een klein instrumentarium herbergen.

Het is de bedoeling dat de rover wordt uitgerust met een tiental instrumenten, waaronder een miniatuurboor voor het zoeken naar interessante bodemmonsters tot op een diepte van twee meter. De ultraviolette straling van de zon is door de ijle atmosfeer van Mars vrij intens, waardoor aan het oppervlak alle organische verbindingen verdwenen zijn. Maar onder de grond kunnen deze organische verbindingen echter nog wel aanwezig zijn. Het bodemmonster zal met behulp van een robotarm naar de diverse instrumenten worden gebracht, waaronder spectrometers voor het bepalen van de minerale samenstelling van de Marsbodem en een detector die in staat zal zijn om organische verbindingen aan te tonen.

De huidige NASA Mars Exploration rovers zijn niet in staat dieper dan een paar millimeter te kijken en verder hebben zij geen instrumenten aan boord die organische materialen kunnen vinden. De ExoMars-instrumenten voor het zoeken naar fossielen of leven zijn ook vele malen gevoeliger dan de instrumentatie van de Beagle 2 van ESA. Het doel van de tweede Flagship-missie, de ‘Mars Sample Return-missie’ die voor 2013 op het programma staat, is een bodemmonster van 1 kg Marsmateriaal naar de aarde te brengen, waar we het materiaal veel beter kunnen onderzoeken. Dit is een enorme technologische uitdaging vanwege de complexiteit van de missie: als het op een kritiek moment fout gaat, zal het Marsmateriaal nooit naar de aarde gebracht kunnen worden. De missie zal bestaan uit twee lanceringen, waarvan de eerste lancering twee modules naar Mars zal brengen. De ‘return’-satelliet zal als eerste in een baan om Mars worden gebracht en de terugkeermodule aan boord hebben die het bodemmonster veilig naar de aarde moet terugbrengen. De ‘lander’-satelliet zal als tweede worden gelanceerd en bestaat uit de Marslander en de Marslanceermodule. Deze satelliet landt op Mars en heeft een robotarm voor het nemen van een monster van het oppervlak en eventueel een kleine boor om ook ondergrondse monsters te kunnen nemen. De capsule met het monster zal door de lanceermodule in een baan om Mars worden gebracht en een koppeling maken met de ‘return-satelliet’. Die capsule wordt overgebracht naar de terugkeermodule. Daarna zal deze module in een baan worden gebracht die hem naar de aarde zal voeren.

Een Europese astronaut bezoekt in 2033 de ExoMars rover die twintig jaar voordien werd gelanceerd.

Met behulp van een hitteschild zal de capsule ongeschonden de aardatmosfeer kunnen binnenkomen, waarna een zachte landing kan worden gemaakt. Om te garanderen dat Mars of het bodemmonster niet met aards leven wordt besmet, of de aarde zelf met eventueel gevaarlijk materiaal van Mars, worden er, net als destijds in het maanprogramma, strenge eisen gesteld aan de behandeling van de capsule en het monster. Ook zijn er ingenieuze technieken nodig om ervoor te zorgen dat de buitenkant van de container waarin het monster zit niet in aanraking is geweest met Mars. Op aarde zal het monster worden onderzocht op overblijfselen van leven.

Technologische ontwikkeling Een tweede belangrijke poot van het Aurora-programma bestaat uit de ontwikkeling van een aantal technologieën om een bemande reis naar Mars en het verblijf van mensen op het oppervlak van Mars mogelijk te maken. Hierbij wordt niet alleen gedacht aan de aandrijving van raketten, systemen voor levensonderhoud, stralingsbescherming en biologische bescherming, maar ook aan de psychologische aspecten van de bemanning, de selectieprocedure en het verblijf van de astronauten op Mars.

De huidige scenario’s voor een bemande reis naar Mars gaan uit van een missieduur van duizend dagen, waardoor psychische elementen een belangrijke rol spelen. Ook moeten er op aarde verschillende soorten technologieën getest worden, zoals levensonderhoudsystemen, tele-robots en miniatuurfabrieken, die gebruik maken van de stoffen op Mars om zuurstof of raketstuwstof te winnen. Uiteindelijk zullen er enkele missies volgen die de ontwikkelde technologie moeten testen. De maan wordt gezien als een ideale testfaciliteit vanwege de relatief kleine afstand tot de aarde en de mogelijkheid om bijna zonder tijdsvertraging processen te kunnen sturen via het op afstand besturen van machines.

In het Aurora-programma staat een geautomatiseerde basis op de maan gepland voor 2018. Een eerste bemande vlucht naar de maan zal moeten plaatsvinden in 2024. Een kritieke technologie is het maken van een koppeling tussen twee ruimteschepen in een baan om Mars. Natuurlijk kan deze rendez-vous- en dockingprocedure ook met behulp van het internationaal ruimtestation ISS worden getest, maar de uiteindelijke test zal via een automatische Mars-missie in 2026 moeten gebeuren. Pas daarna kan de eerste lancering voor de bemande missie plaatsvinden (2030), met een landing in 2033.

Menselijke aspect

Met de huidige kennis van het menselijke lichaam en zijn reactie op gewichtloosheid kunnen de wetenschappers al redelijk inschatten wat voor maatregelen er getroffen dienen te worden om astronauten na een zes maanden durende reis toch fit op het oppervlak van Mars te krijgen. In het Russische ruimtestation MIR en het huidige internationale ruimtestation ISS zijn experimenten uitgevoerd om te kijken hoe lang astronauten per dag moeten trainen om hun spiermassa op peil te houden en de botontkalking te minimaliseren. Er is ook een tweede mogelijkheid en dat is het ruimteschip via een kabel en een tegenwicht als een slinger te laten ronddraaien, zodat er een kunstmatige zwaartekracht gecreëerd wordt. Deze technologie is nog niet getest met mensen, maar zou deel kunnen uitmaken van een testprogramma met behulp van het ISS. Vanuit het ISS kan een experiment waarbij twee satellieten via een kabel aan elkaar verbonden zijn begeleid worden. In de satellieten wordt de opgewekte zwaartekracht gemeten. Uiteindelijk moet deze test ook met een bemand schip uitgevoerd worden door de astronauten die al aan boord van het ISS zijn.

Een duizend dagen durende reis naar Mars heeft een aantal unieke eigenschappen vergeleken met overwintering in Antarctica en ISS-missies. Ten eerste is de duur van een Mars-missie vier tot zes keer langer dan missies naar de eerdergenoemde plaatsen. Een tweede verschil is de afstand tot de aarde. Astronauten in het ISS kunnen de aarde altijd zien, terwijl voor astronauten op reis naar Mars de aarde al snel niet meer zichtbaar is, behalve dan als een heldere ster. De invloed van de afwezigheid van de aarde op de psyche van de mens is onbekend en kan moeilijk op aarde getest worden. Het isolement en het monotone sociale leven ten opzichte van de rest van de mensheid is extreem in de Mars-missie, en dus zullen de bemanningsleden goed getest moeten worden op sociale vaardigheden in een kleine groep afgesloten van de wereld. De bemanning zal zeer autonoom moeten kunnen handelen in allerlei soorten situaties vanwege het feit dat een signaal er tot maximaal twintig minuten over doet om de aarde te bereiken. Dit betekent dat er een zeer duidelijke beslissingsstructuur in de missie moet zijn. Tenslotte bestaat er in het geval van de Mars-missie geen mogelijkheid om de mensen op Mars snel naar de aarde te evacueren. Vanuit het ISS kunnen astronauten binnen 24 uur weer terug op de aarde zijn, voor een astronaut op Mars is dit een onmogelijkheid. Het besef dat er geen evacuatiemogelijkheden zijn, zal zeer veel invloed hebben op het gedrag van de astronauten en moet zeker onderzocht worden.

Natuurlijk kunnen de astronauten via e-mail, audio en video contact hebben met de aarde, maar ook deze communicatiemogelijkheden kunnen bij overmatig gebruik de missie in gevaar brengen, wanneer bijvoorbeeld een bemanningslid door negatieve berichten van het thuisfront zich afzondert van de overige astronauten. Men zal van tevoren duidelijk moeten afspreken hoe lang per dag een bemanningslid mag emailen. Verder zal aan boord van het ruimteschip een grote elektronische bibliotheek met boeken, muziek en films aanwezig zijn om de verveling tegen te gaan. Ook het eten speelt een zeer belangrijke rol in de motivatie van de bemanning. Uit ervaringen van expedities naar Antarctica uit het begin van de 20ste eeuw blijkt dat diners met thema’s voor een enorme sfeerverbetering kunnen zorgen samen met de kwaliteit van het eten. Ten behoeve van het onderzoek van het gedrag van mensen in een kleine besloten ruimte zal de ESA het Concordia-station op Antarctica gaan gebruiken, dat acht maanden van het jaar onbereikbaar is. In deze basis kunnen de mogelijke astronauten worden getest op capaciteiten tot samenwerking en hun vermogen tot het verwerken van negatieve impulsen in een kleine afgezonderde groep.

Vervolg op ISS

Binnen het Aurora-programma speelt het ISS een belangrijke rol. Uitgaande van het internationale ruimtestation zullen uitbreidingen en verbeteringen worden ontwikkeld om de bekwaamheid van Europa in de bemande ruimtevaart te vergroten. Op dit moment staan het Europese laboratorium Columbus en het geautomatiseerde vrachtruimteschip ATV klaar om in gebruik te worden genomen. Een logische stap is, om gebruikmakend van de technologische kennis opgedaan in de Columbus- en ATV-projecten, een groter vrachtschip CARV (Cargo Ascent and Return Vehicle) te bouwen dat grotere vrachten van de ruimte terug naar de aarde kan brengen.

Een tweede grote stap voorwaarts is dat Europa in 2007 op haar lanceerbasis in Kourou de eerste Russische Sojoez-raket zal lanceren. De bedoeling is om na een paar jaar ook Europese bemande missies met deze raketten te lanceren, zodat Europa haar eigen mogelijkheid heeft om astronauten naar het ISS te brengen.

Marsbasis anno 2033.

Nabije toekomst

Natuurlijk wordt op dit moment door ESA onderzocht welke invloed het Amerikaanse Marsprogramma op het Aurora-programma kan hebben.

De hierboven genoemde route naar Mars is opgesteld voordat President Bush zijn plannen bekend maakte. Het is vrijwel onmogelijk een dergelijk programma zonder samenwerking tussen Europa, de VS, Japan en vermoedelijk Rusland en China uit te voeren. Het is echter van belang dat Europa een eigen volwassen programma heeft en daarmee een volwaardige partner kan zijn in toekomstige internationale projecten.

Binnen de Europese ruimtevaartorganisatie ESA zal het Aurora-programma vallen onder de divisie Human Spaceflight and Exploration die begin dit jaar is opgericht. Het programma zal telkens per vijf jaar bekeken worden. De eerste vijf jaar (2005-2009) staan in het teken van de ExoMars-missie en voorbereidingen voor Mars Sample Return en bemande ruimtevaartaspecten. Na de tweede vijf jaar in 2014 zal de beslissing moeten vallen of Europa klaar is om binnen twintig jaar een mens naar Mars te sturen.

Het lijkt erop dat de mensheid eindelijk het rondjes draaien om de aarde een vervolg gaat geven. In 1961 was de Rus Joeri Gagarin de eerste mens in de ruimte, daarop volgde de Amerikaan Neil Armstrong als eerste mens op de maan. Zal de eerste mens op Mars een Europeaan zijn?

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van Zenit.
© Zenit, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 september 2004

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.