Wie Menschen werden Mars und darüber hinaus zu erobern

How humans will conquer Mars and beyond

 

Angetrieben durch Guardian.co.ukDieser Artikel mit dem Titel “Wie Menschen werden Mars und darüber hinaus zu erobern” wurde von Kevin Fong geschrieben, für den Beobachter am Sonntag, 13. Dezember 2015 08.30 Koordinierte Weltzeit

In diesem Jahr Royal Institution Weihnachts Vorträge Blick auf die Herausforderung der bemannten Raumfahrt und was es den Menschen in die letzte Grenze auf Entdeckungsreisen zu schleudern nimmt.

Als Arzt habe ich mehr als einem Jahrzehnt auf Reisen ist hin und her zwischen dem Vereinigten Königreich und Nasa Johnson Space Center in Houston, arbeitet als Gastforscher an Projekten aus der Untersuchung der Auswirkungen der Weltraumumgebung im Bereich der Physiologie zu künstlichen Schwerkraft Systeme Alterung. Zur gleichen Zeit wurde abgeschlossen ich mein Junior medizinische Ausbildung in Anästhesie und Intensivmedizin. Es war seltsam, versuchen, diese beiden Leben miteinander zu verbinden. über Nacht arbeiten auf einer Intensivstation, zum Flughafen Position am Ende des Schalt, Grabbing etwas Schlaf im Flugzeug, und dann der Ankunft am nächsten Tag in einem Konferenzraum in Houston, wo die Leute sprachen herumsitzen, wie die Menschen sicher zum Mars zu schicken.

Aber die Sache, die die beiden war die Herausforderung des Lebens an den Extremen verbunden. Im Krankenhaus wurde ich an den Extremen des Lebens suchen, wenn sie durch Krankheit und Verletzung in Frage gestellt. Bei Nasa Ich war bei der Bedrohung der Suche gestellt für die menschliche Physiologie von den Extremen der physischen Welt und Universum.

Wenn wir über die extremen Umgebungen reden können wir eine grobe Vorstellung von ihrer Strenge erhalten, indem beurteilt wird, wie lange sie das menschliche Leben nicht geschützt und nicht unterstützte unterstützen. Durch diese Maßnahme Raum ist das ultimative extreme: eindeutig feindlich gegenüber der menschlichen Physiologie, es bietet keine Unterstützung für das menschliche Leben überhaupt. Der ungeschützte Raumfahrer in dieser Umgebung nur ein paar Sekunden lang überleben würde.

Man könnte sich vorstellen, dass es viel sein würde, für einen Arzt zu tun -, dass, wenn es darum geht, die menschliche Erforschung des Weltraums, Menschen, die verstehen und kann die menschliche Physiologie manipulieren würde an der Spitze dieser Bemühungen sein. Aber Ärzte spielen eine schlechte zweite Geige zu dem, was ist mit überwältigender Mehrheit eine Kultur der Technik - und das mit gutem Grund.

Raumfahrt ist in physikalischen Prinzip entwaffnend einfach. So einfach, in der Tat, dass Newton hatte die Dynamik begonnen zu verstehen, dass es fast untermauern 400 vor Jahren. Um die Erde zu verlassen und in eine Umlaufbahn um sie betreten, Sie müssen sich zuerst so schwer, ein Objekt auf der ganzen Welt zu werfen, dass seine Bahn über den Horizont der Erde erstreckt sich - so hart, dass es in einer solchen Art und Weise hergestellt werden kann, fallen, dass es nie wieder den Boden findet.

Und so ein Objekt in eine Umlaufbahn um die Erde zu bringen Sie es mit einer enormen Menge an Energie zur Verfügung stellen müssen. Im Großen und gehen, je schneller Sie desto breiter ist der Radius der Umlaufbahn erreichen Sie; ein Fahrzeug zu bekommen in eine Umlaufbahn breit genug, um zu erreichen, um es sowohl um die Erde und die oberen Schichten der Atmosphäre zu verpassen bekommen, platzieren Sie auf der gleichen Höhe wie die Internationale Raumstation etwas 250 Meilen über uns, Sie müssen bei rund 17.500 Stundenmeilen zu reisen.

Das erfordert ein Fahrzeug von Motoren und Kraftstofftanks mit der explosiven Kapazität eines kleinen Atomwaffe angetrieben. Diese Reise, von der Oberfläche der Erde in einer niedrigen Erdumlaufbahn - an Bord der Sojus-Raumschiff - dauert etwas über acht Minuten. Und so ist der Grund, dass die Kultur bei Nasa, und Raumfahrtagenturen in der ganzen Welt, ist so fest und nicht in den Anforderungen der Technik verwurzelt als die der menschlichen Biologie ist, weil in diesem kurzen, aber heftigen Zeit fast nichts moderne Medizin ist in der Art von Schutz bieten kann. Während des Starts, entweder die Technik funktioniert und jeder lebt, oder es funktioniert nicht und jeder umkommt.

Die Erhaltung des menschlichen Lebens im gesamten Markteinführung hängt nicht von medizinischen Verfahren, sondern auf konzentrischen Schichten der künstlichen Schutzentwurf, der Ingenieure und bauen und die Astronauten Besatzungen swaddle in.

Die Raketentriebwerke müssen perfekt feuern, genau die richtige Schub gerade zur richtigen Zeit zu liefern, in genau der richtigen Art und Weise gerichtet. Die enorme Kraft dieser Antrieb darf nicht zugelassen werden, um das Fahrzeug zu schütteln, seine Systeme oder seine zerbrechliche Ladung von Passagieren auseinander. Es ist die Aufgabe der Engineering-Teams, um sicherzustellen, dass der Launcher und das Fahrzeug sind so konzipiert, angesichts der Kräfte zu erfüllen, die sie versuchen, zu zerstören.

Und hoch oben auf diesem Turm von Kerosin und Sauerstoff ist eine winzige Kapsel, mit dem Volumen einer Handvoll von Telefonzellen, und ein paar Tonnen Vorräte und drei Passagiere vollgestopft unter ihnen. Das Kapsel ist eine winzige Blase des Lebens zu unterstützen, künstlich abgeschnürt von der Erde und gepflegt. innen, noch mehr Maschinen bieten eine atmungsaktive Atmosphäre mit genügend Druck und Wärme auf das Leben in der Leere des Raumes unterstützen. Wenn Sie überleben den Start, Ihre Probleme nur wirklich erst am Anfang.

Chris Hadfield auf der iss
Stehtisch: Chris Hadfield Essen in der Schwerelosigkeit an Bord der Internationalen Raumstation. Foto: auf

Internationale Raumstation

Es ist verlockend, von der Internationalen Raumstation als hallo-Tech zu denken Großer Bruder Haus, Floating hoch über der Erde. In gewissem Sinne, das ist wahr: Lebensbedingungen sind hart von jedem normalen Standard. Es gibt nur wenige erdenklichen Komfort und reichlich wenig Privatsphäre. Es ist eine lebendige Anordnung mit dem Potenzial für die großen sozialen Konflikten gespickt. Aber bemerkenswert, dass weitgehend vermieden wird und in 15 Betriebsjahren gab es keine Vertreibungen gewesen.

Aber die ISS ist viel mehr als eine Unterkunft Block. Wenn Besatzungen dort leben wollen sie einnehmen Wohnsitz innerhalb einer Maschine, auf denen hängt ihr Leben in jeder Sekunde des Tages. Sie elektrolysieren Wasser Sauerstoff zu produzieren, beschäftigen Molekularsiebe Abgase aus der Luft zu schrubben, dass sie atmen, laufen Heizsysteme von riesigen Solar-Arrays, die 80kW Pumpe aus der Macht kann. Das Solarenergie treibt auch vier großen Kreiseln, die stetig und steuern den Bahnhof, verhindern, dass es aus der Kontrolle von Taumeln.

Die Internationale Raumstation ist bei weitem nicht still: es summt und jammert ständig; Ventilatoren laufen die ganze Zeit. Ohne Schwerkraft ist nicht heißer Luft steigt und kalte Luft nicht sinkt. Es gibt, als Konsequenz, keine Konvektion und ohne dass es schwer Luft bekommen zu bewegen oder mischen. Das wiederum führt zu Problemen, Astronauten anfällig für Kopfschmerzen in schlecht belüfteten Räumen verlassen, wo der ausgeatmeten Kohlendioxid aufbauen kann. Daraus ergibt sich die Konstante Trommel von Motoren Luft am laufenden Band. Die Entwürfe auf der ISS, wie fast alles andere, dass die Besatzungen hängen von für ein gesundes Leben, künstlich sind. Alles nur dieser Bemühungen, dass die Blase des Lebens zu unterstützen in einem Vorposten zu halten gerade 250 Meilen über unseren Köpfen. Die Herausforderungen beteiligt sind Legion, und wir haben nicht einmal über das Verlassen einer niedrigen Erdumlaufbahn noch zu sprechen begonnen.

Zurück zum Mond

Es gibt eine Rechnung offen auf dem Mond. Es ist fast ein halbes Jahrhundert seit dem Apollo-Programm ein Dutzend Männer auf seiner Oberfläche gelandet. Und während es stellt eine Fundgrube der wissenschaftlichen Entdeckung, niemand war wieder da. Low Earth Orbit 250 Meilen entfernt und kann in wenigen Minuten zu erreichen. Der Mond ist über 250,000 Meilen weit weg, nimmt Tage zu bekommen und, zusätzlich zur Isolierung und der zusätzlichen Komplexität der Raketentechnik erforderlich, Blätter extrem anfällig für Besatzungen Strahlung. Auf der Erde sind wir von einigen Arten von Strahlung durch die dicke Decke der Atmosphäre geschützt oben, die absorbiert Gammastrahlen, Röntgenstrahlen und UV-Strahlung, die sonst schädlich sein würde. Aber es gibt eine weitere Schutzschicht, die auch hält uns sicher: Das Magnetfeld der Erde.

Die Magnetosphäre filtert eine besonders schädlichen Arten von Strahlung, das kommt in Form von geladenen, hochenergetischen Teilchen - Atomkerne ausgespuckt als Nebenprodukt der thermonuklearen Reaktionen in den Sternen einschließlich unserer eigenen. Diese Art der Strahlung ist besonders schädlich, und, während Sonneneruptionen, kann durch viele tausende Male an Intensität zunehmen. Zur Zeit haben wir auf dem Weg zum wirksamen Schutz vor der Strahlung wenig, die mit den schlimmsten Sonneneruptionen kommt.

Mars und darüber hinaus

In den letzten Jahren auf der Oberfläche von etwas anderem als dem Mond oder Mars die Idee menschlichen Besatzungen der Umsetzung hat seinen Weg in die Strategiedokumente der internationalen Weltraumagenturen gefunden. Diese Mission ist weniger Science-Fiction als Sie vielleicht denken. Die Europäische Weltraum Agenecy der Rosetta-Mission, die so spektakulär landete der Lander Philae auf der Oberfläche eines Kometen im vergangenen Jahr, uns gezeigt, dass wir ein kleines Ziel rast durch den Raum Hunderte von Milliarden Meilen finden und abfangen entfernt. Dies hat gegeben Agenturen Vertrauen, dass ihre Idee, eine menschliche Besatzung auf einem Asteroiden landen realisierbar sein könnte.

Aber jetzt ist es Mars, das liegt am Rande des Möglichen, und diese Reise überleben stellt eine Herausforderung in einem anderen Maßstab. Mit Mars, das Problem ist, Entfernung und Zeit. Um auf dem roten Planeten müssen Sie Hunderte von Millionen von interplanetare Meilen durchqueren; mehr als 1,000 mal die zurückgelegte Strecke Apollo-Crews zum Mond. Mit der Technologie bestehenden wäre es zwischen sechs und neun Monate in Anspruch nehmen von der Erde zum Mars zu reisen und das gleiche wieder auf das Rückspiel.

Das ist eine Menge Zeit ohne Schwerlast auf Ihren Körper verbrachte. Schwerelosigkeit kann wie Spaß aussehen, aber wie sonst alles, zu viel davon kann eine schlechte Sache sein. Wenn Physiologen zuerst berücksichtigt, welche Auswirkungen könnte der Weltraumumgebung auf den menschlichen Körper haben, bevor jemand hatte sogar in den Weltraum, würden sie richtig vorhergesagt, dass Muskeln und Knochen verschwenden. Diese Systeme zeichnen sich durch die Schwerkraft geformt und wie jeder, der jemals so viel wie in einem Fitnessstudio sah weiß, wenn Sie es nicht verwenden Sie es verlieren. Aus diesem Grund, Besatzungen an Bord der Internationalen Raumstation muss sich auf ein tägliches Programm von Widerstands Übung unterziehen, dass einige der Knochen und Muskel-Verlust, um zu versuchen und zu verhindern,.

die Oberfläche des Mars
Gab es Leben auf dem Mars? Dunkle Streifen auf der Oberfläche des Planeten, die das Vorhandensein von fließendem Wasser, um anzuzeigen, scheinen. Foto: Nasa / Reuters

Schwerelosigkeit verheerende Auswirkungen mit anderen Systemen. Es regt die Sinne der Balance und Koordination, so dass es schwieriger für die Besatzungsmitglieder bewegliche Ziele zu verfolgen, Erstellen von Illusionen von Bewegung und, für die ersten paar Tage der Flug, im Allgemeinen macht sie ziemlich mulmig fühlen. Mit Ausnahme der Übelkeit, all diese Probleme sind in der Regel noch schlimmer werden, je länger Sie verbringen schwerelos.

In jüngerer, neu - und potenziell besorgniserregend - Probleme aufgetaucht. Aus Gründen, die noch nicht ganz den Druck in einigen Astronauten Gehirne klar werden wird als Folge der Raumfahrt zu steigen, und dies wurde auf Veränderungen in ihrer Sehkraft verbunden, die manchmal bestehen seit vielen Jahren nach ihrer Rückkehr zur Erde. Dieses Phänomen wurde nur nach langen Zeitmissionen bemerkt, das hebt die Nachricht: viel Zeit im Raum zu verbringen ist nicht gut für Ihre Gesundheit.

Aber die Zeit auch Probleme für Lebenserhaltungssysteme. Wenn Sie die Menge der Nahrung vorstellen, Wasser, Sauerstoff und Energie eine einzelne Person in einer Mission Satz verbrauchen könnte bis zu drei Jahre dauern (wenn Sie schließen die Oberfläche Aufenthalt), dass erfordert eine recht ansehnliche larder. Nun, da von einer Mannschaft von vier oder sechs multiplizieren und es sieht aus wie Sie eine unglaublich große Raumschiff müssen nur halten Sie gefüttert und getränkt.

Und das ist unmöglich geworden, es sei denn, Sie in der Lage sind, zu recyceln und wiederzuverwenden alles möglich. Bereits an Bord der Raumstation Astronauten den größten Teil ihres Abwassers recyceln, einschließlich deren Urin. Sie schrubben Kohlendioxid aus ihrer Ausatemluft und Rückatmung bereits den verbleibenden Sauerstoff. Sie könnten in der Lage sein, weiter zu gehen noch, durch den Anbau von Kulturpflanzen hydroponically, als Nahrungsquelle und einem Mechanismus Kohlendioxid zur Entfernung und Erneuerung der Sauerstoffversorgung. Wenn Sie die richtigen Pflanzen wählen, könnten Sie sogar den Stickstoff in der menschlichen festen Abfälle recyceln. Was natürlich ist eine wissenschaftliche Art zu sagen, dass vielleicht Sie Ihre eigenen poo verwenden könnte Ihr Leben tragende Pflanzen zu düngen.

Ein System, so anspruchsvoll wie das ist äußerst schwierig zu montieren, Verwaltung und Pflege, und es ist wahrscheinlich eine Weile dauern, bis wir sehen, Gewächshäuser durch den Weltraum fliegen. Denn jetzt Leben Support-Ingenieure werden sich damit begnügen, Wege zu finden, immer mehr der Ressourcen zu recyceln können sie, und dabei die Menge der Nutzlast reduziert wird, die Besatzungen beiseite für die Dinge zu setzen, die sie am Leben halten.

Es gibt eine einfache Lektion aus all dies: Raum ist hart. Alle Grenze bemüht sind. Aber es gibt viel zu feiern. Seit Beginn des 21. Jahrhunderts gab es eine ständige Präsenz des Menschen im Weltraum gewesen. Was als ein Surrogat Schlachtfeld für den Atomkrieg begann ein internationales Programm der Wissenschaft geworden ist, Exploration und Zusammenarbeit. Dies ist nicht der Ort, um in eine Diskussion darüber, warum wir den Raum überhaupt erforschen sollten. Es gibt viele Vorteile, die aus der menschlichen Weltraumforschung ableiten, aber man ist wichtiger als der ganze Rest. Menschliche Raumforschung inspiriert Kinder zu studieren und eine berufliche Laufbahn in der Wissenschaft, Technologie und Technik. Es tut dies, indem sie die innerhalb der Grenzen der menschlichen Phantasie etwas zeigen könnte möglich sein,. Ich weiß das, weil es mich inspiriert und während meines ganzen Lebens hat weiterhin meine Faszination zu halten.

Es ist eine große Ehre, der Royal Institution Weihnachts Vorträge zu geben. Und ja, Die Take-Home-Nachricht ist, dass der Raum ist schwer. Aber die wirkliche Lektion für diese Zielgruppe in diesem Jahr ist, dass dies mein Abenteuer gewesen, und es kann auch von dir sein.

Wie um zu überleben im Weltraum wird in drei Teilen auf BBC4 gezeigt auf 28, 29 und 30 Dezember um 20.00 Uhr. Weitere Informationen finden Sie auf der Royal Institution Webseite und verbinden das Gespräch auf Twitter und Instagram folgend @ri_science oder die Suche nach #xmaslectures

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