Hoe mensen zullen Mars en verder te veroveren

How humans will conquer Mars and beyond

 

Powered by Guardian.co.ukDit artikel getiteld “Hoe mensen zullen Mars en verder te veroveren” is geschreven door Kevin Fong, voor The Observer op zondag 13 december 2015 08.30 GMT

Dit jaar is de Royal Institution's Christmas Lectures kijken naar de uitdaging van de bemande ruimtevaart en wat er nodig is om de mens te slingeren in de definitieve grens over ontdekkingsreizen.

Als arts heb ik meer dan een decennium heen en weer tussen het Verenigd Koninkrijk en reizen Nasa's Johnson Space Center in Houston, werkzaam als gastonderzoeker aan projecten variërend van het bestuderen van de effecten van de ruimte omgeving op de vergrijzing fysiologie aan kunstmatige zwaartekracht systemen. Op hetzelfde moment was ik het afronden van mijn junior medische opleiding in de anesthesie en intensive care. Het was vreemd proberen om die twee levens elkaar splitsen. Werken aan een intensive care unit 's nachts, op weg naar de luchthaven aan het einde van de shift, grijpen wat te slapen in het vliegtuig, en dan arriveert de volgende dag in een vergaderruimte in Houston, waar mensen rond zaten praten over hoe om mensen veilig te sturen naar Mars.

Maar het ding dat de twee gekoppelde was de uitdaging van het leven aan de uiteinden. In het ziekenhuis werd ik naar de uitersten van het leven wanneer uitgedaagd door ziekten en letsel. Bij Nasa was ik op zoek naar de bedreiging van de menselijke fysiologie door de uitersten van de fysieke wereld en het heelal.

Wanneer we praten over extreme omstandigheden kunnen we een ruw idee van de bezuinigingen door te oordelen krijgen hoe lang ze zullen steunen het menselijk leven onbeschermd en niet-ondersteunde. Door die maatregel ruimte is de ultieme extreme: uniek vijandig tegenover de menselijke fysiologie, het biedt geen ondersteuning voor het menselijk leven dan ook. De onbeschermde ruimte reiziger zou overleven in die omgeving slechts een paar seconden.

Je zou kunnen denken dat er genoeg zou zijn voor een arts te doen - dat als het gaat om de menselijke verkenning van de ruimte, mensen die begrijpen en kan de menselijke fysiologie manipuleren zou zijn in de voorhoede van die inspanning. Maar artsen spelen een slechte tweede viool aan wat overweldigend een cultuur van technische - en met goede reden.

Ruimtevlucht is in fysieke principe ontwapenend eenvoudig. Zo eenvoudig in feit dat Newton was begonnen aan de dynamiek die het bijna ten grondslag liggen begrijpen 400 jaar geleden. Om de Aarde te verlaten en een baan eromheen, moet u eerst een object in de wereld zo hard dat de bal zich voorbij horizon van de aarde gooien - zo hard dat het kan worden gemaakt om te vallen op een zodanige manier dat het nooit de grond vindt.

En dus om een ​​object te zetten in een baan rond de Aarde je hebt om het te voorzien van een enorme hoeveelheid energie. In grote lijnen hoe sneller je gaat, hoe breder de straal van de baan u bereiken; om een ​​voertuig te krijgen om een ​​baan om de aarde te bereiken breed genoeg om het te krijgen om zowel de Aarde en de bovenste lagen van de atmosfeer te missen, om u te plaatsen op dezelfde hoogte als de Internationaal Ruimtestation sommige 250 mijl boven ons, je nodig hebt om te reizen rond 17,500mph.

Dat vraagt ​​om een ​​voertuig aangedreven door motoren en brandstoftanks met de explosieve capaciteit van een klein kernwapen. deze reis, van het oppervlak van de aarde in een lage baan om de aarde - aan boord van de Sojoez-ruimtevaartuig - duurt iets meer dan acht minuten. En dus is de reden dat de cultuur bij Nasa, en ruimtevaartorganisaties in de hele wereld, is zo stevig geworteld in de eisen van de techniek in plaats van die van de menselijke biologie komt omdat in die korte, maar heftige periode is er bijna niets moderne geneeskunde kunnen bieden in de manier van de bescherming. tijdens de lancering, ofwel de kunstwerken en iedereen leeft, of het niet en iedereen vergaat.

Het behoud van het menselijk leven in heel de lancering hangt niet van medische procedures, maar op de concentrische lagen van kunstmatige bescherming die ingenieurs ontwerpen en bouwen en inbakeren de astronaut bemanningen in.

De raketmotoren moet perfect vuren, het leveren van de juiste stuwkracht precies op het juiste moment, gericht op precies de juiste manier. De enorme kracht van deze aandrijving mag niet worden toegestaan ​​om het voertuig te schudden, haar systemen of haar fragiele lading van de passagiers uit elkaar. Het is de taak van engineering teams om ervoor te zorgen dat de draagraket en het voertuig zijn ontworpen om te presteren in het gezicht van de krachten die proberen om hen te vernietigen.

En neergestreken boven op die toren van kerosine en zuurstof is een kleine capsule, met het volume van een handvol telefooncellen, en een paar ton aan voorraden en drie passagiers opgepropt in onder hen. Dat capsule is een kleine luchtbel van life support, afgeknepen van de aarde en de kunstmatig in stand gehouden. Binnen, nog meer machines zorgen voor een ademende sfeer met voldoende druk en warmte om het leven in de leegte van de ruimte. Als je het overleeft de lancering, uw problemen zijn eigenlijk alleen nog maar net begonnen.

Chris Hadfield in het ISS
hoge tafel: Chris Hadfield eten in gewichtloosheid aan boord van het International Space Station. Foto: op

Internationaal Ruimtestation

Het is verleidelijk om te denken van het International Space Station als een hi-tech Grote broer huis, zweven hoog boven de Aarde. In sommige opzichten is dat waar: levensomstandigheden zijn hard door een normale standaard. Er zijn maar weinig comfort en bitter weinig privacy. Het is een levend arrangement stekelig met het potentieel voor enorme sociale conflicten. Maar opmerkelijk dat grotendeels vermeden en 15 jaren van de exploitatie geen ontruimingen zijn geweest.

Maar het ISS is veel meer dan een woning blok. Wanneer bemanningen gaan om daar te wonen zij nemen intrek in een machine waarop hun leven afhankelijk zijn elke seconde van de dag. Ze electrolyse water om zuurstof te produceren, in dienst moleculaire zeven om rookgassen te schrobben uit de lucht die ze inademen, lopen verwarmingssystemen van de enorme zonnepanelen die kan pompen uit 80kW van de macht. Dat zonne-energie rijdt ook vier grote gyroscopen, die stabiel en sturen het station, te voorkomen dat het tuimelen uit de hand.

Het International Space Station is verre van rustig: Het zoemt en zeurt voortdurend; ventilatoren draaien de hele tijd. Zonder zwaartekracht warme lucht niet stijgt en koude lucht niet zinken. Er bestaat, Bijgevolg, geen convectie en zonder dat het moeilijk is om de lucht te verplaatsen of te mengen. Dat op zijn beurt problemen, waardoor astronauten vatbaar voor hoofdpijn in slecht geventileerde ruimten, waar de uitgeademde kooldioxide kan opbouwen. Vandaar de voortdurende trommel van motoren karnen lucht. De tocht in het ISS, zoals bijna al het andere dat de bemanning afhankelijk zijn voor een gezond leven, zijn kunstmatige. Al deze inspanning alleen maar om die zeepbel van life support te behouden in een buitenpost net 250 mijl boven onze hoofden. De betrokken uitdagingen zijn legio en we hebben niet eens begonnen over het verlaten van lage baan om de aarde nog te praten.

Terug naar de maan

Er is nog niet afgeronde zaken op de maan. Het is bijna een halve eeuw geleden dat de Apollo-programma landde een dozijn mannen op het oppervlak. En terwijl het vertegenwoordigt een schat aan wetenschappelijke ontdekking, niemand heeft terug geweest sinds. Lage baan om de aarde is 250 mijl afstand en kan binnen enkele minuten worden bereikt. De maan is ongeveer 250,000 mijl afstand, duurt dagen te bereiken en, Naast isolatie en de toegenomen complexiteit van de vereiste raketwetenschap, laat bemanningen uiterst kwetsbaar voor straling. Op aarde zijn we beschermd tegen bepaalde vormen van straling door de dikke deken van de atmosfeer boven, die gammastralen absorbeert, x-stralen en ultraviolette straling die anders schadelijk zouden zijn. Maar er is een andere laag van bescherming die ook houdt ons veilig: magnetisch veld van de aarde.

De magnetosfeer filtert een bijzonder schadelijke soorten straling, die wordt geleverd in de vorm van geladen, hoog-energetische deeltjes - atoomkernen uitgespuugd als een bijproduct van thermonucleaire reacties in sterren, waaronder onze eigen. Dit soort straling is bijzonder schadelijk en, tijdens zonnevlammen, kunnen intenser door vele duizenden malen. Op dit moment hebben we weinig in de weg van een effectieve bescherming tegen de straling die wordt geleverd met de slechtste zonnevlammen.

Mars en verder

In de afgelopen jaren het idee om de menselijke bemanningen op het oppervlak van iets anders dan de maan of Mars heeft zijn weg gevonden in de strategie documenten van de internationale ruimtevaartorganisaties. Deze missie is minder science fiction dan je zou denken. Rosetta missie van de Europese ruimtevaartorganisatie Agenecy's, die zo spectaculair landde de Philae lander op het oppervlak van een komeet vorig jaar, liet ons zien dat we konden vinden en het onderscheppen van een kleine doelgroep denderen door de ruimte honderden miljarden mijlen afstand. Dit gegeven heeft bureaus vertrouwen dat hun idee van de landing een menselijke bemanning op een asteroïde realiseerbaar zou kunnen zijn.

Maar nu is Mars dat ligt aan de rand van mogelijkheden, en overleven die reis vormt een uitdaging op een andere schaal. met Mars, het probleem is afstand en tijd. naar de rode planeet te krijgen moet je honderden miljoenen interplanetaire mijl doorkruisen; meer dan 1,000 keer de afstand Apollo bemanningen reisde naar de maan. Met de bestaande technologie zou het tussen de zes en negen maanden duren om weer reizen van de aarde naar Mars en het zelfde op de terugreis.

Dat is heel wat tijd doorgebracht zonder zwaartekracht belasting op uw lichaam. Gewichtloosheid kan lijken op fun, maar zoals alles, te veel van het kan een slechte zaak. Toen fysiologen eerste overwogen wat het effect van de omgeving in de ruimte zou kunnen hebben op het menselijk lichaam, voordat iemand zelfs waren geweest in de ruimte, ze correct voorspeld dat spieren en botten zou verspillen. Die systemen worden gebeeldhouwd door de zwaartekracht en zoals iedereen die ooit zo veel als is gekeken naar een sportschool weet, als je het niet gebruikt je verliest. Daarom, bemanningen aan boord van het International Space Station moeten zich onderwerpen aan een dagelijks programma van resistieve oefening om te proberen en te voorkomen dat sommige van die botten en spieren verlies.

het oppervlak van mars
Was er leven op Mars? Donkere strepen op de planeet die lijken op de aanwezigheid van stromend water te geven. Foto: Nasa / Reuters

Gewichtloosheid keet met andere systemen. Het verstoort je zintuigen van evenwicht en coördinatie, waardoor het moeilijker voor bemanningsleden op te sporen bewegende doelen, het creëren van illusies van de beweging en, de eerste paar dagen vlucht, over het algemeen waardoor ze zich behoorlijk misselijk. Met uitzondering van de misselijkheid, al deze problemen hebben de neiging om erger hoe langer je gewichtloos te besteden krijgen.

Meer recentelijk, nieuwe - en mogelijk nog verontrustender - problemen zijn opgedoken. Om redenen die nog niet geheel duidelijk de druk in de hersenen sommige astronauten lijkt te stijgen als gevolg van de ruimtevaart, en dit is gekoppeld aan veranderingen in hun gezichtsvermogen die soms vele jaren blijven bestaan ​​na hun terugkeer naar de Aarde. Dit fenomeen is alleen opgemerkt na langdurige missies, die wijst op de boodschap: besteden veel tijd in de ruimte is niet goed voor je gezondheid.

But time also creates problems for life support systems. If you imagine the amount of food, water, oxygen and power a single person might consume in a mission set to last up to three years (if you include the surface stay), that demands quite a sizable larder. Now multiply that by a crew of four or six and it looks like you need an impossibly huge spacecraft just to keep you fed and watered.

And that does become impossible unless you are able to recycle and reuse everything you can. Already aboard the space station astronauts recycle most of their waste water, including their urine. They scrub carbon dioxide out of their exhaled air and rebreathe the remaining oxygen. You might be able to go further still, by growing crops hydroponically, as a source of food and a mechanism of removing carbon dioxide and renewing the oxygen supply. If you choose the right plants you might even recycle the nitrogen in human solid waste. Which of course is a scientific way of saying that maybe you could use your own poo to fertilise your life-supporting crops.

A system as sophisticated as that is extremely difficult to assemble, manage and maintain, and it’s likely to be a while before we see greenhouses flying through deep space. For now life support engineers will content themselves with finding ways to recycle more and more of the resources they can, and in so doing reducing the amount of payload that crews have to set aside for the things that keep them alive.

There is a simple lesson from all of this: space is hard. All frontier endeavours are. But there is plenty to celebrate here. Since the start of the 21st century there has been a permanent human presence in space. What started as a surrogate battlefield for nuclear war has become a multinational programme of science, exploration and collaboration. This is not the place to get into a discussion of why we should explore space at all. There are many benefits that derive from human space exploration but one is more important than all the rest. Human space exploration inspires children to study and pursue careers in science, technology and engineering. It does so by showing them that within the limits of human imagination anything might be possible. I know this because it inspired me and throughout the whole of my life has continued to hold my fascination.

It is an enormous honour to give the Royal Institution’s Christmas Lectures. And yes, the take-home message is that space is hard. But the real lesson for this year’s audience is that this has been my adventure and it can be yours too.

How to Survive in Space will be shown on BBC4 in three parts on 28, 29 en 30 December at 8pm. Find out more on the Royal Institution’s website and join the conversation on Twitter and Instagram by following @ri_science or searching for #xmaslectures

guardian.co.uk © Guardian News & Media Limited 2010

Gepubliceerd via de Guardian News Feed plugin voor WordPress.

28797 0