Raport NRC – jak dotrzeć do Marsa?

Od września 2010 roku amerykańska agencja kosmiczna NASA realizuje program „Flexible Path”, którego celem jest dotarcie na powierzchnię Marsa przez człowieka. Ten program powstał „na ruinach” realizowanego w latach 2004-2010 programu Constellation, anulowanego wskutek problemów technicznych i finansowych (NASA nigdy nie otrzymała zakładanych funduszy). Według planu „Flexible Path”, człowiek powinien wylądować na Czerwonej Planecie około 2040 roku. Wcześniej nastąpiłaby seria coraz bardziej złożonych misji załogowych, które pozwoliłyby na zbudowanie potencjału technologicznego do wyprawy na Marsa.

„Flexible Path” realizowany jest już przez prawie 4 lata. Boryka się jednak z problemami finansowymi, a wiele z jego szczegółowych celów nie zostało definitywnie wyznaczonych. Aktualnie znane są jedynie ogólne cele programu „Flexible Path”:
 
- Przedłużenie pobytu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) na orbicie przynajmniej do 2024 roku, choć jest też możliwe przedłużenie jej misji jeszcze o kolejne cztery lata

- Dwa testy bezzałogowe kapsuły załogowej MPCV Orion – pierwszy nastąpi jeszcze w tym roku, drugi zaś pod koniec 2017 roku (będzie to też pierwszy test nowej rakiety SLS),

- Dokonanie pierwszej misji załogowej na MPCV Orion poza niską orbitę okołoziemską (LEO) przed 2021 rokiem. NASA postuluje by była to misja „po planetoidę”, którą wcześniej by sprowadziła wyprawa bezzałogowa w okolice Księżyca. Nazwa tej wyprawy to Asteroid Redirect Mission (ARM).
 
Pozostałe cele nie są znane, choć w 2010 roku prezydent USA zapowiadał, że NASA dokona misji do planetoidy bliskiej Ziemi (NEO) przed 2025 rokiem. Warto jednak zaznaczyć, że NASA nie planuje dokonać załogowego lądowania na Księżycu jako etapu „Flexible Path” ku Czerwonej Planecie. Wiąże się to m.in. z koniecznością budowy kosztownego lądownika, który wg NASA mógłby mieć ograniczone zastosowanie poza misjami na Srebrny Glob.
 
„Flexible Path” oraz jej elementy od samego początku spotyka się z krytyką ze strony różnych środowisk naukowych. Główne zarzuty dotyczą wymogu budowy drogiej rakiety SLS, przewidywanej niewielkiej częstotliwości lotów załogowych (mniej więcej, co drugi lot) oraz braku odpowiednich funduszy w najbliższej przyszłości. Ten ostatni zarzut jest najważniejszy, gdyż co roku NASA otrzymuje tę samą wartość nakładów finansowych. Oznacza to coraz mniejszą wartość nabywczą funduszy NASA, m.in. z uwagi na inflację w USA, która w ostatnich latach zawierała się w zakresie od 1,5 do 4 proc. rocznie (za wyjątkiem 2009 roku). Ten ograniczony budżet NASA oznacza m.in. konieczność ograniczania programów naukowych i bezzałogowych dla „podtrzymania” rozwoju programu eksploracyjnego.
 

Na Marsa droga daleka

Na początku czerwca opublikowano raport amerykańskiej rady National Research Council (NRC) dotyczący możliwości dotarcia do Czerwonej Planety w ramach programu „Flexible Path”. NRC jest radą przy organizacji United States National Academies, która z kolei służy jako organ doradczy dla amerykańskich instytucji naukowych. Rekomendacje i raporty USNA publikuje głównie NRC.
 
NRC uważa, że w obecnych warunkach politycznych i ekonomicznych będzie bardzo trudno dokonać misji ku Czerwonej Planecie. Powodów jest kilka: opisane wcześniej kwestie budżetowe NASA oraz ograniczone możliwości współpracy międzynarodowej. Jedną z poruszonych kwestii jest brak możliwości współpracy z Chinami – dla porównania inne agencje kosmiczne (np. Europejska Agencja Kosmiczna) nie mają takich ograniczeń natury politycznej. NRC sugeruje, aby w przyszłości NASA była otwarta na możliwości współpracy z Chinami w misjach eksploracyjnych.
 
W raporcie NRC znajdują się dwa potencjalne scenariusze wydarzeń do 2050 roku, zależne od ilości funduszy jakie NASA otrzyma. W pierwszym z nich, w którym budżet tej agencji pozostaje w zasadzie taki sam, NASA będzie w stanie doprowadzić do sporadycznej (w sensie „od czasu do czasu”) obecności człowieka w punkcie L2 układu Ziemia-Księżyc od około 2040 roku. Wcześniej, po 2030 roku, NASA przeprowadziłaby misję ARM. Jak nie trudno zauważyć, jest to dość pesymistyczny scenariusz rozwoju, jednakże bardzo realny, o ile nie dojdzie do znacznych zmian w sposobie finansowania NASA.
 
Z kolei drugi scenariusz zakłada wzrost budżetu NASA przynajmniej o wartość inflacji w USA. W tym przypadku NASA będzie w stanie osiągnąć więcej, lecz wciąż „późno” i „niezbyt często”. Ten scenariusz przewiduje, że pierwsza misja załogowa do punktu L2 układu Ziemia-Księżyc by nastąpiła na początku przyszłej dekady. Dekadę później NASA byłaby w stanie doprowadzić do misji w kierunku planetoidy NEO (bez zmiany orbity tego obiektu). Jeszcze w tej samej dekadzie wg NRC możliwy byłby powrót na Księżyc, a na początku lat 40. XXI wieku – ustanowienie małej placówki na Srebrnym Globie. W tym samym czasie możliwe byłoby dokonanie misji załogowej ku jednemu z marsjańskich księżyców. Wreszcie, na początku lat 50. doszłoby do lądowania człowieka na Marsie.
 
Drugi scenariusz wydaje się być bardziej optymistyczny, jednakże przewiduje niewielką częstotliwość lotów: średnio co 2,1 roku, choć z możliwymi przerwami długości nawet pięciu lat. Tak niewielka częstotliwość lotów może negatywnie odbić się na bezpieczeństwie misji i postępie technologicznym, co z kolei może oznaczać opóźnienia w przypadku katastrofy.

Na Marsa przez Księżyc
 
NRC postuluje konieczność przeprowadzenia serii misji na Księżyc, jako ważnego elementu w drodze ku Czerwonej Planecie. Docelowo na Srebrnym Globie powinna powstać placówka i to właśnie tam testowano by różne technologie potrzebne do dalszych misji w Układ Słoneczny. W ich wyniku NASA uzyskałaby potrzebne doświadczenie do wyprawy na Marsa.

Co ciekawe, NRC dokonało także porównania możliwości wsparcia eksploracji NASA za pomocą rakiety SLS oraz rakiety Falcon Heavy firmy SpaceX. Obie rakiety zostały ocenione jako zdolne do wsparcia eksploracji oraz możliwe do budowy przy dzisiejszych technologiach, aczkolwiek na niekorzyść SLS przemawiają kwestie finansowe. Z drugiej strony Falcon Heavy ma mniejszą nośność, co oznacza potrzebę wykonania większej ilości startów oraz „podzielenia” wynoszonego sprzętu na mniejsze elementy, co wprowadza ryzyko opóźnień startów i całego terminarza lotów.
 
Raport NRC zawiera także analizę aktualnego stanu technologicznego, finansowego, organizacyjnego i prawnego względem wymagań stawianych dla załogowej misji marsjańskiej. Od strony technologicznej dwie kwestie – lądowanie na Marsie oraz kwestie promieniowania – zostały określone jako „słabo opanowane”. Inne, takie jak jądrowe źródła zasilania (o wielkości około 100 kW), kriogeniczne zbiorniki dla długoterminowych lotów kosmicznych, różne formy napędów nuklearnych, systemy podtrzymywania życia, start z powierzchni Marsa, moduły mieszkalne czy ogólne zdrowie astronautów zostały określone jako wymagające dużej ilości prac badawczo-rozwojowych. Z zestawu wymaganych technologii w zasadzie jedynie kombinezony kosmiczne, rakiety nośne (z Ziemi na orbitę) oraz korzystanie z lokalnych surowców (marsjańskiej atmosfery) zostały określone jako wystarczająco dobrze opanowane w kwestiach technologicznych.
 
W swoim raporcie NRC „nieśmiało” postuluje, by przyszłe misje eksploracyjne były realizowane wraz z międzynarodowymi partnerami, przy jednoczesnym wzroście budżetu NASA. W ten sposób możliwa jest redukcja ryzyka technologicznego oraz ograniczenie nakładów finansowych na partnera. Niewątpliwie międzynarodowe dokonanie misji eksploracyjnych, których celem byłby Mars, pozwoliłby na osiągnięcie zamierzonych celów szybciej i z mniejszym ryzykiem.  Niemniej jednak z raportu NRC jasno wynika, że budżet NASA musi zacząć rosnąć już teraz i być procesem stabilnym w perspektywie wielu lat.