حصانة التحدي

إن بعثة بشرية إلى المريخ تمثل قفزة كمية تتجاوز كل مسعى فضائي سابق، وعلى عكس بعثات أبولو القمر التي استمرت أياما، فإن رحلة المريخ ذهابا وإيابا ستتطلب ما يقرب من ثلاث سنوات: تسعة أشهر خارجا، ومساحة سطحية مدتها ٥٠٠ يوم، وتسعة أشهر في المنزل، ويجب أن تحافظ المركبة الفضائية على طاقم يتراوح بين أربعة وستة رواد فضاء في الفضاء العميق، ويتجاوز فيه الحد الأدنى من القدرة على الإنقاذ في العالم، ثم يتحول إلى حد كبير إلى حد كبير إلى حد كبير إلى حد كبير إلى حد كبير إلى حد كبير إلى حد كبير إلى حد كبير إلى حد كبير إلى حد كبير إلى حد كبير إلى حد كبير إلى كبر من القدرة على الازة.

دعم الحياة: إبقاء البشر أحياء لسنوات

وأهم المتطلبات الأساسية لأي مركبة فضائية من طراز مارس هي نظام دعم الحياة مغلق النطاق يوفر على نحو موثوق الأكسجين، والمياه النظيفة، والتغذية، بينما يدير النفايات، أما بالنسبة لمحطة الفضاء الدولية، فإن المواد الاستهلاكية تعاد بصورة منتظمة - وهو نظام غير متاح للمريخ، وكل كيلوغرام من الأكسجين، والمياه، والأغذية التي تطلق من الأرض، فتضيف كل تكاليف وشدة، والهدف هو إعادة تدوير كل شيء تقريبا.

تنشيط الغلاف الجوي

(ب) لا يمكن أن تُستخدم النظم الحالية لأجهزة الاستنشاق الجزيئية لإزالة ثاني أكسيد الكربون والتحلل الكهرومغناطيسي لتقسيم المياه إلى الأكسجين والهيدروجين، إذ يجب أن تصبح هذه العمليات أكثر كفاءة وقوة.

استعادة المياه

أما فيما يتعلق ببعثات المريخ، فلا بد أن تتجاوز معدلات استرداد المياه 95 في المائة، بينما تبلغ نسبة المياه التي توفرها دائرة خدمات المياه الدولية حالياً نحو 80-90 في المائة من المياه من مواسير البول والرطوبة، ولكن الرشاوى المتبقية لا تُستقطع، كما أن النظم المستقبلية مثل دورة الغسل الحرارية (FLT:0) لجمعية تجهيزات المياه (النظام FLT:1]) تُرفع مستوى إنتاجها إلى 100 محطة للإشعاع الأمامي أو تُكسيدات.

إدارة الأغذية والنفايات

ويحتاج الغذاء المكبوت إلى حياة رفية تتراوح بين سنتين وثلاث سنوات، وكافية لبعثة المريخ، ولكن التنوع النفسي والتغذوي يتطلب تخطيطا دقيقا، ويمكن أن يكمل الحد الأدنى من البستنة مع الأجهزة المتفجرة المرتجلة والمائية إنتاجا جديدا، ويعزز معنويات الطاقم ويوفر فيتامينات حرجة، وفي الوقت نفسه، يجب معالجة النفايات الصلبة لاستعادة المياه والمعادن. Advanced waste stabilization[Fsis pLT:1]

الإقتراح:

ويؤثر اختيار نظام الدفع تأثيرا مباشرا على مدة البعثة والميزانيات الجماعية والتعرّض للإشعاع الفلكي، إذ إن سرعة المرور العابر تقلل من الوقت في الفضاء العميق ولكنها تتطلب مزيدا من الطاقة، والمقايضة الهندسية بين الصواريخ الكيميائية المثبتة (الدفع العالي، انخفاض الكفاءة) والنظم الكهربائية أو النووية المتقدمة (الوجه المنخفض، الكفاءة العالية).

التكاثر الكيميائي - خط الأساس

(أ) الصواريخ الكيميائية مثل تلك المستخدمة في SpaceX ' s Raptor (الطلب السائل الميثان/الأوكسجين) أو في إنتاج مبرد من طراز RS-25 (Hdrogen/oxygen) توفر قوة الدفع العالية اللازمة لإطلاق الأرض والمريخ كثيفة.

التكاثر الحراري النووي

(ج) استخدام مفاعل نووي لأجهزة الدفع الحرارية التي تدمج حرارة محرك الهيدروجين في درجات حرارة قصوى (2500-3000 كاف)، مما يؤدي إلى مضاعفة الدافع المحدد للصواريخ الكيميائية، مما قد يخفض مدة السفر من تسعة أشهر إلى ثلاثة أو أربعة أشهر، ويقلل بدرجة كبيرة من التعرض للإشعاع وكتلة المواد الاستهلاكية.

الرش الكهربائي - لعبة طويلة

إن محركات الضغط والقاذفات الهالكية تستخدم حقول كهربائية لتسريع الأوعية إلى سرعة عالية جداً، مما يعرض دوافع محددة أعلى عشرة أضعاف من الصواريخ الكيميائية.

الدخول، والزمن، والهبوط: المرحلة الأكثر خطورة

فالمريخ لديه مناخ يقترب من 1 في المائة من سميك الأرض - وهو أقل من الاعتماد على الهروبات، ومع ذلك سميك بما يكفي لتدفئة احتكائية هائلة، ويصل كل مهبط إلى عشرات الآلاف من الكيلومترات في الساعة من سرعة المدار، ويجب أن يتناقص إلى الصفر في بضع دقائق، والتحدي الهندسي هو التحدي الصارخ: 20 في المائة من جميع الـ

التباطؤ الهوائي وشحنات الحرارة

(أ) تستخدم المرحلة الأولى من نظام EDL درعاً حراً للتباطؤ من السرعة بين الكواكب إلى السرعة المفرطة، أما بالنسبة للحمولات على نطاق البشر (20-40 طناً)، فلا بد أن يكون الدرع الحراري أكبر بكثير - 15 إلى 20 متراً في مقياس - من أي تدفق قبل ] [مسببات حرارة ثابتة]

المظلات والقاذورات الخارقة

وفي ماتش ٢-٣، يُنشر مظلة خارقة لتباطؤ المركبة الفضائية بدرجة أكبر، وقد أقامت محركاً مظلياً من طراز " المارتشو " (FLT:1) محركاً حرارياً مقاوماً للكميات الجوية الصوتية، ولكن يمكن أن يكون محركاً بشرياً أكثر طولاً من ٥ مرات.

التخلف النهائي والعقبات

وخلال الثواني الأخيرة، يجب على صاحب الأرض أن يحدد موقعاً آمناً، ويتجنب الصخور والمنحدرات، ويحد من السرعة الرأسية والأفقية الدنيا. Terrain Relative Navigation (TRN) ويستخدم كاميرات على متن السفن ويضع خرائط على هامش الهبوط في الوقت الحقيقي، كما يتبين من نظام المفاعلين لعام 2020.

الحماية من الإشعاع: التهديد غير المرئي

فبعد ميدان الأرض المغناطيسي، يواجه رواد الفضاء مصدرين إشعاعيين رئيسيين: أشعة الكون المجرة وظواهر الجسيمات الشمسية، والرأس الأخضر عالي الطاقة، ومن الصعب حمايته، ويزيد من مخاطر السرطان، ويمكن للملاحين الفضائيين، رغم توارثهم، أن يقدموا جرعات حادة قادرة على إحداث مرض إشعاعي حاد، ويجب أن توفر المركبة الفضائية ملاذا آمنا خلال نظام كربوني متعدد الأثيرات خلال دقائق.

النهج الضار والنشيطة في مجال الدرع

وتُستخدم الطاقة الكهربائية في الألواح المحيطة بوحدة الطواقم لأغراض مزدوجة: الحماية الإشعاعية ودعم الحياة.

نظم الإنذار المبكر والاستجابة

ويمكن أن يعطي جهاز رصد للجسيمات الشمسية في الوقت الحقيقي عشرات دقائق من الإنذار قبل ذروة جهاز SPE، ويجب أن تنقل المركبة الفضائية بسرعة الطاقم إلى ملجأ عاصفة محمية (في كثير من الأحيان القاع المركزي، محمّل الشحنات) وإما إغلاق النظم غير الأساسية أو إعادة توجيه الطاقة للحفاظ على دعم الحياة.

الحلول النفسية والصحية

وفي حين أن تصميم المركبة الفضائية لا يؤثر تأثيرا مباشرا على صحة الطاقم وأدائه، فإن الجاذبية الصغرى تؤدي إلى فقدان العظام، والتحولات العضلية، مما يتطلب ممارسة يومية، كما أن الفشل الهيكلي للمركبات الفضائية [التصميم الدقيق] لا يزال يلائم حجما مترابطا، مع توفير كميات كبيرة من الأسلحة ذات الطابع المقاوم والهروبية - [العمليات المتطورة]

ويتطلب العزلة النفسية والتأخير في الاتصالات (حتى 20 دقيقة في اتجاه واحد) نظما مستقلة للتسلية، والاتصال بالأرض (البريد الإلكتروني المتزامن، والتراسل بالفيديو)، ودعم القرارات الطبية، ويجب أن تضم [الفريق العامل في مجال المركبات الفضائية] تصميمات البيوت أماكن خاصة، والإضاءة الاصطناعية التي تتطابق مع الظواهر الوعائية، وأجهزة الضغط العصبية التي تعمل على تعزيز الإجهاد النفسي.

استخدام الموارد في الموقع: العيش خارج الأرض

ولتقليل كتلة الإطلاق وتمكين الإقامة الطويلة الأجل، يجب على البعثة أن تنتج المياه والوقود والأكسجين وربما مواد البناء على المريخ، كما أن هندسة نظم الاتحاد الدولي للإنشاء والتعمير تشكل تحدياً كأي جانب آخر من جوانب البعثة.

استخراج المياه

وتتوفر مياه للمريخ في شكل ثلج تحت سطح الأرض ومعادن مهيأة، ويجب أن تعمل أجهزة الحفر في درجة حرارة منخفضة وضغط، مع إمكانية إعادة تقطيع المياه وتنظيفها.

إنتاج الوقود والأوكسيديزر

The most grown ISRU concept is the Sabatier/Electrolysis process[FLT:]: CO2 from the Martian atmosphere (which is 96% CO2) is combined with hydrogen (brought from Earth or electrolyzed from water) to produce methane (fuel) and water (recycled). NASA’s [FoverT:2]

مواد البناء والطباعة 3D

ويمكن أن تستخدم البؤر الخارجية الطويلة الأجل إعادة الهيكلة المحلية لإنشاء الطوب، أو الرسو، أو الطرق، أو حتى الموائل باستخدام التصنيع المضافي، كما أن [الإطارات الآلية الثلاثة D-Printed الموئل] ، كما أن مشاريع البناء التي تقوم على أساس الارتداد من وكالة الفضاء الأوروبية يمكن أن تُدرَج مواد الطباعة المتحركة أو تُقيَّد من عدة مواد.

مركبة فضائية قابلة للاستعمال وهيكل البعثة

Reusability transforms the economics of Mars missions. SpaceX’s Starship] is designed to be fully reusable, launch on a Super Heavy boost then refueling in tropical and The Ship itself lands on Mars using retropropulsion. Reusability demands that the vehicle survival entry and landing multiple times, often with inspection and minimal motorf

(أ) البنيانات الأخرى، مثل المصمم المرجعي لتصميم المريخ التابع للناسا 5.0 ، التركيز على مفاهيم البعثات المقسمة: الشحنات قبل النشر، وإنتاج الوقود قبل وصول الطاقم، وقطعة أرض مخصصة للمريخ تبقى على السطح، والقابلية للتشغيل ليست هدفاً رئيسياً، ولكن الطريقة النموذجية تسمح بإعادة استخدام العناصر في جميع البعثات.

الطريق إلى الأمام

(ب) [التقاسم الهندسي لهبوط المريخ البشري هي تحديات مشتركة بين الأزواج، فتحسين دعم الحياة يزيد من كثافة التلقيح الإشعاعي؛ ويقلل الدفع الأكثر كفاءة من وقت العبور، ولكنه يتطلب نظماً جديدة للطاقة النووية أو الكهربائية؛ ويحتاج حمولات أكبر إلى تقنيات جديدة في مجال الطاقة الكهربائية، ولا يمكن حل مشكلة واحدة بمعزل عن بعضها البعض، بل إن أكثر الطرق واعدة هي نهج تكرارية: نظم بديلة للاختبار على سطح القمر، على متن محطة الفضاء، وعلى محطة الفضاء الدولية، وعلى عمليات كهرباء الرحلات الجوية غير متطورها.

إن إعادة التوحيد والاستقلالية والموثوقية تظل هي كلمات المراقبة، فمن طبقة الترميز التي تولدها الدرع الحراري إلى آخر حرق للتصويب قبل الهبوط، يجب أن يُصمم كل عنصر لينجو من رحلة متعددة السنوات، ثم ننفذ نقطة هبوط في عالم لا يغتفر، وتبرر الجائزة - التي تجعل البشرية أنواعا متعددة الكواكب - النفقات التقنية الهائلة، وستشكل المركبة الفضائية التي يجري تصميمها اليوم السفن التي تحمل على خطى.

External resources:] NASA Mars Exploration Program ⁇ SpaceX Starship Overview ⁇ NASA Nuclear Thermal Propulsion[FT7]