Polski projekt misji na Marsa. Astronauci zamieszkają w zbiorniku paliwa [wywiad]

W kwietniu w należącym do NASA Centrum Badawczym Ames odbędzie się finał konkursu Inspiration Mars Student Design Contest, którego uczestnicy mieli zaplanować załogową misję na Marsa. Wśród finalistów znalazła się również drużyna z Polski! Czym przekonała jurorów?

Przed rokiem cieszyliśmy się z sukcesów polskich konstruktorów łazików marsjańskich. Polskie zespoły zajęły czołowe miejsca w konkursie University Rover Challenge (więcej na ten temat w artykule “Polskie łaziki marsjańskie najlepsze na świecie! Dwie polskie drużyny na podium”). W tym roku Polacy odnieśli kolejny sukces: projekt marsjańskiej wyprawy, opracowany przez zespół Space is More z Politechniki Wrocławskiej, zakwalifikował się do ścisłego finału Inspiration Mars Student Design Contest.

Od chwili gdy załoga Apollo 17 wykonała ostatnią (na razie) księżycową misję, dzielą nas już 42 lata. Przez ten czas ludzkość dokonała ogromnego skoku technologicznego, jednak załogowy lot na inną planetę nadal pozostaje marzeniem. Komu uda się je spełnić?

W sierpniu 2013 roku Dennis Tito we współpracy z organizacją The Mars Society ogłosił rozpoczęcie konkursu Inspiration Mars Student Design Contest. Ten amerykański milioner przeszedł do historii jako pierwszy w dziejach kosmiczny turysta, gdy w 2001 roku spędził ponad 7 dni na orbicie. Kolejnym celem Tito jest zorganizowanie w 2018 roku załogowej misji, która okrąży Marsa.

Zanim Apollo 11 wylądował na Księżycu, przeprowadzono dwie udane próby (Apollo 8 i Apollo 10), podczas których astronauci okrążyli Księżyc, a następnie powrócili na Ziemię bez lądowania na Srebrnym Globie. Zadanie, jakie postawiono przed uczestnikami konkursu Inspiration Mars Student Design Contest, polega na zaprojektowaniu podobnej misji. Załogowa ekspedycja ma dolecieć do Marsa, okrążyć tę planetę, a następnie wrócić na Ziemię.

W szranki stanęło 38 zespołów, w tym 3 ekipy z Polski: WUT Dream Team i Space is More z Politechniki Wrocławskiej oraz Mars IV z Politechniki Rzeszowskiej. Wszystkie polskie zespoły pokazały się z dobrej strony. WUT Dream Team zajął 13. miejsce, Mars IV - 11., a Space is More zakwalifikował się do najlepszej dziesiątki, dzięki czemu już w kwietniu weźmie udział w organizowanym w Centrum Badawczym NASA finale. W tym miejscu znajdziecie konkursowe prezentacje polskich zespołów (uwaga, duże pliki!): WUT Dream Team, Space is More, Mars IV.

Łukasz Michalik: Dennis Tito planuje lot na Marsa już za 4 lata. Nie sądzisz, że to zbyt optymistyczne plany?

Leszek Orzechowski: Na razie nie ma planu lądowania na Marsie, tylko przelot. Podobnie do misji Apollo: najpierw były loty wokół Księżyca, a dopiero po nich lądowanie. Inspiration Mars uznaje rok 2018 za najbardziej korzystny z powodu zarówno konfiguracji planet, jak i aktywności słonecznej, kiedy powinno być mniejsze prawdopodobieństwo rozbłysków na Słońcu, mogących zagrozić misji i załodze.

Bardzo chciałbym, aby ludzie mogli się znaleźć na Marsie już w 2018 roku, ale bardziej prawdopodobne są okolice roku 2030. Chodzi o technologię, finansowanie i odpowiednie ustawienie planet.

Jak wygląda przygotowanie do startu w takim konkursie? Siedzisz ze znajomymi i ktoś rzuca pomysł: zaplanujmy misję na Marsa?

Wszystko zaczęło się od prowadzonego przeze mnie bloga Space is More, poświęconego architekturze w Kosmosie. Jego tytuł był parafrazą sloganu "less is more", wypowiedzianego przez architekta Miesa van der Rohe, jednego z ojców modernizmu. Konkurs został ogłoszony w lipcu 2013 roku, ale do pracy zabraliśmy się dużo później. Zanim skompletowałem drużynę złożoną ze studentów Politechniki Wrocławskiej, był grudzień 2013.

W skład zespołu poza mną weszli: Aleksander Tuzik, Szymon Gryś, Aleksander Gorgolewski, Dorota Budzyń, Konrad Cyprych, Olaf Kowalski i Radek Groński. W trzy miesiące udało się nam stworzyć koncepcję, która zakwalifikowała nas do ścisłego finału konkursu. Przy okazji: szukamy sponsorów na ten wyjazd, bo czasu jest mało, a potrzeby palące.

Chciałbym też podkreślić współpracę z Mars Society Polska. Organizacja przez cały czas wspomagała nas w pracy projektowej. Recenzowała nasz materiał, służyła radą i kierowała nas do odpowiednich specjalistów.

Pokonaliście kilkadziesiąt drużyn z 15 krajów. Co zapewniło Wam przewagę?

W konkursie wystartowało 38 drużyn z 15 krajów, z czego 3 z Polski. Nasz projekt oprócz znakomitych podstaw technologicznych wyróżnia się podejściem do tematu podróży międzyplanetarnych. Podczas kiedy wszystkie zespoły skupiły się na zastosowanej technologii i bardzo dokładnie ją opisały, my skupiliśmy się na człowieku jako użytkowniku statku kosmicznego.

Od strony technicznej nasz projekt nie ustępuje innym drużynom. Pokazaliśmy, że znamy się na rzeczy, ale skupiliśmy się na tym, jak wykorzystać istniejące technologie na potrzeby załogi, która spędzi w podróży 501 dni.

Wspominasz o ludziach i ich potrzebach. Na czym konkretnie polega pomysł Space is More?

Tym, co nas wyróżnia pod względem technologii, i tym, co ona daje załodze, jest idea Wet Workshop, którą stworzył Wernher von Braun (o planach von Brauna przeczytacie w artykule “Das Marsprojekt. Marsjańska misja Wernhera von Brauna z 1952 roku”).

Idea zakłada wykorzystanie opróżnionego podczas startu zbiornika na paliwo (ciekły wodór) i zagospodarowanie go do roli przestrzeni mieszkalnej. W latach 60. ten pomysł upadł, bo planowano zastosować stalą zabudowę, co oznaczało dużo dostaw na orbitę.

My nasz zbiornik zagospodarowaliśmy płachtami membrany, która po naciągnięciu tworzy bardzo sztywne przegrody i daje możliwość dowolnego manipulowania przestrzenią. Dzięki naszej koncepcji astronauci mają do dyspozycji około 360 metrów sześciennych, podczas kiedy inne zespoły często nie wychodzą poza 40.

Podróż w zbiorniku paliwa nie brzmi zachęcająco. Jak bardzo trzeba przebudować proponowany przez Was zbiornik, aby nadawał się do zamieszkania?

Według naszych założeń zbiornik musiałby być znacznie dłuższy, niż zakłada obecnie NASA. Nie jest to jednak problem, bo oprócz niego rakieta nie wynosi niczego innego - zbiornik jest jej integralną częścią, tylko zwiększamy ilość paliwa. Planowane są również bardziej inwazyjne zmiany: potrzebny jest system dokujący z resztą habitatu, czyli na końcu zbiornika zaprojektowaliśmy NDS (NASA Docking System) wraz ze śluzą powietrzną.

Dodatkowo zbiornik musi być wyposażony w wychodzące ze śluzy instalacje wody, elektryczności oraz wentylacji, rozłożone symetrycznie wzdłuż ścianek zbiornika i izolowane od kriogenicznych warunków, w których znajduje się ciekły wodór. Ostatnim dodatkiem są uchwyty na liny, na których będą rozpięte membrany. Wszystkie dodatkowe instalacje muszą być rozłożone symetrycznie, aby nie sprawiały kłopotów podczas startu rakiety.

Umieszczając załogę w pustym zbiorniku paliwa, zapewniliście jej przestrzeń. A co z zaopatrzeniem? Planujecie jakieś kosmiczne uprawy?

Bierzemy ze sobą wszystko: wodę, tlen i żywność. Podczas takiej misji najważniejszy jest wydajny system podtrzymywania życia, który odzyskuje tlen i wodę z całego obrotu materii statku. Sprawność systemu, który zaproponowaliśmy, przewyższa kilka razy obecnie stosowane rozwiązania. Pozwoliło to znacząco ograniczyć ilość wody i gazów, które musimy zabrać ze sobą. ECLSS, bo tak nazywa się system, jest obecnie testowany przez NASA i ma zostać wprowadzony do użytku za dwa lata.

Oprócz tego astronauci faktycznie będą uprawiać rośliny, ale nie możemy zakładać, że będą mogli się nimi wyżywić. Uprawy będą prowadzone w celach badawczych i dla komfortu psychicznego załogi - chodzi o obecność zieleni i poczucie odpowiedzialności za żywą istotę.

Jakie zagrożenia przewidujecie? Co może sprawić, że misja poniesie fiasko i na co narażeni będą astronauci?

Nie tak może pójść właściwie wszystko, ale jesteśmy w stanie minimalizować ryzyko związane z używanymi technologami. Gorzej z naturą. Ogromny problem stanowi promieniowanie kosmiczne, z którym na razie nikt nie jest w stanie się uporać. Wyróżniamy dwa rodzaje promieniowania: galaktyczne, które ma małe natężenie, ale uderza w nas przez cały czas ze wszystkich stron, oraz rozbłyski słoneczne, które jeśli natrafią akurat na nasz pojazd, mogą zniszczyć elektronikę oraz wystawić załogę na znaczne promieniowanie.

Z promieniowaniem galaktycznym walczyć nie ma za bardzo jak, więc rzucamy astronautów na jego pastwę. W praktyce oznacza to, że po 500 dniach misji ryzyko, że zachorują na śmiertelnego raka, wzrośnie o 2 proc. W porównaniu z 40 proc. ryzykiem w przypadku palaczy to niewiele, a dzięki przeprowadzonym symulacjom rozkładu promieniowania w kapsule urządziliśmy jej wnętrze tak, by załoga dostała jak najmniejszą dawkę.

A co się stanie, jeśli podczas misji wydarzy się rozbłysk na Słońcu?

Jeśli chodzi o promieniowanie słoneczne, to nasz statek zawsze będzie ustawiony w jednej pozycji względem gwiazdy. Gdy załoga dostanie ostrzeżenie o rozbłysku, będzie musiała zmienić lokalizację zbiornika z wodą, który mieści 2,5 metra sześciennego płynów. Dzięki temu przeczeka rozbłysk za ścianą ochronną z wody. To łopatologiczne, ale bardzo efektywne rozwiązanie.

Kolejnym zagrożeniem są mikrometeoryty, ale każdy moduł ma warstwy ochronne mające zminimalizować szkody. Nie jest to nic odkrywczego, po prostu korzystamy z istniejących rozwiązań.

Być może pierwsza misja na Marsa będzie czerpała również z Waszych pomysłów. Czy udział Polski w tym wydarzeniu na tym się skończy?

Właśnie wstąpiliśmy do ESA, więc jeśli jakakolwiek misja będzie tworzona z Europejską Agencją Kosmiczną, to na pewno będziemy w niej uczestniczyć. Jeśli chodzi o konkrety, to naszą mocną stroną mogą być łaziki. Warto wspomnieć o konkursie Rover Challenge, który przed rokiem wygrała ekipa z Białegostoku. Europejska edycja konkursu, organizowana przez Mars Society, odbędzie się w tym roku w Polsce.

Co do udziału Space is More, to nie mam wątpliwości, że w przyszłości członkowie mojego zespołu znają pracę w NASA, bo już się o nich pytają. Na razie staram się oswoić architektów z tematyką Kosmosu, bo uważam, że to właśnie oni powinni tworzyć przestrzeń do życia również poza Ziemią. Nie można pozostawiać tego tylko inżynierom.