Nautilus-X: NASA chce kolonizować Marsa statkiem jak z Odysei Kosmicznej

Czym polecimy na Marsa? Być może pierwsi Ziemianie dotrą do Czerwonej Planety niesamowitym statkiem wytwarzającym sztuczną grawitację.

Odpowiedzi udzieli nam choćby pobieżne spojrzenie na wielkość Oriona: kapsuła o objętości kilku metrów sześciennych to o wiele za mało, by zapewnić kilkuosobowej załodze przestrzeń potrzebną do trwającego mniej więcej rok lotu na Marsa (więcej na ten temat znajdziecie w artykule „Pierwszy lot Oriona. Sukces NASA, ale to nie ten statek zabierze ludzi na Marsa”).

Statek ten może opuszczać niską orbitę Ziemi, ale został zaprojektowany do krótkich misji. Być może w przyszłości zabierze jakąś załogę na Księżyc, ale póki co jak wszystkie zbudowane dotychczas załogowe statki będzie raczej kosmiczną taksówką. Skąd zatem informacje o marsjańskim przeznaczeniu Oriona?

Wszystko za sprawą faktu, że – jak zakłada wiele koncepcji załogowych misji – wyprawa na Marsa nie wyruszy z powierzchni Ziemi. Statek, którym dotrzemy do Czerwonej Planety, powstanie prawdopodobnie na ziemskiej orbicie, skąd wyruszy w długą podróż na Marsa. Rolą Oriona będzie wówczas dowiezienie astronautów na docelowy statek, a po zakończeniu misji sprowadzenie ich na Ziemię.

Zagadką pozostaje wciąż odpowiedź na pytanie, czym dostaniemy się na Marsa? Statkiem tym będzie najprawdopodobniej Nautilus-X. Skojarzenia z gigantycznym okrętem podwodnym kapitana Nemo mogą wydawać się zasadne, jednak nazwa statku pochodzi od słów Non-Atmospheric Universal Transport Intended for Lengthy United States Exploration.

Koncepcja Nautilusa została po raz pierwszy zaprezentowana w 2011 roku. Od tamtego czasu nie tylko dojrzała, ale coraz bliższe realiom są również technologie przewidziane przed laty do zastosowania w tym statku.

Kluczową cechą Nautilusa-X, odróżniającą go od wszystkich, zbudowanych dotychczas statków kosmicznych, będzie sztuczna grawitacja. Sposób na jej uzyskanie jest bardzo prosty i proponowany od dziesiątek lat w projektach różnych statków czy stacji kosmicznych.

Grawitacja zostanie w tym przypadku uzyskana dzięki obracającemu się pierścieniowi, wewnątrz którego znajdzie się przestrzeń życiowa dla załogi. Funkcjonalny odpowiednik grawitacji zostanie uzyskany dzięki sile odśrodkowej, dociskającej wyposażenie i załogę do zewnętrznej krawędzi pierścienia.

Co istotne, działanie tego modułu będzie można przetestować w kontrolowanych warunkach, po zacumowaniu go do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Trudno przecenić znaczenie tego elementu, bo chodzi nie tylko o komfort załogi. Jednym problemów w przypadku długotrwałego przebywania ludzi w przestrzeni kosmicznej jest negatywny wpływ mikrograwitacji na zdrowie i funkcje życiowe. Aby zapobiec m.in. osłabieniu kości i mięśni, współcześni astronauci muszą korzystać z umieszczonej na pokładzie ISS siłowni.

Drugą z kluczowych cech Nautilusa-X będzie sposób budowy kadłuba. Pamiętacie scenę z „Marsjanina”, w której Matt Damon wyruszył na orbitę Marsa w statku kosmicznym, którego osłonę zastąpiono zwykłą plandeką? Pomysł wydaje się karkołomny, ale pamiętajmy, że zasady znane nam z Ziemi nie obowiązują w Kosmosie czy na planetach bez atmosfery (albo ze śladową – jak na Marsie).

Wszystko sprowadza się do tego, że możemy zapomnieć o aerodynamice, oporach powietrza i mocnych kadłubach, zdolnych wytrzymać wejście w gęstą atmosferę. Zagrożeniem mogą być za to meteoroidy (kosmiczne okruchy skalne), ale aby się przed nimi skutecznie zabezpieczyć, konieczne byłyby potężne, raczej nierealne do zastosowania pancerze.

Wszystko to prowadzi do prostego wniosku: kadłub statku kosmicznego, który nie wchodzi w atmosferę, może być stosunkowo delikatną, ale za to szczelną powłoką, czymś w rodzaju balonu, wypełnionego mieszaniną gazów, którą da się oddychać.

Pomysł ten od lat rozwija i udoskonala firma Bigelow Aerospace, która planuje umieścić na orbicie Ziemi nadmuchiwane habitaty, pełniące funkcję hoteli, obsługujących kosmiczną turystykę (więcej na ten temat znajdziecie w artykule „Prywatne loty w Kosmos, czyli koniec państwowego monopolu”).

Ta koncepcja ma wiele zalet: moduły o dużej objętości są nie tylko lekkie, ale mogą być stosunkowo niewielkim kosztem dostarczone na orbitę w postaci złożonej i dopiero tam wypełnione powietrzem.

Pneumatyczne moduły Bigelow Aerospace mają zostać wykorzystane również na ISS, a także w przypadku budowanego na orbicie Nautilusa-X. Dzięki nim spadnie koszt budowy, a statek kosmiczny będzie miał objętość wystarczającą do pomieszczenia niezbędnych zapasów, wyposażenia i załogi.

Sam statek ma składać się z kilku modułów. Z przodu znajdzie się moduł, zawierający śluzę, pozwalającą na dokowanie mniejszego statku kosmicznego, np. Oriona. W tej części znajdzie się również moduł dowodzenia (bez sztucznej grawitacji).

Za nimi zostanie umieszczony obrotowy pierścień, zawierający przestrzeń z symulowaną grawitacją, a za nim niewielkie, ale ważne pomieszczenie – śluza, obudowana ze wszystkich stron zbiornikami z ciekłym tlenem i wodorem. Ma to zapewnić załodze ochronę w razie silnego promieniowania, spowodowanego burzą słoneczną.

W tylnej części Nautilusa-X znajdzie się moduł napędowy, a przed nim część, do której mają być podłączone pneumatyczne moduły w ilości zależnej od ostatecznej konfiguracji statku.

Statek ma być montowany na orbicie Ziemi z wykorzystaniem modułów, dostarczanych w miarę postępów budowy. Co czeka go po ukończeniu? Zanim zaczniemy myśleć o wysłaniu go na Marsa, prawdopodobnie przyda się przy innych, nieco bliższych naszej planety misjach.

Jednym z możliwych zastosowań jest umieszczenie go w punkcie libracyjnym układu Ziemia – Księżyc. To miejsce, gdzie równoważy się wpływ grawitacji obu ciał niebieskich, dzięki czemu umieszczony tam statek kosmiczny może „parkować”, nie tracąc energii na utrzymywanie pozycji. Nautilus-X mógłby pełnić tam funkcję bazy dla księżycowych lądowników, obsługującej załogową eksplorację Księżyca.

W dalszej przyszłości sprawdzona w ten sposób konstrukcja mogłaby posłużyć jako statek, który dostarczy pierwszych Ziemian na Marsa. Czy i kiedy te plany uda się zrealizować? Choć Nautilus-X pozostaje tylko jedną z wielu koncepcji, to zaplanowane dla niego rozwiązania wydają się bardzo obiecujące. Test zbudowanego przez Bigelow Aerospace pneumatycznego modułu BEAM (Bigelow Expandable Activity Module) ma rozpocząć się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej już niebawem, w 2016 roku.