Elon Musk is nooit iemand geweest die zijn langetermijnplannen voor zichzelf hield. Naast de ontwikkeling van herbruikbare raketten, elektrische auto's en een revolutie in zonne-energie, was hij ook vrij luidruchtig over het vestigen van een kolonie op Mars tijdens zijn leven. Het doel hier is niets minder dan het verzekeren van het voortbestaan van de mensheid door het creëren van een 'back-uplocatie', en vraagt om een serieuze planning en architectuur.
Deze en andere aspecten van Musk's voorgestelde missie naar Mars werden beschreven in een essay getiteld 'Making Humans a Multi-Planetary Species', dat werd gepubliceerd in het juni-nummer van het tijdschrift van 2017. Nieuwe ruimte. De paper is een samenvatting van de presentatie die hij maakte tijdens de 67e jaarlijkse bijeenkomst van het International Astronautical Congress, die plaatsvond van 26 t / m 30 september 2016 in Guadalajara, Mexico.
Het papier is geproduceerd door Scott Hubbard, een adviserend professor aan de Stanford University en de hoofdredacteur van NewSpace, en bevat al het materiaal en de dia's uit de originele presentatie van Musk. Binnenin zitten Musks gedachten over hoe de kolonisatie van Mars in deze eeuw zou kunnen worden bereikt en welke problemen zouden moeten worden aangepakt.
Deze omvatten de kosten van het verzenden van mensen en ladingen naar Mars, de technische details van de raket en het voertuig dat de reis zou maken, en mogelijke kostenverdelingen en tijdlijnen. Maar natuurlijk behandelt hij ook de belangrijkste filosofische vragen - "Waarom gaan?" en "Waarom Mars?"
Het beantwoorden van deze eerste vraag is een van de belangrijkste aspecten van ruimteverkenning. Herinner je je de iconische toespraak "We kiezen om naar de maan te gaan" van John F. Kennedy? Deze toespraak was allesbehalve een intentieverklaring, maar een rechtvaardiging door de regering-Kennedy voor alle tijd, energie en geld die ze aan het Apollo-programma besteedde. Als zodanig benadrukte de toespraak van Kennedy vooral waarom het doel een nobele onderneming was.
Door naar Mars te kijken, sloeg Musk een vergelijkbare toon, met de nadruk op overleving en de behoefte van de mensheid om uit te breiden naar de ruimte. Zoals hij zei:
'Ik denk dat er eigenlijk twee fundamentele paden zijn. De geschiedenis zal in twee richtingen uiteenvallen. Eén pad is dat we voor altijd op aarde blijven, en dan zal er een of andere uitstervingsgebeurtenis zijn. Ik heb geen onmiddellijke doemscenario, maar uiteindelijk, zoals de geschiedenis suggereert, zal er een of andere dag des oordeels zijn. Het alternatief is om een ruimtedragende beschaving en een multi-planetaire soort te worden, en ik hoop dat u het ermee eens bent dat dit de juiste weg is. '
Wat Mars tot de natuurlijke keuze maakt, dat was iets moeilijker te verkopen. Toegegeven, Mars heeft veel overeenkomsten met de aarde - vandaar dat het vaak 'Earth's Twin' wordt genoemd - waardoor het een prikkelend doelwit is voor wetenschappelijk onderzoek. Maar het heeft ook enkele nogal grote verschillen waardoor langdurig verblijf aan de oppervlakte minder aantrekkelijk lijkt. Dus waarom zou het de natuurlijke keuze zijn?
Zoals Musk uitlegt, heeft nabijheid er veel mee te maken. Natuurlijk, Venus is dichter bij de aarde en komt zo dicht als 41 miljoen km (25.476.219 mijl), vergeleken met 56 miljoen km (3.4796.787 mijl) met Mars. Maar de vijandige omgeving van Venus is goed gedocumenteerd en bevat een super-dichte atmosfeer, temperaturen die heet genoeg zijn om lood te smelten en zwavelzuurregen! Mercurius is te heet en airless, en de Joviaanse manen zijn erg ver.
Dit laat ons slechts twee opties voor de nabije toekomst, wat Musk betreft. Een daarvan is de maan, die de komende jaren waarschijnlijk een permanente nederzetting zal hebben. Tussen de ESA, NASA, Roscosmos en de Chines National Space Administration is er geen gebrek aan plannen om een maanpost te bouwen, die zal dienen als opvolger van het ISS.
Maar vergeleken met Mars is het minder rijk aan hulpbronnen, heeft het geen atmosfeer en vertegenwoordigt het een grote overgang wat de zwaartekracht betreft (0,165 g vergeleken met 0.376 g) en de daglengte (28 dagen vs. 24,5 uur) betreft. Hierin ligt de grootste reden om naar Mars te gaan, namelijk het feit dat onze opties beperkt zijn en Mars het meest op de aarde lijkt van alle lichamen die momenteel voor ons toegankelijk zijn.
Bovendien houdt Musk rekening met het feit dat kolonisten het terraforming-proces zouden kunnen starten, om het na verloop van tijd nog aardachtiger te maken. Zoals hij zegt (vet toegevoegd voor nadruk):
'In feite geloven we nu dat vroege Mars veel op de aarde leek. Als we Mars zouden kunnen opwarmen, zouden we in feite weer een dikke atmosfeer en vloeibare oceanen hebben. Mars is ongeveer half zo ver verwijderd van de zon als de aarde, dus het heeft nog steeds behoorlijk zonlicht. Het is een beetje koud, maar we kunnen het opwarmen. Het heeft een zeer nuttige atmosfeer, wat, omdat het voornamelijk CO2 is met wat stikstof en argon en een paar andere sporenelementen, betekent dat we planten op Mars kunnen laten groeien door de atmosfeer te comprimeren.
“Het zou best leuk zijn om op Mars te zijn, omdat je een zwaartekracht zou hebben die ongeveer 37% van die van de aarde is, dus je zou in staat zijn om zware dingen op te tillen en rond te binden. Bovendien ligt de dag opmerkelijk dicht bij die van de aarde. We hoeven alleen de bevolking te veranderen, want we hebben momenteel zeven miljard mensen op aarde en geen enkele op Mars. '
Uiteraard kan er geen missie worden verwacht zonder het uiterst belangrijke voertuig. Daartoe gebruikte Musk de jaarlijkse IAC-vergadering om de plannen van zijn bedrijf voor het interplanetaire transportsysteem te onthullen. Een bijgewerkte versie van de Mars Colonial Transporter (waar Musk in 2012 over begon te praten), de ITS zal bestaan uit twee hoofdcomponenten: een herbruikbare raketbooster en het Interplanetaire Ruimteschip.
Het proces om met deze componenten naar Mars te komen, omvat een paar stappen. Eerst stijgen de raketversterker en het ruimteschip samen op en wordt het ruimteschip in een baan om de aarde gebracht. Vervolgens, terwijl het ruimteschip een parkeerbaan aanneemt, keert de booster terug naar de aarde om opnieuw te worden geladen met het tankschip. Dit voertuig heeft hetzelfde ontwerp als het ruimteschip, maar bevat drijfgassen in plaats van laadruimten.
De tanker wordt vervolgens met de booster in een baan om de aarde gebracht, waar hij het ruimteschip zal ontmoeten en zal bijtanken voor de reis naar Mars. Over het algemeen zal de tank voor drijfgassen drie tot vijf keer omhoog gaan om de tanks van het ruimtevaartuig te vullen terwijl het zich in een baan om de aarde bevindt. Musk schat dat de doorlooptijd tussen de lancering van het ruimtevaartuig en het ophalen van de booster uiteindelijk maar 20 minuten kan zijn.
Dit proces (als Musk zijn zin krijgt) zou worden uitgebreid met meerdere ruimteschepen die de reis van en naar Mars elke 26 maanden maken (wanneer Mars en Aarde het dichtst bij elkaar staan):
“Je zou uiteindelijk meer dan 1.000 of meer ruimteschepen in een baan om de aarde hebben staan wachten. Vandaar dat de Mars Colonial vloot massaal zou vertrekken. Het is logisch om de ruimteschepen in een baan om de aarde te laden, omdat je daar 2 jaar de tijd voor hebt, en dan kun je regelmatig gebruik maken van de booster en de tanker om daar echt zwaar hergebruik van te maken. Met het ruimteschip krijg je minder hergebruik omdat je moet bedenken hoe lang het gaat duren - misschien 30 jaar, wat misschien wel 12-15 vluchten van het ruimteschip kan zijn. ”
In termen van de structuur van de raket zou deze bestaan uit een geavanceerde koolstofvezel buitenkant rondom brandstoftanks, die zou vertrouwen op een autogeen druksysteem. Dit houdt in dat de brandstof en zuurstof worden vergast door warmtewisselingen in de motor, die vervolgens zouden worden gebruikt om de tanks onder druk te brengen. Dit is een veel eenvoudiger systeem dan wat momenteel wordt gebruikt voor de Falcon 9-raket.
De booster zou 42 Raptor-motoren gebruiken die in concentrische ringen zijn gerangschikt om stuwkracht te genereren. Met 21 motoren in de buitenring, 14 in de binnenring en zeven in een middencluster, zou de booster een geschatte lift-off stuwkracht hebben van 11.793 ton (13.000 ton) - 128 MegaNewtons - en een vacuümstuwkracht van 12.714 metrisch ton (14.015 ton) of 138 MN. Dit zou het het eerste ruimtevaartuig maken waar de prestatiebalk van de raket groter is dan de fysieke grootte van de raket.
Wat betreft het ruimtevaartuig, de ontwerpen vragen om een onder druk staand gedeelte bovenaan met een drukloos gedeelte eronder. Het onder druk staande gedeelte zou plaats bieden aan 100 passagiers (dacht Musk hoopt die capaciteit uiteindelijk te verhogen tot 200 personen per reis), terwijl alle bagage en vracht die nodig zijn voor de bouw van de kolonie Martian in het drukloze gedeelte beneden zou worden bewaard.
Wat de bemanningscompartimenten zelf betreft, Musk zou zeker illustreren hoe de tijd erin niet saai zou zijn, omdat de transittijd lang is. "Daarom is het bemanningscompartiment of het passagierscompartiment zo opgezet dat je games zonder zwaartekracht kunt spelen - je kunt rondzweven", zei hij. 'Er komen films, collegezalen, hutten en een restaurant. Het wordt echt leuk om te gaan. Je zult een geweldige tijd hebben! '
Onder deze beide secties bevinden zich de tank voor vloeibare zuurstof, brandstoftank en ruimtevaartuigmotoren. De motoren, die rechtstreeks aan de stuwkegel aan de basis zouden worden bevestigd, zouden bestaan uit een buitenring van drie zeeniveau-motoren - die 361 seconden specifieke impuls (Isp) zouden genereren - en een binnenste cluster van zes vacuümmotoren die zou 382s Isp genereren.
De buitenkant van het ruimtevaartuig zal ook worden uitgerust met een hitteschild, dat zal zijn samengesteld uit hetzelfde materiaal dat SpaceX gebruikt op zijn Dragon-ruimtevaartuig. Dit staat bekend als een fenol-geïmpregneerde koolstofablator (PICA), waarvan SpaceX hun derde versie heeft. In totaal schat Musk dat het Interplanetaire Ruimteschip 450 ton vracht naar Mars kan vervoeren, afhankelijk van hoe vaak de tanker het vaartuig kan bijvullen.
En, afhankelijk van de ontmoeting tussen de aarde en Mars, kan de transittijd slechts 80 dagen enkele reis bedragen (uitgaande van een snelheid van 6 km / s). Maar na verloop van tijd hoopt Musk dat terug te brengen tot slechts 30 dagen, wat het mogelijk zou maken om in relatief korte tijd een aanzienlijke populatie op Mars te vestigen. Zoals Musk aangaf, is het magische getal hier in 1 miljoen, wat het aantal mensen betekent dat nodig is om een zelfvoorzienende kolonie op Mars te stichten.
Hij gaf toe dat dit een grote uitdaging zou zijn en een eeuw zou kunnen duren:
“Als je maar om de 2 jaar kunt gaan en als je 100 mensen per schip hebt, zijn dat 10.000 reizen. Daarom zijn ten minste 100 mensen per reis de juiste orde van grootte, en uiteindelijk kunnen we het bemanningsgedeelte uitbreiden en uiteindelijk meer dan 200 of meer mensen per vlucht nemen om de kosten per persoon te verlagen. 10.000 vluchten zijn echter veel vluchten, dus uiteindelijk zou je echt in de orde van 1000 schepen willen. Het zou even duren om tot 1.000 schepen te bouwen. Hoe lang het zou duren om die drempel van een miljoen personen te bereiken, vanaf het moment dat het eerste schip naar Mars gaat, zou het waarschijnlijk ergens tussen de 20 en 50 Mars-rendez-vous zijn - dus het zou 40 tot 100 jaar duren om een volledig zelf- het ondersteunen van de beschaving op Mars. '
Wanneer de ITS klaar is om te lanceren, zal dit gebeuren vanaf Launch Pad 39A in het Kennedy Space Center in Florida, waar SpaceX momenteel gebruik van maakt om Falcon 9-lanceringen uit te voeren. Maar natuurlijk zijn de kosten het meest ontmoedigende aspect van elke kolonisatie-inspanning. Op dit moment en met de huidige methoden is het simpelweg niet betaalbaar om meer dan 1 miljoen mensen naar Mars te sturen.
Gebruikmakend van Apollo-tijdperk methoden als toetssteen, gaf Musk aan dat de kosten om naar Mars te gaan ongeveer $ 10 miljard per persoon zouden zijn - wat voortvloeit uit het feit dat het programma zelf tussen $ 100 en $ 200 miljard kost (gecorrigeerd voor inflatie) en resulteerde in 12 astronauten zetten voet op de maan. Dit is natuurlijk veel te hoog om een zelfvoorzienende kolonie te creëren met een bevolking van 1 miljoen.
Als gevolg hiervan beweerde Musk dat de kosten van het vervoer van mensen naar Mars met maar liefst 5 miljoen procent zouden moeten worden verlaagd! De wens van Musk om de kosten in verband met ruimtelanceringen te verlagen, is algemeen bekend en is de reden dat hij SpaceX oprichtte en begon met het ontwikkelen van herbruikbare technologie. De kosten zouden echter moeten worden verlaagd tot het punt waarop een ticket naar Mars ongeveer hetzelfde zou kosten als een mediane huis - namelijk $ 200.000 - voordat er reizen naar Mars zouden kunnen plaatsvinden.
Wat betreft hoe dit kan worden gedaan, worden verschillende strategieën geschetst, waarvan er vele Musk en ruimtevaartorganisaties zoals NASA al actief nastreven. Ze omvatten volledige herbruikbaarheid, waarbij alle stadia van een raket en zijn vrachtmodule (niet alleen de eerste fase) terugneembaar en herbruikbaar zouden moeten zijn. Tanken in Orbit is een tweede middel, wat zou betekenen dat het ruimtevaartuig niet alle brandstof die ze nodig hebben vanaf de aarde hoeft mee te nemen.
Bovendien zou er de mogelijkheid moeten zijn voor drijfgasproductie op Mars, waar het ruimteschip op Mars kan tanken om de terugreis te maken. Dit concept is in het verleden onderzocht voor maan- en Mars-missies. En in het geval van Mars zou de aanwezigheid van atmosferische en bevroren CO² en water in zowel de bodem als de poolkappen betekenen dat methaan, zuurstof en waterstofbrandstof allemaal zouden kunnen worden geproduceerd.
Ten slotte is er de vraag welk drijfgas het beste is. In zijn huidige vorm zijn er basiskeuzes als het gaat om kerosine (raketbrandstof), waterstof en methaan. Al deze hebben bepaalde voordelen en kunnen ter plaatse op Mars worden vervaardigd. Maar op basis van een kosten-batenanalyse beweert Musk dat methaan het meest kosteneffectieve drijfgas zou zijn.
Zoals altijd bracht Musk ook de kwestie van tijdlijnen en volgende stappen ter sprake. Dit bestond uit een overzicht van de prestaties van SpaceX in de afgelopen anderhalf decennium, gevolgd door een schets van wat hij hoopt zijn bedrijf de komende jaren en decennia te zien doen.
Deze omvatten de ontwikkeling van het eerste interplanetaire ruimteschip in ongeveer vier jaar tijd, gevolgd door suborbitale testvluchten. Hij liet zelfs doorschemeren hoe het ruimtevaartuig commerciële toepassingen zou kunnen hebben, die worden gebruikt voor het snelle transport van vracht over de hele wereld. Wat betreft de ontwikkeling van de booster, hij gaf aan dat dit een relatief eenvoudig proces zou zijn, omdat het simpelweg gaat om het opschalen van de bestaande Falcon 9-booster.
Daarnaast schatte hij dat (ervan uitgaande dat alles goed gaat) een periode van tien jaar zou volstaan om alle componenten samen te voegen, zodat het zou werken om mensen naar Mars te brengen. Last but not least gaf hij een glimp van wat er met ITS buiten Mars kan worden bereikt. Zoals de naam al doet vermoeden, hoopt Musk op een dag missies uit te voeren naar een andere bestemming in het zonnestelsel.
Gezien de mogelijkheden voor in-situ brandstofproductie (dankzij de overvloed aan waterijs), werden de manen van zowel Jupiter als Saturnus genoemd als mogelijke bestemming. Maar buiten manen zoals Europa, Enceladus en Titan (die allemaal werden genoemd), werden zelfs bestemmingen in de trans-Neptuniaanse regio van het zonnestelsel als een mogelijkheid aangegeven.
Aangezien Pluto ook een overvloed aan waterijs op het oppervlak heeft, beweerde Musk dat hier een tankstation zou kunnen worden gebouwd voor missies naar de Kuipergordel en de Oortwolk. 'Ik zou dit niet aanbevelen voor interstellaire reizen,' gaf hij toe, 'maar dit basissysteem - mits we onderweg tankstations hebben - betekent volledige toegang tot het hele grotere zonnestelsel.'
De publicatie van dit artikel, vele maanden nadat Musk de details van zijn plan aan de jaarlijkse IAC-vergadering had gepresenteerd, heeft natuurlijk zowel goedkeuring als scepsis opgeleverd. Hoewel er mensen zijn die Musk's tijdlijnen en zijn vermogen om de voorstellen die erin zijn vervat, in twijfel trekken, zien anderen het als een cruciale stap in de vervulling van Musk's lang gekoesterde verlangen om de kolonisatie van Mars in deze eeuw te laten plaatsvinden.
Voor Scott Hubbard dient het als een waardevolle bijdrage aan de geschiedenis van de ruimteverkenning, iets waar toekomstige generaties toegang toe hebben zodat ze de geschiedenis van de verkenning van Mars in kaart kunnen brengen - op dezelfde manier als NASA-archiefmateriaal wordt gebruikt om de geschiedenis te bestuderen van de maanlanding. Zoals hij opmerkte:
“Naar mijn mening biedt het publiceren van dit artikel niet alleen een kans voor de ruimtevaartgemeenschap om de SpaceX-visie in gedrukte vorm te lezen met alle grafieken in context, maar het dient ook als een waardevolle archiefreferentie voor toekomstige studies en planning. Mijn doel is om van New Space het forum te maken voor de publicatie van nieuwe verkenningsconcepten, met name die die een ondernemerspad suggereren voor mensen die naar de verre ruimte reizen. ”
Elon Musk is geen onbekende in groot denken en groot dromen. En hoewel veel van zijn voorstellen in het verleden niet tot stand zijn gekomen in het tijdsbestek dat hij oorspronkelijk had gespecificeerd, kan niemand eraan twijfelen dat hij tot dusver is gerealiseerd. Het zal heel spannend zijn om te zien of hij het bedrijf dat hij 15 jaar geleden oprichtte, kan overnemen om de verkenning van Mars te bevorderen, en het in plaats daarvan zou kunnen gebruiken om een kolonisatie-inspanning te leiden!
Bijwerken: Musk tweette zijn dank aan Hubbard voor de publicatie en heeft aangegeven dat er binnenkort een aantal "grote veranderingen in het plan" komen.
En zorg ervoor dat je deze video van Musks volledige toespraak bekijkt tijdens de 67e jaarlijkse bijeenkomst van de IAC, met dank aan SpaceX:
