"Tady základna číslo jedna na Marsu. Právě jsme přistáli". Ozve se podobné hlášení jednoho dne v červenci 2033? Nebo se ho nedočkáme nikdy?
Kdy to bude?
Cíl příštích kosmických výbojů lidstva, planetu Mars, můžeme nyní vidět na večerní obloze. Brzy se stane nepozorovatelný, avšak můžeme se těšit, že na podzim příštího roku 2007 opět ozdobí naši oblohu. „Vždycky jsem věřil, že se člověk na Mars vydá nejpozději do dvaceti let. Nyní jsem o tom přesvědčen“, prohlásil kdysi tehdejší ředitel NASA Dan Goldin. Ředitelem už dávno není, doba pokročila o celé desetiletí, avšak reálný termín stále oddalujeme. Dnes se hovoří nejméně o čtvrt století… slavný vizionář A. C. Clarke tedy zcela určitě tentokrát nebude mít pravdu, protože ten předpokládal první přistání na Marsu v roce 2019.
Až vyvrcholí „návrat na Měsíc“, nastane čas pro nový velký skok pro lidstvo. Kolem roku 2019 budeme mít na Zemi nejen výsledky biologických analýz z povrchu Marsu, ale zřejmě i vzorky jeho hornin. Letecko–kosmický průmysl i odborníci budou žádostiví pokračování vývoje technických zařízení a ekonomika přijatelně nažhavená. Deset let na vývoj dalších nutných systémů je dost dlouhá doba, aby vynaložené prostředky mohly být minimální.
Kde bude tábor číslo 1?
Jedním z prvních vědců a techniků, kteří se utopií letu na Mars začali zabývat vážně, byl Wernher von Braun. První scénář napsal roku 1953 a po dlouhém čase ho v roce 1970 konkretizoval slovy: „NASA má rozpracovaný návrh výpravy lidské posádky na Mars. Opakovaně použitelný raketoplán a dva obří Saturny 5 dopraví vybavení, pohonné látky i posádku nejprve na oběžnou dráhu kolem Země. Expedice se bude skládat z 12 mužů ve dvou lodích.“
Prakticky všechny další úvahy vycházely z tohoto pojetí mohutných meziplanetárních plavidel o odletové hmotnosti několik tisíc tun, při použití klasických motorů na kapalný kyslík a vodík. Teprve koncem 90. let se bludný kruh úvah podařilo prolomit. Novinkou se stala klíčová úvaha, že není důvodu proč funkční celky nerozdělit a nedopravit na příslušná místa postupně s předstihem před vlastní výpravou člověka! Trochu to připomíná horolezecké výpravy s předem vybudovanými předsunutými tábory.
Stejně převratnou myšlenkou je využití místních zdrojů na Marsu po vzoru prvních amerických osadníků. Z Marsovy atmosféry lze získat raketové palivo, kyslík a vodu.
Šance je každých 26 měsíců
Propagátorem nových nápadů je americký vědec dr. Robert Zubrin se svými spolupracovníky, kteří si začali říkat Mars Underground a na podporu letů k Marsu založili Marsovskou společnost (Mars Society). Po mnoha diskusích se specialisty amerického Houstonského Johnsonova kosmického střediska začal projekt v roce 1997 dostávat tvář, ale postupně byl několikrát znovu revidován a výrazně vylepšen. Náklady na vývoj a realizaci budou samozřejmě obrovské. Avšak odečteme-li to, co stála použitelná technika programu „návrat na Měsíc“ a vezmeme-li v úvahu inflaci dolaru, nepřesáhnou zřejmě ani třetinu toho, co kdysi stál projekt Apollo!
Reálný projekt počítá se starty ve dvou po sobě následujících startovních oknech. Ta se opakují vždy v období před přiblížením Marsu k Zemi, ke kterému dochází zhruba každých 26 měsíců.
Vlastní výprava by se vydala na cestu teprve tehdy, až všechny klíčové systémy pro její návrat už budou v pořádku na Marsu a robotická zařízení vyrobí dostatek zásob. Konstrukce jednotlivých dílů je maximálně unifikovaná, což samozřejmě snižuje náklady. Veškeré návrhy při tom vycházejí ze současného stavu techniky.
Vystačíme s dnešní technikou?
Odlety se uskuteční z oběžné dráhy kolem Země. Přitom vystačíme s technikou, vyvinutou pro návrat na Měsíc podle strategie prezidenta Bushe z roku 2004. K letu na Měsíc byly nutné dva starty – menší rakety s posádkou a mohutné rakety s technikou. Při letech k Marsu bude pro každou část expedice zapotřebí jen o jednu, nejvýše o dvě nákladní rakety víc.
Meziplanetární pohonný modul všech lodí bude stejný. Prozatím se jako nejvýhodnější jeví svazek tří nukleárních motorů, zkonstruovaných podle experimentálních zařízení, vyzkoušených v neletové versi už před mnoha desetiletími. Tahem sice neoslní, ale zato místo několika minut působí až desítky minut. To umožní dopravit k Marsu loď o délce asi 50 m a hmotnosti kolem 150 tun, což je náklad, který je schopen unést i současný největší nákladní letoun Airbus.
Karavana k Marsu
Při první startovní příležitosti se na cestu vydají krátce po sobě tři lodi bez posádky. První bude ERV (Earth–Return Vehicle), plně vybavená pro návrat lidí zpět na Zemi, která bude zaparkována na dráze kolem Marsu. Lze si ovšem představit, že při pozdějších expedicích už bude pohonnými látkami naplněna z „místních zdrojů“ planety.
Poté odletí nákladní loď Cargo, která přistane na povrchu Marsu a dopraví tam startovní stupeň MAV s podpůrnou technikou. Tento modul bude závěrem pobytu na planetě sloužit k dopravě kosmonautů z povrchu na oběžnou dráhu k lodi ERV. Neponese ze Země žádné palivo, ale pouze „ingredience“, ze kterých se palivo jednoduchými chemickými reakcemi vyrobí přímo na Marsu. Zařízení bude dálkově ovládáno a monitorováno operátory řídícího střediska, aby bylo jisté, že tam bude na kosmonauty čekat natankovaný modul. Jako třetí odstartuje modul HAB, budoucí příbytek kosmonautů s další technikou.
Ti se ovšem vydají na cestu až 26 měsíců poté, v následujícím startovním oknu. Šestičlennou posádku čeká let dlouhý asi 6 měsíců – podle zvolené dráhy. Pokud první výprava nemá na dlouho zůstat poslední, odstartují vzápětí další lodi ERV, MAV a HAB pro příští expedici. Kdyby ovšem bylo nejhůře, mohou rovněž jistit první průkopníky.
Pro navedení na oběžnou dráhu kolem Marsu se zejména u „nákladní“ dopravy využije bezmotorového brždění o atmosféru a všechna přistání na povrchu Marsu zabezpečí dávno osvědčené motory, v nichž se však s kapalným kyslíkem bude spalovat místo kapalného vodíku metan. Stejné motory pak budou použity i pro návratový vzlet z povrchu na oběžnou dráhu kolem Marsu.
Z „domácích“ surovin…
Dávno před pilotovaným letem tak už na povrchu Rudé planety začne výroba zásob, pří níž se splní sen dávných „kouzelníků“. Z řídké atmosféry se bude uvolňovat kyslík, určený nejen pro dýchání, ale i jako jedna ze složek pohonných látek a pro výrobu vody sloučením s vodíkem. Podobné zařízení v laboratorním měřítku již pracovalo na Zemi – mimochodem, je to skvělá čistička vzduchu. Stejné se na Mars vydá možná ještě v tomto desetiletí!
Separovaný uhlík se rovněž sloučí s vodíkem na metan, výkonné palivo raketových motorů. K tomu všemu bude zapotřebí dostatek energie, kterou zřejmě bude muset zajistit jednoduchý jaderný reaktor (typu SNAP-100 o výkonu 45 kW) a vodík. Ten si musíme, aspoň pro první dobu, přivézt ze Země. Výpočty ukazují, že ho bude stačit šest tun.
Teprve až bude na Marsu „prostřeno“, vydají se na cestu lidé. Ty čeká pracovní pobyt v novém světě, trvající půldruhého roku. Svůj příbytek si rozšíří nafukovací konstrukcí a k cestování po Marsu jim bude sloužit velká laboratoř marsobus.
Výprava do neznána
Kosmonauti budou mít spoustu práce se základním vědeckým výzkumem. Studiem prostředí a zdrojů tak snad pomohou definitivně uzavřít i otázku stále diskutovaného života na Marsu. Jeho nalezení by bylo jistě jedním z nejúžasnějších objevů všech dob, i když by možná zkomplikovalo naše naděje na vytvoření „Země číslo 2“. Stejně překvapující by dnes ovšem bylo i zjištění, že Mars byl vždy zcela sterilní…
Ačkoliv propagandistický prvek první expedice bude mimořádně významný, průkopnickou výpravou by určitě neměly lety na Mars skončit. Doufejme proto, že naznačený harmonogram startů k Marsu bude pokračovat.
Co budou první průzkumníci na povrchu Marsu dělat? Samozřejmě budou ověřovat všechny základní funkce, které jsou nutné pro tamní práci a přežití tj. vybudují malou elektrárnu, menší skleník s rostlinami, prozkoumají dostupnost místních zdrojů surovin a vody a budou kontrolovat základní chemické výrobní postupy. Přitom samozřejmě budou v planetárním vozítku detailně vědecky zkoumat široké okolí a rozmisťovat výzkumné roboty a přístroje. Budou na to mít přes 500 dní, čímž se tato cesta stává tak trochu cestou do neznáma, budou kosmonauti odkázáni jen sami na sebe. Jejich příbytkový modul HAB (od slova habitat) přitom bude muset vystačit s málem a recyklovat vše, co se dá.
Co všechno ještě nevíme?
Máme tedy celkem jasno v tom, jak by mělo vypadat technické zajištění výprav. Poněkud horší je to se spolehlivostí techniky a ještě méně optimističtí jsou někteří odborníci ohledně přípravy lidí samotných.
Tak dlouhý let jsme si nevyzkoušeli ještě ani v těsné blízkosti kolem Země, kde se posádka může prakticky kdykoliv vrátit. Jak budou kosmonauti snášet pocity odloučenosti v izolovaném prostředí? Jak si poradit s nebezpečným ionizujícím zářením v podobě zvýšené intenzity slunečního větru? Bude stačit odstíněná komora, kam se posádka v případě nouze uchýlí? A co když silná sluneční erupce nastane právě v době, kdy bude zapotřebí provést klíčové manévry, například přistání? Nezanedbatelné nebezpečí představují i možné srážky s kosmickými prachovými částicemi…
Nejgrandióznější úkol všech dob!
Klimatologové jsou si téměř jisti, že člověk by jednou mohl změnit Rudou planetu ke svému obrazu. Dokonce již zhruba víme, jak. Ostatně stále víc se ujišťujeme, že kdysi se Mars Zemi opravdu značně podobal. I když je podstatně menší, má řadu shodných rysů. Den zde trvá jako na Zemi, střídají se roční období, sklon rotační osy je téměř shodný. Rostliny by se snadno adaptovaly na skutečnost, že rok trvá dvojnásobně dlouho. Překážkou by nemusela být ani třikrát menší gravitace.
Nyní je na Marsu chladno, atmosféra je řídká a tvořená zejména oxidem uhličitým, ale všechny tyto parametry umíme změnit. Byl by to jistě nejgrandióznější lidský úkol všech dob. Byl by to sice proces pozvolný, ale po nastartování už samovolný. Za čtyři nebo pět století by mohl být dokončen… Současné robotické sondy nám předvádějí Mars jako nový svět. Zkusme si z něho udělat nový domov.
Před časem otiskly světové agentury úvahu tehdy dvanáctileté školačky Kathleen Bohneové, která mj. píše: „Nedávno jsem v časopise četla seznam nejvýznamnějších událostí druhého tisíciletí, které právě skončilo. Dovedu si představit redaktory, sedící roku 2999 kolem stolu a diskutující o pořadí událostí na 2. a 3. místě, protože první místo je jasné, osídlení Marsu.“
Kdy, když ne za čtvrt století?
Když se první lidé vraceli od Měsíce zpět domů, mnozí věřili, že na Mars kosmonauti dorazí hned v následujícím desetiletí. I pesimistům se zdálo, že ten vhodný čas nadejde před koncem století. Pokud se v současných plánech (či spíše úvahách) o pilotovaném letu na Mars hovoří, pak se obvykle klade do doby kolem roku 2030.
Zkušenost nám napovídá, že žádné plány – s výjimkou programu Apollo – nebyly ještě splněny včas. Tentokrát se k tomu možná přidá i nepřízeň zákonů nebeské mechaniky. Období kolem opozice roku 2027 bude patřit k jednomu z nejhorších z hlediska potřeby energie, nutné pro meziplanetární přelet, avšak od roku 2029 se situace bude zlepšovat. Výhodné období ke startu prvních lidí na Mars nastává koncem března 2033 a na dlouhou dobu nejlepší podmínky ke startu nastávají při opozici v červnu 2035.
Myšky jako na Marsu
V roce 2007 bude na dráhu kolem Země vypuštěna malá družice Mars Gravity Biosatellite a pouzdro s centrifugou, která bude napodobovat tíhové podmínky na Marsu. Víme, jak se savcům daří na Zemi i v beztížném stavu, ale jak se povede 15 laboratorním myškám, na které bude po dobu asi pěti týdnů působit jen 0,38 pozemské tíže?
Na závěr experimentu, připraveného týmem 250 studentů tří amerických univerzit (Georgia Institute of Technology, University of Queensland, MIT) a organizovaného společností Mars Society, přistane pouzdro s cestovatelkami na australské základně Woomera.
Co už je na povrchu Marsu?
Název stát přistání/
dopad hmotnost (kg) Poloha na Marsu
Mars 2
(bržděný dopad) SSSR 1971 1210 Hellas Planitia 45° j.š. – 302° z.d.
Mars 3 SSSR 1971 1210 Sirenum Terra 45° j.š. – 158° z.d.
Mars 6
(bržděný dopad) SSSR 1973 635 Magaritifer Sinus 29,90° j.š. – 19,42° z.d.
Viking 1 USA 1976 657 Chryse Planitia 22,480° s.š. – 47,967° z.d.
Viking 2 USA 1976 657 Utopia Planitia 48.269° s.š.- 225.99° z.d.
Mars Pathfinder
+ vozítko Sojourner USA 1997 360 Ares Vallis 19.33° s.š. – 33.55° z.d.
(Sagan Memorial Station)
Mars Climate Orbiter (dopad trosek) USA 1999 630 neznáme, částečně shořel
Mars Polar Lander
+ Deep Space 2
(bržděný dopad) USA 1999 500 Ultimi Scopuli 76° j.š. -195° z.d.
Beagle 2
(bržděný dopad) Evropa/
Británie 2003 69 Isidis Planitia 10,6° s.š. – 270° z.d.
MER-A /vozidlo Spirit USA 2004 1063 Gusev 14,5718° j.š. – 184,5215° z.d.
(Columbia Memorial Station)
MER-B /vozidlo Opportunity USA 2004 1063 Meridiani Planum 1,9483° j.š. – 5,5258° z..d.
(ChallengerMemorial Station)
hmotnost zařízení na povrchu (kg) 8054
Dnes na Marsu
V současných dnech pracují na povrchu Marsu dvě vozidla MER o hmotnosti po 175 kg:
Spirit, který odlétl ze Země 10.06.2003, na Marsu přistál 4.01.2004 a během 770 solů (marsovských dnů), tj. do 3.03.2006, najezdil 6,7 km členitým terénem, kdy mj. překonal výškový rozdíl téměř 150 metrů.
Opportunity, který odlétl ze Země 8.07.2003, přistál na Marsu 25.01.2004 a během 750 solů, tj. do 4.03.2006 ujel po Marsu 6,6 km (vč. sestupu do kráteru). Původně se počítalo nejvýše se tříměsíční aktivní životnosti, avšak obě vozidla jsou přes drobné technické problémy dosud plně v provozuschopném stavu.
Nejbližší výprava k Marsu
PHOENIX (start v srpnu 2007, přílet k Marsu v květnu 2008) má přistát na severní polokouli Marsu s přesností 10 kilometrů poblíž polární čepičky, kde sonda Mars Odyssey objevila velké množství vodního ledu. Po navedení do atmosféry dojde nejprve k aerodynamickému brždění, poté se sonda bude snášet na padáku a 570 metrů nad povrchem se zažehnou brzdicí motory.
Sonda má dva hlavní cíle. Prvním je studium historie vody na Marsu – v místě přistání by mělo být až 80% vodního ledu. Druhým cílem je výzkum oblastí vhodných pro život jednoduchých organismů. Komplexní průzkum bude zahrnovat jak výzkum okolí, tak atmosféry.
Citlivý manipulátor („robotická ruka“) umožní nabírat vzorky z okolí a zkoumat je ostatními přístroji na palubě sondy se zaměřením na vodu, oxid uhličitý a minerály.
A co Evropa?
Od roku 2002 se Evropa (evropská kosmická agentura ESA) připravuje na realizaci ambiciózního strategického programu AURORA, předpokládajícího samostatný výzkum Marsu robotickými prostředky, který má vyvrcholit přistáním pilotované expedice.
2007 – testování pouzdra pro návrat z meziplanetární dráhy na Zemi (tento krok byl roku 2005 odložen)
2011 – ExoMars, moderní autonomní vozidlo pro výzkum Marsu
2014 – série zkoušek demonstračních zařízení technologií pro dlouhodobé pilotované lety včetně sestavování a setkávání na oběžné dráze a systémů zajištění životních podmínek
2016 – spolupráce s NASA na odběru a návratu vzorků z Marsu
2018 – technické zkušební zařízení pro ověření metody postupného brzdění v atmosféře (tzv. aerobraking), iontového motoru se slunečními fotočlánky, měkkého přistání na Marsu
2024 – první samostatná evropská pilotovaná expedice na Měsíc
2026 – bezpilotní test techniky pro let lidí na Mars
2030/2033 – první pilotovaná expedice na Mars
Pozn.: prozatím je schválena realizace pouze pojízdného robotu ExoMars. Další etapy dosud nebyly konkretizovány; není vyloučeno, že hlavní garanti rozpočtu (Francie, Německo, Itálie) během doby změní program a zaměří ho pouze na robotický výzkum. Realizaci celého strategického plánu Aurora by naopak usnadnila užší spolupráce mezi ESA a Ruskem.
