„Mars Direct”, czyli prosto i tanio na Marsa

[X15]

Długo zastanawiałem się, czy to wątek do działu historia, czy przyszłość, optymistycznie daje go do przyszłości 

Jako, że naprzykrzałem się innym w wątkach komercyjnych o tym, że cały nasz astronautyczny bałagan zmierza w złym kierunku i ogólnie, że projekty komercyjne nic nie wniosą w postęp i eksplorację postanowiłem stworzyć wątek o misji załogowej na Marsa, czyli o tym, co cieszyłoby mnie w astronautyce najbardziej 

Jeśli chodzi o to o czym chciałbym tutaj z wami pogadać, to :
-   „Mars Direct”, czy jakieś inne alternatywy ??
-   Czy technologia już istnieje, czy takie stwierdzenie jest przesadzone
-   Koszty, czy spotkaliście się z jakimiś wyliczeniami takiego przedsięwzięcia
-   Lecimy prywatnie, czy rządowo, a może międzynarodowo
-   Jak myślicie kiedy to w końcu nastąpi ...
-   Po co lecieć, czyli najciekawsze zagadnienia ze strony naukowej
-   Co po locie, czyli nie powtarzajmy błędów „Apollo”
-   A dla przeciwników takiej wyprawy (jeśli tacy tu są), oczywiście zagadnienie – a może roboty wystarczą

Zacznę może od przybliżenia tematu :

O locie na Marsa myślano już od dawna, nawet jeszcze w czasie trwania programu Apollo rozważano wątek marsjański, jako kolejny etap podboju kosmosu. Niestety na drodze stanęły, chyba bardziej niż problemy technologiczne ... pieniądze (tak zgadliście). Nawet najbardziej optymistyczne wyliczenia nie zamykały się wtedy w kwocie 100 mld. $ (dla porównania Apollo kosztował 25 mld.)
W zasadzie nic na tym tle nie zmieniło się, aż do początku lat ’90. Wszystkie projekty z grubsza rozbijały się o ciężkie założenia konstrukcyjne i logistyczne, tzn. planowano najpierw wynieść na orbitę części gigantycznego statku, zmontowanie go tam i załadowanie po brzegi niezbędnym wyposażeniem, paliwem, itd. i wtedy rozpoczęcie podróży na Marsa. Co to oznacza, nie trzeba chyba tłumaczyć ... koszmar logistyczny i lawinowo rosnące koszty.
Dopiero na początku lat ’90 pojawiło się nowe spojrzenie na sprawę ... projekt „Mars Direct” opracowany pod egidą firmy Martin Marietta - radykalny plan zrywający z dotychczasowym rozumowaniem. Zakładał on wysłanie misji bezpośrednio z ziemi na Marsa. Zrywał również z koniecznością tworzenia olbrzymiego statku, po części po przez produkcję paliwa niezbędnego do powrotu na ziemię dopiero na marsie, a po części dlatego, że statek powrotny wysyłany miał być na długo przed misją załogową.

Plan wyglądał następująco :

1)
-   Start statku powrotnego dla marsjańskiej ekspedycji
-   Jego lądowanie w rejonie planowanej marsjańskiej bazy
-   Przygotowanie go do drogi powrotnej, wyprodukowanie paliwa i sprawdzenie systemów
2)
-   Start misji załogowej w module mieszkaniowym
-   Lądowanie modułu mieszkaniowego wraz z załogą w pobliżu statku powrotnego wysłanego wcześniej
-   Pobyt załogi na powierzchni marsa (przez blisko 18 miesięcy !!!)
-   Powrót na ziemię w statku powrotnym
3)
-   W momencie lądowania misji załogowej z ziemi wysyłany byłby kolejny statek powrotny, który spełniałby dwa zadania : byłby wykorzystany do powrotu przez następną załogę marsjańską i jako zabezpieczenie dla załogi już znajdującej się na powierzchni planety
4)   
-   I tak w kółko J

Plan „Mars Direct”  był nowatorski pod wieloma względami:
-   odrzucał konieczność budowy wielkiego statku na orbicie ziemi
-   wykluczał start z orbity, a proponował lot bezpośredni z ziemi
-   odrzucał konieczność proponowanych czasami międzylądowań na Księżycu, lub przelotu wokół Wenus w celu nabrania odpowiedniej prędkości przez manewr przyspieszenia grawitacyjnego
-   proponował lot po najkrótszej z możliwych tras, tzw. Misja koniunkcyjna
-   zakładał wykorzystanie marsjańskiej atmosfery w celu wyhamowania statku
-   zakładał pobyt na powierzchni planety wszystkich czterech astronautów biorących udział w misji przez blisko 18 miesięcy
-   zakładał wykorzystanie ostatniego stopnia rakiety nośnej w celu wytworzenia sztucznej grawitacji w drodze na marsa ( taki stopień, coś jak SIVB w Saturnie V, który rozpędziłby moduł mieszkaniowy do niezbędnej prędkości ucieczki, nie byłby odrzucany, tylko pozostawiony na uwięzi i całość wprowadzona byłaby w ruch obrotowy)

Tego typu nowinki można wyliczać w nieskończoność, ale najważniejsza i zasadnicza część planu to fakt, że nie zabieramy z ziemi paliwa niezbędnego na powrót, tylko wytwarzamy go z marsjańskiej atmosfery ... rakiety powrotne napędzane byłyby metanem wytwarzanym z dwutlenku - węgla, jako efekt uboczny powstaje woda J
Z grubsza to tyle, mam nadzieję, że resztę tematów poruszymy w „praniu”.
Na koniec jeszcze tylko ciekawostka finansowa ... komisja, które wykonała tzw. „Raport 90 dniowy” o możliwości lotu człowieka na Marsa wyceniła taką misję przy użyciu tradycyjnych założeń na 475 mld  $ . „Mars Direct” został wyceniony przez tą samą komisję na 50 mld  $, jeden z jego twórców, a na pewno największy propagator Robert Zubrin szacował koszt przedsięwzięcia na 20-30 mld. $.
   
                                                            

[Szaniu]

Fajnie, że znów powstał ten temat (poprzedni 'zniknął' w tajemniczych okolicznościach ). Mam nadzieje, że dyskusja będzie się rozwijać na poziomie i bez zgryźliwości .

[kanarkusmaximus]

X-15 dzięki serdeczne za utworzenie tego wątku.

Istnieje sporo alternatyw co do Mars Direct:
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_manned_mars_mission_plans_in_the_20th_century

NASA i inne agencje kosmiczne co jakiś czas publikują swoje wizje wypraw. Mars Direct miał pewien wpływ na pomysły z lat 90. - powstał między innymi projekt "Mars Semi-Direct".

Co do kosztów - tutaj bym wskazał na prace komisji Augustine z 2009 roku. Była tam wtedy rozpatrywana opcja skupienia się na Marsie jako celu nadrzędnym. Komisji Augustine nijak nie wyszła żaden koszt rzędu 50 mld usd - wychodziło im co najmniej 8-10 razy więcej. Od tego czasu dość sceptycznie podchodzę do wyliczeń (nie proponowanych technologii) przedstawionych przez Zubrina.

Zresztą widać to w tej chwili na przykładzie problemu związanego z budową rakiety nośnej NASA - jest wciąż za droga...

[X15]

Z tego co pamiętam to Mars Semi-Direct był rozwinięciem Mars Direct opracowanym na prośbę NASA jako, że administracja NASA uznała koncepcję startu z marsa wprost na ziemię za zbyt ryzykowną, dlatego zmieniono plan i rozbudowano go o trzeci segment statku powrotnego na orbicie, a start z marsa jedynie na orbitę marsjańską, ale de facto koncepcja pozostawała z grubsza ta sama.

Jeśli chodzi o kasę to kwotę wyciągnąłem z książki "czas marsa" z 1996r. napisana min. przez Zubrina, która bardzo dokładnie opisywała lot na Marsa, nawet ujmując potrzebne zaopatrzenie(!). Nie twierdzę, że jest to kwota pewna na 100 %, ale właśnie dlatego ciekawi mnie z jakimi oszacowaniami spotkali się inni i przy jakich założeniach, bo powiedzmy sobie szczerze zweryfikować raczej tego nie jesteśmy w stanie
Zubrin pisał o kwocie 475 mld. przy użyciu technologi wielokrotnego startu z ziemi, montażu orbitalnego, itd. Jego plan został przez tą samą komisję wyceniony na 50 mld. , co nie zważając na to czy w kwocie tej rzeczywiście udałoby się zamknąć, czy też nie i tak jest sporym spadkiem w porównaniu z kwotami rzędu 500 mld.

Trochę ze smutkiem patrzyłem na program Constelation, a może nie ze smutkiem co z mieszanymi uczuciami, tzn. z jednej strony
jeśli chodzi o podróż na księżyc to plan był do zrealizowania, ale przy koncepcji lotu marsjańskiego znowu powracał montaż orbitalny i start chyba 11 Aresów V. Zastanawia mnie fakt z czego to wynikało, czy z tego, że przy użyciu Constelation inaczej się nie dało, czy może z faktu, że jednak założenie startu z ziemi prosto na Marsa jest może chybione ??

co do rakiety nośnej, gdzieś spotkałem się z opinią, że problem z jej konstrukcją wynikają jedynie z problemów finansowych i chyba jestem skłonny zgodzić się z tą opinią, bo jeśli w latach 60 udało się zbudować Saturna V, przy ówczesnej technologii, to jaki problem z budową rakiety o zbliżonych parametrach może mieć współczesny wysoko rozwinięty technicznie przemysł??
Ale może się mylę

[ekoplaneta]

X 15 jak Ci pisałem w wątku Flexible Path, też kiedyś entuzjazmowałem sie planem Mars Direct. Dziś już jestem trochę sceptyczny. A to z jednego powodu. Poczytaj sobie, jaką ma pojemność kabina ERV, pamiętam, że niedużą. I wyobraź sobie, że z trzema kolesiami w tej ,,psiej budzie" jak kiedyś obraźliwie pisano na innym forum:
http://niusy.onet.pl/niusy.html?t=watki&group=pl.sci.kosmos&year=2011&month=02
mielibyście wytrzymać przez pół roku 
Dlatego tylko z tego powodu jestem zwolennikiem wyprawy na Marsa w scenariuszu Mars Semi Direct 
Chyba, że wykorzystanie napędu NTR lub innego umożliwiłoby powiększenie kabiny do odpowiedniej objętości.

[Radek68]

Fajnie, że znów powstał ten temat (poprzedni 'zniknął' w tajemniczych okolicznościach ). Mam nadzieje, że dyskusja będzie się rozwijać na poziomie i bez zgryźliwości .

Też się cieszę, że można kontynuować dyskusję. Tamten wątek (http://www.astronautyka.org/index.php/topic,500.msg12023) istnieje, ale został (...), a potem zamknięty.
Nie do końca to rozumiem, gdy jeden z dyskutantów (tak, "jch") wypowiada się w sposób autorytarny, zarzuca pisanie "bzdur do kwadratu" i "nieprawdy" zwolennikom załogowej podróży na Marsa, a gdy ktoś inny w tym samym tonie odpisuje, to kasuje swoje konto na forum, a następnie żąda (nie wiem czemu od administratora, a nie od osoby wypowiadającej się!) usunięcia tych wypowiedzi, bo mu to "godzi" i "szkodzi". Ehh...

Ale ad rem.

-   A dla przeciwników takiej wyprawy (jeśli tacy tu są), oczywiście zagadnienie – a może roboty wystarczą

Owszem, są tacy. I ja do nich należę. Sporo argumentów przedstawiłem już w tamtym wątku, sporo ich przedstawił też "jch" (naprawdę sensownych). Axion i Skrzyp również.
I to nie jest tak, że z góry odrzucam pomysł załogowej wyprawy - nie, z chęcią czytam wypowiedzi osób będących "ZA", ich argumenty też są logiczne. Ale mnie nie przekonują. Przynajmniej na razie

Argumentów za bezzałogową eksploracją bliskiego kosmosu (no powiedzmy US) jest więcej. Na dziś. A jak będzie jutro? Zapewne inaczej... 

[skrzyp]

Ja bym może i był za podróżą ludzi na Marsa albo i gdzieś dalej. Ale pod jednym warunkiem. To nie mogło by być tak jak z księżycem. Kilka ludzi i... koniec. Sens takich podróży by był, gdyby było stać ziemian na wybudowanie jakiejś stacji na stałe i powolnej kolonizacji planety/księżyca. Najpierw na pewno coś musiało być tam dostarczone z Ziemi, ale później taka stacja musiała by sama się "utrzymać" i rozbudowywać o zasoby dostępne na miejscu (osobne pytanie, to skąd wziąść wodę i tlen dla powiększającej się populacji kolonizatorów). A to zapewne nie stanie się, dopóki z tego nie będzie ktoś miał korzyści materialnych. Do porównania stacje badawcze na naszych biegunach, założone przez niewielką ilość zapaleńców a potem opuszczone z powodu braku finansowania.
Tak więc na dziś, nie mamy kasy na budowę stacji dla kilkadziesięciu ludzi nawet na księżycu, nie mamy taniej technologii aby tam dowieźć tony żelastwa, tlenu, wodoru (w efekcie wody) choćby na księżyc, nie mówiąc o czyms dalej, czyli możemy zapomnieć. No chyba że Amerykanie (o ile jeszcze ich będzie stać, kryzys się ma dobrze) będą chcieli się ścigać np z Chińczykami.
A taka podróż jak w Apollo, owszem, fajna, pobudza wyobraźnie i zazdrość milionów tych którzy nie polecieli i nie polecą (np. mnie), ale na dłuższą metę kończy się szybciej niż się zaczeła i po wydaniu setek milionów $ podatnicy mają na długo dość i nie chcą słyszeć o niczym większym od sputnika.
I tu znów z jednej strony Mars jest lepszym kandydatem do kolonizacji, bo jakaś szczątkowa atmosfera jest, może gdzieś trochę wody, no ale z 2 strony chłodniej i znaaaaaacznie dalej na wożenie gratów.

[kanarkusmaximus]

Odnośnie załogowej wyprawy ja osobiście jestem jak najbardziej za, ale dopiero gdy:
- koszty spadną przynajmniej o rząd wielkości i rzeczywiście będzie możliwe międzynarodowe wypracowanie takiej wyprawy w czasie np 10 lat,
- wyprawa marsjańska nie będzie typu 'sortie' (edit - o widzę, że Skrzyp ma dokładnie takie samo zdanie co do tej kwestii ), czyli nie będzie jedynie wypadem, gdzie po kolei wszelkie ciężkie i kosztowne elementy będą odrzucane w trakcie misji
- oczywiście będzie silna wola polityczna, za którą będą stały programy umożliwiające firmom komercyjnym z wielu krajów na rozwój technologii,
- oraz rozwinięte zostaną wszystkie wymagane i krytyczne technologie, także poprzez misje bezzałogowe i demonstracje np na ISS. Przykładowo - ISRU albo zamknięte systemy obiegu wody, albo szalenie ważny problem utylizacji kupki.  

Z tego też powodu naprawdę podobał mi się pierwszy pomysł Flexible Path, ten ogłoszony 1 lutego 2010 roku, gdzie nacisk postawiono na rozwój potrzebnych technologii o niskim TRL. Przykładem - systemy tankowania na orbicie/w punktach L wraz z lepszą izolacją.

Realistycznie niestety te "warunki" spełnione by były dopiero za najwcześniej plus minus 20 lat, po których przez kilkanaście lat budowano by architekturę misji marsjańskiej w wydaniu 'sustainable' - np poprzez wprowadzenie cyclerów Aldrinowskich.

Ech, pomarzyć można...

[Borys]

Na koniec jeszcze tylko ciekawostka finansowa ... komisja, które wykonała tzw. „Raport 90 dniowy” o możliwości lotu człowieka na Marsa wyceniła taką misję przy użyciu tradycyjnych założeń na 475 mld  $ . „Mars Direct” został wyceniony przez tą samą komisję na 50 mld  $, jeden z jego twórców, a na pewno największy propagator Robert Zubrin szacował koszt przedsięwzięcia na 20-30 mld. $.

Tak, Zubrin do tych wyliczeń wynajął księgowych z Enronu Podam kilka przykładów, jak należy podchodzić do wycen Zubrina. Jeżeli masz pod ręką "Czas Marsa", przekartkuj fragmenty o rakiecie Ares. Miałaby to być rakieta bazująca na technologii Space Shuttle, zdolna wynieść na orbitę ok. 120 ton. Według Zubrina jej opracowanie miałoby kosztować 1.5-3G$, z kolei pojedynczy start ok. 0.5G$. Tak się składa, że na potrzeby NASA zrobiono wycenę bardzo podobnej rakiety (ostatnia pozycja):

Jak widzisz, według nasowskiej wyceny na same prace projektowe należałoby wydać 16.9G$, kolejne 28.6G$ na produkcję serii rakiet (45G$ na same rakiety). Z grubsza rząd wielkości więcej, niż w wyliczance Zubrina.
Kolejny przykład - Mars Direct wykorzystywałby dwa różne typy statków (ERV i MHU). Przez kilka ostatnich lat NASA projektowała mniej ambitny, ale funkcjonalnie porównywalny pojazd - Oriona. Koszt jego opracowania oszacowano na ok. 15G$ [ref]. Dwa pojazdy do lotów na Marsa nie byłby raczej tańsze (na same rakiety do marsjańskich lotów testowych należałoby wydać ok. 6G$ - przyjmując koszt z obrazka powyżej).
Jeszcze inaczej - według wstępnej wyceny, księżycowy program Constellation (hardware'owo mniej ambitna wersja Semi-Direct do lotów na Księżyc) miał kosztować całościowo 217G$ [ref].

Za każdym razem, gdy porównujesz szacunki Zubrina z rzeczywistymi projektami, wychodzi jedna prawidłowość - prezes Mars Society systematycznie gubi jedno zero.
Podsumowując - Mars Direct, to owszem, ciekawy projekt, ale kosztowałby nie dwadzieścia miliardów, ale co najmniej dwieście, ze wyraźnym wskazaniem na więcej.

[ekoplaneta]

Borys a propos kosztów rakiet i misji - wiele razy się pytałem, ile kosztowałoby zkonstruowanie i zbudowanie przez NASA od zera Falcona 9? Dokładnie nie pamiętam, ale SPACE X kosztowało to poniżej 1 milarda dolarów 
Myślę, że jedynym wyjściem dla uniknięcia horrendalnych kosztów jest odrzucenie kontraktów typu ,,plus koszt" oraz wynajęcie do konstruowania i budowy rakiet i statków firmy komercyjne. Wiem, że zgodzisz się ze mną, ale piszę tak, bo może X 15 nie czytał Twoich danych postów o tej tematyce 

Tak się zastanawiam ile kosztowały by nasze telefony komórkowe jakby musiałaby je robić NASA? Napewno powyżej 1000 zł za sztukę, a może i drożej? Przecież to cuda techniki, bardziej skomplikowane niż rakiety........

[Borys]

Borys a propos kosztów rakiet i misji - wiele razy się pytałem, ile kosztowałoby zkonstruowanie i zbudowanie przez NASA od zera Falcona 9? Dokładnie nie pamiętam, ale SPACE X kosztowało to poniżej 1 milarda dolarów 
Myślę, że jedynym wyjściem dla uniknięcia horrendalnych kosztów jest odrzucenie kontraktów typu ,,plus koszt" oraz wynajęcie do konstruowania i budowy rakiet i statków firmy komercyjne. Wiem, że zgodzisz się ze mną, ale piszę tak, bo może X 15 nie czytał Twoich danych postów o tej tematyce 

Eko, jak już ci napisałem jakieś 4 lata temu na psk - efekt "koszt plus" zaczyna działać długo po wycenie, a nie w jej trakcie. Póki co, podawane są zaniżane koszty, by nie zrazić dojnej krowy (kongresu), a gdy program już ruszy i zacznie się rozpisywanie kontraktów (na koszt plus...), koszty poszybują w górę - jak zwykle. Z 45 G$ zrobi się np. 80. Duże rakiety są po prostu drogie i długo jeszcze będą. Owszem, nadzieja w prywacie, ale póki co, program tych rozmiarów jest poza zasięgiem jej możliwości.

[ekoplaneta]

Możliwości technicznych czy finansowych? Bo ja myślę głównie o finansowych...........

[Borys]

Możliwości technicznych czy finansowych? Bo ja myślę głównie o finansowych...........

Technicznych też. Jeżeli np. taki SpaceX miałby budować HLV, nie obeszłoby się bez budowy dużego silnika rakietowego (klastrowanie stu Merlinów nie wchodzi w grę). To jest spore wyzwanie techniczne.

[X15]

Fajnie, że podałeś te dane (tabelka) ... jeśli chodzi o Zubrina to trzeba brać pod uwagę dwie rzeczy, a mianowicie, to, że "Czas Marsa" nie jest już jednak nową pozycją, a ma 15 lat, wyliczenia zapewne są jeszcze troszkę starsze, a po drugie, to fakt (ktoś poruszył to wcześniej), że zapewne zaniża on wartości, tak by uczynić projekt bardziej realnym. Myślę, że jest to zrozumiałe działanie bo w końcu jeśli ktoś usłyszy tak kosmiczną kwotę jak parę set miliardów dolarów, to projekt nie ma szans w ogóle ruszyć. Zresztą on sam w "Czas Marsa" poruszał tą kwestię. Tak czy inaczej Mars Direct jest chyba w tym momencie najtańszą opcją lotu tam.
jeśli chodzi o HLV, to nie jestem w stanie zrozumieć tego, że jest to tak wielki problem (tak to nie są proste rzeczy). Konstrukcja Saturna V zajęła jakieś 5 lat i to w latach '60, tak więc nie mówmy, że w dzisiejszych czasach nas to przerasta !!! Tylko i wyłącznie kwestia kasy, trochę może chęci, a nie możliwości (nawet przy założeniu, że muszą zostać użyte podzespoły z programu STS).
Jeśli chodzi o finansowanie i kontraktowanie NASA, to w sumie moja odpowiedź zawarta jest w odpowiedzi na post Borysa, w wątku o komercyjnym locie wokół księżyca, jak ktoś chce to niech czyta tam

A teraz popatrzmy na ten niemożliwy do osiągnięcia cel jakim jest HLV :

[Matias]

jeśli chodzi o HLV, to nie jestem w stanie zrozumieć tego, że jest to tak wielki problem (tak to nie są proste rzeczy). Konstrukcja Saturna V zajęła jakieś 5 lat i to w latach '60, tak więc nie mówmy, że w dzisiejszych czasach nas to przerasta !!! Tylko i wyłącznie kwestia kasy, trochę może chęci, a nie możliwości (nawet przy założeniu, że muszą zostać użyte podzespoły z programu STS).

Porównywanie dzisiejszej sytuacji do tej jaka obowiązywała w latach 60-tych, w czasie projektowania Saturna V, jest zbyt uproszczone. Za dużo spraw uległo zmianie, jak choćby postrzeganie bezpieczeństwa w locie. Teraz istnieją dokumenty, które zobowiązują do trzymania się pewnych reguł, które w latach 60-tych były inne/uproszczone lub w ogóle ich nie było. 30 lat programu STS wprowadziło sporo zmian do praw jakimi się rządzi astronautyka załogowa (mowa choćby o doświadczeniu i 'lekcji' wyciągniętych z katastrof dwóch wahadłowców).

Strony finansowej nie można tutaj lekceważyć, ponieważ rozpoczęcie projektowania najtańszej opcji HLV (koncepcja sidemount, przy wykorzystaniu hardware z programu STS) to jakieś 6 mld $ (lub prawie 8 biorąc pod uwagę zapis ze schematu Borysa). To inwestycja, która musi zostać rozłożona na kilka lat, a blokuje ją m.in. polityka czy inne sprawy.