Poniższy artykuł opracowano w oparciu o stan prawny obowiązujący w momencie powstania tego artykułu.
Redakcja nie gwarantuje aktualności tekstu w okresie późniejszym, jak również nie ponosi odpowiedzialności za ew. stosowanie się do zawartych w nim zaleceń.

W tydzień na Marsa…

Od napisania artykułu "Windą do nieba" (BzG 4/2015) minęło trochę czasu. Sprawa jakby nieco przycichła - przyschła, generalnie nic nowego w tym temacie nie pojawiło się. Nie oznacza to, że ktoś, gdzieś, nie pracuje nad technologią umożliwiającą wykonanie takowej windy. Podróże w kosmos, na Księżyc, życie na obcych planetach – wywoływały i wywołują dalej olbrzymie zainteresowanie zarówno wśród naukowców, jak i zwykłych zjadaczy chleba. Podróże międzygalaktyczne, tak chętnie pokazywane i opisywane w filmach, literaturze i grach komputerowych science-fiction, póki co nam nie grożą. Lecz to, co kilkanaście, kilkadziesiąt lat temu było czystą fantastyką, dzisiaj znakomicie funkcjonuje. To co było efektem wyobraźni autorów książek, scenariuszy gier i filmów, a opierało się na przewidywanych w przyszłości osiągnięciach nauki i techniki, okazuje się, że dawno wkroczyło do codziennego życia.
Dotychczas najodleglejszy lot załogowy poza Ziemię miał miejsce w 1970 roku. Wówczas to załoga Apollo 13, podczas lotu nad niewidoczną stroną Księżyca, znajdowała się 254 km od jego powierzchni, co oznacza, że astronauci znajdowali się 400.171 km od Ziemi. I jak to się ma do podróży na Marsa?

Zarówno Ziemia, jak i Mars poruszają się po swoich własnych orbitach, stąd odległość między tymi planetami zmienia się w sposób ciągły. Najmniejsza odległość między nimi, wystąpiłaby w momencie, gdy Czerwona Planeta znajdowałaby się w peryhelium (najbliżej Słońca), a Ziemia - w aphelium (najdalej). Wówczas między planetami byłoby 54,6 mln km. Taka sytuacja w historii nie miała jednak miejsca. Najbliżej siebie planety znajdowały się w 2003 roku, kiedy dzielił je dystans 56 mln km. Największa odległość wyniosła z kolei 401 mln km. Czyli w najkorzystniejszym momencie, przy odległości około 60 mln km, nasza podróż byłaby co najmniej 130 razy dłuższa niż w przypadku lotu na Księżyc. Przy obecnej technologii poruszania się międzygwiezdnego najprędzej do Marsa dotarlibyśmy w 39 dni, a najwolniej w 289 dni. Przy czym dokonalibyśmy tego przy użyciu sondy, a nie statku załogowego. Najszybsza obecnie sonda New Horizons porusza się bowiem z prędkością 58 tysięcy km/h. Do tej pory największą prędkość, z jaką kiedykolwiek podróżował człowiek, osiągnęła załoga misji Apollo 10. Wyniosła ona prawie 40 tysięcy km/h, co pozwoliłoby dotrzeć na Marsa w ok. 60 dni. Mowa tu cały czas o poruszaniu się po linii prostej między planetami, co w rzeczywistości nie ma miejsca. Hipotetycznie przyjmuje się, że taka podróż musiałaby trwać w jedną stronę przynajmniej z pół roku. Czyli mała przejażdżka w tą i z powrotem i mamy okrąglutki rok.
I trochę z historii "podróży" na Marsa. Mariner 4, to pierwsza sonda kosmiczna, która przeleciała w pobliżu Marsa (rok 1964) w 228 dni, Mariner 9, pierwsza sonda kosmiczna na orbicie Marsa (rok 1971) – droga na Marsa w 168 dni. Mars-2 pierwszy lądownik na Czerwonej Planecie (rok 1971) rozbił się przy lądowaniu. Rok 1971 Mars-3 – 20 sekund działania na Marsie. Później też bywało różnie. Ostatni lot - sonda Mars Science Laboratory - miał miejsce w 2011 roku, lot trwał 210 dni. W skład sondy wchodzi m.in. łazik, którego celem jest zbadanie przeszłego i obecnego środowiska Marsa. Koszt misji, bagatela, 2,5 mld dolarów.

Tymczasem najdłuższy nieprzerwany pobyt w kosmosie człowieka wyniósł 437 dni (na małą wycieczkę przyrodniczą po Marsie wystarczyłoby czasu ). Osiągnął to rosyjski astronauta Walerij Polakow, startując na początku 1994 roku w kosmos w ramach misji Sojuz TM-18. Jest to jednak przypadek odosobniony, gdyż długie przebywanie w stanie nieważkości niekorzystnie wpływa na ludzki organizm. Między innymi na mięśnie, które przyzwyczajone do utrzymywania ciała w pozycji pionowej, w nieważkości zanikają. W ciągu miesiąca masa mięśni prążkowanych człowieka przebywającego w kosmosie zmniejsza się średnio o 750 g. Spowolnieniu ulega tętno. Przepompowywanie krwi wymaga znacznie mniejszej siły. Organizm zaczyna tracić też płyny ustrojowe. Tkanki zapadają się, bo napierające na nie siły są znacznie mniejsze, przez to przyjmują i zatrzymują mniej wody. O 20 procent spada liczba czerwonych ciałek krwi, a o 90 procent liczba limfocytów walczących z zakażeniami. Kości bardzo szybko tracą wapń i stają się gąbczaste. Nie pozostaje, póki co, nic innego, jak skrócić czas przebywania w stanie nieważkości. Tylko jak to się ma do czasu podróży kosmicznej, która ma trwać rok, dwa, a nawet dłużej? Ponieważ istniejące obecnie napędy nie zapewniają odpowiednio krótkiego czasu lotu, należy wymyślić i zastosować nowy rodzaj napędu. Jak się Państwo domyślacie/ interesujecie/ znacie, takie napędy są cały czas wymyślane - udoskonalane - testowane i tylko w kosmosie ich nie widać... znaczy nie jest to takie proste/ tanie. Pokonanie tak dużych przestrzeni kosmicznych, na dodatek w krótkim czasie, nie jest wykonalne przy użyciu rakiet z napędem chemicznym.

Możliwość taką dają zaawansowane technologie napędowe, które nie są jeszcze powszechnie stosowane, takie jak VASIMR czy napędy nuklearne. Silnik VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) to elektryczno-magnetyczna jednostka napędowa należąca do rodziny silników jonowych, w której za pomocą fal radiowych czynnik roboczy (paliwo) podlega jonizacji oraz podgrzaniu. Ciąg generowany jest w wyniku przyspieszania powstałej plazmy za pomocą pól magnetycznych. VASIMR jest jednym z typów napędów elektrycznych SEP (Solar Electric Propulsion). Energię elektryczną niezbędną do wytwarzania gigantycznej temperatury i pola magnetycznego zapewni reaktor atomowy zainstalowany na pokładzie statku kosmicznego. Statek z tego typu silnikiem nie będzie mógł startować z Ziemi ani lądować na innych planetach, ponieważ może pracować tylko w próżni. Zatem podróż na inne planety będzie zaczynała się z niskiej orbity Ziemi, za to Marsa powinniśmy osiągnąć w 39 dni - to proponuje nam NASA.

Amerykanie prowadzili również badania nad silnikami jądrowymi, jednak ostatni program, który nosił nazwę Prometeusz, został skasowany w 2005 r., mimo że pochłonął 464 miliony dolarów. Z kolei Rosjanie prowadzą wciąż bardzo intensywne badania nad silnikami z napędem jądrowym. Inwestując setki milionów dolarów, twierdzą, że misja na Marsa i z powrotem powinna trwać 42 dni!!!

Jest napęd, który w swoim zamierzeniu ma działać tylko dzięki samej energii elektrycznej, bez udziału paliwa pędnego i bez znaczącego promieniowania elektromagnetycznego opuszczającego pojazd kosmiczny. Ten napęd to EmDrive (RF resonant cavity thruster). Urządzenie zostało opracowane przez inżyniera Rogera J. Shawyera, założyciela Satellite Propulsion Research Ltd. Główną część urządzenia stanowi rezonator mikrofalowy zamykający promieniowanie mikrofalowe dostarczane przez magnetron (można by rzec mikrofalówka). Jeden z końców rezonatora jest szerszy od drugiego, a jego wymiary są dobrane tak, by zapewnić rezonans dla fal elektromagnetycznych o określonej długości. Dzięki temu fale te, rozchodząc się w kierunku szerszego końca, mają przyspieszać, natomiast w kierunku węższego końca spowalniać. W wyniku różnych prędkości przemieszczania czoła fali mają wywierać różne ciśnienia promieniowania na przeciwległe końce rezonatora i w ten sposób ma powstawać niezerowy ciąg poruszający pojazd. W październiku 2016 r. J. Shawyer uzyskał brytyjski patent na drugą generację EmDrive oraz patent międzynarodowy. Skuteczność urządzenia została potwierdzona w badaniach eksperymentalnych NASA opublikowanych dnia 17 listopada 2016 r. w Journal of Propulsion and Power wydawanym przez Amerykański Instytut Aeronautyki i Astronautyki (AIAA), będącym profesjonalnym Towarzystwem w dziedzinie inżynierii kosmicznej. Niektórzy twierdzą, że silnik taki w ogóle nie powinien działać i przeczy znanym prawom fizyki. Dotychczasowe napędy rakietowe, jonowe wyrzucają z siebie rozgrzane gazy lub jony rozpędzane przez pole elektromagnetyczne z dużą prędkością pozwalając na osiągnięcie siły ciągu i popychają pojazd. Co jest zgodne z regułami dynamiki. Po pierwsze z III zasadą dynamiki - względem każdego działania istnieje przeciwdziałanie zwrócone przeciwnie i równe, to jest wzajemne działania dwóch ciał są zawsze równe i zwrócone przeciwnie. Po drugie – z zasadą zachowania pędu - jeżeli na jakiś układ ciał nie działają siły (oddziaływania) zewnętrzne, wtedy układ ten ma stały pęd. Z kolei silnik Shawyera generuje pęd bez widocznego odrzutu spalin czy gazów wylotowych. Nie potrzebuje żadnego materiału pędnego, a jedynie wymaga źródła energii elektrycznej, konwertowanej następnie w energię kinetyczną. Stąd, przyszłemu pojazdowi wystarczy energia pochodząca ze Słońca przekształcana w ogniwach słonecznych w prąd. Koniec z tonami paliwa w postaci tlenu czy wodoru.

Naukowcy i inżynierowie z NASA Eagleworks Laboratories w wyniku swoich badań otrzymali, że ich silnik EmDrive produkuje ciąg rzędu 1,2 ± 0,1 miliniutona na jeden kilowat mocy. Model J. Shawyera z kolei wygenerował 16 mN siły ciągu. Tematem zainteresowali się również Chińczycy. Profesor Yang Juan z Politechniki Północno-Zachodniej w Xi'an wraz ze swoim zespołem uzyskali w swoim EmDrive siłę ciągu rzędu 720 mikroniutonów z kilku kilowatów mocy. Mimo że to wszystko wciąż niewiele, ale niektóre stosowane w kosmonautyce silniki jonowe nie generują więcej ciągu.
Urządzenie działa, a teoretycy wciąż głowią się dlaczego....

W tydzień na Marsa? Niektórzy twierdzą, że nawet krócej. Kiedy? Elon Musk przedsiębiorca i filantrop, założyciel firm PayPal, SpaceX i Tesla Motors, multimiliarder twierdzi, że pierwsza wyprawa mogłaby nastąpić po 2020 roku. Kapsułę z pierwszym ładunkiem jego firma zamierza wysłać na tę planetę już w 2018 roku. Trzeba tylko spełnić kilka warunków: posiadać statki i silniki rakietowe wielokrotnego użytku, tankować na orbicie, produkować paliwo na Marsie, dysponować właściwym paliwem... Idąc dalej, według Muska, stworzenie samowystarczalnej cywilizacji na Czerwonej Planecie zajmie około 40-100 lat, licząc od pierwszego startu marsjańskiego statku kosmicznego. Cały projekt wstępnie ma kosztować 10 mld dolarów.

Kto będzie pierwszy?

A dla nas to przecież świetna wiadomość, bo skoro ta cywilizacja/ kolonizacja Marsa ma nastąpić, to trzeba będzie policzyć, ile tam "budyneczek z chodniczkiem" będzie kosztował. A to już zadanie dla nas, kosztorysantów. Możemy szykować komputery i pomysły. A w sukurs przyjdzie nam kosztorysantom, niezawodna... Norma. Ale to już zapewne będzie Space Norma...