Kolonizacija Crvenog planeta – Na Marsu ćemo biti triput lakši

Priče o naseljavanju drugih odredišta u svemiru zvuče sve manje bajkovito otkako su se znanstvenim i tehnološkim otkrićima o drugim planetima pridružili urbanističko-gospodarsko-sociološki projekti koji pokazuju kako bi funkcionalne nastambe na Marsu mogle izgledati. Kristaliziraju se i procjene tko bi ondje mogao uživati

Tko je nezadovoljan životom na Zemlji, može početi planirati selidbu na neku drugu svemirsku destinaciju, možda mu se posreći i postane jedan od milijun budućih stanovnika Marsa. Otkako je NASA na Crvenom planetu otkrila vodu znanstvenici, ljubitelji svemira i poneki poduzetnik poput Elona Muska razmišljaju o naseljavanju toga planeta, stoji u članku koji nam donosi lider.media  autorice Kate Pranić.

Udruženje The Mars Society otišlo je i korak dalje te je početkom ove godine objavilo natječaj ‘Mars City State Design’ pozivajući arhitekte, inženjere i entuzijaste raznih profila da osmisle arhitekturu grada-države Mars. Odazvalo se 175 timova iz više od deset zemalja svijeta i u finale ih je ušlo deset, a pet pobjednika proglašeno je na međunarodnoj konvenciji ‘The Mars Society’ održanoj potkraj listopada ove godine. Putem interneta pratilo ju je pet tisuća ljudi koji su slušali predavanja 150 govornika, stručnjaka za istraživanje Marsa i općenito svemira, a koji su govorili o najnovijim znanstvenim dostignućima i izazovima vezanim uz istraživanje i moguće naseljavanje Marsa. Prvo mjesto pripalo je timu Nexus Aurora, sastavljenome od pripadnika nekoliko nacija, drugo je osvojio Southern Cross Innovations iz Australije, treće Navarro Rémy Foundation iz Francuske, četvrto Phlegra Prime iz SAD-a, a peto Korolev Crater SAR iz Australije.

Simbolične nagrade

Svaki je tim na konvenciji održao videoprezentaciju u kojoj je detaljno objasnio kako zamišlja arhitekturu grada-države Mars. Tim videozapisom upotpunili su svoje prijedloge od dvadeset stranica pisanog materijala, a koji će uskoro na YouTubeovoj stranici udruženja Mars biti dostupni i onima koji nisu pratili konvenciju. Pobjednici natječaja dobili su i simbolične novčane nagrade, prvo mjesto nagrađeno je s deset tisuća dolara, drugo s pet, treće s dvije i pol tisuće, četvrtom je pripala tisuća, a petome petsto dolara.

Zadatak inženjera i arhitekata bio je osmisliti najbolji urbanistički plan za grad-državu Mars koji bi funkcionirao samoodrživo i gdje bi se razvijalo gospodarstvo, kultura, politika, društvo… sve ono što neku državu čini zajednicom građana i državom. Osim na arhitekturu naselja, dio projekta odnosio se i na planiranje gospodarskog razvoja – proizvodnju hrane, odjeće, električne energije, robe široke potrošnje, strojeva i vozila, svega onoga što treba za suvremen život čovjeka.

Ponešto od toga treba uvesti i sa Zemlje, primjerice, napredne tehnologije koje bi odigrale najveću ulogu u naseljavanju Marsa. Neki od problema koje su natjecatelji trebali riješiti su: koji će se inženjerski sustavi upotrijebiti i kako će raditi, kako grad-državu učiniti ekonomski uspješnom i održivom, koje bi škole, kulturne, umjetničke i sportske aktivnosti trebale postojati, kako Mars učiniti privlačnim i ugodnim mjestom za život, odnosno boljim od onoga kakav je na Zemlji, te kako bi tom svemirskom državom trebalo vladati.

Najbolje odredište

Dr. Robert Zubrin, predsjednik The Mars Societyja, rekao je da su finalisti natječaja odradili prekrasan posao iznoseći prijedloge za dugoročno ljudsko naseljavanje planeta Mars, uzimajući u obzir mnoge važne čimbenike.

– Njihovi detaljni napori pomoći će i znanstvenoj zajednici i široj javnosti da bolje razumiju što je potrebno za uspostavljanje prvoga velikoga grada na Crvenom planetu u ne tako dalekoj budućnosti – rekao Zubrin te najavio knjigu ‘Mars City States: New Societies for a New World’, koja izlazi iduće godine, a u kojoj će biti objavljeno dvadeset najboljih sa spomenutog natječaja.

Toga natječaja zacijelo ne bi bilo da NASA nije prije nekoliko godina pronašla vodu na Crvenom planetu, a prošle godine i napravila kartu na kojoj su prikazana područja Marsa u kojima se nalazi zaleđena voda na dubini od samo dva i pol centimetra ispod površine, što je preduvjet za naseljavanje kao i sunčevo svjetlo, kojega ima dovoljno u dijelu planeta gdje se nalazi voda. Znanstvenici NASA-e vjeruju da je Arcadia Planitia, područje u sjevernoj hemisferi Marsa, zasad najbolje mjesto za slijetanje astronauta, ali ne i jedino pa i dalje istražuju Crveni planet i predviđaju da će za petnaestak godina američki astronauti zakoračiti na Mars.

Preduvjeti za organizirani život

Iako je otkriće vode na Marsu glavni razlog optimizmu kad je riječ o potencijalnom naseljavanju planeta, to je samo jedan od uvjeta potrebnih za život, ali, prema mišljenju fizičara i znanstvenika Slobodana Danka Bosanca, koji se bavi razvojem svemirske tehnologije i u sklopu tvrtke Adriatic Aerospace Association priprema lansiranje prvoga hrvatskoga satelita, za Zemljane nije dovoljan. Što bi sve trebalo, osim vode, za život čovjeka u svemiru?

Bosanac ističe da je gotovo univerzalno mišljenje, koje i astronomi šire, da je voda indikacija postojanja života. Tvrdi da je to nakaradno mišljenje jer je u svemiru voda najzastupljenija poslije ugljikova monoksida. Ona se u međuzvjezdanom prostoru nalazi kao slobodna molekula, a na asteroidima i planetima nalazi se ukomponirana u stijene. Na Zemlji je isto tako, međutim, zbog ogromnih tlakova koji se stvaraju hlađenjem Zemljine kore voda je istisnuta iz njih i pojavljuje se kao ocean. Prema nekim procjenama u dubokoj Zemljinoj kori ima dovoljno vode da potpuno potopi sve kontinente.

– Za organizirani život o kojem se priča, njih milijun na Marsu, potrebne su tri najvažnije komponente: voda, hrana i održivi ciklus kisik-ugljikov dioksid. Međutim, iznad njih je energija, bez nje je nemoguće osigurati te komponente. Pod pretpostavkom da se osigura izvor nepresušne energije, jer intenzitet sunčeve na Marsu je upola manji od onog na Zemlji te se teško može računati na nju, zajednica na Marsu može stvoriti društveni sustav koji omogućava održivu opskrbu tih triju komponenti. To je prije svega društvo vegetarijanaca jer je proizvodnja proteina životinjskog podrijetla iznimno zahtjevna zbog potrošnje vode, ali i hrane za životinje. Možda je rješenje umjetna proizvodnja tog izvora proteina, i te se mogućnosti istražuju. Međutim, najjeftinija je proizvodnja hrane biljnog podrijetla, ujedno je ona u ciklusu (ugljikov dioksid plus voda ide u kisik plus šećeri (hrana)). Oblik društvene zajednice pretežno bi bio poljoprivredni, industrija bi bila za održavanje zajednice i nešto razvoja – objašnjava Bosanac.

Pouke za Zemlju

Naglašava da je tu i praktični problem – kako osigurati temeljne elemente za biljke: dušik, fosfor i kalij i još dosta drugih. Tlo Marsa sadrži te elemente, ali u drukčijim omjerima i potrebno je uzgojiti biljne sorte prilagođene njemu. Osim toga, tlo Marsa ima za biljke toksične spojeve koji se trebaju ukloniti prije sadnje. A tu je i problem količine bilja potrebnog za recikliranje ugljikova dioksida.

– Procjene govore da za jednu odraslu osobu treba oko 16.000 listova bilja da je održi na životu i to ako je lišće stalno izloženo izvoru energije. Srednje veliko stablo sadrži oko 16.000 listova, tako da za zajednicu od milijun ljudi treba barem milijun stabala i izvor stalne energije za fotosintezu. To je samo dio problema, prema tome zajednica od milijun ljudi na Marsu treba čekati dosta vremena. Međutim, takva su razmišljanja jako korisna jer upućuju na to kako da održimo svoj razvoj na Zemlji – napominje Bosanac.

Novi put evolucije

No teškoće s opskrbom hrane za milijun ljudi nisu jedini problem, tu je i sila teže. Bosanac pojašnjava da na Marsu nema nekih posebnih tektonskih poremećaja; vjetrovi pušu velikom brzinom i premda je atmosfera gotovo vakuum mogu izazvati velike teškoće jer sa sobom nose i prašinu, ali za ljude je najgora sila teže, koja iznosi trećinu od zemaljske.

– To znači da naše mišićno tkivo koje je pripremljeno nositi teret od, primjerice, 60 kilograma na Zemlji, na Marsu se mora nositi sa samo 20 kilograma. Neizbježna je atrofija mišićnog tkiva, ali i kostiju. Dakle, zajednica ljudi na Marsu krenula bi svojim putem evolucije – objašnjava Bosanac.

Pritom ističe da je naseljavanje Marsa nezamislivo bez pomoći novih tehnologija, odnosno robota i umjetne inteligencije. Jer treba istražiti područja izvan zajednice gdje je vakuum, a to mogu jedino roboti i to oni koji samostalno donose odluke, a ne oni pod komandom iz nekog centra, što znači da moraju imati kognitivne sposobnosti, inteligenciju.

Odlijepiti se od Zemlje

Raketa Falcon polijeće iz NASA-inog Svemirskog centra John. F. Kennedy / Izvor: SpaceX

Je li svemir budućnost čovječanstva – (1)?

Prijevoz u svemir je samo pola komponente odlaska u svemir. Druga komponenta je povratak iz orbite na Zemlju bez oštećenja tereta, prije svega ljudi. Naime, nema gotovo niti jednog slučaja kada se zahtjeva povratak satelita na Zemlju bez oštećenja (iznimka je recimo slučaj povratak sonde koja je na asteroidu uzela uzorak materijala iz kojeg je stvoren – Japanska Hayabusa misija)

prof. dr. Slobodan Danko Bosanc

Slobodan Danko Bosanac

Čovječanstvo je pred jednom od najvećih prekretnica u povijesti. Riječ je o osvajanju svemira, koraku koji će svojim ishodom odrediti budućnost ljudske civilizacije. No za taj korak još čovječanstvo nije spremno, premda je korištenje svemira za komercijalizaciju i znanost, koristeći satelite, svemirske sonde i robote, u velikom zamahu. Uspjesi su impresivni. Međutim, temeljni korak još nije dosegnut, a to je osigurati jeftin, siguran i ne stresni prijevoz ljudi u svemir. Zapravo to i jest problem sadašnjeg stanja komercijalizacije svemira – osigurati da sateliti i sonde obave svoj zadatak, od lansiranja, dolaska na određenu lokaciju i izvršiti namjenu zahtjeva njihova duga i skupa ispitivanja, rekao je za ZG Magazin prof. Bosanac.

Ako se izuzme cijena izrade satelita i njegovo ispitivanje lansiranje satelita u orbitu oko Zemlje (LEO – Low Earth Orbit– 300 do 2000 km) je vrlo skupo, daleko od mogućnosti da se može razmišljati o realizaciji projekata koji bi odlučili o budućnosti prisutnosti ljudi u svemiru. Jedan je takav projekt velika svemirska stanica bez koje iole zahtjevniji projekt s ljudskom posadom za odlazaka na Mjesec ili dalje nije zamisliv. Svemirska stanica ne bi koristila samo kao odskočna točka za odlazak u duboki svemir (izraz kojim se opisuje svemir kada se napušta utjecaj Zemljine gravitacije, recimo odlazak na Mars), već za znanstvene i tehnološke laboratorije pa i turističke svrhe.

Koji su to zahtjevni uvjeti za postavljanje korisnog tereta u LEO koji čine veliki problem udovoljiti tri uvjeta za šire korištenje svemira za ljude? Prije svega to je korištenje raketa za prijevoz, zatim treba postignuti brzinu orbitiranja od oko 8 km u sekundi u trenutku kada je raketa paralelna sa površinom Zemlje. Zatim tu je problem što već nakon nekoliko desetaka kilometara iznad površine Zemlje jedna komponenta sagorijevanja, kisik, više nije dostupan dok je svemir (skoro) prazan od bilo kojeg oblika materije. Radi toga svako svemirsko vozilo mora sa sobom nositi i rezerve kisika da bi gorivo, kerozin posebno rafiniran, moglo sagorijevati i tako stvarati potisnu silu. Ovisno o gorivu, ali za kerozin kisika mora biti oko dva i pola puta više. Tako na primjer Airbus zrakoplov A380, danas najveći u svijetu, sa sobom nosi 310 tona kerozina. Da je to svemirsko vozilo morao bi još dodatno nositi 775 tona kisika, umjesto toga troši ga iz atmosfere.

Airbus A380

Raketa – izuzetno loše prijevozno sredstvo

Raketa je izuzetno loše prijevozno sredstvo, samo da se održi lebdeći bez gibanja mora trošiti ogromne količine goriva. Radi toga količina goriva i kisika kojeg mora raketa nositi sa sobom, naravno i rezervoari za njih, uvelike nadmašuje masu korisnog tereta, otprilike 100 puta. Da se ne govori o buci koju stvara kod polijetanja što stvara jedan od uvjeta na korisni teret kojeg nosi. Tako na primjer kompanija Space X zahtjeva da korisni teret (satelit) mora izdržati intenzitet zvuka od 140 dB. Za čovjeka u raketi moraju se stvoriti posebni uvjeti za izolaciju od te buke jer je ista kao da je 30 metara od mlaznog zrakoplova koji polijeće, očekuje se izuzetna bol i trenutno oštećenje sluha. Tu su i vibracije kod polijetanja, kao i šokovi uslijed odvajanja stupnjeva rakete kao i samog modula s korisnim teretom.

Brzina od 8000 metara u sekundi mora se postići u što kraćem roku radi uštede u gorivu. Prema podacima rakete Falcon 9 kompanije Space X (ta se kompanija citira jer daju iscrpne podatke i trenutno je najuspješnija u lansiranju komercijalnih tereta) koristi raketne motore 1900 sekundi za postići tu, orbitalnu, brzinu. Jednostavna računica pokazuje da je srednje ubrzanje oko pola gravitacijske (maksimalna može biti znatno veća) što znači da je sila na teret ekvivalentna pola težine njegove mase. Za usporedbu, zrakoplov pri polijetanju ima ubrzanje od prilike desetinku gravitacijske, to znači da na osobu mase 60 kilograma pritišće sila od 60 Njutna ili popularno 6 kilograma.

Povratak na Zemlju bez oštećenja

Prijevoz u svemir je samo pola komponente odlaska u svemir. Druga komponenta je povratak iz orbite na Zemlju bez oštećenja tereta, prije svega ljudi. Naime, nema gotovo niti jednog slučaja kada se zahtjeva povratak satelita na Zemlju bez oštećenja (iznimka je recimo slučaj povratak sonde koja je na asteroidu uzela uzorak materijala iz kojeg je stvoren – Japanska Hayabusa misija). Zapravo svi sateliti po povratku izgore u gornjim slojevima atmosfere. Problem je da svemirska letjelica nema više dovoljno goriva za usporiti na primjerenu brzinu kojom bi ušla u atmosferu i pri tome imala manevarske sposobnosti. Problem je i zagrijavanje tijela letjelice tako da je razumna granica za sigurni let oko 1000 metara u sekundi. Naravno, ta vrijednost najviše ovisi o visini iznad morske površine, taj se podatak odnosi na oko 30-40 km. Ispod te visine sigurni let letjelice (testovi su vršeni na posebno izrađenim vojnim letjelicama) drastično pada ispod te brzine dok za više slojeve nema podataka.

Simulacije, ali i primjer Space Shuttle-a, pokazuju da svemirska letjelica, manje-više bilo kojeg oblika (recimo kugla), nakon ulaska u atmosferu pri orbitalnoj brzini polagano usporava, a problemi nastaju na visini između 30 km do 50 km. Do visine 50-60 km letjelica lagano uspori na brzinu oko 6000-7000 metara u sekundi kada počinje naglo usporavanje (na astronaute u Space Shuttle-u djeluje sila od najmanje 3 gravitacijske). Međutim, to nije jedini problem, zrak oko letjelice zagrije se na oko 3000 do 4000 °C, dok se površina Space Shuttle-a, radi posebne konstrukcije, zagrije na oko 1500 °C. Svi ti uvjeti daleko su od onih koji bi bili potrebni da ljudi sa sigurnošću i bez stresova odlaze u svemir ali i da se vrate na Zemlju.

Cijene lansiranja

Kolike su cijene lansiranja? Ponuda lansiranja je šarolika, tako su i cijene, međutim one se kreču oko manje-više istih brojki. Uzmimo kao primjer popularnu privatnu kompaniju Space X koja se već probila na tržište kao najpovoljnija cijenom. Jedno lansiranje naplaćuju oko 60 do 90 milijuna dolara, ovisno o tipu rakete. Za tu cijenu mogu lansirati korisni teret u LEO od skoro 23 000 kilograma (Falcon 9) što na je prvi pogleda jako povoljna ponuda (za profesionalce koji se time bave), međutim, to ima i svoju drugu stranu. Cijena je povoljna ako se lansiraju sateliti te mase, međutim ti su projekti izuzetno skupi, od 300 milijuna dolara na više. U odnosu na te cijene jeftinije lansiranje nije velika stavka, ali sigurno nije zanemariva. Jedan je ipak podatak značajan, tom cijenom lansiranja Space X je snabdijevao ISS (International Space Station). Ako netko želi znati koliko košta odlazak na ISS ta je cijena pokazatelj. Prijevoz putnika u svemir je još daleko od pristupačnog »širem sloju ljudi«, a da se i ne govori o cijeni izgradnje svemirske stanice.

ISS svemirska postaja (Foto: NASA)

Visoka cijena velikih satelita ima svoje objašnjenje, svaki je unikat. Za tvrtke koje učestvuju u izradi satelita to je posao koji nije masovna proizvodnja te one moraju na njemu odvojiti ljudstvo i tehniku na izradi, što je veliki trošak. Međutim, barem u sferi satelita došlo je do demokratizacije, prije svega radi razvoja mikrotehnologije. Mnoge komponente satelita mogu sa smanjiti u toj mjeri da se mogu strpati u kockicu dimenzija 10x10x10 cm, ili nekoliko tih kockica zajedno. Ti su sateliti, popularno znani kao CubeSat, namijenjeni za LEO, ali radi njihove niske cijene izrade dostupne su izvedbi u obrazovne svrhe u visoko školskim ustanovama. Ti maleni sateliti imaju i komercijalnu i demokratsku vrijednost.

Nije više da samo velike agenciju imaju privilegiju biti nositeljem svemirskih programa, sada to mogu biti akademske institucije ili tvrtke. Tipično CubeSat košta milijun ili dva kuna dok cijena koštanja lansiranja na komercijalnoj osnovi iznosi nešto više od pola milijuna kuna. Masa jednog CubeSata, temeljne konfiguracije, iznosi oko 1 kilogram, što bi značilo da u jedan Falcon 9 stane njih dvadesetak tisuća i cijena lansiranja po jednom bila bi skoro 100 puta niža. Problem je skupiti toliki broj satelita ali time bi se značajno pogoršao problem koji se nazire.

(CubeSat / Izvor: Sveučilište AAlborg, Danska)

Radi svoje dostupnosti širem sloju izvođača sve se više skuplja »svemirski otpad« u LEO, sateliti kojima je isteklo vrijeme rada, sateliti koji nisu nikad proradili, sateliti s marginalnom svrhom. Neke velike kompanije čak razmišljaju o stvaranju mreže CubeSat-a u orbiti oko Zemlje za njihove potrebe globalnog širenja, »svemirski otpad« postaje sve veći hazard za putovanje u svemir. Reguliranje lansiranja i korištenja tih satelita međunarodnim i lokalnim zakonima je zato imperativ budućih svemirskih aktivnosti. Zakon kojim se regulira stvaranje »svemirskog otpada«, zahtijevanjem standarda koje ti sateliti moraju udovoljavati, usvojeni su već od mnogih EU zemalja, a Hrvatskoj predstoji njegovo osmišljavanje i usvajanje. Jedan zanimljiv detalj kojeg ti zakoni sadrže: svaki izvođač CubeSat-a mora osigurati satelit za slučaj ako u orbiti ošteti satelit međunarodno priznatih izvršitelja.