一世代以内に人類は火星に着陸するでしょうか?

SF のように聞こえますが、火星への有人探査というアイデアは本当に現実的です。問題は、私たちに忍耐力、政治的意志、そしてさらに重要なことに、それを実現するための資金があるかということです。

このミッションには、火星へ 6 か月の飛行、火星で 2 か月、そして戻ってくる 6 か月の飛行が含まれると仮定しましょう。

月を除けば、私たちは宇宙のどこよりも多くのミッションを火星に送り込んできました。しかし、そのうちの約半分しか成功していません。私たちは成功と失敗から多くのことを学びましたが、何かを宇宙に送ることは依然として困難です。人間を宇宙に送り出すのはさらに難しい。他のプロジェクトと同様、計画と準備が成功の鍵となります。

無人宇宙船、物資、機器を火星に運ぶことはすでに技術的に実現可能です。しかし、火星に大きな荷物を着陸させるのは難しい。現在のテクノロジーを使用すると、探査機キュリオシティの質量である 900kg がほぼ限界です。キュリオシティはスカイクレーンと 15 メートルのパラシュートを介して着陸しましたが、このテクノロジーをこれ以上スケールアップすることはできません。 nasa_mars_journey

有人ミッションには5,000kgから30,000kgの積載量が必要となります。 NASAは最近、このような大型物体を火星に着陸させるために、低密度超音速減速機（LDSD）システム（幅30メートルのシュートを備えた皿型の「超音速膨張式空力減速機」）をテストした。パラシュートは展開したが、パラシュートはズタズタに引き裂かれた。現在、何が問題だったのかを解明するためにデータが分析されていますが、時間がかかります。

火星の天候は厳しいもので、宇宙飛行士は平均気温-55度、最高時速80マイルの表面風、砂嵐や旋風（「ダストデビル」とも呼ばれる）に直面することになる。圧力は地球上のわずか 1% であり、大気中には 95% 以上の二酸化炭素が含まれています。また、火星には磁気圏がないため、放射線が地表に降り注いでいます。したがって、人類は宇宙船と同様の保護を提供する閉鎖された生息地に留まる必要があり、地球の表面に飛び出すにはエアロックと宇宙服が必要になるでしょう。

国際宇宙ステーション (ISS) では、酸素と窒素のレベルと圧力は地球の海面と同じで、1.01 バールで酸素が約 21%、窒素が 78% になります。酸素は主に水を電気分解して水素と酸素に変換することによって供給されます。これはリサイクル不可能であり、持続可能ではありません。 ISS では、補充可能なタンクから追加の酸素、窒素、加圧サービスを利用できますが、やはり、これらは持続可能な解決策ではありません。したがって、人類が火星に到着し、滞在する前には、酸素、水、窒素の安定した供給が必要になります。

窒素は火星の大気から抽出でき、火星にはある程度の水があります。氷冠には主に凍った二酸化炭素が含まれていますが、少量の水も含まれており、地面には凍った水があります。しかし、この水を抽出する技術は、重力が低下した火星ではテストされていません。すぐに火星に行きます

すでに火星に存在する二酸化炭素は分解されて酸素を生成する可能性がある。これを行うには電力が必要になります。ソーラーパネルは火星でも動作するだろうが、火星は太陽から地球よりも1.5倍離れているため、より多くのユニットを提供しない限り、より時間がかかるか、より大きなパネルが必要になるかのどちらかである。

ロシアの宇宙飛行士ヴァレリ・ポリアコフは連続438日間宇宙に滞在し、宇宙飛行士は15年近く連続してISSに滞在している。これらの成果は、環境制御および生命維持システムにおける多くの改善と発展につながりました。しかし、これらのシステムの多くは、地球から送られる定期的な再補給ミッションに依存しています。 ISS 用に設計されたシステムの一部は宇宙で経験する微小重力に依存しており、火星の重力に適応させる必要があります。

モレキュラーシーブで除去できる二酸化炭素だけでなく、メタン、アンモニア、アセトン、メチルアルコール、一酸化炭素などの他のガスも少量生成します。これらのガスが宇宙船や火星の生息地に蓄積するのを防ぐために、おそらく家庭用浄水器に使用される化学薬品と同様の活性炭フィルターが使用されるでしょう。この木炭は定期的に交換する必要があります。帰還ミッションに十分なフィルターを装備することは可能だが、これは赤い惑星に居住地が確立される前に対処する必要がある類の問題である。

地球の大気と磁気圏は、放射線、太陽フレア、ガンマ線と X 線、紫外線、宇宙線から人類を守っています。火星へのミッションを成功させるには、宇宙飛行士をこれらから守るための予防措置が必要となる。高エネルギー放射線を遮断するのに最適な材料は水素ですが、純粋な水素から作られたシールドは現在の技術では実用的ではありません。スーパーマーケットの袋の原料であるポリエチレンなど、水素含有量の高い材料も使用できる可能性があるが、システムはまだ完全には開発されていない。水も良いものですが、水のリサイクルは 100% 効率的ではないため、追加の供給が必要になります。これは、旅のほとんどの間、放射線防護として使用できます。

研究者らは、有害な影響を制限するために放射線被ばく前に摂取できる防護物質の開発に取り組んでいる。ビタミンCとビタミンAは放射線によるダメージを軽減し、ダメージを受けた後に体を助ける方法の研究が進められています。たとえば、損傷を受けた細胞は、それ自体を破壊するように指示される可能性があります。

隕石の問題にも対処しなければなりません。流星は平均速度約 20 km/s で移動します。高速であるため、小さなものであっても宇宙船に深刻な損傷を与える可能性があり、重要な壁に小さな穴があれば、生命を脅かす可能性があります。ホイップル シールドは直径約 1 cm 未満のものから保護しますが、約 10 cm を超えるものはレーダーで追跡して避けることができます。ただし、直径1cmから10cmの物体は宇宙船の船体を貫通する可能性はあるものの追跡が難しいため危険です。このサイズの隕石から身を守る効果的な方法はまだ開発されていません。火星探査

リアクション・エンジンズ社は、火星の大気の二酸化炭素を一酸化炭素と酸素に分解してロケット燃料として使用することが可能であると判断した予備研究を完了した（これには水も必要である）。彼らは Airborne Engineering Ltd と協力して、燃料として一酸化炭素、酸化剤として酸素を使用したロケット エンジンの静的試験を実施しました。その結果、あまり高性能とは言えないロケットが出来上がった。しかし、火星では地球よりも重力が低いため、これらの燃料を使用すれば火星軌道への単一ステージを達成できることがテストで示されました。これは、帰還ミッションのための燃料を火星で生成でき、地球からずっと運ぶ必要がないことを意味します。

人類を火星に到達させるための技術的課題は、今後 20 年以内に克服される可能性があります。しかし、考えられる解決策を設計しテストするために必要な政治的意思と資金調達というハードルを飛び越えるのは、はるかに難しいだろう。

ルーシー・ロジャース博士は、王立天文協会および機械技術者協会の会員であり、フリーのライター兼ジャーナリストです。

画像: 欧州宇宙機関 、 NGSF 、 Christian Reimer 、 NASA 、クリエイティブ コモンズで使用。