2.Marsjanin

2.Marsjanin 

Wstęp

Na początek analiza książki  Andy’ego Weira i filmu Ridleya Scotta „Marsjanin”. Ponieważ film powstał na podstawie książki i jest jej wierną adaptacją można je analizować razem. 

Na początek omówię 2 podstawowe warianty lotu na Marsa i porównam je z wariantem z książki.

Wariant 1. Battlestar Galactica.

W tym wariancie na orbicie okołoziemskiej zostaje zbudowany ogromny statek podróżny o masie 1000 Mg z dużym lądownikiem ok. 100 Mg. Po kilku ( lub kilkunastu ) latach budowy do statku dociera załoga i rozpoczyna lot na Marsa. Po ok. 180 dniach statek dociera na Marsa. Wchodzi na orbitę i zostaje tam na ok. 30 dni. W tym czasie załoga ląduje na Marsie w lądowniku i spędza tam kilkanaście dni po czym wraca do orbitera. Następnie orbiter rozpoczyna lot na Ziemię ok. 430 dni.  Na koniec wchodzi na okołoziemską orbitę.

Wariant 2. Mars Direct

Najpierw startuje ERV-1.  Moduł  powrotny (bez załogi). Po 280 dniach ląduje na Marsie.          

I zaczyna produkcje paliwa. Używa wodoru z Ziemi i CO₂   z marsjańskiej atmosfery.                

Po 7-dmiu miesiącach statek kończy produkcję i czeka na astronautów z Ziemi.

Około 26 miesięcy od  ERV-1 startuje niemal identyczny ERV-2. A ok. 20 dni później moduł mieszkalny Hab-1 z pierwszą załogą. Hab-1 wyprzedza ERV-2  i po 180 dniach ląduje w pobliżu ERV-1.  A 2 miesiące później ERV-2   ląduję ok. 800 km od pierwszego lądowiska.  I zaczyna produkcję paliwa dla drugiej załogi. 9 miesięcy do lądowania Hab-1  ERV-2 też ma zapas paliwa.

 Po ok. 550 dniach od lądowania    Hab-1 na Marsie  jego załoga wsiada od ERV-1 i zaczyna lot na Ziemię. Ich lot powrotny trwa ok. 180 dni. Ok. 2 miesiące po starcie ERV-1 ( z załogą) z Marsa, z Ziemi startuje ERV-3 a 20 dni później Hab-2 drugą załogą ( jeszcze przed powrotem pierwszej). ERV-1 wraca na Ziemię . 3 miesiące Hab-2 ląduje na Marsie, a po kolejnych 2 miesiącach ERV-3 zajmuje miejsce ok. 800 km drugiej bazy.

 I ten cykl się powtarza w każdym oknie leci ERV (dla następnej wyprawy)  i Hab. (z załogą).

Główną zaletą jest to że statki są na tyle lekkie że można wysłać jej jedną rakietą (każdy )  klasy Saturn 5.

Dokładniejsze opisy w książce Roberta Zubrina "Czas Marsa".  

Link do tej książki

http://lubimyczytac.pl/ksiazka/61448/czas-marsa-dlaczego-i-w-jaki-sposob-musimy-skolonizowac-czerwona-planete

Wariant 3. „Marsjanin”

Do przelotu z Marsa na Ziemię i z powrotem używa wielkiego statku Hermes. Statek był budowany orbicie szczegółów książka  nie podaje.

By Hermes ruszył w drogę trzeba 5 lotów (1 lot załogi i 4 bezzałogowe misje zaopatrzeniowe). Potem Hermes rusza z załogą na Marsa lot trwa o 124 dni gdyż nie leci beznapędowo. Używa napędu jonowego. To skraca lot.  Zaopatrzenie dla misji leci przed załogą. Najpierw leci pojazd MAV jego lot trwa 11 miesięcy a dociera on na 4 lata (2 okna przed załogą). MAV produkuje paliwo na start.

W następnym oknie 2 lata przed załogą polecą zapasy aż 13 (!!) pojazdów z żywnością i sprzętem. Po wejściu Hermesa na orbitę. Załoga ląduje w specjalnych pojeździe MDV.  Pojazd ten wyposażony w silniki napędzane hydrazyną a po lądowaniu już do niczego się nie nadaje. Po lądowaniu załoga pracuje na powierzchni ok. 30 dni. Potem na pokładzie MAV wraca na Hermesa. W którym kontynuuje lot   na Ziemię.

 Błędy planu.

 Pokazany wariant jest nielogiczny. Autor chce upchnąć w nim w coś każdego wariantu.  W rezultacie dostajemy połączenie wad i ograniczenie zalet.

Produkcja paliwa na Marsie wprowadza poważny dodatkowy element ryzyka. Nie wiadomo czy ona się uda.  Pojazd MAV musi być na Marsie długo by zdążył je wyprodukować.  W  książce MAV ma czekać aż 4 lata to długi czas w którym grożą usterki.  . Produkcja paliwa na Marsie ma obniżyć koszty.  Ten pomysł ma sens wariantach typu Mars Direct. ERV napędzany paliwem „z Marsa” leci aż na Ziemię.  Tu MAV leci tylko do Hermesa.  Więc rola paliwa „z Marsa” jest niewielka. 

 Załoga używa dwóch pojazdów MDV ( do lądowania) i MAV (do startu). To straszne marnotrawstwo  2 pojazdy  z których każdy ma służyć załodze kilkadziesiąt minut .  Lepszy byłby jeden pojazd który zawiózł by załogę z Hermesa na powierzchnię i powrotem . Taki system byłby tańszy ( 1 pojazd jest tańszy niż 2) i bezpieczniejszy (pojazd przed lądowaniem zacumował do Hermesa więc ryzyko że cumowanie przy powrocie się nie uda jest niższe).  Prościej i niewiele drożej byłoby wysłać jeden pojazd mający od razu paliwo na lądowanie i start. Lub wysłać zamiast MAV paliwo na start w jednej czy dwóch cysternach. Potem lądownik pobrałby je. Takie rozwiązanie byłoby o wiele prostsze  niż MAV, który  jest delikatny zabiera kruchą aparaturę chemiczną i ciężki generator jądrowy.  Przy 19 start ( 5 do Hermesa i 14 na Marsa) jeden więcej nie robiłby większej różnicy.  Tak więc produkcja paliwa na Marsie w takim wariancie To przysłowiowa „Skórka za wyprawkę”.   Dodajmy do tego że MDV jest napędzany toksyczną i bardzo drogą  hydrazyną .  Z jednej strony starają się trochę oszczędzić produkując paliwo na Marsie z drugiej pojazd lądujący napędza strasznie drogie paliwo.  I jeszcze jedno MAV nie produkuje paliwa „za darmo”  tą produkcje trzeba będzie nadzorować z Ziemi. Trzeba zatrudnić kontrolerów na Ziemi  a co za tym idzie płacić im za nadzór.

Zapasy dla załogi przywozi aż 13 pojazdów  to bardzo dużo. Musiałyby być to jakieś maleńkie pojazdy.  Plan Mars Direct zakłada 2 starty dla 4 ludzi i 550 dni. A tu 13 startów dla 6 ludzi i 31 dni.  To stanowczo za dużo. Chyba że wysyłano ja malutkimi statkami ale to jest nieekonomiczne. Jeden  statek o ładowności 25 Mg jest dużo tańszy niż np. 5 po 5 Mg każdy.  Plany sugerują 2 loty na misje: moduł mieszkalny wielkości autobusu z zapasami i moduł towarowy ze sprzętem i łazikami . ( Taki wariant jak w serialu Race to Mars).

Brak aparatury. Wszystkie misje Apollo zostawiały na Księżycu specjalne bezzałogowe sondy badawcze które przekazywały dane na Ziemię przez kilka lat.  Czemu misja marsjańska miałaby ich nie mieć. Wydaje mi się że powinna je mieć. I to najlepiej kilka umieszczonych wokół  bazy na granicy zasięgu łazika.  Czemu ich nie ma? A skąd wiem że nie ma? To proste gdyby były Mark mógł użyć ich nadajników do kontaktu z Ziemią. Po co miałby jechać po starego zepsutego Pathfindera. Mając nadajniki z tych stacji.

Tu widzę kolejny problem na Marsa zaopatrzenie dotarło  w 13 pojazdach .  Pojazdy musiały dotrzeć na Marsa wylądować i potwierdzić że dotarły. Wniosek musiały mieć nadajniki które umożliwiały kontakt z Ziemia ( ew. z satelitami na orbicie). Czemu Mark nie użył ich nadajników tylko jechał po Pathfindera.  No można powiedzieć że pojazdy wylądowały niedaleko MAV i używały go jak przekaźnika.  Ale to się nie ma sensu  przecież pojazdy musiały się połączyć z Ziemią na kilka godzin przed lądowaniem by ta mogła przesłać im dane o ostatnich korektach. Przecież musiały lądować na maleńkim obszarze.

By skomunikować się z satelitami na orbicie nie trzeba wielkiej mocy. Próbnik Huygens lądują na  Tytanie miał nadajnik mocy telefonu komórkowego i wystarczyło by wysłać sygnał na macierzystą sondę Cassini odległą o 60 tys. km. Wniosek stąd że w takie nadajniki byłyby relatywnie tanie i może spokojnie umieścić je np. w skafandrach.  Naprawdę  fakt pozostania na Marsie bez łączności trudno sobie wyobrazić. Taka sytuacja jest nierealna. 

Sam pomysł pobytu tylko przez 30 dni to bardzo krótko. Pobyt 550 dni jest lepszy daje załodze dużo czasu na badania.  30-dniowy pobyt ma małą wartość naukową.  By zrobić dużo trzeba dużo czasu i daleko zasięgowe łaziki.

I właśnie łaziki to kolejna nie trafiona kwestia.  Łaziki mają maleńki zasięg jakieś 20 km. Dla porównania w projekcie  Mars Direct łaziki  mają mieć zasięg 1000 km. A chodzi o zasilanie. W książce łaziki zasila energia elektryczna . Mars Direct proponuje silnik spalinowy o wiele wydajniejszy niż elektryczny . A paliwem ma być   metan i tlen z ERV. Oczywiście paliwo rakietowe  ma za wysoką temperaturę spalania, ale można ją obniżyć rozcieńczając marsjańską atmosferę. 

W Mars Direct lądowiska są tak blisko a łaziki mają że Gdyby ERV załogi zawiódł załoga ciągu kilkunastu dni dostać do ERV dla następnej załogi nim wrócić. Start odbyłby się   później ale załoga miała by nieco więcej paliwa (ok 10%  które normalnie zabrałby łazik), dzięki czemu mogłaby polecieć szybszą trajektorią. W planie z  książki nikt nie bierze tego pod uwagę.

Jest też kilka nieścisłości. Np. MDV odcumowuje od Hermesa przy 28 000 km/h błąd prędkość na niskiej orbicie Ziemi prędkość orbicie Marsa to „tylko” 14 000 km/h.

MAV zamienia 1kg wodoru w 13 kg metanu i tlenu.  Powinno być 18 kg.  By mieć pełne spalanie musimy mieć na 1 CH₄  2 O₂. H 1u, C 12u, O 16u.  Razem 80 u czego 4 u to H.  Czyli  20:1. Oczywiście wydajność nie wynosi 100% , ale 90% jest osiągalne czyli 18:1.

Mark nie zna dokładnie składu wydychanego powietrza. A jest botanikiem ( czyli  powinien znać biologię). Skład tego co opuszcza nasze płuca to 78% azotu,  1% argonu , 16%  tlenu i 5%   CO_2. 

_{Załoga zaraz po dotarciu do Hermesa raz rusza na Ziemię. To nonsens raczej zostaliby do normalnego dnia  powrotu i prowadzili orbitalną misję alternatywną. Czyli obserwacje Marsa z orbity.} 

Błędy w fabule.

Na Marsie nigdy nie wieje tak silny wiatr by uszkodzić statek kosmiczny. Atmosfera Marsa jest 100 rzadsza. A więc efekty słabsze.  Wiatr marsjański o prędkości 175 km/h odpowiada wiatrowi na Ziemi 17,5 km/h.  Czy taki wietrzyk może przewrócić statek kosmiczny na pewno nie. Żeby na Marsie wiatr mógł zagrozić musiałby mieć z 800 km/h. Co na Marsie na którym nie ma  zbiorników ciekłej wody  jest nie do osiągnięcia. ( Na Ziemi huragany itp. Powstają na skutek różnicy prędkości nagrzewania lądu i wody).  Wiemy że na Marsie o ogromne burze piaskowe, ale to iluzja wiatr unosi pył ponieważ on jest bardzo drobny przypomina popiół z papierosa.  Dalej widzimy kolejny jeszcze większy błąd. Gdyby wiatr zagrażał stojącemu MAV. To najgorszym  pomysłem był start w tej sytuacji. Jeśli zagrożenie ma statek na powierzchni ( zakotwiczony) , a start i lot w tych warunkach będzie o wiele gorszym zagrożeniem. Lepiej poczekać aż  pogoda się poprawi. 

Mark zostaje poważnie rany pręt wbija mu się w bok. Nie sądzę że byłby stanie sam go wyjął i zaszyć ranę, a już na pewno nie byłby w stanie za kilka dni ciężko pracować wnosząc regolit do Habu  by przygotować uprawę. 

Gdy ok. 120 sola  Hab. się  rozpada i uprawa ginie gdy wpada do niego marsjańska atmosfera. Ziemniaki „giną, ale nadal to pożywienie”. Niestety na Marsie jest bardzo zimno, więc ziemniaki pewnie by zamarzły. A zamrożone i potem rozmrożone ziemniaki nie są już jadalne.  Powstają pewne trujące substancje. 

Kolejna dziwna sprawa że po wykopaniu ziemniaków Mark je żywność paczkowaną a ziemniaki leżą. Wydaje mi się że lepiej byłoby odłożyć paczki i jeść ziemniaki. Paczki łatwiej zabrać  i są trwalsze. Mark gdy ok. 130 sola wykopał ziemniaki powinien  je jeść w pierwszej kolejności. A na przejazd zachować paczki. Czasie między 130 a 340 solem powiniem jeść ziemniaki gdyż wtedy potrzebował  mniej kalorii tylko czekał. A i Habie mógł je gotować tuż przed jedzeniem.  W książce jest zapisane i że najpierw je wszystkie ugotował a potem jadł zimne ale kiedyś ugotowane.  A sam wiem że ugotowane i wystygłe ziemniaki nie nadają się do jedzenia.  No i sprawa wartości ziemniaków. Jest ona  niska. 

Uwaga . W filmie ten błąd jest poprawiony. Mark czekając je ziemniaki dodając małą cześć paczkowanej żywności ok. 1/5 by dać sobie trochę białka. 

Przejazdy po Pathfindera  i do MAV są nie realne. Odległości są wielkie. Bez naprowadzania z satelitów. Przebycie takich tras nie wydaje się realne.

Misja zaopatrzeniowa  chińską rakietą na Hermesa. Cała sonda ma masę ok. 900 kg.  To za mało licząc 1,5 kg na 1 dzień na osobę otrzymujemy ponad 3 Mg ( dla 6 ludzi na ok. 500 dni). A sonda miałaby masę niecałego 1 Mg więc mogłaby dostarczyć może 600 kg. 

Poza tym co zyskujemy wysyłając sondę na Hermesa.  Skoro sonda może dogonić Hermesa to musi osiągnąć taką prędkość jak on. A to oznacza że mogłaby by sam wejść na taką orbitę jak on i dotrzeć na Marsa w 549 solu. Przecież Hermes nie używał silników jonowych przy powtórnym locie na Marsa. Skąd wziąłby czynnik roboczy na dodatkowe manewry. Przecież sonda go nie przywiozła. 

Mark dociera to MAV i musi w im wystartować z prędkość nie pierwszą ale drugą  prędkością kosmiczną. Czyli 1,42 raza większą. Owszem jest napisana że ma wlać mocz i dzięki wodzie w nim zawartej otrzymać więcej paliwa. Niby mądre ale nie ma dodatkowych zbiorników. Poza tym nie ma pewności czy powstałe w elektrolizie moczu pochodne amoniaku nie zakłócą procesu spalania.

 MAV też ma zostać „odchudzony” wyrzucić fotele , panele sterowania a nawet hermetyczną obudowę.  Mark startować okryty jedynie płótnem. Mimo wszystko obawiam się że to by nie wystarczyło. Mark startuje z przyśpieszeniem 12 G.  Rosyjskim astronautom udawało się takie przeciążenie  przeżyć ale oni byli w wyprofilowanych „na miarę” fotelach.  A Mark leży na gołej podłodze. Nie sądzę by ktoś dał radę przeżyć bez osobistego fotela. 

Wysadzenie śluzy by wykorzystać odrzut uciekającego powietrza jako napęd. Pomysł efektowny ,  oryginalny i … całkowicie idiotyczny.  Autor pisze Hermes nie silników o dużym ciągu a tylko jonowe o małym ciągu. A to jest nie możliwe. Hermes musiał mieć silniki dużego ciągu (chemiczne lub jądrowe) by wchodzić na orbitę Ziemi i Marsa a potem ją opuszczać. Opuszczanie orbity (lub wchodzenie na nią) tylko przy napędzie jonowych trwało wiele miesięcy, więc nierealne dla lotu załogowego.  Napęd ten musiałby mieć małą rezerwę ok. 10 %  a użycie jej   dałoby zmianę prędkości  pewnie kilkanaście razy większą  niż wysadzania śluzy. 

Uwaga W filmie dochodzi jeszcze głupszy pomysł z dziurą w rękawicy. 

I jeszcze ostatnia sprawa.  By wysłać zaopatrzenie dla Hermesa by mógł zabrać Marka wysłano je chińską rakietą. I sonda pierwotnie dla niej planowana miała zostać na Ziemi. To nielogiczne NASA pewnie dałaby Chińczykom pieniądze na nową rakietę. Lub wysłała sondę własną. 

Książka trzyma w napięciu ale naukowo jest wiele pomyłek .  Choć czasem są potrzebne dla akcji. Bez kilka błędów akcja nie byłaby ciekawa. Np. jazda po Pathfindera czy rozpad Habu popycha akcję bez tego książka byłaby nudna. 

Bibliografia:

Andy Weir Marsjanin

Robert Zubrin Czas Marsa