Það þarf minna eldsneyti til að lenda mönnuðu geimfari á stórum loftsteini en á tunglinu, þar eð lítið aðdráttarafl loftsteinsins dregur mjög úr hemlunarþörf.

Obama Bandaríkjaforseti hefur háar hugmyndir um framtíð geimferða: „Árið 2025 vænti ég þess að við höfum í fyrsta sinn tilbúið geimskip sem ætlað er til að flytja menn um lengri veg en til tunglsins. Við byrjum á að láta menn lenda á stórum loftsteini í fyrsta sinn í sögunni. Upp úr 2030 geri ég ráð fyrir að við getum sent mannað geimfar á braut um Mars. Í kjölfarið fylgir svo lending manna á Mars og ég geri mér vonir um að lifa þann atburð.“

Þessi orð féllu þann 15. apríl þegar forsetinn hélt ræðu um framtíð geimferða við Kennedy-geimferðamiðstöðina í Flórída. Þessarar ræðu hafði verið beðið með mikilli eftirvæntingu eftir alla þá gagnrýni sem beindist að forsetanum fyrr á árinu, þegar hann gaf opinberlega upp á bátinn hið svonefnda Constellation-verkefni, sem Bush forseti ýtti úr vör árið 2004, en markmið þess var að setja upp bækistöð á tunglinu og senda síðar mannað geimfar til Mars.

Það var þó ekki að ástæðulausu sem Obama hætti við Constellation-verkefnið, sem báðir stóru flokkarnir höfðu reyndar stutt. En stórhuga áætlanir á sviði geimferða, svo sem Apollo- og Constellationverkefnið hafa náð að sameina bandarísku þjóðina og því var forsetanum mikilvægt að setja strax fram nýja framtíðarsýn og í því sambandi valdi Obama mannaða ferð til loftsteins sem fyrsta skrefið á hinni löngu leið til Mars.

Mörg gild rök hníga að því að fara þessa nokkuð óvæntu krókaleið að framtíðarmarkmiðinu. Í fyrsta lagi er að mörgu leyti auðveldara að lenda á loftsteini en á tunglinu. Ástæðan er lítið aðdráttarafl loftsteinsins, sem veldur því að ekki þarf að eyða miklu eldsneyti til hemlunar fyrir lendingu. Til viðbótar krefst slík ferð ekki mikils undirbúnings og hana verður unnt að fara a.m.k. 10-15 árum áður en hægt væri að fara til Mars. Það er mikilvægt að eiga sér markmið sem ekki er allt of fjarlægt í tíma.

Í öðru lagi er gerlegt að finna loftsteina sem leggja munu leið sína nógu nálægt jörðu til að hægt verði að ná til þeirra án of mikils eldsneytiskostnaðar og of langs ferðatíma. Geimferð til slíks stórs loftsteins, eða „örstirnis“ þarf ekki að taka nema 1-2 mánuði og ferðin öll gæti tekið innan við hálft ár, jafnvel þótt menn notuðu mánuð til rannsókna á loftsteininum. Marsferð tekur aftur á móti 18-36 mánuði. Í þriðja lagi eru loftsteinar af mörgum ástæðum merkileg fyrirbrigði. Á þeim má finna bestu vísbendingarnar um myndun sólkerfisins og þar er mögulega líka að finna hráefni á borð við ís og málma. Það er líka mikilvægt að rannsaka hvernig mögulega væri unnt að breyta stefnu loftsteins, ef einn slíkur tæki upp á því að stefna beint á jörðina.

Rétt eins og á gömlu góðu Apollo-dögunum má vænta þess að fólk hópist saman við sjónvarp til að horfa á geimskip svífa hægt niður á lítinn hnött þar sem aðdráttaraflið er minna en 1/1.000 af aðdráttarafli jarðar. Geimskipið verður svo fest vandlega til að það svífi ekki á braut af sjálfu sér. Geimfararnir munu fremur svífa en ganga um rykugt yfirborðið og jörðina og tunglið sjá þeir aðeins sem bjartar stjörnur á biksvörtum himni.

Ný tækni kemur mönnum til Mars

Obama nýtti stóran hluta ræðunnar til að útskýra þær nýju áætlanir sem leysa Constellation-verkefnið af hólmi: Miklu fé verður varið til að þróa nýja eldflaugahreyfla og 2015 verður hafist handa við hönnun eldflaugar á grundvelli allra nýjustu tækni. Slíkar eldflaugar eiga að gera kleift að senda geimskip lengra út í sólkerfið. Og fyrir áheyrendur í Flórída voru það afar góðar fréttir að meira en 3 milljörðum dollara verður varið til endurnýjunar á Kennedy-geimferðamiðstöðinni.

Þrjár ástæður lágu til grundvallar því að hætt var við Constellation-verkefnið. Hin mikilvægasta var sú að allt frá upphafi, árið 2004, var allt of litlu fjármagni varið í verkefnið, eða tæpum 3 milljörðum dollara á ári. Bæði af fjárhagslegum og pólitískum ástæðum hefði verið ógerlegt að auka framlög til NASA á næstu 10-20 árum nægilega mikið og því varð einfaldlega að hugsa framtíðarplönin upp á nýtt. Niðurstaðan varð sú að NASA einbeiti sér að þróun nýrrar tækni sem til lengri tíma litið geri geimferðir út í sólkerfið bæði auðveldari og ódýrari.

Önnur ástæða var sú að taka þurfti tillit til alþjóðlegu geimstöðvarinnar, ISS. Hún er nú nýlega fullgerð og að óbreyttu hefðu Bandaríkjamenn þurft að draga sig út úr samstarfinu árið 2015 – áður en fullreynt væri til hvers mætti nýta stöðina. Það yrði að teljast óvinsamleg aðgerð gagnvart samstarfsríkjunum sem vilja halda áfram að fá afrakstur af fjárfestingu sinni þar a.m.k. til 2020 og helst til 2028. Þar eð unnt verður að nýta stöðina áfram, að því tilskildu að Bandaríkin haldi áfram þátttöku bæði með vöruflutningum og starfi geimfara, var það mikilvægt fyrir Obama að gefa skýrt til kynna áframhaldandi stuðning við þetta verkefni – eftir 2015. Orion-geimförin, sem voru hluti af Constellation-verkefninu, verða ekki slegin af, en munu gegna hlutverki björgunarbáta fyrir geimfara í ISS-stöðinni. Og viðvera Bandaríkjamanna í stöðinni verður framlengd um 3.500 daga – næstum 10 ár.

Þriðja ástæðan var sú að í Constellation-verkefninu stóð til að nýta enn einu sinni gamla tækni og því fyrirséð að verkefnið myndi ekki styðja bandarískan iðnað með nýrri tækni. Eldflaugarnar byggðust á 30 ára gamalli tækni frá þróun geimferjanna og einn hreyfillinn var m.a.s. arfur frá enn eldri Saturn 5-tunglflaug frá 7. áratugnum. Orion geimförin líktust gömlu Apollo-förunum svo mjög að þáverandi forstjóri NASA, Michael Griffin, kallaði Constellation-verkefnið „Apollo á sterum“.

Obama vill láta þróa nýja tækni, einkum nýja eldflaugahreyfla. Þetta svið hafa Bandaríkjamenn vanrækt svo mjög að þeir eru nú farnir að kaupa eldflaugahreyfla af Rússum. Stóru Atlas 5-eldflaugarnar eru t.d. knúðar hreyflum sem þróaðir voru í Rússlandi. Allar ákvarðanir mótast af því að geimferjurnar hafa runnið sitt skeið á enda og frá 2011 eiga Bandaríkjamenn engin mönnuð geimskip. Af þessu leiðir að bandarískir geimfarar komast ekki upp í ISS-stöðina nema með rússneskum Soyuz-geimskipum. Frá pólitískum sjónarhóli þykir Bandaríkjamönnum óþolandi að vera háðir Rússum að þessu leyti og að auki er það dýrt. Rússar þekkja mætavel lögmálið um framboð og eftirspurn og setja nú upp 56 milljónir dollara fyrir Soyuz-ferð til ISS-stöðvarinnar. Að auki hafa þeir þegar boðað frekari verðhækkanir. Obama hyggst láta einkafyrirtæki taka við flutningum til geimstöðvarinnar og vonast til að geta með því móti stytt þann tíma sem NASA þarf að kaupa flutninga af Rússum.

Nokkur fyrirtæki bjóða í flutninga á mönnum og frakt til ISS-geimstöðvarinnar. Fremst standa SpaceX með Falcon 9-eldflaugar og Dragon-geimhylki og keppinauturinn Orbital Sciences Corporation með Taurus 2-eldflaugar og Cygnus-geimhylki. Gallinn er sá að bæði Falcon 9 og Taurus 2 eru nýjar gerðir eldflauga sem eiga eftir að fara í gegnum ýtarlegar prófanir og tilraunaskot áður en unnt verður að taka þær í notkun. Þrátt fyrir það hafa bæði fyrirtækin þegar fengið samninga um vöruflutninga til ISS-geimstöðvarinnar.

Stóra spurningin er sú hvort þessi fyrirtæki geti líka sent þangað mönnuð geimför. Hvorugt fyrirtækið hefur reynslu af því að senda menn út í geiminn, en hjá SpaceX segja menn ekki taka langan tíma að breyta Dragon-hylkinu í geimskip sem taki 7 geimfara. Einmitt þessi skortur á reynslu kynni að verða til þess að gamalgróin stórfyrirtæki á borð við Boeing og Lockheed komist inn á markaðinn með þrautreyndar eldflaugar sínar, Atlas 5 og Delta 4. Enginn vafi leikur á því að bæði þessi fyrirtæki gætu á skömmum tíma smíðað tiltölulega einföld geimskip, sem hefðu það eina hlutverk að flytja menn til ISS-stöðvarinnar.

Nýr björgunarbátur eftir fáein ár

Það er sem sagt enginn arftaki geimferjanna í augsýn og það er að líkindum helsta ástæða þess að Orion-geimskipin eru ekki slegin af, heldur verða byggð í minni útgáfu. Orion-geimskip sem aðeins vegur 12-13 tonn má auðveldlega senda á loft með Falcon 9 eða hinum vel prófuðu Atlas 5- og Delta 4-eldflaugum. Obama sér fyrir sér að „Orion Lite“-geimskipin verði aðeins notuð sem björgunarbátar fyrir geimfara í ISS-geimstöðinni. Hitt tekur lengri tíma að þróa eldflaug sem verði nægilega örugg til að óhætt sé að nota hana til að skjóta mönnum út í geiminn. Orion-geimskipin verða send ómönnuð á loft og tengjast síðan sjálfvirkt við geimstöðina. Þetta ætti að geta orðið að veruleika á 2-3 árum.

Til lengri tíma litið á að nýta Orion-geimskipin til að þróa nauðsynlega tækni til langferða um sólkerfið. Nýi eldflaugahreyfillinn sem NASA á nú að þróa verður knúinn fljótandi vetni og kerosen. Slíkur hreyfill hentar afar vel í fyrsta þrep eldflaugar. Þótt kerosen sé ekki jafn öflugt eldsneyti og fljótandi vetni, er það auðveldara í meðförum og má geyma við stofuhita. Massafylling efnisins er líka svo mikil að geymarnir verða minni en ella og þar með léttari. Þetta er afar mikilvægur eiginleiki fyrir fyrsta eldflaugaþrepið, sem er þungt og þarf því mikið eldsneyti.

Ekki verður gengið frá endanlegri hönnun nýju eldflaugarinnar fyrr en 2015 og það þarf líka að þróa nýja hreyfla fyrir efri þrepin. En það verður að líkindum aldrei hægt að byggja nógu öfluga eldflaug til langferða út í sólkerfið. Þess vegna á NASA nú að þróa tækni til að byggja eldsneytisgeymslur úti í geimnum. Sé hægt að fylla á eldsneytistankana úti í geimnum, er unnt að komast af með miklu minni eldflaugar. Eldsneytisgeymarnir þurfa þó að vera færir um að halda fljótandi vetni við -253 gráður í langan tíma. Sólskinið er öflugt í geimnum og fljótandi vetni gufar auðveldlega upp. Það er því ekki alls kostar einfalt mál að varðveita það í geimnum. Hér þurfa ekki aðeins að koma til ný einangrunarefni, heldur þurfa geymarnir líka að vera svo þéttir að örsmáar vetnissameindir nái ekki að leka út.

Kjarnorka styttir Marsferðir

Til lengri tíma litið verða menn þó að hverfa frá hefðbundnum brennsluefnum og nota kjarnorku. Aðeins kjarnorkudrifnir jóna- eða plasmahreyflar geta stytt ferðatímann til Mars úr núverandi 8 mánuðum niður í fáeinar vikur. Nú þegar er slík þróun í gangi í einkageiranum. Fyrrum geimfarinn Franklin Chang-Diaz rekur fyrirtæki sem hefur þróað hreyfil sem kallast VASIMIR og gæti stytt ferðatímann til Mars niður í 39 daga. En eigi slíkur hreyfill að nýtast í geimskipi í Marsferð, þarf NASA einnig að koma að málinu.

Engu að síður tekur slík ferð langan tíma – ekki síst ef meiningin er að fara enn lengra út í sólkerfið – og á langferðum þurfa geimfararnir mikið rými. Þess vegna er ætlunin að NASA taki þátt í þróun uppblásanlegra eininga, en þær eru nú aðeins til hjá einkafyrirtækinu Bigelow Aerospace og hugsaðar fyrir geimhótel. Með stórum, uppblásnum vistarverum og stuttum ferðatíma breytist Marsferð úr mikilli þolraun geimfaranna og verður nánast þægindareisa.

En þótt NASA verji miklu fé til þróunar nýrrar tækni, ráða Bandaríkjamenn ekki við þetta allt saman upp á eigin spýtur. Engin ríki, jafnvel ekki Bandaríkin, hafa lengur efni á svo stórum verkefnum sem Marsferðum ein síns liðs. Bandaríkjamenn hafa nú viðurkennt að leiðin framundan þarf að einkennast af umfangsmeira fjölþjóðasamstarfi. Ef við ætlum okkur í langferðir út í sólkerfið, þurfa geimveldi heimsins að sameinast um það átak. Alþjóðlega geimstöðin ISS hefur þegar sýnt að slíkt samstarf er vel mögulegt.