ESA en NASA: eerste bemande Marsmissie kost slechts 26,6 miljard Euro

Een eerste bemande Marsmissie kost de ESA slechts 26,6 miljard euro. Nog steeds een aardig bedrag, maar alles is relatief. En na de aanhoudende geruchten dat een missie naar Mars biljoenen zou moeten kosten, geeft een gezamenlijk rapport van ESA en NASA nu aan, dat dergelijke bedragen echt uit de lucht gegrepen zijn. En vergeleken bij 1000 miljard (= een biljoen) is 26,6 miljard een gering bedrag. Helemaal als men bedenkt dat dit bedrag niet in één jaar op tafel hoeft te worden gelegd (zoals bij de jaarlijkse EU landbouwsubsidies van 41 miljard), maar over 8 jaar verdeeld zal worden. De eerste missie naar Mars door marsonauten in plaats van robotvoertuigen / landers zou daarmee minder kosten dan het Apollo programma om naar de Maan te gaan.

In een gezamenlijke studie hebben Charles D. Hunt van het NASA Mashall Space Flight Center in Huntsville en Ir. Michel O. van Pelt van ESA-ESTEC te Noordwijk doorgerekend wat een bemande missie nu werkelijk moet kosten. Als missiemodel kozen beide ruimtevaartgiganten voor het Mars Direct Plan van de Mars Society, zoals dat tien jaar geleden door Dr. Robert M. Zubrin is opgesteld. Dit Mars Direct Plan beschrijft een realistisch scenario voor een eerste bemande missie en verschillende vervolgmissies.

De ESA/NASA studie werd uitgevoerd met meerdere doelen. Niet alleen is het noodzakelijk, in de voorbereidingen die ESA en NASA onafhankelijk van elkaar treffen voor een eerste bemande Marsmissie, om een realistisch rekenmodel voor de kosten op te zetten. Dit opdat er realistische cijfers kunnen worden gepresenteerd als de bemande missie definitief in gang wordt gezet. Maar ook beoogde deze studie een gewenste nauwere samenwerking tussen beide ruimtevaartorganisaties.

Opmerkelijk is wel dat de genoemde 26,6 miljard euro / dollar het eindbedrag is van de ESA. De kosten voor deze missie zouden volgens Hunt en Van Pelt aanmerkelijk hoger uitvallen, namelijk 39,4 miljard euro / dollar kosten, wanneer de NASA de missie uitvoert.

Euro en Dollar wordt in het rekenmodel door elkaar gebruikt. Voor het gemak van de vergelijking is men uitgegaan van een dollar die evenveel waard is als een euro. Vervolgmissies naar Mars kosten in Europa 5,2 miljard en in de VS 7 miljard.

Als werkmodel voor een studie naar de kosten werd het Mars Direct Plan van Zubrin gekozen, omdat het vrijwel alle elementen bevat die de uiteindelijke bemande marsmissie ook zal moeten bevatten en omdat het model voor zowel ESA als NASA gebruikt kon worden zonder gevoelige kennis te hoeven te openbaren. Het Mars Direct Plan van de Mars Society is immers voor iedereen vrij toegankelijk en in boekvorm te koop. Bovendien moedigt de Mars Society iedere ruimtevaartorganisatie aan het te gebruiken zonder dat er rechten over het idee hoeven te worden betaald. Het maakt de Mars Society niet uit wie er naar Mars gaat, Russen, Amerikanen, Europeanen, Chinezen, Japanners, Indiërs, als de mensheid maar spoedig gaat. Met deze studie van Hunt en Van Pelt is die reis zonder twijfel aanmerkelijk dichterbij gekomen.

Wie nieuwsgierig is naar de feitelijke berekeningen en de afwegingen die gemaakt zijn door de ESA en NASA kan op dinsdagavond 8 juni bij TNO TPD terecht, waar Ir. Michel O. van Pelt zijn rapport op de maandelijkse Mars bijeenkomst van de Mars Society Nederland zal toelichten. Vooraf melden, dat je erbij wil zijn, is wel strikt noodzakelijk. Mail hiervoor naar Arno@marssociety.nl of bel met 010 - 4510776.

----------------------------------------------

Het Mars Direct Plan kort samengevat:

Dr. Robert Zubrin stelde een plan op voor een bemande Mars-missie met relatief kleine ruimtevaartuigen, waardoor de kosten beperkt zijn. Het Mars Direct Plan gebruikt geen nieuwe, riskante en onbewezen technologie. Alles wat er voor nodig is hebben we reeds in huis. Het geheim van Mars Direct is het gebruik van grondstoffen die op Mars aanwezig zijn.

Een groot deel van de kosten van ruimtevaart zit namelijk in het omhoog brengen van de benodigde brandstof. Maar de brandstof voor de terugreis kan uit de Mars-atmosfeer gewonnen worden en dat scheelt meer dan een slok op een borrel. Reizen met lichte bepakking en leven van het land, zo zou je het populair kunnen zeggen. Of: als je op Mars bent, doe dan zoals de Martianen zullen doen. Het Mars Direct Plan gaat uit van een korte ontwikkeltijd van zo n 8 jaar.

Het scenario ziet er dan vanaf vandaag gerekend als volgt uit:

November 2013 - de bagage reist vooruit

Vanaf Cape Canaveral vertrekt een raket vergelijkbaar met de Saturnus 5 uit het Apollo-tijdperk. De raket plaatst een onbemand ruimtevaartuig in een baan naar Mars. Voor de herkenbaarheid zullen we het Ares 1 noemen, naar de Griekse naam voor de god Mars. Ares 1 is de retour-module, bedoeld om astronauten van Mars terug naar de Aarde te brengen. Omdat er nu nog niemand aan boord is, biedt de module plaats aan een miniatuur chemisch fabriekje en andere apparatuur die straks op Mars zijn diensten zal bewijzen. Verder is er een kleine hoeveelheid waterstof aan boord.

Mei 2014 - aankomst op Mars

Na een reis van 6-7 maanden komt Ares 1 aan bij Mars, waar het vaartuig begint met "aerobraking", in goed Nederlands: luchtremmen. De wrijving tussen het hitteschild en de ijle Mars-atmosfeer brengt het schip uiteindelijk in een baan om de planeet. Met gebruik van een parachute en raketten landt Ares 1 op een vooraf uitgekozen landingsplek.

Als eerste wordt nu de energievoorziening in werking gezet. Zubrin is een voorstander van het gebruik van kernenergie: met behulp van een rover (een karretje vergelijkbaar met Sojourner van de Pathfindermissie), wordt een kleine 100-kilowatt kernreactor op een veilige afstand geplaatst.

Vervolgens gaat de scheikundedoos aan het werk. De meegebrachte waterstof reageert met de kooldioxide uit de atmosfeer en produceert methaan en water. Methaan is de raketbrandstof waar het allemaal om te doen is. Het water wordt gesplitst in zuurstof, dat bewaard wordt voor later, en waterstof, dat hergebruikt wordt om nog meer methaan en water te vormen. Het zijn simpele chemische reacties die iedere middelbare scholier met scheikunde in zijn pakket kan dromen:

H2 + CO2 --> CH4 + H2O en H2O --> H2 + O2

November 2014 - verkenning van de omgeving

Als de tanks van Ares 1 gevuld zijn met zuurstof en methaan, verschuift het accent van de missie naar een volgende taak: het onderzoeken van de omgeving. Kleine rovers zoeken een geschikte plek uit om de eerste mensen te laten landen. Ze zetten er een radiobaken neer om de landing te vergemakkelijken. Ook worden alvast gebieden uitgezocht die de moeite waard zijn om straks door de astronauten bezocht te worden.

Januari 2016 - eindelijk op weg

Vanaf Cape Canaveral vertrekken ditmaal twee ruimteschepen. Het eerste, de Ares 2, heeft een bemanning van vier of zes mannen en vrouwen aan boord. Dit schip zal twee jaar lang het "huis" van de Marsonauten zijn. Het heeft de vorm van een conservenblik: een cilinder met een doorsnede van ruim acht meter. Er zijn twee verdiepingen; op de bovenste etage is plek voor een woonkamer, de individuele slaapkamers, een badkamer, een fitnessruimte en een laboratorium. Op de onderste verdieping is een werkplaats, een berging en een garage. In die garage bevindt zich een tweepersoons rover, een terreinwagen met drukcabine waarmee de astronauten grote afstanden op de planeet kunnen afleggen.

De reis duurt zes maanden; omdat zo'n lange tijd in gewichtloze toestand de conditie van een mens geen goed doet, wordt er kunstmatige zwaartekracht opgewekt volgens het centrifugeprincipe. Met een 167 meter lange platte kabel van het ultralichte en supersterke materiaal wordt het bemanningsverblijf verbonden met de bovenste trap van de raket; het geheel krijgt een draaiing mee om het denkbeeldig middelpunt. Een omwenteling per minuut is voldoende om een zwaartekracht op te wekken gelijk aan wat de bemanning op Mars zal ervaren.

Tijdens de reis staat het team bloot aan twee soorten stralingsgevaar. In de eerste plaats is er de kosmische achtergrondstraling, waarvan de risico's relatief gering zijn. Een reis naar Mars veroorzaakt statistisch 1 procent extra kans op kanker, ongeveer evenveel als roken tijdens de hele periode. Voor rokende astronauten die moeten stoppen om mee te kunnen, is het gezondheidsrisico dus per saldo nihil&.

Veel gevaarlijker is de straling veroorzaakt door uitbarstingen op de zon, die echter vrij zeldzaam zijn en waarvoor tijdig gewaarschuwd kan worden. Tijdens de reis van de Ares 2 zal de bemanning waarschijnlijk een of twee keer de schuilkelder in moeten: een centraal in het schip gelegen ruimte, omgeven door een schil van minstens 12 centimeter dikte. Die twaalf centimeter worden nuttig gebruikt door daarin water, levensmiddelen en andere nuttige massa op te slaan.

Het tweede schip dat in 2012 gelanceerd wordt, de Ares 3, is identiek aan de Ares 1, die twee jaar eerder vertrok: een onbemande retour-module, volgestouwd met apparatuur.

Augustus 2016 - opnieuw een grote stap

Na een vlucht van zes maanden komt de Ares 2 aan bij Mars. Na de gebruikelijke aerobraking-manoeuvres begint het schip aan de afdaling naar de plek waar de Ares 1 al twee jaar staat. Er zijn drie scenario s voor het geval de piloot er niet in slaagt het vaartuig op de juiste plaats te laten landen. Overigens maakt onze ervaringen met de eerste maanlanding door Aldrin en Armstrong, waarbij menselijk stuurmanskunst liet zien, dat een mens aan het stuur werkelijk al het verschil maakt, ons niet al te beducht voor zulke problemen. Maar het kan natuurlijk wel. Dus: als de fout niet meer dan een paar honderd kilometer bedraagt kan de bemanning heen en weer pendelen tussen Ares 1 en 2 met behulp van hun rover. Als de afstand te groot is kan de Ares 3, die een langzamere route naar Mars genomen heeft en iets later aankomt, naar de landingsplaats van de pechvogels gedirigeerd worden, waarna de missie verder volgens plan uitgevoerd wordt. En als ook dat plan mislukt heeft de bemanning genoeg voorraden om te wachten op een reddingsmissie die bij het volgende lanceervenster in 2014 gestuurd kan worden.

Maar met de radiobakens van de Ares 1 als geleide moet het wel erg raar lopen wil de piloot er ver naast zitten.

Na de historische momenten: de eerste voetstap, het citaat voor de geschiedenisboeken en het planten van de vlag, kunnen de Marsonauten beginnen met hun werkelijke taak: het onderzoek van de planeet in al zijn facetten. Zijn er sporen van leven te vinden uit de periode dat er water stroomde aan het oppervlak en is er misschien nog wat over van dat leven? Wat is er precies gebeurt met dat oppervlaktewater: hoeveel zit er precies in de vorm van ijs of permafrost opgeslagen of zijn er misschien zelfs bronnen met vloeibaar water? Is dat water makkelijk toegankelijk en kan het misschien dienen als toekomstige bron van brandstof en zuurstof? Wat zit er precies in de bodem, en vooral: zit er iets in de bodem waar toekomstige kolonisten wat aan kunnen hebben? Inmiddels heeft onderzoek uitgewezen, dat de Marsgrond geschikt is voor een moestuin. Een experimentele opblaasbare kas maakt deel uit van de uitrusting.

Het chemische fabriekje heeft genoeg brandstof geproduceerd voor 24000 kilometer met de grote rover; in theorie zouden twee bemanningsleden daarmee de hele planeet rond kunnen rijden. In de praktijk zal de rover binnen een paar honderd kilometer van de basis blijven, want er is dicht bij huis al genoeg te onderzoeken.

Januari 2018 - terug naar huis

Vijfhonderd dagen na de eerste stappen op de planeet maakt de bemanning zich klaar voor vertrek. De Aarde heeft intussen anderhalf rondje om de zon gemaakt en gaat Mars weer in de binnenbocht voorbij; dit is het moment waarop met een minimum aan energie de terugreis gemaakt kan worden. Met de Ares 1, de retourmodule waarmee het allemaal vier jaar geleden begon, verlaten de eerste Marsbewoners de planeet die ze zo goed zijn gaan kennen. Ares 2, het bemanningsverblijf, en alle rovers en andere apparatuur blijven achter; in de ruimte en op Aarde heeft niemand er iets aan; ze nemen alleen maar ruimte in en kosten brandstof. Op Mars kunnen ze door toekomstige expedities opnieuw gebruikt worden.

Juli 2018 - thuiskomst en een nieuw begin

Na tweeenhalf jaar van huis te zijn geweest komen de marsonauten weer bij hun thuisplaneet aan. Voorlopig kunnen ze zich bezighouden met tickertape-parade's, TV-optredens en het schrijven van hun memoires, en natuurlijk zijn er het hernieuwde contact met vrienden en familie en alle Aardse geneugten die in dit tijdperk toch een beetje schaars zijn tijdens een interplanetaire ruimtevlucht.

Ondertussen is Ares 4 met een nieuwe bemanning op weg naar de plaats op Mars waar de retourmodule Ares 3 klaarstaat met volgeladen tanks; en de onbemande Ares 5 komt er achteraan om de weg te bereiden voor de derde bemanning. Zo gaat het iedere zesentwintig maanden: een even Ares met en een oneven Ares zonder bemanning. Reizen naar Mars als routine.