마스 다이렉트

Mars Direct

Mars Direct는 비용 효율적이면서도 현재의 기술로 가능하다고 주장하는 화성으로의 인간 임무에 대한 제안입니다. 그것은 원래 1990년 마틴 마리에타 엔지니어 로버트 주브린과 데이비드 베이커의 연구 논문에서 자세히 설명되었고, 나중에 주브린의 1996년 저서 화성을 위한 사건(The Case for Mars)에서 확장되었습니다. 지금은 화성 식민지화에 헌신하는 단체인 화성 학회의 대표로서 주브린의 연설 활동과 일반적인 옹호의 주요한 역할을 하고 있습니다.[1]

화성에 있는 해비타트 부대와 지구 귀환 차량의 예술가 묘사.

역사

우주 탐사 계획

1989년 7월 20일, 미국의 조지 H. W. 부시 대통령은 우주 탐사 계획 (SEI)이라고 알려지게 된 계획을 발표했습니다. 그는 국립항공우주박물관 계단 연설에서 화성 표면에 대한 인간의 임무로 끝날 장기 계획에 대해 설명했습니다.[2]

1990년 12월까지 프로젝트 비용을 추정한 연구에 따르면 장기 지출은 20~30년에 걸쳐 총 4,500억 달러에 이를 것으로 나타났습니다.[3] 90일 연구(Zubrin과 같은 사람들로부터 "90일 보고서"라고도 함)가 알려지게 되면서 SEI에 대한 의회의 적대적인 반응을 불러 일으켰습니다. 제2차 세계 대전 이후 가장 큰 규모의 정부 지출이 필요했을 것이라는 점에서 말입니다.[4] 1년 이내에 SEI에 대한 모든 자금 지원 요청이 거부되었습니다.

1992년 4월 1일, 댄 골딘은 로봇 탐사를 위한 "더 빠르고, 더 좋고, 더 저렴한" 전략으로 전환하면서 지구 궤도를 넘어 단기적인 인간 탐사 계획을 공식적으로 포기했습니다.[5]

발전

Martin Marieta에서 행성간 미션 아키텍처를 설계하는 동안 Robert Zubrin은 SEI 프로그램의 근본적인 결함을 인지했습니다. 주브린은 NASA의 계획이 화성 탐사를 지원하기 위해 가능한 한 많은 기술을 충분히 활용하는 것이라면, 그것은 정치적으로 방어할 수 없게 될 것이라는 것을 알게 되었습니다. 그의 말을 빌리면:

공학을 하는 올바른 방법의 정반대입니다.[4]

주브린의 이 "배틀스타 갈락티카" 임무 전략에 대한 대안은 (같은 이름의 공상과학 우주선과 비슷한 것으로 추정되는 큰 핵 추진 우주선에 대한 반대자들에 의해) 더 긴 표면 체류와 컨졍션 클래스 임무의 형태로 더 빠른 비행 경로를 포함했습니다. 지구 표면에서 화성으로 직접 발사되는 인사이트 자원 활용과 우주선은 궤도상에서 조립되거나 우주에 기반을 둔 드라이독에 의해 조립되는 것이 아닙니다.[6] 마리에타에서 경영진의 승인을 받은 후, 회사 내 12명으로 구성된 팀이 임무의 세부 사항을 파악하기 시작했습니다. 그들은 주로 보다 전통적인 미션 아키텍처에 초점을 맞췄지만, Zubrin은 동료 David Baker의 매우 단순하고 헐벗고 강력한 전략과[7] 협력하기 시작했습니다. "지역 자원을 사용하고, 빛을 여행하고, 땅에서 떨어져 살겠다"는 그들의 목표는 마스 다이렉트의 특징이 되었습니다.[4]

미션 시나리오

첫 번째 발사

아레스 로켓의 첫 비행은 (지금은 없어진 Constellation 프로그램의 유사한 이름의 로켓과 혼동하지 않기 위해) 6개월간의 순항 단계 후에 무인 지구 귀환 차량을 타고 수소, 화학 공장 및 소형 원자로를 공급합니다. 일단 지구 귀환 차량이 운반하는 소량의 수소(8톤)와 화성 대기의 이산화탄소를 결합하여 최대 112톤의 메탄과 산소를 생성하는 일련의 화학 반응(전기 분해와 결합된 사바티어 반응)이 사용됩니다. 이 비교적 간단한 화학 공학 절차는 19세기와 20세기에 정기적으로 사용되었으며,[8] 귀환 추진제의 7%만 화성 표면으로 운반될 필요가 있습니다.

표면 체류가 끝날 때쯤 지구 귀환 차량을 집으로 돌려보내려면 96톤의 메탄과 산소가 필요할 것이고 나머지는 화성 탐사선이 사용할 수 있을 것입니다. 연료를 생산하는 과정은 약 10개월이 소요될 것으로 예상됩니다.

2차 발사

원래 지구에서 지구 귀환 차량이 발사된 지 약 26개월 후, 두 번째 차량인 화성 해비타트 유닛은 화성으로 6개월 동안의 저에너지 이동 궤도를 따라 발사될 것이고, 4명의 우주 비행사로 구성된 승무원을 태울 것입니다. (누구도 혼자 두지 않고 팀이 둘로 쪼개질 수 있도록 필요한 최소 인원). ERV에 탑재된 자동화된 공장이 지구에서의 작동과 지구로의 귀환에 필요한 화학물질의 성공적인 생산을 알리는 신호를 보낼 때까지 해비타트 유닛은 발사되지 않을 것입니다. 여행하는 동안, 인공 중력은 해비타트 유닛을 부스터의 사용된 상부 단계에 묶고 공통 축을 중심으로 회전하도록 설정함으로써 생성됩니다. 이 회전은 우주 비행사들에게 편안한 1g의 작업 환경을 제공하여 무중력 상태에 장기간 노출될 경우 발생하는 쇠약한 영향에서 벗어날 수 있습니다.[4]

착륙 및 표면 작업

화성에 도착하면, 상단 단계는 분사될 것이고, 해비타트 유닛은 화성 궤도에 공중 제동한 후 지구 귀환 차량에 가까이 연착륙할 것입니다. 정확한 착륙은 첫 번째 착륙선에 의해 시작된 레이더 비콘에 의해 지원됩니다. 화성에 도착하면, 승무원들은 다양한 과학적 연구를 수행하며 18개월을 표면에서 보내며 화성 서식지 유닛에 탑재된 소형 로버 차량의 도움을 받고 지구 귀환 차량에서 생성된 메탄으로 동력을 공급받습니다.

복귀 및 후속 임무

귀환하기 위해 승무원들은 지구 귀환 차량을 이용하여 화성 해비타트 부대를 떠나 후속 탐험가들이 사용할 가능성이 있습니다. 지구로 귀환할 때, 지구 귀환 차량의 추진 단계는 귀환을 위한 인공 중력을 생성하기 위한 균형추로 사용될 것입니다.

후속 임무는 화성에 2년 간격으로 파견되어 항상 중복 ERV가 표면에 존재하도록 하여 비상시 다음 승무원 또는 현재 승무원이 사용할 수 있도록 대기합니다. 그러한 비상 상황에서, 승무원들은 장거리 차량을 타고 다른 ERV까지 수백 킬로미터를 이동할 것입니다.

구성 요소들

Mars Direct 제안서에는 발사체 "Ares", ERV(Earth Return Vehicle) 및 Mars Habitat Unit(MHU)에 대한 구성 요소가 포함되어 있습니다.

발사차량

이 계획에는 아폴로 임무에 사용되는 새턴 V와 비슷한 크기의 무거운 리프트 부스터를 사용하는 여러 번의 발사가 포함되며, 이 부스터는 잠재적으로 우주왕복선 부품에서 파생될 것입니다. 이 제안된 로켓은 "아레스"라고 불리는데, 우주왕복선 어드밴스드 솔리드 로켓 부스터, 개조된 우주왕복선 외부 탱크, 그리고 탑재체의 화성 횡단 주입을 위한 새로운 Lox/LH2 3단을 사용할 것입니다. 아레스는 121톤을 300km의 원형 궤도에 넣고 화성을 향해 47톤을 증가시킬 것입니다.[9]

어스 리턴 비히클

지구 귀환 차량은 2단계 차량입니다. 상위 단계는 화성에서 지구로 돌아오는 6개월 동안 승무원들을 위한 생활 숙소로 구성되어 있습니다. 하단에는 차량의 로켓 엔진과 작은 화학 제품 생산 공장이 있습니다.

화성 해비타트 유닛

화성 해비타트 유닛은 화성 승무원들에게 종합적인 생활과 작업 환경을 제공하는 2층 또는 3층 차량입니다. Mars Habitat Unit에는 승무원 개인의 사생활 보호와 개인적인 효과를 위한 장소를 제공하는 개별 수면 숙소 외에도 공동 생활 공간, 작은 갤러리, 운동 공간, 폐쇄형 순환 정수 시설이 있습니다. 화성 서식지 부대의 하부 갑판은 승무원들을 위한 주요 작업 공간을 제공합니다: 지질학과 생명과학 연구를 수행하기 위한 작은 실험실 공간; 샘플을 보관할 수 있는 공간, 화성 표면에 도달하기 위한 에어록, 그리고 승무원들이 표면 작업을 준비하는 맞춤형 공간. 우주와 화성 표면(예: 태양 플레어로부터)에 있는 동안 유해한 방사선으로부터 보호하는 것은 차량의 중심부에 있는 전용 "폭풍 대피소"에 의해 제공됩니다.

화성 해비타트 유닛에는 하부 갑판 구역에 저장되어 화성 표면에 조립되는 소형 가압 로버도 포함됩니다. 메탄 엔진으로 구동되는 이 엔진은 우주 비행사들이 화성 표면을 탐험할 수 있는 범위를 320km까지 확장할 수 있도록 설계되었습니다.

Mars Direct의 일부로 처음 제안된 이후로, Mars Habitat Unit은 NASA에 의해 Mars Design Reference Mission의 일부로 채택되었습니다. 이 Mars Habitat Unit은 2개의 Mars Habitat Unit을 사용합니다. 그 중 하나는 승무원 없이 화성으로 날아가 화성에 전용 실험실 시설을 제공하고 더 큰 로버 차량을 운반할 수 있는 용량을 제공합니다. 두 번째 화성 서식지 부대는 승무원들과 함께 화성으로 날아갑니다. 내부는 완전히 거주 공간과 저장 공간으로 넘겨졌습니다.

Mars Society는 Mars Habitat Unit의 생존 가능성을 증명하기 위해 Mars Analogue Research Station Program(MARS)을 시행했으며, 이 프로그램은 전 세계에 다수의 Mars Habitat Unit의 원형을 구축했습니다.

접수처

베이커는 1990년 4월 마셜 우주 비행 센터에서 마스 다이렉트를 던졌는데,[10] 그 곳에서의 반응은 매우 긍정적이었습니다. 엔지니어들은 그들의 계획을 발표하기 위해 전국을 날아 다녔고, 이것은 상당한 관심을 불러일으켰습니다. 그들의 투어가 전미우주학회에서의 데모로 절정에 이르렀을 때, 그들은 기립 박수를 받았습니다.[4] 이 계획은 얼마 지나지 않아 언론의 주목을 받았습니다.

이 계획에 대한 저항은 NASA 내에서 우주 정거장과 고급 추진 개념을[citation needed] 연구하는 팀들로부터 나왔습니다. 나사 행정부는 마스 다이렉트를 거부했습니다. Zubrin은 이 전략에 전념했고, David Baker와 헤어지고 난 후 1992년 NASA의 새 행정부에 Mars Direct의 장점을 설득하려고 시도했습니다.[4]

Martin Marietta에서 작은 연구 기금을 받은 후, Zubrin과 그의 동료들은 94%[4]의 효율을 달성하는 in-situ 추진제 발전기를 성공적으로 시연했습니다. 어떤 화학 엔지니어도 시연 하드웨어 개발에 참여하지 않았습니다.[4] 존슨 우주 센터에 긍정적인 결과를 보여준 후에도 나사 행정부는 그 계획에 대해 여전히 몇 가지 유보적인 입장을 보였습니다.[4]

2003년 11월, 주브린은 우주 탐사의 미래에 대한 미국 상원 위원회의 연설을 위해 초대되었습니다.[4] 두 달 후 부시 행정부는 2020년까지 달에 인간을 보내는 것을 목표로 하는 인간 우주 비행 계획인 Constellation 프로그램의 개발을 발표했습니다. 화성 탐사는 구체적으로 구체적으로 알려지지 않았지만, 오리온 우주선을 활용해 화성에 도달하는 계획이 2030년대에 시행될 예정이라고 잠정적으로 개발됐습니다. 2009년 오바마 행정부는 Constellation 프로그램에 대한 검토를 시작했고, 예산 문제 이후 2010년에 프로그램이 취소되었습니다.[11]

장기 원정 우주 임무에 영향을 미칠 수 있는 다양한 심리학적, 사회학적 문제들이 있습니다. 일부 사람들은 화성으로의 초기 인간 우주 비행 임무들이 극복해야 할 중요한 심리 사회적 문제들을 가지고 있을 뿐만 아니라, 미래의 임무들을 위해 임무 설계, 임무 계획, 그리고 승무원 선택을 다듬는 데 상당한 데이터를 제공할 것으로 기대합니다.[12]

수정사항

Mars Direct는 처음에 구상된 이후, Zubrin 자신, Mars Society, NASA, Stanford University 등에 의해 정기적인 검토와 개발을 거쳤습니다.

화성 세미다이렉트

예술가의 Mars Semi-Direct/DRA 1.0 렌더링: 유인 서식지 유닛은 지구 귀환 차량보다 먼저 보내진 미리 배치된 서식지 옆에 "도킹"되어 있습니다.

Zubrin과 Weaver는 몇몇 구체적인 비판에 대응하여 Mars Semi-Direct라고 불리는 Mars Direct의 수정된 버전을 개발했습니다.[13] 이 임무는 3개의 우주선으로 구성되어 있으며 "화성 상승 차량"을 포함합니다. ERV는 귀환 여정을 위해 화성 궤도에 남아 있는 반면, 무인 MAV는 화성 궤도로 다시 올라가기 위한 추진체를 착륙시키고 제조합니다. 화성 반직접 구조는 NASA 설계 참조 임무를 포함한 많은 연구의 기초로 사용되었습니다.

90일간의 보고서와 같은 비용 분석을 실시했을 때, 화성 세미 다이렉트는 10년간 550억 달러가 들 것으로 예측되었고, 이는 기존의 NASA 예산에 맞출 수 있습니다.

Mars Semi-Direct는 NASA의 Design Reference Mission 1.0의 기초가 되었고, 우주 탐사 계획을 대체했습니다.

디자인 레퍼런스 미션

2012년 9월 1일 현재 버전 5.0에서 설계 참조 임무(Design Reference Mission)라고 불리는 NASA 모델은 하드웨어의 대폭적인 업그레이드를 요구하며(2회가 아닌 임무당 최소 3회 발사), ERV를 연료가 가득 찬 화성으로 보내 MAV와의 후속 랑데부를 위해 행성 위 궤도에 주차합니다.

화성 다이렉트와 스페이스X

저비용의 헤비 리프트 능력의 출현이 임박한 가운데, 우주 수송 회사 SpaceX가 개발한 하드웨어를 사용하여 주브린은 획기적으로 낮은 비용의 인간 화성 임무를 제안했습니다. 이 단순한 계획에서, 두 명의 승무원이 행성간의 크루즈 서식지 역할을 하는 드래곤 우주선인 팰컨 헤비 발사 한 번으로 화성으로 보내질 것입니다. 필요한 경우 팽창식 애드온 모듈을 사용하여 여행을 위한 추가 생활 공간을 활성화할 수 있습니다. 장기적인 무중력 상태와 관련된 문제들은 드래곤 서식지와 TMI(Trans-Mars Injection) 단계 사이의 테더인 기본 화성 다이렉트 계획과 같은 방식으로 해결될 것입니다.

드래곤의 열 차폐 특성은 충분한 힘을 가진 착륙 로켓을 사용할 수 있다면 안전하게 하강할 수 있습니다. 나사의 에임스 연구 센터의 연구는 로봇 드래곤이 화성 표면에 완전히 추진력 있게 착륙할 수 있다는 것을 증명했습니다.[14] 표면적으로는 팽창 가능한 모듈을 가진 드래곤 우주선 2대, ERV 2대, 화성 상승 차량 2대, 화물 8톤을 마음대로 사용할 수 있습니다.

기타 연구

Mars Society와 Stanford 연구는 Mars Direct의 원래 2차 임무 프로필을 유지하지만 승무원 규모를 6명으로 늘립니다.

Mars Society Australia는 Mars Semi-Direct를 기반으로 4인용 Mars Oz 레퍼런스 미션을 자체 개발했습니다. 이 연구는 수평으로 착륙하고 구부러진 바이콘 모양의 모듈을 사용하며,[15] 화성 다이렉트와 DRM이 표면 전력을 위해 원자로를 사용하고 추진을 위해 DRM의 경우에도 태양열과 화학적 추진에 의존합니다. 화성 오즈 기준 임무는 또한 우주 정거장 경험을 바탕으로 스핀 중력이 필요하지 않을 것이라고 가정하는 점에서 차이가 있습니다.

화성 아날로그 연구소

화성 학회는 화성 아날로그 연구소 프로그램을 통해 화성 해비타트 유닛 개념의 실행 가능성을 주장했습니다. 직경 ~8m, 높이 8m의 두 개 또는 세 개의 데크 수직 실린더입니다. Mars Society Australia는 Mars Oz 디자인을 기반으로 자체적인 정거장을 건설할 계획입니다.[16] 마스 오즈 디자인은 직경 4.7m, 길이 18m의 수평 실린더와 테이퍼 코가 특징입니다. 두 번째 유사한 모듈은 차고, 전력 및 물류 모듈로 기능합니다.

Mars Direct는 Discovery Channel 프로그램 Mars:에 등장했습니다. 나사의 프로젝트 자금 지원을 둘러싼 문제가 논의된 넥스트 프론티어와 화성 지하에서 계획이 더 심도 있게 논의되었습니다.

대안

"Mars to Stay" 제안은 첫 번째 이민자/탐험자를 즉시 또는 결코 돌려보내지 않는 것을 포함합니다. 4인 또는 6인 팀을 보내는 비용은 같은 4인 또는 6인 팀을 돌려보내는 비용의 5분의 1에서 10분의 1이 될 수 있다고 제안되었습니다. 정확한 접근 방식에 따라 화성 암석 50킬로를 다시 보내는 비용보다 적은 비용으로 꽤 완벽한 실험실을 보내고 착륙시킬 수 있었습니다. 4명을 반송하는 비용으로 20명 이상을 보낼 수 있습니다.[17]

픽션으로

참고 항목

참고문헌

  1. ^ "화성사회" http://www.marssociety.org/home/about/purpose 9/30/12 검색
  2. ^ "Remarks on the 20th Anniversary of the Apollo 11 Moon Landing". 2012. Retrieved September 1, 2012.
  3. ^ "90 Day Review: The 90 day review of President H.W. Bush's SEI plan" (PDF). October 19, 2010. Archived from the original (PDF) on October 28, 2004. Retrieved September 1, 2012.
  4. ^ a b c d e f g h i j Scott J. Gill (Director), Joshua B. Dasal (Writer), Scott J. Gill (Writer) (2007). The Mars Underground (Documentary). Denver, Colorado, USA.
  5. ^ Thompson, Elvia; Davis, Jennifer (November 4, 2009). "Daniel Saul Goldin". Archived from the original on April 3, 2009. Retrieved September 1, 2012.
  6. ^ Zubrin, Robert; Wagner, Robert; Clarke, Arthur (October 16, 1996). The Case for Mars (1st Touchstone ed.). Free Press. p. 51. ISBN 0684835509.
  7. ^ "Lat-Lon LLC". Colorado Business Records. Colorado Secretary of State.
  8. ^ Professor H.G. Söderbaum (2 Sep 2012). "The Nobel Prize in Chemistry 1912". Retrieved 2 September 2012.
  9. ^ Mark Wade. "Ares Mars Direct". Archived from the original on 5 October 2012. Retrieved 1 September 2012.
  10. ^ Portree, David S. F. "Mars Direct: Humans to Mars in 1999! (1990)" – via www.wired.com.
  11. ^ "Constellation program space program". Encyclopedia Britannica. Retrieved 2018-02-03.
  12. ^ Kanas, Nicholas; Manzey, D. (2008). Space Psychology and Psychiatry (2nd ed.). El Segundo, California, and Dordrecht, The Netherlands: Microcosm Press and Springer.
  13. ^ Zubrin, Robert M.; Weaver, David B. (June 28–30, 1993). Practical methods for near-term piloted Mars missions. AIAA93-2089,29th AIAA/ASME Joint Propulsion Conference. Monterey CA, United States. CiteSeerX 10.1.1.23.1915. doi:10.2514/6.1993-2089.
  14. ^ Gonzales, Andrew A.; Stoker, Carol R. (June 2016). "An efficient approach for Mars Sample Return using emerging commercial capabilities". Acta Astronautica. 123: 16–25. doi:10.1016/j.actaastro.2016.02.013. PMC 5023017.
  15. ^ Willson, D.; Clarke, J.D.A. (19–21 July 2006). A Practical Architecture for Exploration-Focused Manned Mars Missions Using Chemical Propulsion, Solar Power Generation and In-Situ Resource Utilisation (PDF). Proceedings of the 6th Australian Space Science Conference (PDF). Canberra. pp. 186–211.
  16. ^ "Mars Society Australia Mars-Oz web site". Archived from the original on February 20, 2012.
  17. ^ O'Neill, Ian (October 23, 2008). "Aldrin: Mars Pioneers Should Not Return to Earth".
더보기
  • 주브린, 베이커. (1990) "1999년까지 화성에 직접, 인간이 화성에" 국제우주연맹 제41차 총회

외부 링크