Et 50 meter højt, stålglinsende rumskib lander på Mars. Det røde støv hvirvler rundt, da rumskibets motorer sender flammer nedad for at bremse op og lande sikkert.
Få hundrede meter væk brydes det golde og ensformige landskab af brændstoffabrikker, laboratorier, drivhuse og beboelsesmoduler i den lille marskoloni, som astronauter har brugt år på at bygge.
Ud af det netop landede rumskib træder 100 passagerer – et nyt hold kolonister, som nu skal bo og arbejde på den røde planet, inden de vender hjem med samme rumskib.
Rumfartøjet hedder Starship, og allerede fra 2024 skal astronauter rejse med det til Mars og begynde at konstruere en base på planeten.
Sådan lyder ambitionen fra Elon Musk, grundlæggeren af det amerikanske rumfartsfirma SpaceX, som præsenterede en prototype af Starship i september 2019.
37 raketmotorer har SpaceX’ nye rumfartøj, Starship. Motorerne afbrænder metan vha. flydende ilt.
Det lyder måske lige lovlig ambitiøst at begynde at bygge en marsbase om blot fire år, men Elon Musk er netop kendt for selvsikre, storslåede udmeldinger.
Den kendte rigmand og Tesla-grundlægger har opnået store succeser med elbiler og rumraketter, men også fiaskoer, som har givet ham kritik for vanvittige tidsplaner og teknologiske dumdristigheder.
Nu er det store spørgsmål: Bliver Starship fartøjet, som endelig sender mennesket til Mars og endegyldigt beviser SpaceX’ format, eller er projektet et farligt og urealistisk vildskud?
Starship slutter sig til kapløb
Den røde planet har været i astronomers og raketingeniørers kikkerter i årtier, og i disse år tager det store kapløb om at kolonisere Mars virkelig fart.
NASA er ved at færdiggøre deres største raket nogensinde ved navn Space Launch System, og imens har både Ruslands og Kinas nationale rumagenturer meldt ud, at de vil sende mennesker til Mars.
Men SpaceX er de første, som står med en færdig prototype på deres rumfartøj, der skal til Mars: Starship.
Tankstation giver Starship turbofart
SpaceX vil sammen med NASA udvikle tankskibe i kredsløb om Jorden. Starship skal tanke op og derefter suse afsted mod Mars med fyldte tanke – og dermed hurtigere end ellers muligt.
Starship opsendes fra Jorden
Løfteraketten Super Heavy opsender et Starship lastet med brændstof i kredsløb om Jorden, frakobler sig, vender tilbage til Jorden og løfter så et bemandet Starship i kredsløb.
Astronauter møder tankskib
Det bemandede Starship og dét, som er lastet med brændstof, mødes i kredsløb om Jorden. De to rumskibe kobler sig sammen med bundene mod hinanden og forbinder brændstofsystemerne.
Acceleration skubber til brændstof
Det Starship, der skal til Mars, bruger sine kontroldyser til at skubbe mod “tankskibet”. Accelerationen får brændstof til at løbe fra tankskibet over i det bemandede Starship.
Starship sætter kurs mod Mars
Med brændstoftankene lastet med 1200 tons brændstof begynder Starship sin rejse til Mars. De fyldte tanke gør, at Starship kan fragte op til 150 tons gods og astronauter.
Rumfartøjet vakte straks stor opsigt, da Elon Musk præsenterede det på en kold og blæsende efterårsdag i 2019. Starship består af skinnende blankt stål, og med fartøjets fire finner langs siden minder det om noget fra en science fiction-tegneserie fra 1950’erne. Elon Musk forsikrede dog i sin tale, at det utraditionelle design og valget af stål er nøje gennemtænkt.
Måneraketten Saturn V var fx bygget af aluminium, men SpaceX bruger en særlig stållegering, der gør, at Starship kan holde til både rummets ekstreme kulde og varmen under indflyvning i fremmede atmosfærer.
Almindeligt stål risikerer at splintre som knust is ved mødet med rummets kulde, men netop stållegeringen kaldet 301-stål, som indeholder blandt andet krom og nikkel, er mere hårdfør.
Ved såkaldte kryogene temperaturer, som er -150 grader celsius eller lavere, har 301-stål omkring den samme styrke som kompositmaterialer af kulfiber.
Desuden har 301-stål et smeltepunkt på omkring 1400 grader, så Starship kan klare den glohede indflyvning gennem Mars’ atmosfære ved hastigheder op til 25 gange lydens.
En atmosfære fungerer som en bremseklods, men friktion med luftens molekyler er kun en lille del af forklaringen på, at et rumfartøj bliver glohedt på vej ned gennem atmosfæren.
Fartøjets høje hastighed skaber en trykbølge foran sig, hvor atmosfærens gasser bliver presset voldsomt sammen. Derfor bliver gasserne ekstremt varme og forvandles derfor til glohedt plasma, hvori luftens molekyler bliver revet fra hinanden.
Stålfartøj får plads til 100
Rumskibet Starship er bygget af stål, motorerne brænder flydende metan, og med bevægelige finner lander det som en faldskærmsudspringer.
Finner styrer frit fald gennem atmosfæren
Starship lander på Mars i et frit fald ned gennem atmosfæren, på samme måde som en faldskærmsudspringer holder kroppen i vandret position. To finner øverst på fartøjet bevæger sig og manøvrerer. To faste finner nederst bremser fartøjet på vej ned.
Starship huser op til 100 passagerer
Øverst i Starship er passagerområdet, der bl.a. indeholder 40 passagerkabiner, opbevaringsrum og beskyttelsesrum i tilfælde af solstorme. Området, som samlet er 825 m3, har et atmosfærisk tryk som på Jorden, så astronauter kan ånde frit uden rumdragt.
Stålkonstruktion gør skibet let og stærkt
Rumskibet er bygget af en stållegering med et højt indhold af krom og nikkel. Legeringen kan modstå rummets kulde, men har samtidig et smeltepunkt på op til 1500 °C, så det ikke falder fra hinanden på vej ned gennem fx Mars’ atmosfære.
Raketmotor bruger metan som brændstof
De 3,1 meter høje Raptor-motorer er musklen i Starship. Motorerne bruger metan, der brænder renere og ikke soder til som tidligere generationer af raketbrændstof. Derfor kan Starships motorer klare flere ture, så fartøjet kan genbruges mange gange.
Med det hårdføre 301-stål satser SpaceX på at genbruge hvert enkelt Starship mange gange – en idé, som længe har kendetegnet firmaets raketdesign.
SpaceX har under test af genbrugelige raketter oplevet ulykker og tilbageslag, men i 2019 landede alle tre trin af raketten Falcon Heavy på Jorden efter at have opsendt en satellit i kredsløb.
Det er første gang, en løfteraket af dén størrelse formår at lande igen.
Motorer sluger metan
Det er ikke kun det særlige stål, der gør Starship genbrugeligt. Den nye type motor kaldet Raptor spiller også en stor rolle. Motorerne bruger flydende metan som brændstof, hvilket er langt billigere end for eksempel det petroleumsbaserede RP-1, der blev brugt i Saturn V.
Derudover brænder metan renere, hvilket betyder, at motorerne ikke soder lige så meget til og derfor kan bruges flere gange. Udstødningen fra den forreste del af raketmotoren kan derfor afbrændes en ekstra gang på vejen ud af rakettens bagende, så den på den måde kan accelerere mere pr. kg brændstof.
Seks Raptor-motorer på Starship kan, udenhjælp fra en løfteraket, vriste fartøjet helt fri af eksempelvis Månens eller Mars’ tyngdekraft og dermed returnere et hold på op til 100 astronauter til Jorden igen.
Raptor-motorerene er Starships hemmelige våben. Fordi de ikke soder, kan de genbruges.
Men på Jorden skal der mere til for at få rumskibet ud af vores hjemplanets tyngdebrønd – altså nå så langt op, at tyngdekraften ikke længere vil hive Starship nedad igen.
Det 50 m høje Starship bliver derfor løftet ud i rummet af den 68 meter høje løfteraket Super Heavy med 37 Raptor-motorer ombord.
SpaceX har udstyret Super Heavy med finner og kvælstofdyser, der peger sidelæns ud fra raketten, så den kan dreje rundt.
På den måde kan Super Heavy vende tilbage til Jorden, når Starship har koblet sig fra, og siden kan løfteraketten dreje, så motorerne vender lodret ned mod jordoverfladen ved landingen.
På den måde kan Super Heavy bremse kontrolleret op på vejen ned mod Jorden, hvor raketten kan genoptankes og derefter bruges igen.
Genbrugsprincippet skal gøre det muligt at sende hele 1000 Starships om året til rummet – det kan være tankskibe i kredsløb om Jorden, missioner til Månen eller hele vejen til Mars.
Tankstation i rummet fylder op
1000 opsendelser er så højt tal, at eksperter verden over har løftet pegefingre og kaldt planen urealistisk, men ifølge Elon Musk passer de mange opsendelser af Starship perfekt ind i puslespillet om at komme til Mars – og den næste afgørende brik er en tankstation i kredsløb om Jorden.
Rumagenturer over hele verden vil kolonisere Solsystemet
Rumfartsfirmaet SpaceX er langtfra de eneste, der har som ambition af plante menneskehedens flag på Mars. Rumagenturerne i USA og Kina samt det private rumfartsfirma Blue Origin arbejder også på fartøjer, der skal gøre det muligt at etablere en koloni på den røde planet. NASA’s nye kæmperaket hedder Space Launch System (SLS) og skal først bringe mennesker til Månen i 2024, siden til Mars i 2030’erne. I Kina er det statslige rumagentur ved at udvikle løfteraketten Long March 9, der bliver kraftig nok til at sende 44 tons gods og/eller mennesker til Mars. På det private marked får SpaceX konkurrence af Blue Origin, ejet af Amazon-rigmanden Jeff Bezos. Blue Origins marsraket hedder New Glenn, og den skal efter planen flyve første prøvetur i 2021.
Starships skal således tanke hinanden op undervejs på turen mod Mars. SpaceX vil først sende Starships fyldt med brændstof i kredsløb om Jorden, hvor de venter på de bemandede Starships, der følger efter.
I kredsløb skal to Starships mødes og kobles sammen, hvorefter det bemandede Starship laver en lille acceleration, der skubber det imod “tankskibet”.
Skubbet får brændstoffet til at løbe fra det ene fartøj over i det andet. Derefter er Starship klar til at sætte kursen mod det ydre rum, mens “tankskibet” kan vende tilbage til Jorden igen.
NASA ser også store muligheder i teknikken, og derfor har rumfartsagenturet i 2019 med en ordre på 20 millioner kroner bedt SpaceX om at udvikle og teste en prototype på den mekanisme, der skal koble brændstofsystemerne ombord på de to rumskibe sammen.
Den flydende metan, som bliver “tanket op”, kan endda også fremover findes på Mars. Metan er en kulbrinteforbindelse, der kan fremstilles med stoffer, som allerede findes på Mars – kuldioxid i atmosfæren og vandis lige under overfladen.
Gennem den såkaldte Sabatier-proces kan kuldioxid og vand omdannes til metan. Først udvindes brintatomer fra vandet, og brinten reagerer herefter med kuldioxid.
Kulstofatomer (C) og brintatomer (H) danner sammen metan (CH4), og sådan kan brændstoffet fremstilles på anlæg, som bliver bygget af de først ankomne astronauter på Mars.
Tankstation halverer rejsetiden til Mars
Jorden og Mars befinder sig hver 26. måned i bestemte positioner i forhold til hinanden, der gør det muligt via en såkaldt hohmannbane at sende et rumskib til Mars med mindst muligt forbrug af brændstof. Banen udnytter den fart, de to planeter allerede har pga. deres kredsløb, til at “slynge” et rumfartøj afsted. Når et fartøj følger en hohmannbane, skal det kun affyre motorerne én gang ved rejsens begyndelse og endnu én, når fartøjet skal bremse og ramme ind i Mars’ kredsløbsbane. På den måde når fartøjet frem på ca. ni måneder. Ved at fylde Starships brændstoftanke helt op i lav jordbane, som SpaceX har planer om, kan rumfartøjet “skære” ruten kortere ved først at accelerere til en højere fart og siden bremse mere. Dermed kan turen klares på bare 80 dage.
Rutefart begynder fra 2024
Med en tankstation i kredsløb om Jorden og endnu en på Mars er infrastrukturen på plads til, at SpaceX kan begynde at sende en flåde af Starships i rutefart til og fra den røde planet.
Ifølge Elon Musk skal der 1000 Starships til Mars for at opbygge en koloni, der kan understøtte rutefarten.
Det vil ifølge SpaceX-grundlæggeren tage 20 år at sende en million tons materiale til Mars, hvilket er omtrent den mængde, der skal til for at etablere en langtidsholdbar base.
Astronomer advarer Elon Musk om, at hans kolonisering af Mars kan komme til at forurene planeten og forstyrre forskernes jagt på tidligere eller nuværende liv på vores naboplanet.
Derudover får Musk kritik for ikke at tage nok højde for den kosmiske stråling, som Mars er udsat for.
3 gange om dagen skal et Starship opsendes ved hjælp af den genbrugelige løfteraket Super Heavy.
Men SpaceX fortsætter altså ufortrødent deres plan. Og med Starship-prototypens succesfulde flyvetur er vejen banet for kommende prøveflyvninger, hvor firmaet vil montere flere motorer og flyve højere op i atmosfæren.
Hvis alt forløber efter planen, vil SpaceX teste Starship på en tur i kredsløb om Jorden i 2020. I 2023 vil SpaceX så sende den japanske rigmand Yusaku Maezawa og et hold kunstnere afsted på en rundrejse omkring Månen ombord på Starship, og i 2024 skal de første astronauter så sendes afsted mod vores naboplanet.
Starship navigerer efter is under Mars’ overflade
Rumfartsfirmaet SpaceX har allerede udvalgt velegnede landingssteder til rumskibet Starship. Firmaet satser på områder, der er flade og ser ud til at rumme store mængder is lige under overfladen. Isen kan udvindes og
bruges som drikkevand, men er også et vigtigt råstof, som skal bruges i de anlæg, der skal producere brændstof til Starships hjemtur.Isen er fundet af NASA-forskere, som har analyseret data fra to sonder i kredsløb om Mars, Mars Odyssey og Mars Reconnaissance Orbiter. De er udstyret med sensorer, der måler små variationer i temperaturen på Mars’ overflade. Is absorberer mere varme end de omkringliggende materialer. Områder med meget is er derfor lidt koldere om sommeren, da de optager og holder på varmen, mens de er lidt varmere om vinteren, hvor de frigiver varmen. I det markerede område på kortet findes is, som er relativt nem at grave op – nogle steder blot 2,5 cm under overfladen.
Mars bliver Jorden 2.0
Hvis og når Starship en dag kommer til Mars og begynder at etablere en base, er det kun første trin i en langt større plan.
Elon Musks langsigtede mål er ikke “kun” at kolonisere Mars ved hjælp af en base, som beskytter mod den skadelige stråling fra rummet og den ikke-åndbare atmosfære.
Musk vil med tiden omdanne Mars til en mindre version af Jorden med flydende oceaner og en tyk, åndbar atmosfære, som både kan holde en behagelig overfladetemperatur på planeten og beskytte mod stråling.
Konceptet kaldes terraformning og blev allerede overvejet af den berømte amerikanske astronom Carl Sagan i en artikel fra 1961.
Musk foreslår at affyre en serie af fusions-atombomber med lavt radioaktivt nedfald, der i praksis skal fungere som mini-sole, og dermed smelte iskapperne på planetens poler.
Forskere fra NASA har undersøgt sagen nærmere, og de mener ikke, at det er realistisk at forvandle Mars til en mindre udgave af Jorden inden for en overskuelig fremtid. Men Musk holder fast i, at det er muligt.
Marskoloni fremstiller mad og brændstof
SpaceX vil bygge landingsområder, brændstofproduktion, veje og en tilhørende marskoloni, hvor mennesker kan leve og arbejde.
Starship lander ved svingmanøvre
Et par km over Mars’ overflade gennemfører Starship vha. sine seks drejelige raketmotorer en sving-manøvre, der bringer rumskibet fra sin vandrette position til den lodrette landingsposition.
Brændstof fremstilles af kuldioxid og vand
Metanbrændstof kan produceres med CO2 fra Mars’ atmosfære samt vand. Brintatomer fra vand og karbon fra kuldioxid danner metan og ilt under tryk og ved temperaturer omkring 3-400 °C.
Opholdsmoduler er astronauternes bolig
Modulerne er under tryk, som svarer til trykket på Jordens overflade. Filtre optager luftens CO2, som beboerne udånder. Urin kan destilleres, renses og
genbruges som drikkevand.
Planter vokser i drivhuse
Ifølge Elon Musk kan planter fx vokse hydroponisk – dvs. kun i vand tilsat mineraler. For at få nok protein til marsboerne kan laboratoriefremstillet kød og insekter også indgå i diæten.
Elon Musks karriere er kendetegnet ved optimistiske forudsigelser, som sjældent går i opfyldelse – i hvert fald ikke så hurtigt, som han siger.
Omvendt har især elbilerne fra Tesla og de genbrugelige løfteraketter vist, at Elon Musk til tider kan opfylde de skyhøje ambitioner.
Starships rutefart til Mars og skabelsen af en “backup-Jord” kan ende som endnu et bevis for Musks dumdristighed eller hans visioner – eller begge dele.