Pomůže SpaceX s přepravou vzorků z Marsu?

První sondy na Marsu přistály v roce 1976, byly to americké sondy Viking 1 a 2. To však byl teprve začátek průzkumu Marsu, neboť NASA od té doby vyslala na sousední planetu řadu dalších sond. V současnosti brázdí povrch Marsu velké pojízdné laboratoře Curiosity a Perseverance. Nicméně ani ty nejsou tak dokonale vybavené a všestranné, aby se dokázaly vyrovnat pozemským laboratořím. Vznikl proto program Mars Sample Return, jehož cílem je dostat vzorky půdy a hornin z Marsu na Zemi, kde mohou být zkoumány důkladněji. Oproti klasické návratové sondě, která nabere vzorky a odletí, však má mise MSR podstatně složitější profil, čehož následkem jsou rostoucí náklady a posouvání termínu realizace. Zvažuje se proto jeho ukončení.

Předmět zájmu

Získané vzorky pomohou vědcům poznat geologickou historii Marsu, evoluci jeho klimatu a zjistit potenciální rizika pro pilotované výpravy. Proč je ale vlastně tak důležité zkoumat vzorky z Marsu in vitro na Zemi? Je v tom více, než jen možnost si je draze získané někde hrdě vystavit. Skutečný důvod je ten, že velké laboratoře s těžkými a přesně kalibrovanými přístroji toho zvládnou více než relativně malí pojízdní roboti. Vědci ze vzorků, jež je nejvíce zajímají, tedy těch, které mohou představovat důkaz dávného života na Marsu, nedokážou na dálku zjistit dostatek informací, aby mohli s jistotou vyloučit jejich abiotický původ. Například na konci července roku 2024 rover Perseverance objevil ve vyschlém říčním údolí skálu nazvanou Cheyava Falls (podle vodopádu v arizonském Grand Canyonu), jejíž specifické skvrny a zbarvení nápadně připomínají struktury, které bývají na Zemi spojovány se zkamenělým záznamem mikrobů žijících v podpovrchových vrstvách. Geofyzik Kenneth Farley z Kalifornského technologického institutu k tomu řekl:

Na jednu stranu máme první přesvědčivý nález organického materiálu, výrazné barevné skvrny svědčící o chemických reakcích, které by mikrobiální život mohl využívat jako zdroj energie, a jasný důkaz, že přes skálu kdysi tekla voda, nezbytná pro život. Na druhou stranu nejsme schopni přesně určit, jak skála vznikla, a do jaké míry mohly okolní skály zahřívat Cheyava Falls a přispět k těmto charakteristikám.

Další výhodou vzorků dopravených na Zemi je, že mohou být zkoumány i po mnoha letech, až budou k dispozici nové technologie a metody.

Historie

O tom, jak dostat vzorky z Marsu na Zemi, se uvažovalo už v 70. létech minulého století. Všechny studie však narážely na jeden zásadní problém – návratová sonda by byla příliš těžká, a USA neměly po skončení programu Apollo tak silnou raketu jako Saturn V. Takto výkonný nosič by byl vskutku potřeba, neboť cesta k Marsu vyžaduje ještě o špetku více energie než let k Měsíci, především však Mars má oproti Měsíci dvounásobnou gravitaci. Takže aby návratová část sondy s odebranými vzorky dosáhla únikové rychlosti a odletěla zpět k Zemi, je zapotřebí mnohem více paliva. S větším množstvím paliva hmotnost sondy ještě víc vzroste, a kde pak vzít raketu, která by tak těžkou sondu vynesla? Snad jedině v Sovětském svazu, který v té době vyvíjel superraketu Eněrgija, jenže za tehdejší politické situace taková spolupráce nepřicházela v úvahu. Proto se vymýšlel nějaký způsob, jak vzorky z Marsu získat i bez extrémně silného nosiče. Jedním z prvních konceptů byl návrh SCIM (Sample Collection for Investigation of Mars). Při této misi by sonda nepřistála, ale pouze proletěla atmosférou Marsu, a právě vzorky atmosféry včetně prachových částic by zachytila a dopravila zpátky na Zemi. Vědci však chtěli vzorky přímo z povrchu planety, a tak NASA už od 80. let 20. století rozpracovávala koncept, který návratovou misi rozděloval na tři části:

• robotické vozítko, které by sesbíralo vzorky
• MAV (Mars Ascent Vehicle) – raketa, která by odebrané vzorky vynesla na oběžnou dráhu Marsu
• návratový modul, který by na oběžné dráze Marsu čekal na pouzdro se vzorky, a poté s ním odletěl k Zemi

Díky tomuto rozdělení by došlo k výrazné úspoře celkové hmotnosti, neboť z Marsu by startovalo jenom pouzdro se vzorky, vše ostatní by buď zůstalo na rudé planetě, nebo čekalo na orbitě. Bylo odhadnuto, že celá sestava by vážila přibližně 12 tun. I to sice bylo mimo možnosti tehdejších amerických raket, nejvýkonnější z nich Titan IV Heavy by dokázal na dráhu k Marsu vynést jen několik málo tun, ale díky modulární koncepci by bylo možné poslat jednotlivé části zvlášť. Na plánu NASA nic nezměnil ani Robert Zubrin, známý propagátor letu na Mars s lidskou posádkou, který modulární koncept označil kvůli jeho složitosti za riskantní, a navrhl místo toho koncept návratové sondy, která by si palivo na cestu zpět vyrobila přímo na Marsu.

Pořád se ale jenom plánovalo. Program Mars Sample Return vychází až z dohody mezi NASA a ESA o spolupráci při průzkumu Marsu, která byla podepsána v říjnu 2009. NASA sice od dohody později odstoupila, ale v dubnu 2018 byla spolupráce opět navázána. Trvalo tedy desítky let, než se NASA posunula od konceptů k reálnému projektu.

Zápletka

Program MSR (Mars Sample Return) původně vypadal v kostce takto: Americký rover Perseverance nasbírá vzorky marsovské půdy a hornin, tyto vzorky cestou odloží pro evropský rover, který je nashromáždí a přiveze k MAV. Raketa vynese vzorky na oběžnou dráhu, kde je převezme návratová sonda a odletí s nimi k Zemi. Zpočátku se zdálo, že je vše na dobré cestě; v únoru roku 2021 na Marsu přistál rover Perseverance, jehož hlavním úkolem je připravit vzorky. Zatím si vede výtečně – jezdí, vrtá a odebrané vzorky ukládá do trubiček o velikosti propisky. Další etapy programu, tedy vyzvednutí vzorků a jejich dopravení na Zemi, se však zadrhly. Z programu nejprve vypadl evropský rover, takže nyní dovoz vzorků k MAV závisí jen na Perseverance. Jenže ani MAV není a možná už ani nebude připraven. Při současném tempu prací by se návratová mise neuskutečnila dříve než v roce 2040, a v té době by už Perseverance nemusel fungovat. Nyní již bývalý ředitel NASA Bill Nelson k tomu uvedl:

Mise bude jednou z nejsložitějších, jaké NASA kdy podnikla. Sečteno, podtrženo: rozpočet 11 miliard dolarů je příliš drahý a datum návratu příliš vzdálené.

NASA proto hledá možnosti, jak program MSR revidovat, aby proběhl rychleji a byl nákladově efektivnější. Už před čtyřmi lety jsem v článku Per aspera ad Martem upozorňoval, že se jedná o technicky velmi složitou a drahou misi, z čehož jsem dále vyvodil, že by ji mohlo nakonec převzít SpaceX. A loni se skutečně Muskově firmě naskytla šance se na programu MSR podílet. NASA totiž vyzvala soukromé subjekty, aby zkusili navrhnout nějaké inovativní řešení. Přihlásilo se celkem 48 různých společností, z nichž NASA vybrala osm včetně SpaceX, které pověřila vypracováním studií. Očekávalo se rychlé posouzení návrhů a oznámení nové architektury návratové mise, místo toho přišla studená sprcha. Bílý dům navrhl drastické snížení rozpočtu NASA a zrušení některých projektů včetně MSR. Návrh sice musí ještě schválit Kongres, ale tam má vládní strana zatím většinu. Vědecká komunita návrh rozpočtu NASA samozřejmě kritizuje. „Pro vědu NASA je to událost na úrovni vyhynutí,“ řekl deníku The Washington Post Casey Dreier z organizace The Planetary Society, která se zasazuje o průzkum vesmíru. „Zbytečně to ukončuje funkční a produktivní vědecké mise a ruší nové mise, které se právě připravují, a tím plýtvá miliardami dolarů daňových poplatníků. To není ani efektivní, ani chytré rozpočtování.“

Jak dál?

Jaký bude nakonec osud nasbíraných vzorků, je nyní těžké predikovat. Pro odhad dalšího vývoje je potřeba se na americkou kosmonautiku podívat trochu z nadhledu. Oproti minulosti je americký vesmírný program velmi turbulentní a nepředvídatelný. V minulém století také existovaly velmi nákladné projekty, např. Apollo, raketoplán, Hubbleův kosmický teleskop nebo ISS, ale zpravidla se dotáhly do konce. V poslední době však je obvyklé, že se něco vyhlásí, pak se to po mnoha letech zruší, někdy zase obnoví… Omnia mutantur. Na žádné plány a harmonogramy se nelze spoléhat a nic není definitivní. Takže i kdyby letos Kongres škrty v rozpočtu NASA neschválil, za rok či dva může být zase všechno jinak. O tom, které projekty se dočkají realizace, rozhodují v principu tři hlavní kritéria:

• to, v jaké fázi rozpracovanosti se projekt nachází
• očekávané náklady na realizaci projektu
• potenciál projektu (co přinese)

Z hlediska těchto kritérií si MSR nestojí vůbec špatně. Hodně se již do něj nainvestovalo a potenciál vzorků má být mimořádný. Zbývá tedy jen vyřešit další financování, což ale za současného stavu nevypadá příliš nadějně. Federální rozpočet je v hlubokém deficitu a zároveň se prudce zhoršuje bezpečnostní situace ve světě. Znamená to, že prioritu budou mít obranné výdaje a v jiných oblastech včetně vědy a výzkumu se bude americká vláda snažit šetřit. Odepisovat MSR je zatím předčasné, protože zájem získat vzorky z Marsu přetrvá, ale zachování dosavadní úrovně financování je s přihlédnutím k neúprosné rozpočtové realitě spíše nepravděpodobné. Ještě mnohem nepravděpodobnější je, že by celou návratovou misi vykonala z vlastních zdrojů a vlastními prostředky ESA. ESA je sice v některých oblastech kosmického výzkumu velmi dobrá, dokáže například konstruovat vynikající vesmírné observatoře, nedaří se jí ale zvládat náročné komplexní mise, což dokládá i program ExoMars, se kterým má velké problémy. Za těchto okolností nezbývá než doufat, že se NASA podaří najít komerčního partnera, který nabídne levné a pokud možno rychlé řešení. Může oním spásným komerčním partnerem být SpaceX?

Optimistický scénář

SpaceX vyvíjí kosmickou loď Starship, s níž by bylo potenciálně možné vykonat kompletně celou návratovou misi s nízkými náklady a která má takovou kapacitu, že by mohla vyzvednout nejen vzorky, ale rovnou celý rover Perseverance. Jenže pro uskutečnění takové mise je zapotřebí ještě vyvinout technologie pro doplňování pohonných látek na oběžné dráze, pro přistání na Marsu a pro výrobu paliva přímo na Marsu k cestě zpět na Zemi.

Tankování Starship na oběžné dráze se začne zkoušet příští rok. Elon Musk prohlásil, že pokud testy proběhnou úspěšně, vyšle SpaceX první Starship na Mars ještě tentýž rok. Na první pohled takový záměr nedává smysl. Přednost by nyní měl mít Měsíc, kam se NASA v rámci programu Artemis chystá vyslat americké astronauty s použitím lunárního landeru HLS, který dodá právě SpaceX. Musk to však může vidět jinak. Takzvané startovní okno pro let na Mars se otevírá jen jednou za 26 měsíců, to nejbližší na konci roku 2026. A jelikož si Musk předsevzal dostat lidi na Mars, tak si dovolím spekulaci, že SpaceX nebude marnit těmito vzácnými startovacími okny a bude Starship pro Mars vyvíjet a testovat souběžně s HLS. A při jednom z těchto testovacích letů by mohlo dojít i na vyzvednutí vzorků.

S motorickým přistáváním má SpaceX zkušenosti jako nikdo jiný, přistání na Marsu však bude probíhat v prostředí menší gravitace a slabého odporu atmosféry a na nerovném nezpevněném povrchu. NASA snad poskytne technologickou podporu, ale i tak to pro SpaceX nebude nic jednoduchého.

Výroba pohonných látek na Marsu je teoreticky vyřešena. Voda z podpovrchových zdrojů se elektrolýzou rozštěpí na vodík a kyslík. Vodík a oxid uhličitý (z atmosféry) pak dají vzniknout při Sabatierově reakci metanu. Takto vyrobené pohonné látky kyslík a metan budou pro snazší skladování zkapalněny. Energii pro výrobní proces a chlazení poskytnou solární panely. Otázkou je, jak dlouho vývoj výrobní technologie potrvá, a jestli s ním SpaceX vůbec začalo.

Pesimistický scénář

Černý scénář předpokládá, že SpaceX bude plně vytíženo vývojem HLS pro program Artemis a bez SpaceX a s omezeným rozpočtem nebude NASA schopna v programu MSR pokračovat. To by Číně otevřelo příležitost převzít vedení v průzkumu rudé planety. Čínský vesmírný program je velmi ambiciózní a jeho součástí je také návratová mise na Mars Tianwen 3. Ta je plánovaná na rok 2028 a jejím cílem je shromáždit vzorky z povrchu Marsu a dopravit je zpět na Zemi kolem roku 2031.

Ať už bude první vzorek z Marsu na Zemi pocházet z čínské, či americké mise, jde o více než jen o prestižní prvenství. Každá nová mise přináší pokrok ve vědeckém poznání, který může posunout hranice našeho chápání vesmíru a samotného života.

Přispějte prosím na provoz webu ElonX, aby mohl nadále zůstat bez reklam. Podpořte nás pomocí služby Patreon či jinak a zařaďte se tak po bok ostatních dobrodinců, kteří už finančně přispěli. Děkujeme!