Ihmisen siirtokunta pienelle kivelle keskelle kylmää avaruutta?

Fig. 1. Artist rendering of the SpaceX Starship vehicle entering the
martian atmosphere. Credit: SpaceX. Artikkelista Heldman, Marinova et al. (viite 2)

Näinä aikoina teknisesti suuntautuneet henkilöt visioivat ihmiskunnan tulevaisuutta niin, että ihmisen pitää valloittaa uusia asuinseutuja tämän planeetan ulkopuolelta. Ihmisen pitää päästä ylös ja ulos Maa-planeetan rajoista, rakentaa itselleen uusia elinkelpoisia alueita muilta taivaankappaleilta ja kehittyä moniplanetaariseksi, avaruutta valloittavaksi ja asuttavaksi lajiksi. Motiivina näihin tavoitteisiin esitetään sitä että ihmisen tulee lajina pelastautua jonnekin muualle, koska jossakin vaiheessa tulemme tuhoutumaan tällä planeetalla jonkin katastrofin seurauksena. On mahdollista että tuhoamme itse itsemme joko ydinsodan, ekokatastrofin tai liikakansoituksen kautta, tai tuhoudumme viimeistään silloin kun Aurinko laajenee punaiseksi jättiläiseksi ja olosuhteet täällä käyvät elinkelvottomiksi. Tuo luonnollinen takaraja on vielä varsin kaukana, noin miljardin vuoden päässä, mutta joka tapauksessa joskus joutuisimme etsimään uusia asuinseutuja selviytyäksemme hengissä.

Toisaalta, ajankohtaisin motiivi uusien taivaankappaleiden valloittamiseksi on varmastikin ihmisen ikivanha halu valloittaa uusia alueita, ja valjastaa niiden luonnonvarat uuden taloudellisen kasvun resursseiksi. Tämän planeetan resurssien rajat kun ovat jo tulossa vastaan.

Kaikista houkuttelevin planeetta-vaihtoehto aurinkokunnassa, ja myös ainoa mahdollinen ihmisen asutettavasti kelpaava on lähin naapurimme Mars. Marsin etuina ihmisen tarpeita ajatellen on että planeetalla on olemassa kiinteä pinta ja kohtalainen painovoima, joka mahdollistaa hallitun (mutta kevyen; painovoima on vain 38% Maan painovoimasta) liikkumisen sen pinnalla. Planeen ilmakehässä on hiillidioksidia, ja sen pinnalla ja pinnan alla on olemassa jäähän sitoutunutta vettä.  Näitä molempia aineita tarvitaan elämän ylläpitoon. Vedestä ja ilmakehän hiilidioksidista voidaan tuottaa biomassaa ja orgaanisia yhdisteitä ruuaksi, ja myös rakettien polttoaineeksi (metaania). Näiden reaktioiden sivutuotteena syntyy myös happea, joka sekin on välttämätöntä ihmisten elämän ylläpitoon. Marsiin tulee myös sen verran auringonvaloa että päivän puolella oleva pinta on valoisa, ja auringonvalo riittäisi jopa kasvien fotosynteesin ylläpitoon. Monien mielestä tuo planeetta tarjoaa kohtalaiset edellytykset ihmisasutukselle – ja lisäksi se on ”kohtalaisen” lähellä: matka-aika nykyisellä rakettiteknologialla, sopivan laukaisuikkunan kohdalta, kestää ”vain” 8-9 kuukautta. Laukaisuikkunat ovat auki aina aina 26 kuukauden välein, silloin kun Maa ja Mars asemoituvat keskenään niin että kuljettava välimatka muodostuu mahdollisimman lyhyeksi.   

Viime vuosien aikana Marsin asuttamista on lähtenyt suunnittelemaan ja tavoittelemaan uusi avaruusteknologian kehittelijä – ja ainoa sellainen taho kenellä on resursseja tähän suunnattoman kalliiseen hankkeeseen, eli multimiljardööri Elon Musk. Hänen tavoitteenaan on pystyttää Marsin pinnalle ensimmäinen miehitetty siirtokunta, varustaa se elinkelpoiseksi, ja kasvattaa sen asukaslukua niin että tämän vuosisadan lopussa siellä asustaisi pysyvästi jo miljoona ihmistä. Siihen mennessä Marsiin kasvaisi taloudellisesti toimelias, omavarainen ja suurta kaupallista liikevaihtoa ja aktiivisuutta tuottava yhteiskunta.

Muskin omistaman SpaceX-yhtiön on tarkoitus hoitaa Mars-kuljetuksia suurilla, pitkä-ikäisillä Starship-aluksilla, ja näiden laivasto on jo rakenteilla. Näillä jätti-kokoisilla aluksilla tullaan kuljettamaan rahtia ja miehistöjä muihinkin kohteisiin, kuten Kuun pinnalle ja sen kiertoradalle rakennettaville avaruusasemille. Alusten on tarkoitus myös lentää edestakaisin Maan ja Marsin välillä, ja kullakin lennolla ne kuljettaisivat Marsiin sadan tonnin painoisia rahteja.

Tavaran kuljettaminen planeetalta toiselle ei kuitenkaan ole halpaa, sillä jokaisen rahti-kilon kuljettamiseen tarvitaan 200 kg verran rakettipolttoainetta, siis 100 tonnin kuljettamiseen tarvitaan 20 000 tonnia polttoainetta. Riittävän polttoainemäärän saamiseksi aluksiin ne laukaistaan ylös Maasta jättimäisen kantorakentin avulla, ja tankataan pitkää matkalentoa varten vasta Maan kiertoradalla. Paluulentojen polttoaine taas jouduttaan valmistamaan ja tankkaamaan Marsissa.  Polttoaineeksi tarvittavaa metaania ja happea voidaan tuottaa Marsissa (ydin)energian avulla vedestä ja hiilidioksidista yhtälön 2H2O + CO2 => CH4 + 2O2 mukaisesti. Yhtä paluulentoa varten tarvitun polttoaineen tuottamiseen tarvitaan 600 kuutiometriä vettä; tämä on kuution mallinen tilavuus jonka jokaisen sivun pituus on 9 metriä. Reaktiossa tarvitaan vettä ja hiilidioksidia molaarisessa suhteessa 2:1, mutta moolipainot huomioiden hiilidioksidia kuluu noin 1,5 x veden määrä painoyksiköissä, eli 900 tonnia. Nestemäisen hiilidioksidin tiheys Maan olosuhteissa on 1,1 kg/l, ja näissä olosuhteissa tuon hiilidioksidimäärän tilavuus olisi hiukan yli 800 kuutiometriä.

SpaceX:n Marsin asutussuunnitelmien mukaan ensimmäinen missio kohti Marsia tulisi lähtemään jo vuonna 2024. Tässä vaiheessa on tarkoitus lähettää matkaan kaksi alusta, jotka kuljettavat Marsiin täyden määrän rahtia, automaattisia laitteita ja varusteita joiden avulla laskeutumispaikkaa voidaan kartoittaa ja valmistaa seuraavia lentoja varten. Seuraava lähtö tapahtuisi laukaisuikkunassa kaksi vuotta myöhemmin, ja siinä Marsiin matkaisi kaksi rahtialusta ja kaksi miehitettyä alusta, miehistönä yhteensä  10-20 astronauttia. Laskeuduttuaan nämä asuisivat avaruusaluksissa, ja vähitellen perustaisivat suuremman asumiskelpoisen aseman seuraaville miehistöille. Lähtojä toistettaisiin aina kahden vuoden välein. Kun siirtokunta on valmis ottamaan vastaan täyttä asukasvirtaa, jokaisessa laukaisuikkunassa matkaan lähtisi 150 alusta, kussakin noin 150 matkustajaa. Matkojen aikataulutus tarkoittaisi että noin 3 kuukautta kestävän laukaisuikkunan aikana lentoja lähtisi noin kaksi joka päivä.  

Marsin väestö kasvaisi muuttoliikkeen ja myös paikallisen syntyvyyden kautta, ja tälläisen asutusohjelman kautta uuden siirtokunnan asukasmäärä lisääntyisi sadassa vuodessa aina miljoonaan asukkaaseen asti.

Tällaisen siirtokunnan perustaminen Marsin pinnalle, eli autiolle kuivalle kivelle keskelle kylmiä ja elinkelvottomia olosuhteita olisi ihmiskunnan suurin haaste. Tarvitaan todellista pioneerimieltä niiltä jotka tuollaiselle matkalle lähtisivät – ja myös niiltä jotka ottaisivat vastuulleen tällaisen suuren ihmismäärän kuljettamisen pienelle saarekkeelle keskelle tyhjää avaruutta. Olisiko tämä ihmiskunnan uusi menestystarina – vaiko katastrofi? Tarina alkaa varmaan lähivuosina avatumaan ihmeteltäväksemme.

Tiedot peräisin julkaisuista:

K. Cannon ja D. Britt, 2019, Feeding One Million People on Mars, New Space 7: 245-256.

J. Heldman, M. Marinova et al. 2021. Mission Architecture Using the SpaceX
Starship Vehicle to Enable a Sustained Human Presence on Mars. New Space,

4 Comments

  1. Päähuoleni Muskin Mars-suunnitelmassa on juuri tuo Marsin pieni painovoima. Millainen aikuinen tulee lapsesta, joka kasvaa Marsin 38-prosenttisessa painovoimassa. Arvelisin että hänestä tulee hontelo ihminen joka pystyy kyllä elämään Marsissa, mutta hänen olisi vaikea sopeutua Maan painovoimaan jos hän jostain syystä haluaisi muuttaa sinne. En haluaisi rajoittaa tulevien sukupolvien valinnan vapautta tuolla tavoin.

    Keinopainovoimallisissa pyörivissä avaruusasumuksissa ei olisi tällaisia ongelmia, eivätkä ne ole teknisesti välttämättä juurikaan vaikeampia kuin Marsin pinnalla oleva siirtokunta. Niissä tarvitaan enemmän rakenteellista materiaalia, koska keskipakoisvoiman aiheuttama rasitus pitää hoitaa. Toisaalta maanviljelys ja energiantuotanto ovat helpompia, koska aurinko paistaa koko ajan. Myös riskialtis laskeutuminen Mars-planeetalle vältetään. Yksi mahdollinen paikka asumukselle olisi Marsin kiertorata, jolloin materiaali otettaisiin Deimos-kuusta. Myöhemmin Ceres, koska Deimos-pikkukuun materia riittää vain noin sadalle miljoonalle asukkaalle.

  2. Aivan ilmeisesti tuollaisessa ”vapaassa siirtokunnassa” on etuna se että painovoima on säädettävissä — myös se että siellä ei esiinny hiekkamyrskyjä, ja ehkä myös se että käytettävissä oleva maaperä tai vesi ei ole myrkyllisten ionien saastuttamaa (erilaisia happiradikaaleja ja oksidantteja syntyy Marsin pinnalla magnesium-suolojen reaktioista UV-valossa). Haittana taas se että Deimokselta ja Cerekseltä taitaa kokonaan puuttua helppokäyttöiset hiiliyhdisteet – siis hiillidiksidi tai metaani?? Tämän seurauksena orgaanisen materiaalin tai rakettipolttoaineen tuottaminen ei onnistu..

  3. Hiilipitoisia ne kuitenkin ovat. Ehkä aine suostuu palamaan murskattuna puhtaassa hapessa, jolloin saataisiin hiilidioksidia. Myrkyllistä maaperää osataan puhdistaa monin tavoin, esim. ongelmajätelaitoksen resepti on korkea lämpötila. Jotta tämänkaltaisiin kysymyksiin saataisiin varmoja vastauksia, Deimos- ja Ceres-näytteenpalautuslennot olisivat tarpeen.

    1. Pekka, tiedän kyllä että paljon monimutkaisia toimintamalleja on kehitelty noiden kaukaisten maailmoiden asuttamiseksi. Sinulla on aika tarkkoja suunnitelmia asutusten rakentamiseksi noille pienille taivaankappaleille – niissä on vielä paljon kysymysmerkkejä esim. siksi että niiden pinnan kemiallista ympäristöä ei hyvin tunneta, ei tarkkaan tiedetä mitä siellä on saatavana, ja mitä olisivat ongelmat. Kuten sanot kommentissa, näytteenhakulennot olisivat tarpeen. Sen sijaan Marsista tiedetään jo paljonkin — niin paljon, että minun mielestäni E. Muskin suurisuuntaiset asutussuunnitelmat tulevat törmäämään niin massiivisiin ongelmiin, että ne ovat paremminkin fiktiota kuin tieteisfiktiota. Mielestäni näistä ongelmista pitää keskustella laajasti ja perustellisesti, jottei yleisölle jäisi sellaista mielikuvaa (kuten nyt tuntuu olevan) että siirtokunnan rakentaminen on kevyt operaatio joka tarjoaa helpot ja turvalliset olosuhteet uusille asuttajille. Mielestäni Marsin (eikä siis myöskään niiden pienten kuiden) luonnonvarat eivät riitä tuon skenaarion toteuttamiseen, saati sitten siihen massiiviseen rahtiliikenteeseen mitä se edellyttäisi. Laitankin aiheesta pari blogia lisää…

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *