マーズダイレクト

マーズ・ダイレクトは、費用対効果が高く、現在の技術で実現可能であるとされる火星への有人ミッションの提案である。これはもともと、1990年にマーティン・マリエッタのエンジニアであるロバート・ズブリンとデビッド・ベイカーによる研究論文で詳細に説明され、後にズブリンの1996年の著書『火星のためのケース』でさらに詳しく述べられた。現在、これは火星の植民地化に取り組む組織である火星協会の代表として、ズブリンの講演活動や一般的な主張の柱となっている。^[1]

1989年7月20日、ジョージ・H・W・ブッシュ米大統領は、後に宇宙探査計画（SEI）として知られるようになる計画を発表した。国立航空宇宙博物館の階段で行った演説で、ブッシュ大統領は火星表面への有人ミッションに至る長期計画について説明した。^[2]

1990年12月までに、プロジェクトの費用を見積もる調査により、長期的な支出は20年から30年にわたり約4,500億ドルになると判明した。^{[3] 「90日調査」（ズブリン氏などの人々からは「90日レポート」とも呼ばれた）として知られるようになったこの調査は、SEIが}第二次世界大戦以来最大の政府支出を必要とすることから、議会の敵対的な反応を引き起こした。^[4] 1年以内に、SEIへの資金要請はすべて拒否された。

ダン・ゴールディンは1992年4月1日にNASA長官に就任し、ロボット探査のための「より速く、より良く、より安価な」戦略への移行に伴い、近い将来の地球軌道外への有人探査計画を正式に放棄した。^[5]

マーティン・マリエッタで惑星間ミッションのアーキテクチャを設計していたとき、ロバート・ズブリンは SEI プログラムの根本的な欠陥に気づきました。ズブリンは、NASAの計画が火星へのミッションの送信をサポートするために可能な限り多くの技術をフル活用することである場合、それは政治的に支持できなくなることを理解しました。彼自身の言葉で言うと、

エンジニアリングを行う正しい方法とは正反対です。^[4]

ズブリンのこの「バトルスター ギャラクティカ」ミッション戦略（批判者からは、同名のSF宇宙船に似ているとされる大型の原子力宇宙船からそう呼ばれた）に対する代替案は、より長い地表滞在、結合型ミッションの形でのより高速な飛行経路、その場での資源利用、そして軌道上または宇宙ベースの乾ドックで組み立てられるのではなく、地球表面から火星に直接打ち上げられる宇宙船だった。^[6] マリエッタの経営陣から承認を得た後、社内の12人のチームがミッションの詳細を練り始めた。彼らは主に従来のミッション アーキテクチャに焦点を当てていたが、ズブリンは同僚のデイビッド ベイカーの^[7]極めてシンプルで無駄を省いた堅牢な戦略と協力し始めた。彼らの目標である「地元の資源を利用し、身軽に旅し、土地で暮らす」は、マーズ ダイレクトの特徴となった。^[4]

アレスロケット（現在は中止されたコンステレーション計画の同様の名前のロケットとは別物）の初飛行では、6か月の巡航期間の後、無人の地球帰還機に水素、化学工場、小型原子炉を搭載して火星に向かう予定だった。火星に到着すると、一連の化学反応（電気分解を組み合わせたサバティエ反応）を使用して、地球帰還機が運んだ少量の水素（8トン）と火星の大気中の二酸化炭素を結合し、最大112トンのメタンと酸素を生成する。この比較的単純な化学工学の手順は、19世紀と20世紀に定期的に使用されており、^[8]帰還用の燃料のわずか7%を火星の表面に運ぶだけで済むようになる。

表面滞在の終了時に地球帰還機を帰還軌道に乗せるには、96 トンのメタンと酸素が必要であり、残りは火星探査車に利用可能となる。燃料生成プロセスは完了までに約 10 か月かかると予想されている。

地球帰還機が地球から最初に打ち上げられてから約 26 か月後、2 台目の宇宙船である火星居住ユニットが火星への 6 か月の低エネルギー移転軌道に乗せられ、4 人の宇宙飛行士 (誰も一人残らずにチームを 2 つに分けるために必要な最小人数) を乗せて打ち上げられる。居住ユニットは、ERV に搭載された自動化工場が、惑星での作業と地球への帰還に必要な化学物質の製造に成功したことを知らせるまでは、打ち上げられない。帰還中は、居住ユニットをブースターの使用済み上段につなぎ、共通軸を中心に回転させることによって人工重力を生成する。この回転によって、宇宙飛行士にとって快適な 1  g の作業環境が生まれ、無重力状態に長期間さらされることによる衰弱効果から宇宙飛行士が解放される。^[4]

火星に到着すると、上段は切り離され、居住ユニットは火星軌道上でエアロブレーキングを行い、その後、地球帰還機の近くに軟着陸する。正確な着陸は、最初の着陸機が開始したレーダービーコンによってサポートされる。火星に到着すると、乗組員は火星居住ユニットに搭載された小型ローバー車両の支援を受け、地球帰還機が生成したメタンで駆動され、火星表面で18か月間過ごし、さまざまな科学的調査を実施する。

帰還には、乗組員は地球帰還機を使用し、火星居住ユニットは後続の探査機の使用に備えて残す。地球への帰還の際には、地球帰還機の推進段階がカウンターウェイトとして使用され、帰還のための人工重力を生成する。

予備の ERV が常に火星表面に存在し、次の有人ミッションや緊急時に現在の乗組員が使用できるように、2 年間隔で火星にフォローアップ ミッションが派遣されます。このような緊急事態が発生した場合、乗組員は長距離車両で他の ERV まで数百キロメートルを歩くことになります。

Mars Directの提案には、打ち上げロケット「Ares」、地球帰還ロケット（ERV）、火星居住ユニット（MHU）のコンポーネントが含まれています。

この計画には、アポロ計画で使用されたサターンVと同サイズの大型ロケットブースターを使用した複数回の打ち上げが含まれており、スペースシャトルの部品から派生したものになる可能性がある。この提案されたロケットは「アレス」と呼ばれ、スペースシャトルの先進固体ロケットブースター、改良されたシャトル外部燃料タンク、およびペイロードの火星横断注入用の新しいLox/LH2第3段を使用する。アレスは121トンを300kmの円軌道に投入し、47トンを火星に向けて打ち上げる。^[9]

地球帰還機は 2 段式の機体です。上段は、火星から地球に帰還する 6 か月の旅の乗組員の居住施設です。下段には、機体のロケット エンジンと小さな化学製品製造プラントがあります。

火星居住ユニットは、火星の乗組員に包括的な生活および作業環境を提供する 2 階建てまたは 3 階建ての車両です。乗組員それぞれにプライバシーと私物を置く場所を提供する個別の寝室に加えて、火星居住ユニットには、共同生活エリア、小さな調理室、運動エリア、および閉鎖循環浄水を備えた衛生施設が含まれます。火星居住ユニットの下層デッキは、乗組員の主な作業スペースを提供します。地質学および生命科学の研究を行うための小さな実験室エリア、サンプルの保管スペース、火星の表面に到達するためのエアロック、乗組員が表面での作業に備えるためのスーツアップエリアがあります。宇宙空間および火星の表面にいる間の有害な放射線 (太陽フレアなど) からの保護は、車両のコアにある専用の「嵐シェルター」によって提供されます。

火星居住ユニットには、下部デッキエリアに保管され、火星の表面で組み立てられる小型の与圧ローバーも含まれます。メタンエンジンで駆動され、宇宙飛行士が火星の表面を探索できる範囲を 320 km まで拡張するように設計されています。

火星居住ユニットは、最初に Mars Direct の一部として提案されて以来、NASA の火星設計基準ミッションの一部として採用されてきました。このミッションでは、2 つの火星居住ユニットが使用されています。1 つは無人で火星に飛行し、火星に専用の研究施設を提供するとともに、より大きな探査車を運ぶ能力を備えています。2 つ目の火星居住ユニットは、乗組員とともに火星に飛行し、その内部は完全に居住および保管スペースとして使用されます。

火星居住ユニットの実現可能性を証明するために、火星協会は火星アナログ研究ステーションプログラム(MARS)を実施し、世界中に数多くの火星居住ユニットのプロトタイプを設置しました。

ベイカーは1990年4月にマーシャル宇宙飛行センターでマーズ・ダイレクトを売り込み、^{[10]非常に好意的な反応を得た。エンジニアたちは国中を飛び回って自分たちの計画をプレゼンし、大きな関心を集めた。ツアーの最後に}全米宇宙協会でデモンストレーションを行ったときにはスタンディングオベーションを受けた。^[4] その後すぐに、この計画はメディアの注目を集めた。

この計画に対する抵抗は、NASA内の宇宙ステーションと先進的な推進コンセプトに取り組んでいるチームから出た^[要出典]。NASAの政権はマーズ・ダイレクトを拒否した。ズブリンは戦略にこだわり続け、デイビッド・ベイカーと別れた後、1992年にマーズ・ダイレクトのメリットをNASAの新政権に納得させようとした^[4]。

マーティン・マリエッタで少額の研究資金を与えられた後、ズブリンと彼の同僚は、効率94%を達成したインサイチュー推進剤発生器の実証に成功した。^[4]実証ハードウェアの開発には化学技術者は参加しなかった。^[4]ジョンソン宇宙センターに肯定的な結果を示した後も、NASAの政権は計画についていくつかの懸念を抱いていた。^[4]

2003年11月、ズブリンは宇宙探査の将来について米国上院委員会に講演するよう招かれた。^[4] 2ヵ月後、ブッシュ政権は2020年までに人類を月に送ることを目標とした有人宇宙飛行計画であるコンステレーション計画の創設を発表した。火星ミッションの詳細は明らかにされなかったが、オリオン宇宙船を利用した火星到達計画は2030年代の実施に向けて暫定的に策定された。2009年、オバマ政権はコンステレーション計画の見直しを開始したが、予算上の懸念から2010年に計画は中止された。^[11]

長期にわたる宇宙探査ミッションに影響を与える可能性のある心理的、社会学的問題は多岐にわたります。火星への初期の有人宇宙飛行ミッションでは、克服すべき重大な心理社会的問題が発生すると予想されているほか、将来のミッションのミッション設計、ミッション計画、乗組員の選抜を改良するための膨大なデータが得られると予想されています。^[12]

Mars Direct は当初構想されて以来、ズブリン氏自身、火星協会、NASA、スタンフォード大学など による定期的な検討と開発が行われてきました。

ズブリンとウィーバーは、いくつかの批判に応えて、火星直接計画の修正版である火星半直接計画を開発した。^[13]このミッションは3機の宇宙船で構成され、「火星上昇機」(MAV) も含まれる。火星への帰還の旅の間、火星軌道上にERVが留まり、無人のMAVは着陸して火星軌道への上昇に必要な燃料を製造する。火星半直接計画のアーキテクチャは、NASAの設計基準ミッションを含む多くの研究の基礎として使用されている。

90日間の報告書と同じコスト分析を行ったところ、Mars Semi-Directのコストは10年間で550億ドルと予測され、NASAの既存の予算に収まる規模となった。

マーズ・セミダイレクトは、スペース・エクスプロレーション・イニシアチブに代わる、NASAの設計基準ミッション1.0の基礎となりました。

NASAのモデルは、設計基準ミッションと呼ばれ、2012年9月1日時点でバージョン5.0になっており、ハードウェアの大幅なアップグレード（ミッションごとに2回ではなく少なくとも3回の打ち上げ）が必要とされており、燃料を満タンにしたERVを火星に送り、火星上空の軌道上に駐機させてMAVとランデブーすることになっている。

低コストの重量物打ち上げ能力が間もなく登場する可能性があるため、ズブリン氏は宇宙輸送会社スペースXが開発したハードウェアを使用して、劇的に低コストの有人火星ミッションを実現することを提唱している。このよりシンプルな計画では、2人の乗組員がファルコン・ヘビーの1回の打ち上げで火星に送られ、ドラゴン宇宙船が彼らの惑星間クルーズ居住地として機能する。旅のための追加の居住スペースは、必要に応じて膨張式追加モジュールを使用することで可能になる。長期間の無重力に関連する問題は、ベースラインの火星直接計画と同じ方法で対処され、ドラゴン居住地とTMI（火星間投入）段階をつなぐテザーが宇宙船の回転を可能にする役割を果たす。

ドラゴンの耐熱シールド特性により、十分な出力の着陸ロケットが利用可能であれば、安全に降下できる可能性がある。NASAエイムズ研究センターの研究では、ロボットドラゴ​​ンが火星の表面に完全な推進力で着陸できることが実証されている。^[14]表面では、乗組員は居住地として膨張式モジュールを備えたドラゴン宇宙船2機、ERV2機、火星上昇車両2機、および8トンの貨物を自由に使用できる。

火星協会とスタンフォード大学の研究では、火星直接計画の当初の2機の宇宙船ミッションのプロファイルは維持されているが、乗組員の規模は6人に増加している。

オーストラリア火星協会は、マーズセミダイレクトをベースに、独自の4人乗りマーズオズ基準ミッションを開発した。この研究では、水平着陸、曲がった双円錐形のモジュールを使用し、全体を通じて太陽光発電と化学推進に依存している。 ^[15]マーズダイレクトとDRMは表面電力に原子炉を使用し、DRMの場合は推進にも原子炉を使用した。マーズオズ基準ミッションはまた、宇宙ステーションの経験に基づいて、スピン重力は不要であると想定している点でも異なっている。

火星協会は、火星アナログ研究ステーション計画を通じて、火星居住ユニットのコンセプトの実現可能性を主張してきました。これらは、直径約8メートル、高さ約8メートルの2層または3層の垂直シリンダーです。オーストラリア火星協会は、Mars Ozの設計に基づいて独自のステーションを建設する予定です。^[16] Mars Ozの設計は、直径4.7メートル、長さ18メートルの水平シリンダーで、先端が先細りになっています。2つ目の同様のモジュールは、ガレージ、電力、ロジスティクスモジュールとして機能します。

Mars Direct は、ディスカバリーチャンネルの番組「Mars: The Next Frontier」で取り上げられ、その中で NASA によるプロジェクト資金提供をめぐる問題が議論され、また「Mars Underground」でも取り上げられ、そこでは計画についてさらに詳しく議論されました。

「火星滞在」案では、最初の移民/探検家をすぐには帰還させず、あるいは決して帰還させないことが提案されている。4人または6人のチームを送るコストは、同じ4人または6人のチームを帰還させるコストの5分の1から10分の1になる可能性があると示唆されている。採用される正確なアプローチに応じて、50キロの火星の岩石を送り返すコストよりも少ないコストで、非常に完全な研究室を送り、着陸させることができる。4人を帰還させるコストで、20人以上を送ることもできる。^[17]

• Mars Direct は、グレゴリー・ベンフォードの小説『火星人レース』、ジェフリー・A・ランディスの小説『火星横断』 、ラリー・ニーヴンの小説『レインボー・マーズ』、ロバート・M・ブレビンズの小説『クリスマスの13日目』、およびズブリン自身の小説『ファースト・ランディング』で使用されているミッション モードです。
• 『マーズ・ダイレクト』は、2000 年の映画『ミッション・トゥ・マーズ』の基礎となった。
• フューチュラマのエピソード「The Luck of the Fryrish 」では、火星居住ユニットに似た宇宙船に乗って火星に初めて降り立った人間が短いクリップで紹介されています。
• ザ・ホワイト・ウィングのエピソード「チンギス・ハーンの戦争」では、NASAの職員が懐疑的なホワイトハウスのジョシュ・ライマン副首席補佐官にマーズ・ダイレクトについて説明し、そのメリットを納得させることができた。
• Mars Direct と Mars for Less の両方のコンセプトは、ブライアン・エンケの 2005 年の小説『Shadows of Medusa』で重要な役割を果たしています。

• 火星探査
• 火星への有人ミッション – 提案されたコンセプト
• インスピレーション火星 – 廃止、有人フライバイミッションを提案Pages displaying short descriptions of redirect targets
• 有人火星ミッション計画のリスト
• Mars One  – 火星の植民地化を推進していた、現在は解散した組織および企業

さらに読む

• ズブリン、ベイカー (1990)。「火星直行、1999 年までに人類が赤い惑星に到着。」国際宇宙航行連盟第 41 回会議

• 火星協会