The case for Mars – eller för andra rymdkolonier

Mänskligheten behöver en backup-planet. Räcker med en meteorit modell större, så är det godnatt med jordelivet.

https://sv.m.wikipedia.org/wiki/Chicxulubkratern

Eller ett djävla stort vulkanutbrott så är det kört då med, typ Toba eller "Siberian traps"

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Toba_catastrophe_theory

https://sv.m.wikipedia.org/wiki/Sibiriska_trapporna

I tråden om SpaceX dök frågeställningen upp om varför man ska åka till Mars i syfte att kolonisera när det är enklare och bättre att bosätta sig i rymdstationer i fria rymden.

Jag fick några argument för Mars-spåret som jag inte tyckte var särskilt övertygande så jag fick för mig att göra lite egna efterforskningar genom att läsa boken The case for Mars av Robert Zubrin. Zubrin är grundare av den halvstora Mars Society vars enda mål är att propagera för Marsresor. Om någon kan argumentera för att mänskligheten ska fokusera på åka till Mars borde det vara han. Dessutom sägs Elon Musk vara en tidig medlem av Mars Society vilket gör att Zubrins åsikter till viss del även kan tillskrivas Musk.

I praktiken visade det sig dock att boken The case for Mars handlar mycket om Zubrins eget projekt inom Nasa, Mars Direct, som går ut på att man ska åka direkt till Mars med en enda Apollo-liknande kapsel och inte hålla på och fjanta med mellanlandningar på månen och annat kostnadsdrivande. I detta är Zubrin mycket övertygande. Som mångårig Nasa-ingenjör har Zubrin också mycket erfarenhet av rymdbyråkrati och med hans uppgifter i ryggen verkar det ytterst sannolikt att det nuvarande projektet med månbaser för en framtida Marsresa kommer att rinna ut i sanden utan några nämnvärda resultat.

Den centrala frågeställningen om Mars kontra fria rymden intresserar inte Zubrin särskilt mycket, han är redan Mars-frälst och tycks utgå ifrån att hans läsare också är det. Det går ändå att sovra ut några argument ur hans bok.

Centralt för Zubrins argumentation är att mänskligheten behöver en utmaning, en ny frontier för att använda de amerikanska referensramarna. Mars uppfyller kriterierna för en stimulerande utmaning med råge. Det är en jordliknande planet med alla nödvändiga resurser för mänsklig utveckling.

På några ställen nämns friflygande rymdstationer och nackdelarna med dem i förbifarten. Huvudargumentet emot dem tycks vara att det behövs materia för att bygga alla sorters anläggningar, materia som finns på Mars men inte i fria rymden. Argumentationen är att om man ändå behöver hämta resurserna på en planetyta så kan man lika gärna också bygga på planetytan. I teorin är det ett rimligt argument, men Zubrin undviker att gå in på aspekten att det finns materia i asteroidbältet som är betydligt mer lättillgänglig än den på planetytor.

Ytterligare ett argument mot rymdstationer som bara nämns som hastigast är att det inte går att odla växter på dem eftersom det inte finns någon atmosfär som släpper igenom ljus men hindrar kosmisk strålning varför all växtlighet skulle dö så fort det kom en solstorm. Jag har inte läst detta argument någon annanstans så jag antar att det är felaktigt. Alla rymdstationsförslag som jag har sett fungerar med speglar som rimligtvis är konstruerade för att reflektera synligt ljus men släppa igenom partiklar och annan strålning. På det viset får man in ljuset i kolonin utan att den farliga strålningen kommer in samma väg.

De nackdelar med Mars-kolonier som jag och andra ser, låg gravitation, bristande solljus och farlig strålning, tar Zubrin bara delvis upp. Att låg gravitation skulle vara något problem för människors hälsa verkar han inte tycka och tar överhuvudtaget inte upp det (snarare nämns den låga gravitationen som något positivt eftersom det underlättar raketuppskjutningar och stora byggnadsverk).

Angående solljuset så säger han vid ett tillfälle att det tillgängliga solljuset är tillräckligt för växtodling med rätt växter. Han har antagligen rätt men ger inga närmare detaljer om vilka växtsorter det rör sig om eller vilka speciallösningar som behövs utöver växthus. I samband med detta kan det vara värt att nämna att Zubrin ser kärnkraft som helt essentiell för Mars-projektet, vilket kanske säger något om soltillgången. Enligt hans uppgifter (boken är från 1996, så det är möjligt att det inte är lika illa nu) så kan en 4 tons kärnkraftsreaktor ersätta 400 ton solkraftsanläggning. En inte oväsentlig detalj om man behöver ta med sig all utrustning från jorden.

Den kosmiska strålningen tycker Zubrin rent allmänt är ett överdrivet problem. Han verkar också tro att den marsianska atmosfären ger ett tillräckligt skydd mot strålning och solstormar. Det är inte riktigt vad jag har hört från andra källor men det är möjligt att han har rätt. Han säger att cancerrisken ökar med några procent så det är fullt möjligt att alla andra skräckhistorier är överdrivna och att den ökade strålningen verkligen är en mindre fråga.

Ett problem som inte figurerar i Zubrins bok är de låga temperaturerna på Mars. Som ingenjör lägger han ganska mycket tid på att förklara konstruktionen hos enkla lokalproducerade glaskupoler, 50 m i diameter, under vilka framtida kolonister ska bo (”shirtsleeve habitation” är en ofta upprepad fras). Exakt hur dessa glaskupoler ska skydda mot Mars-klimatet som även vid ekvatorn innebär nattemperaturer på 70-80 minusgrader ges ingen förklaring till. Kanske handlar det bara om att brassa på ordentligt med värmen, något som är åtminstone teoretiskt möjligt med riklig kärnkraftsenergi.

Sammantaget var jag inte så imponerad av Zubrins bok som jag hade hoppats. Någon definitiv argumentation till varför det är bättre att kolonisera Mars än fria rymden gavs aldrig. Inte heller något egentligt svar på flera av svårigheterna som Mars förutsättningar bjuder på.

Men det öppnar fältet för Flashbacks diskussioner. Kolonier på Mars kontra kolonier i rymden. Fördelar och nackdelar med respektive förslag. Låt de goda argumenten flöda.

Jag själv är en stor anhängare av rymdstationer byggda av asteroidmaterial. Som jag ser det får man på detta sätt unika möjligheter att enkelt och billigt (relativt sett) konstruera bosättningar som är specifikt utformade för att passa mänskliga levnadsbetingelser. Chansen är stor att man i en rymdkoloni faktiskt kan överträffa livskvaliteten på den gröna planeten, något man svårligen kan göra om man bosätter sig på den röda planeten som är kallare och torrare än någon människa kan trivas med.

Jag är inte med på den effekten? Vänlig upplys mig om varifrån den skulle komma.

Närmast försumbart inre lufttryck?

Det inre lufttrycket i en vanlig gummiballong är försumbart eftersom det bara är marginellt större än det omgivande lufttrycket. O'Neill-cylinder skall hålla 0.5-1.0 bar högre tryck än den omgivningen som är vakuum. Gummiballongen skulle spricka omedelbart om du fyllde den med märkbart högre tryck än omgivningen.

Vi kan dock bortse från skillnaden i tryck eftersom det inte är där problemet ligger. En myra kan bära flera gånger sin egen vikt på ryggen medan en elefant skulle dö av kvävning om den fick sin egen vikt på ryggen. Varför är det så?

Massa och tryck är skalära storheter. Ytor är tvådimensionella. Volymer är tredimensionella. Skillnaden i dimensionalitet gör att effekten av olika krafter inte skalar proportionerligt med en kropps storlek. Eftersom O'Neill-cylindern har ungefär 10000 gånger större diameter än ballongen så blir sträckkraften på höljet som håller luften kvar på insidan 10000 gånger större vid samma övertryck.

O'Neill-cylindern är tänkt att skapa en inre gravitation genom att rotera som en centrifug. Funktionen kan jämföras med den hos en tvättmaskin som slungar ut vattnet genom att låta trumman rotera med högt varvtal. Tvättmaskinens trumma är kanske 60 cm i diameter, har en längd på 50 cm och konstruerad av korrugerad rostfri plåt som är 1-2 mm i tjocklek. Trumman är fäst med kraftiga lager i en vagga där kraftiga fjädrar håller den på plats och med stötdämpare som absorberar energin som uppstår när skakningarna skall dämpas. Är trumman helt tom så är allt i balans, men stoppar du in ett ensamt klädesplagg så kommer hela trumman att gunga fram och tillbaka när maskinen centrifugerar. Hade trumman inte varit hårt fäst i vaggan skulle den vobbla runt i rummet tills något går sönder.

O'Neill-cylindern är 8 km i diameter, 32 km lång och har ett hölje av decimetertjockt glas. Gör vi en nedskalad modell av den så får vi en trumma som är 3.2 m lång, 8 dm i diameter och har ett 10 μm tjockt hölje av glas. Två cylindrar skall vara fästa i vinkel med lagrade axlar som gör att de inte kan vobbla.

Vad tror du händer om du flyttar en skottkärra sand från ett ställe till ett annat ställe i cylindern? Det första som kommer hända är att cylindern blir svagt oval istället för rund därför att massan som trycker ut glaset är något större där du stjälpte av sanden. Och eftersom glaset trycks ut mest där massan är störst så kommer även radien att vara störst just där, vilket ökar obalansen ännu mer.

En centrifug är en instabil konstruktion som håller ihop därför att den är liten, byggd i kraftigt material och sitter hårt fast i omgivningen. En O'Neill-cylinder är varken liten, byggd i kraftigt material eller hårt fäst i omgivningen. Vad skall då hindra att den börjar vobbla tills den förstör sig själv?

Enbart mars magnetfält borde väl vara skäl nog för att vilja hänga där snare än att spendera sina dagar i en fritt sittande jättefarkost?
Dessutom tillgången på stimulans via utflyktsturer på en planet? Roliga väderfenomen att rida på osv. Relativt busenkel tillgång till vatten och grundämnen av alla de slag. Listan går ju att göra lång känns det som.

Att spendera livet i en svävande bunker är inte en mysig tanke helt enkelt. Som en del av en spirande bosättning på en annan planet, javisst! Även om tristessen troligtvis kommer lura runt hörnet, iom diverse tänkbara begränsningar i det teoretiskt fria valet av sysselsättning kommer bli en plåga för många mänskliga psyken.

Iden om Mars är en romantisk pojkrumsdröm som fått för stora proportioner. Människan har alltid utvidgat sitt territorium i huvudsak drivet av ekonomiska orsaker och handel. Mars saknar det mesta som kan skapa en ekonomiska hävarm. Det finns varken gott om råvaror energi eller andra saker som kan användas i handel. Andra kommer alltid att ha ett bättre läge och om en koloni skulle överlev så kommer det enbart vara på bekostnad att andra stater institutioner eller företag pumpar in ekonomi i kolonierna efterom Marskolonierna inte har något av värde att erbjuda.

Zubrin skriver i sin bok att en av de huvudsakliga handelsprodukterna för en Mars-koloni kan vara rymdtjänster, detta eftersom Mars lägre gravitation och tunnare atmosfär gör allting rymdbaserat betydligt mer lättillgängligt än det är från jorden. Men med det resonemanget så är Mars svårt utkonkurrerat av kolonierna i fria rymden som överhuvudtaget inte har någon startsträcka för att ta sig vidare i universum.

En av de mer sympatiska sidorna med rymdkolonisation är faktiskt att när vi väl uppfinner riktigt potenta energikällor, det räcker antagligen med effektiv fusionskraft, så är det bara att ta en rymdstation av lagom storlek, kanske tiotusen invånare, sätta en motor på den och skicka i väg till någon av de närmaste stjärnorna och kanske hundra år senare kommer mänskligheten att vara en interstellär livsform.

...det verkar intuitivt att små variationer i massfördelningen i en för lång cylinder kan ge upphov till precessionssvängningar som i förlängningen gör att hela cylindern välter.

Anledningen att jag sa att lufttrycket är försumbart är att jag tänkte mig lufttrycket som en produkt av tyngdkraften. Jag vet inte hur rätt det är men vikten av luften mot cylinderskalet, 4000 meter luftpelare med en vikt av 600-2000 kg per kvadratmeter (beroende på lufttryck, i praktiken borde belastningen vara ännu mindre eftersom lufttrycket borde vara lägre närmare cylinderns centrum), är verkligen rätt försumbar jämfört med ytterskalet av metertjock stålplåt (vikt cirka 8000 kg), ytterligare 1-2 meter jord (1500-3000 kg) samt byggnader och annan lös egendom (varierande vikt men antagligen ytterligare något tusental kg per kvm).

Exakt hur det här håller ihop strukturellt är bortom min förmåga att svara på. Men jag kan nämna att Gerard O'Neill argumenterade för 0,3 atmosfärers lufttryck inte för att minska belastningarna på konstruktionen utan för att spara på kväve, vilket är sällsynt på månen där han trodde att råvarorna skulle komma ifrån.

Jag har inte satt mig in i de faktiska beräkningarna (om jag ens kan) men det verkar intuitivt att små variationer i massfördelningen i en för lång cylinder kan ge upphov till precessionssvängningar som i förlängningen gör att hela cylindern välter.

Anledningen att jag sa att lufttrycket är försumbart är att jag tänkte mig lufttrycket som en produkt av tyngdkraften.

Exakt hur det här håller ihop strukturellt är bortom min förmåga att svara på. Men jag kan nämna att Gerard O'Neill argumenterade för 0,3 atmosfärers lufttryck inte för att minska belastningarna på konstruktionen utan för att spara på kväve, vilket är sällsynt på månen där han trodde att råvarorna skulle komma ifrån.

Jag kanske missuppfattar dig men de gigantiska glaspartierna i O'Neill-cylindern är inte rent glas utan bara glasskivor i någon sorts fackverkskonstruktion av stål. Glaset behöver alltså inte bära själva strukturen, inklusive sträckkrafterna i cylinderhöljet, utan kan nöja sig med att tåla lufttrycket, vilket inte bör vara något större problem.

Rymdstationer har delvis samma problem men tyngdlösheten gör det betydligt enklare att uppföra konstruktioner som släpper in solljuset (och möjliggör någon sorts utsikt) men håller ute den kosmiska strålningen.

En av de mer sympatiska sidorna med rymdkolonisation är faktiskt att när vi väl uppfinner riktigt potenta energikällor, det räcker antagligen med effektiv fusionskraft, så är det bara att ta en rymdstation av lagom storlek, kanske tiotusen invånare, sätta en motor på den och skicka i väg till någon av de närmaste stjärnorna och kanske hundra år senare kommer mänskligheten att vara en interstellär livsform.

Vilk man ha kosmusk utsikt som spöar allt på mars är det bättre att bygga dedicerade salonger med panoramafönster som man kan njua av, gärna i tyngdlöst tillstånd. Dom som lever i dom dammiga gruvgångarna på mars kommer att avundas cylinderfolken.

..3 gånger större...

Gôtt att ha lite av ett eko, du har rätt i allt.

Förutom "salonger med panoramafönster". Nästan ingen går på bio längre; du bygger in det i en virtuell verklighet eller skapar dedikerade ytor med projektioner av utsidan. Går bra där du har saker som inte kräver ljus, t.ex hydroponiska odlingar eller skattekontorets kvarter.

Med utsidan alltid tillgänglig 'i det lokala nätverket' så att säga är det inte ens nödvändigt att skapa artificiella platser för att se det. Dessutom kan du då eliminera rotationen; du ser den utsida som gäller för den vy du valt