بعثة مأهولة إلى المريخ

ظل حلم إرسال بعثة مأهولة إلى المريخ موضوعا لقصص الخيال العلمي، والأفكار الهندسية، والمقترحات العلمية خلال القرن العشرين وحتى القرن الحادي والعشرين. ولا تشمل خطط المقترحات الهبوط على سطح المريخ وحسب ولكن الإستقرار على السطح واستصلاح المريخ في النهاية، ويعد استغلال أقماره فوبوس و ديموس هدفاً أيضا.
وقد جرى العمل الأولي للبعثات منذ مطلع الخمسينات، مع البعثات المقررة عادة  التي  ستستغرق من 10 إلى 30 سنة في المستقبل. تظهر قائمة خطط مهمات المريخ المأهولة في القرن 20 مختلف المقترحات المهمة التي تم طرحها من قبل منظمات ووكالات فضاء متعددة في مجال استكشاف الفضاء.

السفر إلى المريخ

الطاقة اللازمة للنقل بين المدارات الكوكبية ، أو "∆V" ، هي الأدنى على فترات تحددها الفترة السينودسية. بالنسبة لرحلات الأرض / المريخ ، يكون ذلك كل 26 شهرًا (سنتان وشهرين) ، لذلك يتم التخطيط عادةً للبعثات بالتزامن مع إحدى نوافذ الإطلاق هذه. نظرًا لاختلاف حركة مدار كوكب المريخ ، تختلف الطاقة اللازمة في النوافذ منخفضة الطاقة على مدار 15 عامًا تقريبًا ، مع وجود أسهل النوافذ التي تحتاج إلى نصف طاقة القمم فقط. في القرن العشرين ، كان هناك حد أدنى في نوافذ الإطلاق لعامي 1969 و 1971 وقاع آخر في عامي 1986 و 1988 ، ثم تكررت الدورة.نافذة إطلاق الطاقة المنخفضة التالية تحدث في عام 2033.
تم اقتراح عدة أنواع من الخطط المهمة ، مثل فئة المعارضة وطبقة الاقتران ، أو طائر [Crocco flyby].أقل نقل للطاقة إلى المريخ هو مدار نقل هوهمان. الرحلة إلى المريخ باستخدام نقل هوهمان تستغرق حوالي 9 أشهر من وقت السفر من الأرض إلى المريخ ، حوالي خمسمائة يوم في المريخ لانتظار نافذة النقل إلى الأرض ، ونقل هوهمان حوالي 9 أشهر للعودة إلى الأرض.
تتضمن خطط بعثة المريخ الأقصر أوقات الرحلات ذهابًا وإيابًا من 400 إلى 450 يومًا ، ولكنها تتطلب طاقة أعلى. يمكن أن تكون مهمة المريخ السريعة التي تستغرق 245 يومًا ذهابًا وإيابًا ممكنة مع التدريج في المدار. في عام 2014 تم اقتراح الاستيلاء على الصواريخ البالستية ، مما قد يقلل من تكلفة الوقود ويوفر نوافذ إطلاق أكثر مرونة مقارنة بهوهمان.
في جولة كروكو الكبرى ، ستحصل مركبة فضائية مؤلفة من طاقم على كوكب المريخ والزهرة لمدة تقل عن عام في الفضاء. يمكن أيضًا توسيع بعض معماريات مهمة التحليق لتشمل نمطًا من هبوط المريخ مع مركبة فضائية هبوطية في رحلة جوية.  اقترحه ر. تيتوس في عام 1966 ، وهو ينطوي على تمديد مهمة الطيران مع هبوط قصير. بشكل أساسي ، سوف تنفصل مركبة قصيرة عن الهبوط من رحلة "الأرض" بين الأرض والمريخ قبل تحليقها للمريخ. ستصل المركبة الهبوطية من طراز أسينت وهبوطها في وقت أقرب وتذهب إلى المدار حول المريخ أو الأرض ، واعتمادًا على عرض التصميم ربما قبل 10 إلى 30 يومًا من الحاجة إلى إعادة تشغيلها مرة أخرى إلى سيارة النقل الرئيسية. (انظر أيضا المريخ flyby).
قُدرت عمليات استكشاف الأرض في المريخ في الثمانينات من القرن الماضي لخفض كتلة مهمة المريخ التي تم رفعها من الأرض بمقدار النصف. ونتيجة لذلك ، صممت بعثات المريخ مركبات فضائية بين الكواكب ومركبات هبوط قادرة على الكبح الهوائي.

الإنطلاق إلى المريخ

كما هو الحال مع غيرها من حالات السفر بين الكواكب، والطاقة اللازمة للتنقل بين مدارات الكواكب تضرب نقطة منخفضة في فترات زمنية محددة من قبل لفترة  الدور مداري. لرحلات الأرض / المريخ، وهذا يحدث كل 26 شهرا الأرض (2 سنة و 2 أشهر). لذلك عادة ما يتم التخطيط للبعثات لتتزامن مع واحدة من نوافذ الإطلاق هذه. بالإضافة إلى ذلك، الطاقة اللازمة في النوافذ تكون منخفضة الطاقة وتختلف عن ما يقرب من 15 دورة في العام. أسهل النوافذ تحتاج نصف الطاقة فقط من قمم. في القرن 20، كان هناك حد أدنى في عام 1969 و 1971 نوافذ إطلاق وانخفاض آخر في عام 1986 و 1988، ثم تتكرر الدورة.
وقد اقترحت عدة أنواع من الخطط المهمة، مثل الطبقة والطبقة المعارضة بالتزامن, or the Crocco flyby. ومع ذلك، فإن خطط مهمات المريخ النموذجية تكون مواعيد الرحلات ذهابا وإيابا بين 400 إلى 450 يوما . يمكن أن تكون بعثة المريخ تستغرق من 245 يوما ذهابا وإيابا  مع التدريج في المدار. باستخدام مدار هوهمان الإنتقالي وهو خطة مشتركة.

اقتراح فيرنر فون براون (1947 وصولا إلى الخمسينات)

فيرنر فون براون كان أول شخص يجري دراسة فنية تفصيلية لبعثة المريخ.  ونشرت التفاصيل في كتابه مشروع المريخ (1952)؛ نشرت  باللغة الإنجليزية بإسم مشروع المريخ  (1962) والعديد من الأعمال اللاحقة, وظهرت في مجلة كولير في سلسلة من المقالات بدأت في مارس 1952. وكانت شعبية وهي خليط من مفهوم بعثة فون براون باللغة الإنجليزية من قبل لي ويلي في كتابه غزو الفضاء (1949)، ويضم الرسوم التوضيحية عن طريق تشيسلي بونيستيل. تصور مشروع فون براون إلى المريخ لما يقرب من ألف مركبة من ثلاث مراحل إطلاق من الأرض لنقل قطع الغيار اللازمة لبعثة المريخ التي يتم بناؤها في محطة الفضاء في مدار حول الأرض. ظهرت البعثة نفسها في شكل أسطول من المركبات الفضائية عشرة مجتمعة مع طاقم يضم  70 من الرواد موجهة إلى المريخ، وبذلك نكون بمثابة رحلة لثلاث سفن سطحية مجنحة التي من شأنها أن تهبط أفقيا على سطح المريخ. (اعتبر الهبوط بمركبات ذات أجنحة ممكنا لأنه في ذلك الوقت كان تم اقتراحه، وكان يعتقد أن الغلاف الجوي للمريخ أكثر كثافة مما كان معلوما في وقت لاحق, ثم تم التأكد منه.)
في الرؤية المنقحة عام 1956 لخطة مشروع المريخ، نشرت في كتاب استكشاف المريخ من قبل فيرنر فون براون وويلي لي، تم خفض حجم البعثة، بحيث لا تتطلب سوى 400 عملية إطلاق لوضع سفينتين معا، لايزال الأمر يستلزم إعتماد مركبة الهبوط ذات الأجنحة. الإصدارات الأحدث من المهمة المقترحة، ظهرت في سلسلة من أفلام  ديزني "رجل في الفضاء"  أظهرت مركبات كروز تنطلق بين الكواكب مدفوعة بمحركات أيونية تعمل بالطاقة النووية.

مقترحات الولايات المتحدة (الخمسينات و الستينات)

في عام 1962، أيرو نيوترونك فورد, جنرال ديناميكس والصواريخ والفضاء شركة لوكهيد بحوث ودراسات من التصاميم بعثة المريخ كجزء من وكالة ناسا مركز مارشال لرحلات الفضاء "مشروع إمباير". وأشارت هذه الدراسات أن بعثة المريخ (ربما بما في ذلك الرحلة إلى فينوس ) يمكن أن يتم مع إطلاق ثمانية صواريخ ساتيرن الخامس المعززة والتجمع في مدار منخفض حول الأرض، أو ربما مع اطلاق واحدة من مركبة افتراضية ثقيلة "آخر زحل ". على الرغم من أن البعثات إمباير كانت دراسات فقط، ولم تتحول أبدا إلى مشاريع ممولة, وكان هذا أول تحليل مفصل لما يمكن الذي سيستغرقه إنجاز رحلة بشرية إلى المريخ باستخدام بيانات من رحلات الفضاء ناسا الفعلية، وضعت الكثير من أسس للدراسات المستقبلية ، بما في ذلك دراسات مهمة كبيرة من خلال شركة تي آر دبليو، أمريكا الشمالية، فيلكو، لوكهيد، دوغلاس، وجنرال ديناميكس، جنبا إلى جنب مع العديد من الدراسات لناسا .
بعد نجاح برنامج أبولو، دعا فون براون إلى إرسال بعثة مأهولة إلى المريخ باعتباره تركيزا لبرنامج ناسا الفضائي المأهول. تستخدم اقتراح فون براون زحل V معززات لإطلاق المراحل العليا التي تعمل بالطاقة النووية (نيرفا) التي من شأنها أن تطلق اثنين من المركبات الفضائية ذات طاقم من  ستة أفراد في مهمة مزدوجة في الثمانينات في وقت مبكر. أخذ هذا الإقتراح بعين الإعتبار من قبل ريتشارد نكسون (الرئيس فيما بعد) لكنه أستبعد فيما بعد لصالح إعتماد برنامج مكوك الفضاء.

الحال بالنسبة لكوكب المريخ (1981-1996)

بعد برنامج فايكينغ درست البعثات إلى المريخ ، بين عامي 1981 و 1996 وعقدت سلسلة من المؤتمرات سميت قضية المريخ في جامعة كولورادو في بولدر. دعت هذه المؤتمرات إلى الإستكشاف البشري للمريخ، وقدمت المفاهيم والتكنولوجيات، وعقد سلسلة من ورش العمل لتطوير مفهوم الخط الأساسي للبعثة. كان مفهوم خط الأساس ملحوظ في أنه اقترح استخدامفي الموقع استخدام الموارد لتصنيع الصواريخ تعمل بالوقود لرحلة العودة باستخدام موارد كوكب المريخ. وقد نشرت هذه الدراسة المهمة في سلسلة من المجلدات الإجراءات نشرت من قبل الجمعية الأمريكية للملاحة الفضائية. قدمت المؤتمرات في وقت لاحق في سلسلة عدد من المفاهيم البديلة، بما في ذلك "المريخ المباشر" مفهوم روبرت زوبرن وديفيد بيكر، و "خطوات إلى المريخ" اقتراح جيفري أ. لانديس, التي اقترحت خطوات وسيطة قبل الهبوط على سطح المريخ، بما في ذلك بعثات بشرية إلى فوبوس، و "استكشاف رائع"وهو اقتراح من مختبر لورانس ليفرمور الوطني، وغيرها.

جامعة الفضاء الدولية (1991)

في عام 1991 في تولوز، فرنسا، درست في جامعة الفضاء الدولية بعثة دولية بشرية إلى المريخ . اقترحوا طاقم من 8 السفر إلى المريخ في سفينة تعمل بالطاقة النووية مع الجاذبية الإصطناعية التي توفرها بالتناوب. على السطح، تحت ضغط 40 طن على البيئة ,حيث تصل إلى 10 أرطال وتعمل بالطاقة الضوئية من قبل مجموعة 40 كيلو واط.

محطة المريخ المدارية للتجارب (2000/2005)

محطة المريخ المدارية للتجارب (Mars Piloted Orbital Station) والمعروفة أختصاراً بـ (MARPOST)، هي مقترح روسي لمهمة مدارية مأهولة إلى المريخ، وذلك باستخدام مفاعل نووي لتشغيل محركات الصواريخ الكهربائية. هذا الإقتراح قُدّم في أكتوبر 2000 من قبل يوري كاراش من الأكاديمية الروسية للملاحة الفضائية ليكون بمثابة خطوة تالية لروسيا في الفضاء جنبا إلى جنب مع المشاركة الروسية في محطة الفضاء الدولية وقد تم تأكيد البدء في نموذج مصغر للمشروع بحجم 1/30 إعتبارا من عام 2005. وخطط لتكون تصاميم السفينة المقترحة جاهزة في عام 2012، والسفينة نفسها في 2021.

خطة وكالة الفضاء الأوروبية / روسيا(2002)

هناك اقتراح آخر لبعثة مكونة من وكالة الفضاء الأوروبية بالإشتراك مع روسيا، تستند على إرسال مركبتان فضائيتان إلى المريخ، تحمل واحدة الطاقم المكون من ستة أشخاص والآخرى تحمل لوازم البعثة. وسوف تستغرق المهمة حوالي 440 يوما لإكمالها, وسيقوم ثلاثة من رواد الفضاء بزيارة سطح الكوكب لمدة شهرين. وسيكلف المشروع بأكمله 20 مليار دولار أمريكي، وسوف تساهم روسيا بمقدار 30٪ من هذه التكلفة.

جمعية المريخ ألمانيا - بعثة المريخ الأوروبية (EMM) (2005)

اقترحت جمعية المريخ ألمانيا بعثة المريخ المأهولة باستخدام عدة إطلاقات لنسخة محسنة ثقيلة من آريان 5. ستكون هناك حاجة إلى ما يقرب من 5 رحلات لإرسال طاقم من 5 رواد  على بعثة تستغرق  1200 يوم، مع حمولة 120،000 كجم (£ 260،000).

تصميم ناسا للمهمة -الأصدار 5.0 (2007)

أفرجت وكالة ناسا عن التفاصيل الأولية لأحدث نسخة للمفاهيم التخيلية لمهمة استكشاف الإنسان للمريخ. (عرض تقديمي موجود على هذا الرابط) وقدمت الدراسة تطوير للمفاهيم المتقدمة السابقة في ناسا (DRM) وتحديثها لتستوعب التغيرات الحديثة التي طرأت على من تكنولوجيا الإطلاق الحالية.

تصميم بعثة مارس درايف (2008)

ظلت منظمة مارس درايف  تعمل في سلسلة تصاميم بعثة بشرية جديدة  بدءاً من المريخ بكلفة أقل وقد تم تجاهل  العديد من تصميم البرنامج الحالي من المريخ بعناصر أقل تحت إدارة المهندس رون كوردس  كما جرى استعراض مارس درايف DRM 2.5 في يونيو 2008. وتركز بعض فلسفة تصميمها على استخدام أنظمة مركبة الإطلاق الحالية على المدى الحالي أو القريب، المستوطنات البشرية الدائمة، سطح المفاهيمي أنظمة إى دى إل وتعزيز IS. تصميمها الحالي في عام 2012 بعنوان "جاهز للمريخ" ويركز على استخدام مركبات هبوط فايكنغ صغيرة لحل مشاكل الدخول وتحدي الهبوط. الأساليب المقترحة لتمويل البعثة هي أيضا بديلا للخطط التي تمولها الحكومة الحالية مع نهج كونسورتيوم خاصة يجري التحقيق فيها.

ناسا التصميم المرجعي لبعثة العمارة 5.0 (2009)

أصدرت وكالة ناسا نسخة محدثة من DRM 5.0 لوكالة ناسا في أوائل عام 2009، ويضم استخدام قاذفة آريس V ، أوريون CEV، وتحديث المهمة التخطيط. في  هذه الوثيقة.

بعثات متقشفة بشرية إلى المريخ ناسا (2009)

إستكمال خارجى من DRAMA 5.0، خطط لبعثة المريخ المأهولة مع الدفع الكيميائي. Austere Human Missions to Mars

الولايات المتحدة الأمريكية - مدار المريخ بحلول منتصف العقد الثالث - (2010)

في خطبة السياسة الفضائية الكبرى في مركز كنيدي للفضاء في 15 أبريل 2010، الرئيس الأمريكي باراك أوباما توقع بعثة المريخ المأهولة تصل إلى مدار الكوكب قبل منتصف 2030، تليها الهبوط على سطح الكوكب:
"أعتقد أننا سنتمكن من إرسال بشر إلى مدار حول المريخ وإعادتهم سالمين إلى الأرض. وسيتبع ذلك الهبوط على سطح المريخ. وأعتقد أنني سأكون على قيد الحياة في وقت حدوث ذلك."
وقد أقر الكونجرس الأمريكي توجه ناسا الجديد الذي يشمل إلغاء خطط بوش للعودة إلى القمر بحلول عام 2020 وتعرض بدلا من ذلك استكشاف الكويكبات في عام 2015 والذهاب في مدار حول المريخ في عام 2030 أو الأعوام التي تليه.

عروض البعثة الروسية (2011)

قدم علماء روس عدد من التصورات والمقترحات حول إرسال بعثات مريخية. وكان من المقرر إرسال البعثات بين عامي 2016 و2020 وأن تكون المركبة الفضائية مأهولة بطاقم مكون من أربعة إلى خمسة رواد فضاء يمضون ما يقرب من عامين في الفضاء.
 
في أواخر عام 2011، أتمت كل من الوكالة الفضائية الروسية ونظيرتها الأوروبية التجربة الأرضية مريخ-500. وقد اكتملت التجربة الطبية الحيوية التي تحاكي إرسال بعثة مأهولة إلى المريخ في روسيا في يوليو 2000.

Conceptual Space Vehicle Architecture for Human Exploration of Mars (2012)

In 2012, Conceptual Space Vehicle Architecture for Human Exploration of Mars, with Artificial Gravity and Mini-Magnetosphere Crew Radiation Shield was released, outlaying a possible design for a human Mars mission. Components of the architecture include various spacecraft for the Earth-to-Mars journey, landing, and surface stay as well as return. Some features include a several unmanned cargo landers assembled into a base on the surface of Mars. The crew would land at this base in the "Mars Personnel Lander", which could also take them back into Mars orbit. The design for the manned interplanetary spacecraft included artificial-gravity and an artificial magnetic field. Overall, the architecture was modular and to allow for incremental R&D.