En 50 meter hög, glänsande rymdfarkost landar på Mars. Det virvlar upp rött damm när rymdfarkostens motorer avfyras för att bromsa och landa säkert.
Några hundra meter därifrån bryter den lilla Marskolonins bränslefabriker, laboratorier, växthus och bostadsmoduler – som astronauter har ägnat år åt att bygga – av mot det karga, enformiga landskapet.
Ur rymdfarkosten klättrar hundra passagerare, en ny grupp kolonister som ska bo och arbeta på den röda planeten för att därefter återvända hem med samma farkost.
Rymdfarkosten heter Starship, och redan år 2024 ska astronauter resa med den till Mars och påbörja arbetet med att upprätta en bas på planeten.
Det är den ambition som Elon Musk, grundaren av det amerikanska rymdtransportföretaget SpaceX, presenterade när han visade en prototyp av Starship i september 2019.
37 raketmotorer har SpaceX nya rymdfarkost Starship. Motorerna förbränner metan med hjälp av flytande syre.
Det låter kanske mer än lovligt ambitiöst att börja bygga en Marsbas redan om fyra år, men Elon Musk är känd för sina självsäkra tillkännagivanden.
Den berömde grundaren av Tesla har haft stora framgångar med el-bilar och rymdraketer, men också fiaskon som har öppnat för kritik av orealistiska tidsplaner och tekniska dumdristigheter.
Nu är den stora frågan: Blir Starship farkosten som slutligen tar människan till Mars och bevisar SpaceX-formatet, eller är projektet en farlig villfarelse?
Starship deltar i kapplöpningen
Astronomerna och raketingenjörerna har haft siktet inställt på den röda planeten i flera årtionden, och nu tar den stora kapplöpningen om kolonisationen av Mars verkligen fart.
Nasa börjar bli klara med Space Launch System, rymdorganisationens största raket någonsin, och både Rysslands och Kinas nationella rymdorgan har meddelat att de har för avsikt att skicka människor till Mars.
SpaceX är dock först med en färdig prototyp för sin Marsfarkost Starship.
Tankstation ger Starship turbofart
SpaceX vill i samarbete med Nasa utveckla tankfarkoster i omloppsbana runt jorden. Starship ska tankas i rymden för att sedan fara iväg mot Mars med full tank, vilket förkortar restiden.
Starship sänds upp från jorden
Lyftraketen Super Heavy sänder upp en Starshipfarkost lastad med bränsle i omloppsbana runt jorden, kopplar loss sig, återvänder till jorden och sänder sedan upp en bemannad Starshipfarkost i omloppsbana.
Astronauter möter tankfarkost
Den bemannade farkosten och den som innehåller bränsle möts i omloppsbana runt jorden. De båda rymdfarkosterna kopplar ihop sig med stjärten mot varandra och förbinder bränslesystemen.
Acceleration överför bränslet
Starshipfarkosten som ska till Mars använder sina styrdysor för att ta kontakt med ”tankfarkosten”. Accelerationen för över bränslet från tankfarkosten till den bemannade farkosten.
Starship sätter kurs mot Mars
Med tankarna lastade med 1 200 ton bränsle inleder Starship sin resa mot Mars. De fulla tankarna gör att Starship kan frakta både astronauter och upp till 150 ton gods.
Farkosten väckte stor uppmärksamhet när Elon Musk presenterade den en kall och blåsig höstdag år 2019. Starship består av glänsande stål, och de fyra fenorna längs sidan får rymdfarkosten att se ut som något ur en tecknad science fiction-serie från 1950-talet.
Elon Musk försäkrade dock i sitt tal att både den otraditionella utformningen och materialvalet är noga genomtänkt.
Månraketen Saturn V byggdes av aluminium, medan SpaceX använder en särskild stållegering som gör att Starship tål både rymdens extrema kyla och värmen under inflygningar i främmande atmosfärer.
Vanligt stål riskerar att spricka som krossad is i den kalla rymden, men den här stållegeringen – 301-stål, som innehåller bland annat krom och nickel – är betydligt tåligare.
Vid så kallade kryogena temperaturer, minus 150 grader eller lägre, är 301-stål ungefär lika starkt som kompositmaterial av kolfiber.
Dessutom har 301-stål en smältpunkt på cirka 1 400 grader, vilket innebär att Starship tål den glödheta inflygningen genom Mars atmosfär i hastigheter upp till 25 gånger ljudets hastighet.
En atmosfär fungerar som en bromskloss, men friktionen med luftens molekyler är bara en liten del av anledningen till att en rymdfarkost blir glödhet på väg ner genom atmosfären.
Den höga hastigheten skapar en tryckvåg framför farkosten där atmosfärens gaser pressas samman med våldsam kraft. Då blir gaserna extremt varma och förvandlas till glödhet plasma i vilken molekylernas beståndsdelar skiljs åt.
Stålfarkost med plats för många
Rymdfarkosten Starship är byggd av stål, motorerna drivs av flytande metan och de rörliga fenorna gör att den kan landa likt en fallskärmshoppare.
FENOR STYR FRITT FALL GENOM ATMOSFÄREN
Starship landar på Mars i fritt fall genom atmosfären på samma sätt som en fallskärmshoppare håller kroppen i vågrät position. Två fenor överst på farkosten rör sig och manövrerar. Två fasta fenor längst ner bromsar farkostens fall.
STARSHIP HAR PLATS FÖR UPP TILL HUNDRA PASSAGERARE
Överst i Starship finns bland annat 40 passagerarhytter, förvaringsrum och skyddsrum i händelse av en solstorm. Det 825 kubikmeter stora passagerarutrymmet har atmosfäriskt tryck precis som på jorden, så att astronauterna kan andas utan rymddräkt.
STÅLKONSTRUKTION GÖR FARKOSTEN LÄTT OCH STARK
Rymdfarkosten är byggd av en stållegering med hög krom- och nickelhalt. Legeringen, som klarar kylan i rymden, har dessutom en smältpunkt på cirka 1 500 grader Celsius, vilket gör att den inte förstörs på vägen ner genom Mars atmosfär.
RAKETMOTORN ANVÄNDER METAN SOM BRÄNSLE
De 3,1 meter höga motorerna av typen Raptor är Starships muskler. Drivmedlet är metan, som brinner renare och inte sotar såsom tidigare generationer av raketbränsle. Det är anledningen till att Starships motorer klarar flera resor och kan återanvändas.
Med det tåliga 301-stålet satsar SpaceX på att återanvända varje Starshipfarkost många gånger, en idé som under lång tid har präglat företagets raketutformningar.
SpaceX har drabbats av olyckor och bakslag i samband med tester av sina återanvändbara raketer, men år 2019 landade samtliga tre steg av raketen Falcon Heavy på jorden efter att ha sänt upp en satellit i omloppsbana.
Det är första gången någon har lyckats med bedriften att landa en så stor lyftraket.
Motorer slukar metan
Det är inte bara det speciella stålet som gör Starship återanvändbar. Den nya motortypen Raptor spelar också en avgörande roll.
Motorerna drivs med flytande metan, som är betydligt billigare än exempelvis det petroleumbaserade RP-1 som användes i Saturn V.
Dessutom brinner metan renare, vilket innebär att motorerna inte sotar lika mycket och därför kan användas flera gånger.
Avgaserna från raketmotorns främre del kan förbrännas en extra gång på vägen ut ur raketens stjärtparti. Det innebär att den kan accelerera mer per kilo bränsle.
Starships sex motorer av typen Raptor kan lätta från exempelvis månen eller Mars utan hjälp av en lyftraket.
Raptormotorererna är Starships hemliga vapen: Eftersom de inte blir sotiga kan de återanvändas.
På så sätt kan man sända tillbaka en grupp på upp till hundra astronauter till jorden. På jorden krävs emellertid mer för att få rymdfarkosten att lämna vår hemplanets gravitationsbrunn, det vill säga ta sig så långt upp att gravitationen inte längre drar tillbaka Starship igen.
Den 50 meter höga Starshipfarkosten sänds därför ut i rymden av den 68 meter höga lyftraketen Super Heavy, som är utrustad med 37 stycken Raptormotorer.
SpaceX har försett Super Heavy med fenor och kvävedysor som sticker ut från raketens sidor, allt för att den ska kunna vridas runt. På så sätt kan Super Heavy återvända till jorden när Starship har kopplats loss.
Sedan kan lyftraketen vridas, så att motorerna riktas lodrätt mot jordytan vid landningen. Därmed kan Super Heavy bromsa kontrollerat på väg ner mot jorden där raketen kan tankas och användas på nytt.
Återanvändningsprincipen ska göra det möjligt att sända upp så många som tusen Starshipfarkoster om året i rymden. Det kan röra sig om tankfarkoster i omloppsbana runt jorden eller expeditioner till månen eller Mars.
”Tankstation” i rymden
Tusen uppsändningar är en så hög siffra att experter runt om i världen har höjt ett varnande finger och kallat planen orealistisk, men enligt Elon Musk passar de många uppsändningarna av Starship perfekt in i pusslet med att ta sig till Mars, och nästa viktiga bit är en ”tankstation” i omloppsbana runt jorden.
Rymdorgan runt om i världen vill kolonisera solsystemet
Företaget SpaceX är långt ifrån ensamt om sin ambition att placera mänsklighetens flagga på Mars. Även de båda rymdorganen i USA och Kina och det privata rymdföretaget Blue Origin arbetar med farkoster som ska göra det möjligt att upprätta en koloni på den röda planeten. Nasas nya jätteraket Space Launch System (SLS) ska föra människor till månen år 2024 och därefter till Mars på 2030-talet. I Kina håller det statliga rymdorganet på att utveckla lyftraketen Long March 9, som ska bli tillräckligt stark för att kunna sända 44 ton gods och/eller människor till Mars. På den privata marknaden får SpaceX konkurrens av Blue Origin, som ägs av Amazons grundare Jeff Bezos. Enligt planen ska Blue Origins Marsraket New Glenn flyga sin första provtur år 2021.
Starshipfarkoster ska alltså tanka varandra inför resan till Mars. Först ska SpaceX sända upp farkoster fyllda med bränsle i omloppsbana runt jorden, där de inväntar bemannade farkoster.
I omloppsbana ska två Starshipfarkoster mötas och kopplas ihop, varefter den bemannade farkosten gör en liten acceleration som för den mot ”tankfarkosten”.
Knuffen gör att bränslet förs över från den ena farkosten till den andra och sedan är Starship redo att sätta kurs mot yttre rymden, samtidigt som tankfarkosten kan återvända till jorden.
Nasa ser stora möjligheter med den här tekniken. År 2019 bad man därför SpaceX att utveckla och testa en prototyp för mekanismen som ska koppla ihop rymdfarkosternas bränslesystem, en order värd motsvarande 28,5 miljoner kronor.
Det flytande metanet kommer med tiden också att kunna tankas på Mars. Metan är ett kolväte som kan framställas med ämnen som finns på Mars: Koldioxid i atmosfären och vattenis under ytan. Genom en så kallad Sabatierprocess kan koldioxid och vatten omvandlas till metan.
Först utvinns väteatomer ur vattnet, varefter vätet reagerar med koldioxid. Kolatomer (C) och väte-atomer (H) bildar tillsammans metan (CH4). På så sätt kan bränslet framställas på en anläggning som byggs av de första astronauterna som anländer till Mars.
Tankstation halverer rejsetiden til Mars
Var 26:e månad befinner sig jorden och Mars i positioner i förhållande till varandra som gör det möjligt att via en så kallad Hohmannbana sända en rymdfarkost till Mars med minsta möjliga bränsleförbrukning. Banan utnyttjar farten som de två planeterna redan har på grund av respektive omloppsbana för att ”slunga” iväg en rymdfarkost. När en farkost följer en Hohmannbana behöver den bara avfyra motorerna en gång vid resans början och ytterligare en gång när farkosten ska bromsa in och lägga sig i omloppsbana runt Mars. På så sätt kommer farkosten fram på cirka nio månader. Genom att tanka Starship i låg omloppsbana runt jorden, som SpaceX planerar att göra, kan rymdfarkosten förkorta färdvägen genom att först accelerera till en högre hastighet och sedan bromsa mer. Då kan resan genomföras på endast 80 dagar.
Reguljära turer från år 2024
Med en tankstation i omloppsbana runt jorden och ännu en på Mars är infrastrukturen på plats för att SpaceX ska kunna börja sända en flotta av Starshipfarkoster till och från den röda planeten.
Enligt Elon Musk kommer det att krävas tusen resor till Mars för att bygga upp en koloni som kan underhålla den reguljära trafiken.
Det kommer enligt SpaceX-grundaren att ta 20 år att sända en miljon ton material till Mars, vilket är ungefär vad som krävs för att upprätta en mer permanent bas.
Astronomer varnar Elon Musk för att hans kolonisering av Mars riskerar att förorena planeten och störa forskarnas sökande efter tidigare eller nuvarande liv på vår grannplanet.
Musk får också kritik för att han inte tar tillräcklig hänsyn till den kosmiska strålning som Mars utsätts för.
3 gånger per dygn ska en Starshipfarkost sändas upp med den återanvändbara lyftraketen Super Heavy.
Men SpaceX fortsätter alltså oupphörligt med sin plan. Och med Starship-prototypens framgångsrika flygtur ligger vägen öppen för kommande provflygningar, då företaget ska montera fler motorer och flyga högre upp i atmosfären.
Om allt går som det är tänkt kommer SpaceX år 2020 att testa Starship i omloppsbana runt jorden.
År 2023 ska SpaceX ta den japanske miljardären Yusaku Maezawa och en grupp konstnärer på en tur runt månen ombord på Starship, och år 2024 ska de första astronauterna resa till vår grannplanet.
Starship navigerer efter is under Mars’ overflade
SpaceX har redan valt ut lämpliga landningsplatser för Starship. Företaget satsar på områden som är platta och ser ut att ha stora mängder is strax under ytan. Isen, som kan utvinnas och användas som dricksvatten, är också ett viktigt råmaterial som behövs i de anläggningar som ska producera bränsle till Starships återresa. Isen har hittats av forskare på Nasa som har analyserat data från Mars Odyssey och Mars Reconnaissance Orbiter, två sonder i omloppsbana runt Mars. De har sensorer som kan mäta små temperaturvariationer på Mars yta. Is absorberar mer värme än kringliggande material. Områden med mycket is är därför något kallare på sommaren, eftersom de tar upp och behåller värmen. På vintern, då de avger värmen, är de i stället lite varmare. Under det markerade området på kartan finns is som är relativt lätt att utvinna. I vissa fall ligger den bara 2,5 centimeter under ytan.
Mars blir jorden 2.0
Om och när Starship anländer till Mars och upprättar en bas är det bara det första steget i en större plan. Elon Musks långsiktiga mål är inte ”bara” att kolonisera Mars med hjälp av en bas som skyddar mot dels den skadliga strålningen från rymden, dels atmosfären, som inte går att andas.
Med tiden vill Musk omvandla Mars till en mindre version av jorden med flytande hav och en tjock atmosfär som kan andas, ge en behaglig yttemperatur och skydda mot strålning.
Konceptet, som kallas terraformering, övervägdes redan av den berömde amerikanske astronomen Carl Sagan i en artikel år 1961.
Musk föreslår att man ska avfyra ett antal fusionsbomber med lågt radioaktivt nedfall som ska fungera som miniatyrsolar som kan smälta istäckena på planetens poler.
Forskare från Nasa, som har tittat närmare på saken, tror inte att det är realistiskt att förvandla Mars till en mindre version av jorden inom en överskådlig framtid. Musk håller dock fast vid att det är genomförbart.
Marskoloni producerar både mat och bränsle
Förutom att framställa bränsle vill SpaceX bygga landningsplatser, vägar och en Marskoloni där människor kan leva och arbeta.
Starship landar genom svängmanöver
Ett par kilometer ovanför Mars yta genomför Starship med hjälp av sina sex vridbara raketmotorer en svängmanöver som för rymdfarkosten från vågrätt läge till lodrät landningsposition.
Bränsle framställs av koldioxid och vatten
Metanbränsle kan produceras med koldioxid från Mars atmosfär och vatten. Väteatomer från vatten och kol från koldioxid bildar metan och syre under tryck och vid temperaturer kring 300–400 grader.
Bostadsmoduler för astronauterna
Trycket i bostadsmodulerna motsvarar det vid jordytan. Filter tar upp koldioxid som de boende andas ut. Urin kan destilleras, renas och återanvändas som dricksvatten.
Livsmedel odlas i växthus
Enligt Elon Musk kan växter odlas hydroponiskt, det vill säga direkt i vatten med tillsatta mineraler. För att få tillräckligt med protein till kolonisatörerna på Mars kan även laboratorietillverkat kött och insekter ingå i kosten.
Elon Musks karriär präglas av optimistiska förutsägelser som sällan går i uppfyllelse, åtminstone inte så snabbt som han säger.
Framför allt Teslas elbilar och de återanvändbara lyftraketerna har emellertid visat att Elon Musk ibland verkligen kan leverera.
Starships reguljära turer till Mars och skapandet av en ”extrajord” kan bli ytterligare ett bevis på Musks dumdristighet eller visionära förmåga – eller bägge delar.