Ideen om å utforske og kolonisere Mars har aldri vært mer levende enn den er i dag. I løpet av de neste to tiårene er det flere planer om å sende besetningsoppdrag til den røde planeten, og til og med noen svært ambisiøse planer om å begynne å bygge et permanent oppgjør der. Til tross for entusiasmen er det mange betydelige utfordringer som må løses før slike anstrengelser kan forsøkes.
Disse utfordringene - som inkluderer effekten av lav tyngdekraft på menneskekroppen, stråling og den psykologiske avgiften fra å være borte fra Jorden - blir desto mer uttalt når man arbeider med faste baser. For å adressere dette tilbyr sivilingeniør Marco Peroni et forslag om en modulær marsbasis (og et romfartøy for å levere den) som ville gi rom for kolonisering av Mars, mens de beskytter innbyggerne med kunstig strålingsskjerming.
Peroni presenterte dette forslaget på American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) SPACE og Astronautics Forum and Exposition, som fant sted fra 17. til 19. september i Orlando, Florida. Presentasjonen var en av flere som fant sted onsdag 19. september, med temaet "Mars Mission Architectures".
For å si det enkelt, ideen om å kolonisere Mars (eller hvor som helst i solsystemet) byr på mange utfordringer - både fysiske og psykologiske. Når det gjelder den røde planeten, inkluderer disse den tynne og uslåelige atmosfæren, det veldig kalde miljøet og det faktum at det ikke har noe magnetfelt. Det er dette siste elementet som er spesielt utfordrende siden eventuelle fremtidige kolonister må beskyttes mot en betydelig mengde stråling.
Kort sagt, den gjennomsnittlige mengden stråling som et menneske er utsatt for på jorden, fungerer på omtrent 3,6 milliSieverts (mSv) i året, noe som er takket være jordens tette atmosfære og beskyttende magnetfelt. Naturligvis betyr dette at astronauter og mennesker som våger seg utover Jorden blir utsatt for drastisk høyere mengder sol- og kosmisk stråling.
For å sikre astronaut helse og sikkerhet har NASA etablert en øvre grense på 500 mSv per år eller 2000 til 4000 mSv (avhengig av alder og kjønn) i løpet av en astronauts liv. Peroni anslår imidlertid at avhengig av hvor lang tid de bruker innendørs, vil den gjennomsnittlige strålingsmengden en marsjbygger ville bli utsatt for være omtrent 740 mSv per år. Som Peroni forklarte til Space Magazine via e-post:
Materialmengden for en effektiv skjerming kan da være langt utover det som er praktisk mulig for de fleste romfartsapplikasjoner. Aluminiumsveggene til ISS, for eksempel, er omtrent 7 mm tykke og er effektive i LEO, men det er usannsynlig at slike skjold vil være nok i interplanetarealet, hvor de til og med kan øke den absorberte dosen med mindre den blir tyknet vesentlig. ”
For å håndtere denne trusselen har tidligere forslag anbefalt å bygge baser med tykke lag med marsjord - i noen tilfeller, avhengig av sintring og 3D-utskrift for å lage en hard keramisk yttervegg - og krisesentre i tilfelle solstormer. Andre forslag har foreslått å bygge baser i stabile lavarør for å gi naturlig skjerming. Men som Peroni antydet, disse presenterer sin egen andel av farer.
Disse inkluderer mengden materiale som trengs for å skape effektive skjoldvegger og trusselen om klaustrofobi. Som han forklarte:
"En NASA-studie fant at en stor romstasjon eller habitat krevde en skjerming på 4 t / m2 av martianske regolit (tatt i betraktning at dens densitet er mellom 1000 kg / m3 ved overflaten til 2000 kg / m3 på noen cm dybde tilsvarer dette en tykkelse på 2 m, eller mindre hvis materialet er komprimert [ved å bli sintret av lasere), for å oppnå en effektiv dosehastighet på 2,5 mSv / y ...
"Et underjordisk ly kan også brukes som soveplasser og for alle aktiviteter der det ikke er behov for å se ute (for eksempel å se på videoer eller nyte andre underholdninger), men å leve alltid i underjordiske strukturer kan risikere den psykologiske helsen av kolonistene (klaustrofobi), og reduserer også deres evne til å vurdere avstander utenfor utenfor forposten (vansker med å utføre EVA-oppgaver) og kan være spesielt dårlig i tilfelle en av aktivitetene til utposten er romsturisme. Et annet problem er bygging av drivhus, som skal la lyset fra solen komme inn for å drive plantenes biologiske mekanismer. ”
Som et alternativ foreslår Peroni et design for en base som vil gi sin egen skjerming mens den maksimerer tilgangen til det Martiske landskapet. Denne basen ville bli transportert til Mars ombord i et fartøy med kuleformet kjerne (måling omtrent 300 meter i diameter) rundt hvilken de sekskantede basismodulene ville være anordnet. Alternativt anbefaler Peroni og kollegene å lage en sylindrisk kjerne for å huse modulene.
Dette romskipet ville transportere modulene og innbyggerne fra Jorden (eller cis-lunar bane) og ville være beskyttet av samme type kunstig magnetisk skjold som ble brukt til å beskytte kolonien. Dette vil bli generert av en serie elektriske kabler som vil omslutte skipets struktur. Under reisen ville romskipet også rotere rundt sin sentrale akse med en hastighet på 1,5 omdreininger per minutt for å generere en tyngdekraft på omtrent 0,8 g.
Dette ville sikre at astronautene ankom bane rundt Mars uten å ha lidd av de degenerative virkningene av eksponering for mikrogravitet - som inkluderer tap av muskel- og bentetthet, svekket syn, nedsatt immunforsvar og organfunksjon. Som Peroni forklarte det:
"På grensen av den" ferdende sfære "vil det være fremdriftssystemene som er nødvendige for både seilasen og den moderne rotasjonen av romfartøyet, for å generere kunstig tyngdekraft under rundreisen. Disse romskipene er utviklet for bedre å integrere de bærende elementene til skipet med strukturen til modulene. Bærestrukturen til sfæren, som utgjør karosseriets kropp, er dannet av en sekskantet og femkantet diagrid, og derfor er det lettere å koble sammen og samle modulene, som har lignende former. "
Når en gang var i bane i Mars, ville skibesfæren slutte å rotere for å la hvert element løsne og begynne å falle ned til Marsoverflaten ved å bruke et system med fallskjerm, skyvekrafter og luftmotstand for å bremse ned og lande. Hver modul ville være utstyrt med fire motoriserte ben som lar dem bevege seg rundt på overflaten og koble seg til de andre beboelsesmodulene når de ankommer.
Etter hvert vil modulene ordne seg i en sfærisk konfigurasjon under et toroidformet apparat. På samme måte som det som beskytter romskipet, ville dette apparatet være laget av høyspennings-elektriske kabler som genererer et elektromagnetisk felt for å beskytte modulene mot kosmisk og solstråling. Et romskip (som SpaceXs foreslåtte BFR) kan også avvike fra den sentrale kjernen av fartøyet og ferge fremtidige nybyggere til planeten.
For å bestemme effektiviteten av konseptet sitt, gjennomførte Peroni og hans kolleger tallberegninger og laboratorieeksperimenter ved bruk av en skalamodell (vist nedenfor). Fra dette bestemte de at apparatet var i stand til å generere et eksternt magnetfelt på 4/5 Tesla, noe som er nok til å holde innbyggerne trygge mot skadelige kosmiske stråler.
Samtidig genererte apparatet et nesten null magnetisk felt inne i apparatet, noe som betyr at det ikke ville utsette innbyggerne for noen elektromagnetisk stråling - og utgjør derfor ingen fare for dem. I følge Peronis forslag ville hver modul være sekskantformet, måle 20 m i diameter, og ha nok vertikalt rom inne til å utgjøre et beboelig rom.
Hver av modulene ville løfte seg omtrent 5 m over bakken (ved hjelp av de motoriserte bena) for å la marsvinden renne av under sandstorm og forhindre ansamling av sand rundt modulene. Dette ville sikre at utsikten fra modulene, en sentral komponent for Peronis design, vil være uhindret.
Faktisk krever Peronis forslag at basen skal være åpen så mye som mulig for det omkringliggende landskapet gjennom vinduer og himmelhvelv, noe som vil gjøre det mulig for innbyggerne å føle seg nærmere koblet til miljøet og forhindre følelser av isolasjon og klaustrofobi. Hver modul ville vektet anslagsvis 40-50 tonn (44-55 amerikanske tonn) på jorden - noe som utgjør 15-19 tonn (16,5-21 amerikanske tonn) i Mars-tyngdekraften.
Noe av den innledende vekten vil inkludere drivstoffet som trengs for nedstigningen, som ville bli kastet under nedstigningen og bety at habitatene var enda lettere når de nådde overflaten til Mars. Som med lignende design, vil hver modul bli differensiert i henhold til deres funksjon, med noen som fungerer som soveplasser og andre rekreasjonsfasiliteter, grønne områder, laboratorier, verksteder, vanngjenvinning og sanitæranlegg, etc.
Den siste berøringen vil være byggingen av en "teknologisk akse", en gangbar tunnel bygget over bakken der batterier, solcellepaneler og små kjernereaktorer ville bli stasjonert. Disse vil sørge for basens betydelige elektriske behov, som inkluderer kraften som er nødvendig for å opprettholde magnetfeltet. Andre elementer kan omfatte garasjer og lager for letekjøretøy, samt et astronomisk observatorium.
Dette forslaget ligner på mange måter Solenoid Moon-base-konseptet som Peroni presenterte minst års AIAA Space and Astronautics Forum and Exposition. Ved denne anledningen foreslo Peroni å bygge en månebase som besto av gjennomsiktige kupler som ville være innelukket i en toroidformet struktur bestående av høyspentkabler.
I begge tilfeller handler de foreslåtte naturtypene om å sikre innbyggernes behov - som ikke bare inkluderer deres fysiske sikkerhet, men også deres psykologiske velvære. Peroni ser fremover og håper at forslagene hans vil fremme mer diskusjon og forskning på de spesielle utfordringene ved å bygge utenfor verdensbasis. Han håper også å se mer innovative konsepter designet for å adressere disse.
"Denne foreløpige forskningen kan oppmuntre til [den] fremtidige utviklingen av disse teoriene og en dypere undersøkelse av temaer og temaer som dekkes i dette bidraget, som, hvorfor ikke, i fremtiden vil [tillate] mennesker å realisere drømmen om å leve på Mars lenge perioder uten å være innelukket under tunge metallbur eller mørke berggrotter, ”sa han.
Det er klart at alle bosetninger som er bygget på Månen, Mars eller utover i fremtiden, må være i stor grad selvforsynt - å produsere egen mat, vann og byggematerialer in situ. Samtidig vil denne prosessen og den daglige livsførselen være sterkt avhengig av teknologi. I de kommende generasjoner vil Mars sannsynligvis være det bevisende grunnlag der metodene våre for å leve på en annen planet blir testet og kontrollert.
Før vi begynner å sende mennesker til den røde planeten, må vi sørge for å legge frem de beste metodene våre. Og husk å sjekke ut denne videoen av modulbasen som blir distribuert til Mars fra verdensrommet, takket være Marco Peroni Ingegneria:
