A Mars felfedezésének és gyarmatosításának gondolata még soha nem volt életben, mint ma. Az elkövetkező két évtizedben többször is tervezik a legénységgel rendelkező missziók küldését a Vörös Bolygóra, sőt néhány rendkívül ambiciózus terv is egy állandó település megépítésének megkezdése. A lelkesedés ellenére számos jelentős kihívással kell szembenézni, mielőtt bármilyen ilyen erőfeszítést meg lehetne próbálni.
Ezek a kihívások - amelyek magukban foglalják az alacsony gravitációnak az emberi testet, a sugárzást és a Földtől való távollét pszichológiai hatásait - annál is inkább hangsúlyosak, ha állandó bázisokkal foglalkozunk. Ennek megoldására Marco Peroni építőmérnök javaslatot tesz egy moduláris marsi alapra (és egy űrhajóra annak szállítására), amely lehetővé tenné a Mars gyarmatosítását, miközben lakóit mesterséges sugárvédelemmel védené.
Peroni bemutatta ezt a javaslatot a 2018-as Amerikai Repülési és Űrhajózási Intézet (AIAA) SPACE és Űrhajózási Fórumán és Kiállításán, amely szeptember 17. és 19. között zajlott Orlandoban, Floridaban. A bemutató egyike volt a szeptember 19., szerdán megrendezett eseményeknek, amelynek témája a „Mars Mission Architectures” volt.
Egyszerűen fogalmazva: a Mars (vagy a Naprendszer bármely részének) gyarmatosítási gondolata számos kihívást jelent - mind fizikai, mind pszichológiai szempontból. A Vörös Bolygó esetében ezek közé tartozik a vékony és nem lélegző légkör, a nagyon hideg környezet, valamint az a tény, hogy nincs mágneses mezője. Ez az utolsó elem különösen kihívást jelent, mivel a jövőbeli telepeket jelentős mennyiségű sugárzás ellen kell védeni.
Röviden: egy sugárzás átlagos mennyisége, amelyre az ember ki van téve a Földön, évente körülbelül 3,6 milliSievert (mSv) értékre csökken, melynek köszönhetően a Föld sűrű atmoszférája és a védő mágneses mező hatására. Ez természetesen azt jelenti, hogy az űrhajósok és a Földön kívül eső emberek drasztikusan nagyobb mennyiségű nap- és kozmikus sugárzásnak vannak kitéve.
Az űrhajósok egészségének és biztonságának biztosítása érdekében a NASA egy űrhajós élettartama alatt évi 500 mSv vagy 2000–4000 mSv felső határt állapított meg (életkorától és nemétől függően). Peroni becslései szerint azonban attól függően, hogy mennyi ideig töltik a beltéri helyzetet, a marsi településnek kitett sugárzás átlagos mennyisége évente körülbelül 740 mSv. Amint Peroni e-mailben elmagyarázta a Space Magazine-nak:
„A hatékony árnyékoláshoz szükséges anyagmennyiség jóval meghaladhatja a legtöbb repülési és űrkutatási alkalmazás számára kivitelezhető mennyiséget. Például az ISS alumíniumfalai kb. 7 mm vastagok és hatékonyak a LEO-ban, de nem valószínű, hogy ilyen pajzsok lennének elegendőek a bolygóközi térben, ahol akár megnövelik az abszorbeált dózist, ha lényegesen nem sűrűsödnek. ”
Ennek a fenyegetésnek a kezelése érdekében a korábbi javaslatok ajánlottak vastag martian talajréteggel rendelkező építőelemek építését - egyes esetekben a szinterezésre és a 3D-s nyomtatásra támaszkodva a kemény kerámia külső fal kialakításához -, valamint a vészhelyzeti menedékeket napviharok esetén. Más javaslatok javasolták, hogy stabil lávacsövekben építsenek alapokat a természetes árnyékolás érdekében. De amint Peroni jelezte, ezek megmutatják a veszélyek saját részét.
Ide tartozik a hatékony pajzsfalak létrehozásához szükséges anyagmennyiség és a klaustrofóbia veszélye. Amint elmagyarázta:
„Egy NASA tanulmánya szerint egy nagy űrállomás vagy élőhely 4 t / m árnyékolást igényel2 marsi regolit (figyelembe véve, hogy sűrűsége 1000 kg / m között van)3 a felszínen 2000 kg / m-ig3 néhány cm mélyen ez 2 m vastagságnak felel meg, vagy annál kevesebbnek, ha az anyagot lézerrel szinterezik (tömörítik), és így 2,5 mSv / év effektív adagolási sebességet érnek el.
„A földalatti menedékház hálószobákként is használható, és minden olyan tevékenységhez, ahol nincs szükség külső látásra (például videóra nézni vagy más szórakozást élvezni), de mindig a föld alatti építményekben élve veszélyeztetheti a pszichológiai egészséget. a gyarmatosítók körében (klaustrofóbia), csökkentve az előszobán kívüli távolságok felmérésének képességét is (nehézségek az EVA feladatok elvégzésében), és különösen rossz lehet, ha az előpost egyik tevékenysége az űrturizmus. Egy másik probléma az üvegházak építése, amelyeknek lehetővé kell tenni a napfény bejutását a növények biológiai mechanizmusainak táplálására. ”
Alternatív megoldásként Peroni olyan alaprajzot javasol, amely biztosítja a saját árnyékolását, miközben maximalizálja a hozzáférést a marsi tájhoz. Ezt az alapot egy gömb alakú maggal (átmérője körülbelül 300 méter (984 láb) mérő hajó) a Marsba szállítják, amely körül a hatszögletű alapmodulok el vannak rendezve. Peroni és kollégái felváltva javasolnak egy hengeres mag létrehozását a modulok elhelyezésére.
Ez az űrhajó szállítja a modulokat és a lakókat a Földről (vagy cisz-hold pályáról), és ugyanolyan típusú mesterséges mágneses pajzs védi, amelyet a kolónia védelmére használnak. Ezt egy sor elektromos kábel generálja, amelyek beborítják a hajó szerkezetét. Az utazás során az űrhajó forogna a központi tengelye körül is, percenként 1,5 fordulattal, hogy körülbelül 0,8 g gravitációs erőt hozzon létre.
Ez biztosítja, hogy az űrhajósok a Mars körüli pályára érkezjenek anélkül, hogy szenvednének a mikrogravitációnak kitett degeneratív hatásoktól - ide tartoznak az izom- és csontsűrűség csökkenése, a látás sérülése, az immunrendszer és a szervek működésének csökkentése. Amint Peroni elmagyarázta:
„Az„ utazógömb ”határán ott lesznek a meghajtórendszerek, amelyek mind az utazáshoz, mind az űrhajó kortárs forgásához szükségesek ahhoz, hogy mesterséges gravitációt hozzanak létre az odautazás során. Ezeket az űrhajókat úgy fejlesztették ki, hogy a hajó teherhordó elemeit jobban integrálják a modulok felépítéséhez. A gömb tartószerkezetét, amely az edény testét képezi, egy hatszögletű és ötszögletű diagrid alkotja, ezért könnyebb összekapcsolni és aggregálni a hasonló alakú modulokat. "
Amint a marsi pályára kerül, a hajógömb megállítja a forgást, hogy minden elem leválhasson, és kezdjen leereszkedni a marsi felszínre, ejtőernyők, tolóerők és levegőellenállás rendszerének segítségével a lelassuláshoz és a leszálláshoz. Mindegyik modult négy motoros lábakkal látják el, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy a felületen mozogjanak, és csatlakozzanak a többi lakóelemhez.
Fokozatosan a modulok gömb alakba rendeződnek egy toroid alakú készülék alatt. Ugyanúgy, mint az űrhajó védelme, ez a készülék nagyfeszültségű elektromos kábelekből készül, amelyek elektromágneses teret generálnak, hogy megvédjék a modulokat a kozmikus és a napsugárzástól. Egy űrhajó (mint például az SpaceX által javasolt BFR) szintén távozhat a hajó középső magjától, a jövőbeli telepesekkel a bolygóra szállítva.
Fogalmuk hatékonyságának meghatározására Peroni és munkatársai numerikus számításokat és laboratóriumi kísérleteket hajtottak végre egy méretarányos modell segítségével (lásd alább). Ezek alapján meghatározták, hogy a készülék képes-e 4/5-es Tesla külső mágneses mezőt létrehozni, amely elegendő ahhoz, hogy a lakókat biztonságban lehessen tartani a káros kozmikus sugarak ellen.
Ugyanakkor a készülék szinte semmi mágneses teret generált a készülék belsejében, ami azt jelenti, hogy nem teheti ki a lakókat elektromágneses sugárzásnak, és ezért nem jelent veszélyt rájuk. Peroni javaslata szerint minden modul hatszög alakú, átmérője 20 m (65,6 láb), és elegendő függőleges helyiséggel rendelkezik benne, hogy lakható helyet képezzen.
Mindegyik modul körülbelül 5 m (16,5 láb) magasságban lenne a talajszint felett (motorizált lábaikkal), hogy a marsi szél kifuthasson a homokviharok során és megakadályozza a homok felhalmozódását a modulok körül. Ez biztosítja, hogy a modulok belsejében ne jelenjen meg akadály, amely a Peroni tervezésének egyik kulcseleme.
Valójában Peroni javaslata felhívja a bázist, hogy amennyire csak lehetséges, legyen nyitott a környező táj felé ablakok és égboltok útján, amely lehetővé tenné a lakók számára, hogy szorosabban érezzék magukat a környezettel, és megakadályozzák az elszigeteltség és a klaustrofobia érzéseit. Az egyes modulok becslések szerint 40-50 tonnát (44-55 amerikai tonnát) jelentenek a Földön - ami 15-19 tonnára (16,5-21 amerikai tonnára) felel meg a marsi gravitációban.
A kezdeti tömeg egy része magában foglalná a leereszkedéshez szükséges üzemanyagot, amelyet a leereszkedés során szétterítenek, és azt jelenti, hogy az élőhelyek még könnyebbek lesznek, amikor elérték a Mars felszínét. Mint a hasonló konstrukciókban, az egyes modulokat funkciójuk szerint megkülönböztetik egymástól, néhányuk alvóhelyként szolgál, mások rekreációs létesítményeket, zöldterületeket, laboratóriumokat, műhelyeket, víz-újrahasznosítási és higiéniai létesítményeket stb.
Az utolsó érintkezés egy „technológiai tengely” építése, a talaj fölé épült járható alagút, ahol az elemek, a fotovoltaikus panelek és a kis atomreaktorok elhelyezkednek. Ezek figyelembe veszik a bázis jelentős elektromos szükségleteit, ideértve a mágneses mező fenntartásához szükséges energiát. Egyéb elemek lehetnek felderítő járművek garázsai és raktárai, valamint csillagászati obszervatórium.
Ez a javaslat sok szempontból hasonlít a szolenoid hold-bázis koncepcióhoz, amelyet Peroni bemutatott legalább egy éves AIAA Űr- és Űrhajózási Fórumon és Kiállításon. Ebben az alkalomban Peroni azt javasolta, hogy építsenek egy holdbázist, amely átlátszó kupolákból álljon, amelyeket egy toroid alakú szerkezetbe zárnának, amely nagyfeszültségű kábelekből áll.
Mindkét esetben a javasolt élőhelyek célja lakosaik igényeinek biztosítása - amelyek nemcsak fizikai biztonságukat, hanem pszichés jólétet is magukban foglalják. A jövőre nézve Peroni reméli, hogy javaslatai további vitákat és kutatásokat ösztönöznek a világon kívüli bázisok kiépítésének különös kihívásaira. Azt is reméli, hogy innovatívabb koncepciókat talál majd ezek kezelésére.
„Ez az előzetes kutatás ösztönözheti ezeknek az elméleteknek a jövőbeli továbbfejlesztését, valamint az e cikkben tárgyalt témák mélyebb tanulmányozását, ami a jövőben miért nem teszi lehetővé az emberek számára, hogy hosszú időn át megvalósítsák a Marson való élet álmát. időszakokban anélkül, hogy nehézfém ketrecekbe vagy sötét kőbarlangokba zárták volna ”- mondta.
Nyilvánvaló, hogy a jövőben a Holdra, Marsra vagy azon túl épülő településeknek nagyrészt önellátónak kell lenniük - saját ételeiket, vizet és építőanyagaikat in situ előállítva. Ugyanakkor ez a folyamat és a mindennapi élet nagyban függ a technológiától. Az elkövetkező nemzedékekben a Mars valószínűleg bizonyító terep lesz egy másik bolygón való életmódunk tesztelésére és ellenőrzésére.
Mielőtt elindítanánk az embereket a Vörös Bolygóra, meg kell győződnünk arról, hogy előterjesztettük a legjobb módszereinket. És feltétlenül nézd meg ezt a videót a modulbázistól, amelyet az űrből a Marsba telepítenek, Marco Peroni Ingegneria jóvoltából:
