Ideja o raziskovanju in kolonizaciji Marsa še nikoli ni bila bolj živa, kot je danes. V naslednjih dveh desetletjih obstaja več načrtov za pošiljanje posadk na Rdeči planet in celo nekaj zelo ambicioznih načrtov, da bi tam začeli graditi stalno naselje. Kljub navdušenju je veliko pomembnih izzivov, ki jih je treba reševati, preden se lahko lotimo kakršnih koli takšnih prizadevanj.
Ti izzivi - ki vključujejo vpliv nizke teže na človeško telo, sevanje in psihološko cestnino oddaljenosti od Zemlje - postajajo toliko bolj izraziti, ko imamo opravka s stalnimi podlagami. Za reševanje tega vprašanja gradbeni inženir Marco Peroni ponuja predlog za modularno marsovsko bazo (in vesoljsko plovilo, ki bi jo nudila), ki bi omogočila kolonizacijo Marsa in hkrati zaščitila njegove prebivalce z zaščito pred umetnim sevanjem.
Peroni je ta predlog predstavil na forumu in razstavi za vesolje in astronavtiko Ameriškega inštituta za aeronavtiko in astronavtiko (AIAA) 2018, ki je potekal od 17. do 19. septembra v Orlandu na Floridi. Predstavitev je bila ena izmed številnih, ki so se odvijale v sredo, 19. septembra, na temo "Arhitekture Mars Mission".
Preprosto povedano, ideja o kolonizaciji Marsa (ali kjerkoli v Osončju) predstavlja številne izzive - fizične in psihološke. V primeru Rdečega planeta so ti tanko in ne dihajoče ozračje, njegovo zelo hladno okolje in dejstvo, da nima magnetnega polja. Prav ta zadnja točka je še posebej zahtevna, saj bodo vsi bodoči kolonisti morali biti zaščiteni pred veliko sevanjem.
Skratka, povprečna količina sevanja, ki mu je človek izpostavljen na Zemlji, doseže približno 3,6 miliSievertov (mSv) na leto, kar je po zaslugi Zemljine goste atmosfere in zaščitnega magnetnega polja. Seveda to pomeni, da so astronavti in ljudje, ki odhajajo izven Zemlje, izpostavljeni drastično večjim količinam sončnega in kozmičnega sevanja.
Za zagotovitev zdravja in varnosti astronavtov je NASA v času astronavta vzpostavila zgornjo mejo od 500 mSv na leto ali 2000 do 4000 mSv (odvisno od starosti in spola). Vendar Peroni ocenjuje, da bo glede na to, koliko časa preživijo v zaprtih prostorih, povprečna količina sevanja, ki bi jo bil izpostavljen marsovski naseljenec, približno 740 mSv na leto. Kot je Peroni pojasnil za Space Magazine po e-pošti:
„Količina materiala za učinkovito zaščito je potem lahko precej večja, kot je to mogoče pri večini vesoljskih aplikacij. Na primer, aluminijaste stene ISS so debele približno 7 mm in so učinkovite v LEO, vendar je malo verjetno, da bi bili takšni ščiti dovolj v medplanetarnem prostoru, kjer bi lahko celo povečali odmerek, ki se absorbira, če se bistveno ne zgosti. "
Za reševanje te grožnje so prejšnji predlogi priporočali gradnjo podstavkov z debelimi plastmi marsovske zemlje - v nekaterih primerih se je za sintranje in 3D-tiskanje oblikovala trda zunanja stena iz trde keramike - in zasilna zavetišča v primeru sončnih neviht. Drugi predlogi so predlagali gradnjo podstavkov v stabilnih lavastih ceveh, da bi zagotovili naravno zaščito. A kot je nakazal Peroni, ti predstavljajo svoj delež nevarnosti.
Ti vključujejo količino materiala, ki je potrebna za ustvarjanje učinkovitih sten ščita in grožnjo klaustrofobije. Kot je pojasnil:
„Nasina študija je pokazala, da je za veliko vesoljsko postajo ali habitat potreben oklop 4 t / m2 marsovskega regolita (če upoštevamo, da je njegova gostota med 1.000 kg / m3 na površini do 2.000 kg / m3 pri globini nekaj cm to ustreza debelini 2 m ali manj, če material komprimiramo [s sintranjem z laserji), da dosežemo učinkovito stopnjo odmerka 2,5 mSv / y…
"Podzemno zavetišče se lahko uporablja tudi kot spalni prostor in za vse tiste dejavnosti, pri katerih ni potrebe po iskanju zunaj (na primer gledanje videoposnetkov ali uživanje v drugih zabavah), vendar bivanje vedno v podzemnih strukturah lahko ogrozi psihološko zdravje kolonistov (klaustrofobija), kar zmanjšuje tudi njihovo sposobnost ocenjevanja razdalj, ko so zunaj postave (težave pri izvajanju nalog EVA) in je lahko še posebej slabo, če je ena od dejavnosti postaj vesoljski turizem. Drugi problem je gradnja rastlinjakov, ki naj bi soncu omogočila vstop svetlobe za napajanje bioloških mehanizmov rastlin. "
Kot alternativa Peroni predlaga zasnovo za osnovo, ki bi zagotovila lastno zaščito, hkrati pa povečala dostop do marsovske pokrajine. Ta osnova bi se prevažala na Marsu na krovu plovila s kroglastim jedrom (v premeru približno 300 metrov), okoli katerega bi bili razporejeni šesterokotni osnovni moduli. Peroni in njegovi sodelavci priporočajo izdelavo valjastega jedra za namestitev modulov.
Ta vesoljska ladja bi prevažala module in prebivalce z Zemlje (ali cis-lunarno orbito) in bi bila zaščitena z istim tipom umetnega magnetnega ščita, ki se uporablja za zaščito kolonije. To bi ustvaril niz električnih kablov, ki bi obdali ladjo. Med potovanjem bi se vesoljska ladja vrtela tudi okoli svoje osrednje osi s hitrostjo 1,5 vrtljajev na minuto, da bi ustvarila silo teže približno 0,8 g.
To bi zagotovilo, da so astronavti prišli na orbito okoli Marsa, ne da bi bili deležni degenerativnih učinkov izpostavljenosti mikrogravitaciji - ki vključujejo izgubo mišične in kostne gostote, oslabljen vid, zmanjšan imunski sistem in delovanje organov. Kot je pojasnil Peroni:
"Na meji" potujoče krogle "bodo pogonski sistemi, potrebni za plovbo in sodobno vrtenje vesoljskega plovila, da bi med kroženjem ustvarili umetno gravitacijo. Ta vesoljska plovila so razvita za boljšo integracijo nosilnih elementov ladje s strukturo modulov. Nosilno strukturo krogle, ki tvori telo plovila, tvorita šesterokotna in peterokotna diagnostika, zato je enostavnejše povezovanje in združevanje modulov, ki imajo podobne oblike. "
Ko se je marsovska orbita ustavila, bi se ladijska krogla nehala vrteti, da bi se omogočila, da se vsak element odlepi in se začne spuščati na marsovsko površje, s sistemom padal, potisnikov in zračnega upora za upočasnitev in pristanek. Vsak modul bi bil opremljen s štirimi motoriziranimi kraki, ki bi jim omogočili, da se premikajo po površini in se povežejo z drugimi bivalnimi moduli, ko prispejo.
Postopoma bi se moduli postavili v sferično konfiguracijo pod toroidnim aparatom. Tako kot ta, ki ščiti vesoljsko ladjo, bi bil ta aparat izdelan iz visokonapetostnih električnih kablov, ki ustvarjajo elektromagnetno polje za zaščito modulov pred kozmičnim in sončnim sevanjem. Vesoljsko plovilo (denimo BFR, ki ga je predlagal SpaceX) bi se lahko oddaljilo tudi od osrednjega jedra plovila, s trajektom bodočim naseljevalcem na planet.
Za določitev učinkovitosti njihovega koncepta sta Peroni in njegovi sodelavci opravili številčne izračune in laboratorijske poskuse z uporabo merilnega modela (prikazano spodaj). Iz tega so ugotovili, da je aparat sposoben ustvariti zunanje magnetno polje 4/5 Tesle, kar je dovolj, da prebivalce varuje pred škodljivimi kozmičnimi žarki.
Hkrati je aparat v napravi ustvaril skoraj ničelno magnetno polje, kar pomeni, da prebivalcev ne bo izpostavil nobenemu elektromagnetnemu sevanju - in zato jim ne predstavlja nevarnosti. Po Peronijevem predlogu bi bil vsak modul v obliki šesterokotnika, premera 20 m (65,6 ft) in znotraj bi imel dovolj navpičnega prostora, da bi predstavljal bivalni prostor.
Vsak od modulov bi se dvignil približno 5 m (16,5 ft) nad tlemi (z uporabo svojih motoriziranih nog), da bi marsovski veter med peskovimi nevihtami odtekel in preprečil nabiranje peska okoli modulov. To bi zagotovilo, da pogled znotraj modulov, ki je ključna sestavina Peronijeve zasnove, ne bo oviran.
Predlog Peronija pravzaprav poziva, da bi bila osnova čim bolj odprta za okoliško pokrajino skozi okna in nebesne oboke, kar bi prebivalcem omogočilo tesnejšo povezanost z okoljem in preprečilo občutke izolacije in klavstrofobije. Vsak modul bi na Zemlji tehtal približno 40–50 metrskih ton (44–55 ameriških ton) - kar je marsovsko težo 15–19 ton (16,5–21 ton v ZDA).
Nekatera začetna teža bi vključevala gorivo, potrebno za spust, ki bi se spuščalo med spustom in pomenilo, da so bili habitati še lažji, ko so prišli na površino Marsa. Tako kot podobne zasnove bi tudi vsak modul razlikoval glede na svojo funkcijo, pri čemer bi nekateri služili kot spalni prostori, drugi pa rekreacijski prostori, zelene površine, laboratoriji, delavnice, recikliranje vode in sanitarije itd.
Končni dotik bo gradnja "tehnološke osi", sprehajalnega tunela, zgrajenega nad tlemi, kjer bi bile nameščene baterije, fotovoltaični paneli in majhni jedrski reaktorji. Temu so v bistvu potrebne električne energije, ki vključujejo moč, potrebno za vzdrževanje magnetnega polja. Drugi elementi lahko vključujejo garaže in skladišča za raziskovalna vozila ter astronomski observatorij.
Ta predlog je v marsičem podoben konceptu Solenoidne lune, ki ga je Peroni predstavil vsaj letošnji forum in razstavo vesoljske in astronavtike AIAA. Ob tej priložnosti je Peroni predlagal gradnjo lunarne osnove, ki bi bila sestavljena iz prozornih kupola, ki bi bile zaprte znotraj toroidne strukture, sestavljene iz visokonapetostnih kablov.
V obeh primerih so predlagani habitati namenjeni zagotavljanju potreb njihovih prebivalcev - ki vključujejo ne le njihovo fizično varnost, temveč tudi psihološko počutje. V prihodnosti Peroni upa, da bodo njegovi predlogi spodbudili več razprav in raziskav o posebnih izzivih gradnje podzemeljskih oporišč. Prav tako upa, da bodo videli bolj inovativne koncepte za njihovo spopadanje.
"Ta predhodna raziskava lahko spodbudi [prihodnji] razvoj teh teorij in poglobljeno raziskavo tem in tem, zajetih v tem prispevku, da, zakaj ne, bo v prihodnosti človeku omogočeno, da uresniči sanje o življenju na Marsu še dolgo obdobja, ne da bi bili zaprti v kletke s težkimi kovinami ali jame iz temnih kamnin, "je dejal.
Jasno je, da bodo vsa naselja, zgrajena na Luni, Marsu ali drugje v prihodnosti, morala biti v veliki meri samozadostna - proizvajajo svojo hrano, vodo in gradbeni material in situ. Obenem bo ta postopek in dejanje vsakdanjega življenja močno odvisno od tehnologije. V prihodnjih generacijah bo Mars verjetno dokaz, da se naše metode bivanja na drugem planetu preizkušajo in preverjajo.
Preden začnemo pošiljati ljudi na Rdeči planet, moramo poskrbeti, da bomo dali svoje najboljše metode naprej. In prepričajte se, da si oglejte ta videoposnetek baze modulov, ki je na Mars razporejena iz vesolja, vljudno z Marco Peroni Ingegneria:
