Ajatus Marsin tutkimisesta ja asuttamisesta ei ole koskaan ollut näin elossa kuin nykyään. Seuraavan kahden vuosikymmenen aikana on useita suunnitelmia lähettää miehitettyjä operaatioita Punaiselle planeetalle, ja jopa joitakin erittäin kunnianhimoisia suunnitelmia aloittaa pysyvän siirtokunnan rakentaminen sinne. Innostumisesta huolimatta on olemassa monia merkittäviä haasteita, joihin on vastattava, ennen kuin tällaisia yrityksiä voidaan yrittää.
Nämä haasteet - joihin sisältyvät matalan painovoiman vaikutukset ihmiskehoon, säteily ja psykologinen taakka olla poissa maasta - käyvät entistä selvemmäksi, kun käsitellään pysyviä tukikohtia. Tämän ratkaisemiseksi rakennusinsinööri Marco Peroni tarjoaa ehdotuksen Marsin modulaarisesta tukikohdasta (ja avaruusaluksesta sen toimittamiseksi), joka mahdollistaisi Marsin asuttamisen ja suojaa sen asukkaita keinotekoisella säteilysuojauksella.
Peroni esitteli tämän ehdotuksen Yhdysvaltain ilmailu- ja astronautiikkainstituutin (2018) SPACE- ja astronautics Forum and Exhibition -tapahtumassa, joka järjestettiin 17.-19. Syyskuuta Orlandossa, Floridassa. Esitys oli yksi monista keskiviikkona 19. syyskuuta järjestetystä aiheesta, jonka teema oli ”Mars Mission Architectures”.
Yksinkertaisesti sanottuna, ajatus siirtää Mars (tai missä tahansa aurinkokunnassa) asettaa monia haasteita - sekä fyysisiä että psykologisia. Punaisen planeetan tapauksessa niihin kuuluvat sen ohut ja hengittämätön ilmapiiri, erittäin kylmä ympäristö ja se, että siinä ei ole magneettikenttää. Juuri tämä viimeinen kohta on erityisen haastava, koska kaikki tulevat kolonistit on suojattava huomattavalta määrältä säteilyä.
Lyhyesti sanottuna ihmisen altistuminen keskimääräiselle säteilylle maan päällä on noin 3,6 milliSieverttiä (mSv) vuodessa, mikä johtuu maan tiheästä ilmakehästä ja suojaavasta magneettikentästä. Tämä tarkoittaa luonnollisesti sitä, että astronautit ja maan ulkopuolelle päästävät ihmiset ovat alttiina rajusti korkeammille määrille auringon ja kosmisen säteilyn.
Astronautien terveyden ja turvallisuuden takaamiseksi NASA on asettanut ylärajaksi 500 mSv vuodessa tai 2000 - 4000 mSv (iästä ja sukupuolesta riippuen) astronautin elämän aikana. Peroni arvioi kuitenkin, että riippuen siitä kuinka kauan he viettävät sisätiloissa, keskimääräinen säteilymäärä, jonka marsilainen asuttaja altistuu, olisi noin 740 mSv vuodessa. Kuten Peroni selitti Space Magazine: lle sähköpostitse:
”Materiaalimäärä tehokkaaseen suojaukseen voi silloin olla selvästi suurempi kuin mitä useimmissa ilmailu- ja avaruusteollisuussovelluksissa on mahdollista. Esimerkiksi ISS: n alumiiniseinät ovat noin 7 mm paksuja ja ovat tehokkaita LEO: ssa, mutta on epätodennäköistä, että tällaiset suojat riittäisivät planeettojenvälisessä tilassa, missä ne saattavat jopa lisätä absorboitunutta annosta, elleivät ne ole olennaisesti sakeutuneet. "
Tämän uhan ratkaisemiseksi aiemmissa ehdotuksissa on suositeltu rakentamaan tukikohtia, joissa on paksuja Marsin maaperän kerroksia - joissakin tapauksissa tukeutuen sintraamiseen ja 3D-tulostamiseen kovan keraamisen ulkoseinän muokkaamiseen - sekä hätäsuojaa aurinko myrskyjen yhteydessä. Muut ehdotukset ovat ehdottaneet rakennuspohjien luomista laavaputkissa luonnollisen suojauksen aikaansaamiseksi. Mutta kuten Peroni totesi, nämä esittävät oman osuutensa vaaroista.
Niihin sisältyy tarvittavan määrän tehokkaiden suojaseinien luomiseen ja klaustrofobian uhka. Kuten hän selitti:
”NASA: n tutkimuksessa todettiin, että suuri avaruusasema tai elinympäristö vaatii suojauksen 4 t / m2 Marsin regolithia (ottaen huomioon, että sen tiheys on välillä 1 000 kg / m)3 pinnalla 2000 kg / m3 muutaman cm syvyydessä tämä vastaa 2 m: n paksuutta tai pienempää, jos materiaali tiivistetään [sintraamalla] lasereilla), jotta saavutetaan efektiivinen annosnopeus 2,5 mSv / vrk…
"Maanalaista turvakodia voidaan käyttää myös nukkumatiloina ja kaikkiin muihin aktiviteetteihin, joissa ei tarvitse katsoa ulkopuolelle (kuten katsoa videoita tai nauttia muista viihteistä), mutta asuminen aina maanalaisissa rakennuksissa voi vaarantaa psykologisen terveyden siirtomaalaisista (klaustrofobia), vähentäen myös heidän kykyään arvioida etäisyyksiä etupostin ulkopuolella (vaikeudet EVA-tehtävien suorittamisessa) ja voivat olla erityisen huonoja, jos yksi jälkipolven toiminnoista on avaruusmatkailu. Toinen ongelma on kasvihuoneiden rakentaminen, jonka pitäisi antaa aurinkovalon päästä kasvien biologisten mekanismien virittämiseksi. "
Vaihtoehtona Peroni ehdottaa alustaa, joka tarjoaisi oman suojauksensa maksimoiden pääsyn Marsin maisemaan. Tämä pohja kuljetetaan Marsiin aluksella, jolla on pallomainen ydin (halkaisija noin 300 metriä (984 ft)), jonka ympärille kuusikulmaiset pohjamoduulit järjestetään. Vaihtoehtoisesti Peroni ja hänen kollegansa suosittelevat sylinterimäisen ytimen luomista moduulien sijoittamiseksi.
Tämä avaruusalus kuljettaa moduulit ja asukkaat maapallolta (tai cis-lunar-kiertoradalta), ja se olisi suojattu samantyyppisellä keinotekoisella magneettikilmällä, jota käytetään siirtokunnan suojelemiseen. Tämän tuottaisi sarja sähkökaapeleita, jotka peittäisivät aluksen rakenteen. Matkan aikana avaruusalus pyörii myös keskiakselinsa ympäri nopeudella 1,5 kierrosta minuutissa, jotta saadaan aikaan noin 0,8 g: n painovoima.
Tämä varmistaisi, että astronautit saapuivat kiertoradalle Marsin ympäri kärsimättä mikrogravitaation altistumisen rappeuttavista vaikutuksista - joihin kuuluvat lihasten ja luiden tiheyden menetys, heikentynyt näkö, heikentynyt immuunijärjestelmä ja elinten toiminta. Kuten Peroni selitti sen:
”” Matkapallon ”rajalla on propulsiojärjestelmät, jotka ovat välttämättömiä sekä matkalle että avaruusaluksen nykyaikaiselle kiertymiselle, jotta voidaan luoda keinotekoinen painovoima edestakaisen matkan aikana. Nämä avaruusalukset on kehitetty integroimaan paremmin laivan kantavat elementit moduulien rakenteeseen. Aluksen rungon muodostavan pallon laakerirakenne muodostuu kuusikulmaisesta ja viisikulmaisesta diagriidista, ja siksi on helpompaa yhdistää ja yhdistää moduuleja, joilla on samanlaiset muodot. "
Saavuttuaan Marsin kiertoradalle, laivapallo pysähtyi pyörimästä, jotta jokainen elementti voi irrota ja alkaa laskeutua Marsin pintaan käyttämällä laskuvarjo-, työntövoima- ja ilmavastuksen järjestelmää hidastaakseen ja laskeutuakseen. Jokainen moduuli olisi varustettu neljällä moottoroidulla jalalla, joiden avulla ne voivat liikkua pinnalla ja yhdistyä muihin asumismoduuleihin saapuessaan.
Vähitellen moduulit järjestäytyisivät pallomaiseen kokoonpanoon toroidimuotoisen laitteen alle. Aivan kuten avaruusalusta suojaava, tämä laite olisi tehty korkeajännitteisistä sähkökaapeleista, jotka synnyttävät sähkömagneettisen kentän moduuleiden suojaamiseksi kosmiselta ja aurinkovalolta. Avaruusalus (kuten SpaceX: n ehdottama BFR) voisi myös lähteä aluksen keskeisestä ytimestä lauttamalla tulevat uudelleensijoittajat planeetalle.
Peroni ja hänen kollegansa suorittivat konseptinsa tehokkuuden määrittämiseksi numeerisia laskelmia ja laboratoriokokeita mittakaavan mallin avulla (kuvassa alla). Tämän perusteella he päättivät, että laite kykeni tuottamaan ulkoisen magneettikentän, joka on 4/5 Teslaa, mikä on tarpeeksi pitämään asukkaat turvassa haitallisilta kosmisilta säteiltä.
Samanaikaisesti laite tuotti melkein tyhjän magneettikentän laitteen sisälle, mikä tarkoittaa, että se ei altista asukkaita sähkömagneettiselle säteilylle - eikä siten aiheuta vaaraa heille. Peronin ehdotuksen mukaan jokainen moduuli olisi kuusikulmainen, halkaisija 20 m (65,6 jalkaa), ja siinä olisi riittävästi pystysuuntaista tilaa sisälle muodostamaan asutettavan tilan.
Kukin moduuleista nousee noin 5 m (16,5 jalkaa) maanpinnan yläpuolelle (käyttämällä moottoroituja jalkojaan), jotta marsilaistuuli voi valua hiekkamyrskyjen aikana ja estää hiekan kerääntymistä moduulien ympärille. Tämä varmistaisi, että näkymä moduulien sisäpuolelta, keskeinen komponentti Peronin suunnittelussa, ei olisi estetty.
Itse asiassa Peronin ehdotuksessa vaaditaan tukikohdan olevan mahdollisimman avoin ympäröivälle maisemalle ikkunoiden ja taivasholvien kautta, mikä antaa asukkaiden tuntea olevan läheisemmässä yhteydessä ympäristöön ja estää eristyneisyyttä ja klaustrofobiaa. Jokainen moduuli painaa arviolta 40-50 tonnia (44-55 Yhdysvaltain tonnia) maan päällä - mikä on 15-19 tonnia (16,5-21 Yhdysvaltain tonnia) Marsin painovoimassa.
Osa alkuperäisestä painosta sisältäisi laskeutumiseen tarvittavan polttoaineen, joka kaataisi laskeutumisen aikana ja tarkoittaisi, että elinympäristöt olisivat vieläkin kevyempiä saavuttaessaan Marsin pintaan. Kuten samanlaisissa malleissa, jokainen moduuli erotettaisiin toiminnonsa mukaan, toiset toimivat nukkumatiloina ja toiset virkistysmahdollisuuksina, viheralueina, laboratorioina, työpajoina, veden kierrätyksenä ja puhtaanapitolaitoksina jne.
Viimeinen kosketus on ”teknologisen akselin” rakentaminen, maan yläpuolelle rakennettava kävelykelpoinen tunneli, johon paristot, aurinkosähköpaneelit ja pienet ydinreaktorit sijoitettaisiin. Nämä hoitaisivat pohjan huomattavat sähkötarpeet, joihin sisältyy tarvittava voima magneettikentän ylläpitämiseksi. Muita elementtejä voisivat olla tutkimusajoneuvojen autotallit ja varastot sekä tähtitieteellinen observatorio.
Tämä ehdotus on monin tavoin samanlainen kuin Solenoid Moon-base -konsepti, jonka Peroni esitteli ainakin vuoden AIAA: n avaruus- ja astronautiatutkimusfoorumissa ja -näyttelyssä. Tällöin Peroni ehdotti rakentaa kuunpohja, joka koostuisi läpinäkyvistä kupuista, jotka suljetaan toroidimuotoisen rakenteen sisään, joka koostuu korkeajännitekaapeleista.
Molemmissa tapauksissa ehdotetut luontotyypit ovat kyse asukkaiden tarpeiden varmistamisesta - niihin sisältyy paitsi heidän fyysinen turvallisuutensa myös psykologinen hyvinvointi. Tulevaisuuteen nähden Peroni toivoo, että hänen ehdotuksensa edistävät enemmän keskustelua ja tutkimusta ulkomaisten tukikohtien rakentamisen erityisistä haasteista. Hän toivoo näkevänsä myös innovatiivisempia konsepteja, jotka on suunniteltu vastaamaan niihin.
"Tämä alustava tutkimus voi rohkaista näiden teorioiden [] kehittämistä tulevaisuudessa ja syvempää tutkimusta aiheisiin ja aiheisiin, joita tämä artikkeli kattaa, joten miksi ei, tulevaisuudessa ihmiset antavat [mahdollisuuden] toteuttaa unelma elää pitkään Marsilla Jaksot eivät ole suljettuina raskasmetallihäkkien tai tummien kallioluolien alle ”, hän sanoi.
On selvää, että kaikkien tulevaisuudessa Kuulle, Marsiin tai sen ulkopuolelle rakennettujen siirtokuntien on oltava suurelta osin omavaraisia - tuottamaan omia ruokia, vettä ja rakennusmateriaaleja paikan päällä. Samaan aikaan tämä prosessi ja päivittäinen elämä ovat voimakkaasti riippuvaisia tekniikasta. Tulevien sukupolvien aikana Mars on todennäköisesti todistava peruste, jolla testataan ja tarkistetaan toisella planeetalla elämisen menetelmiämme.
Ennen kuin aloitamme ihmisten lähettämisen Punaiselle planeetalle, meidän on varmistettava, että toimitamme parhaat menetelmät. Ja muista katsoa tämä video moduulin tukikohdasta, joka siirretään Marsiin avaruudesta, Marco Peroni Ingegnerian luvalla:
