Идеята за изследване и колонизиране на Марс никога не е била по-жива, отколкото днес. В рамките на следващите две десетилетия съществуват множество планове за изпращане на екипирани мисии до Червената планета и дори някои силно амбициозни планове да започне изграждането на постоянно населено място там. Въпреки ентусиазма, има много значителни предизвикателства, които трябва да бъдат решени, преди да се предприемат подобни опити.
Тези предизвикателства - които включват въздействието на ниската гравитация върху човешкото тяло, радиацията и психологическата дължина на отдалечеността от Земята - стават все по-изразени при работа с постоянни бази. За да се справи с това, строителният инженер Марко Перони предлага предложение за модулна марсианска база (и космически кораб, който да я достави), която би позволила колонизацията на Марс, като същевременно защитава жителите му с екраниране на изкуствена радиация.
Перони представи това предложение на Американския институт по аеронавтика и космонавтика (AIAA) за 2018 г. на пространството и изложението на космонавтиката и космонавтиката, което се проведе от 17 до 19 септември в Орландо, Флорида. Презентацията беше една от няколкото, които се проведоха в сряда, 19 септември, темата на която беше „Архитектурата на мисията на Марс“.
По-просто казано, идеята за колонизиране на Марс (или където и да е в Слънчевата система) представлява много предизвикателства - както физически, така и психологически. В случая с Червената планета те включват неговата тънка и недишаща атмосфера, много студената й среда и факта, че тя няма магнитно поле. Именно това последно изделие е особено предизвикателно, тъй като всеки бъдещ колонист ще трябва да бъде защитен от значително количество радиация.
Накратко, средното количество радиация, на което е изложен човек на Земята, работи до около 3,6 милиСиверта (mSv) годишно, което се дължи на плътната атмосфера на Земята и защитното магнитно поле. Естествено, това означава, че астронавтите и хората, които тръгват отвъд Земята, са изложени на драстично по-големи количества слънчева и космическа радиация.
За да гарантира здравето и безопасността на астронавтите, НАСА е установила горна граница от 500 mSv годишно или 2000 до 4000 mSv (в зависимост от възрастта и пола) през живота на астронавта. Въпреки това, Peroni изчислява, че в зависимост от това колко време прекарват на закрито, средното количество радиация, на което ще бъде изложен марсианският заселник, ще бъде около 740 mSv годишно. Както Перони обясни пред Space Magazine по имейл:
„Тогава количеството материал за ефективно екраниране може да надхвърли това, което е възможно за повечето космически приложения. Алуминиевите стени на МКС например са с дебелина около 7 мм и са ефективни в LEO, но е малко вероятно такива щитове да са достатъчни в междупланетарното пространство, където те дори биха могли да увеличат абсорбираната доза, освен ако не бъдат значително удебелени. "
За да се справят с тази заплаха, предходните предложения препоръчват изграждането на основи с дебели слоеве марсианска почва - в някои случаи, разчитайки на синтероване и 3D печат, за да се монтира твърда керамична външна стена - и аварийни убежища в случай на слънчеви бури. Други предложения предлагат изграждане на основи в стабилни лава тръби, за да се осигури естествено екраниране. Но както Перони посочи, те представляват собствен дял от опасности.
Те включват количеството материал, необходимо за създаване на ефективни стени на екрана и заплахата от клаустрофобия. Както той обясни:
„Проучване на НАСА установи, че голяма космическа станция или местообитание изисква екраниране 4 t / m2 марсиански реголит (като се има предвид, че плътността му е между 1000 kg / m3 на повърхността до 2 000 кг / м3 на дълбочина от няколко см, това съответства на дебелина от 2 м или по-малка, ако материалът се уплътнява [като се спече от лазери), за да се постигне ефективна скорост на дозата 2,5 mSv / г…
„Подземен подслон може да се използва и като помещения за спане и за всички онези дейности, в които няма нужда да търсите навън (като например да гледате видеоклипове или да се наслаждавате на други забавления), но живеенето винаги в подземни структури може да изложи на риск психическото здраве на колонистите (клаустрофобия), намалявайки и способността им да оценяват разстоянията, когато са извън застава (трудности при изпълнение на задачите на EVA) и може да бъде особено лошо в случай, че една от дейностите на аванпоста е космическият туризъм. Друг проблем е изграждането на оранжерии, които трябва да позволят на светлината от Слънцето да навлиза за захранване на биологичните механизми на растенията. "
Като алтернатива Peroni предлага дизайн на база, която би осигурила собствена екранировка, като същевременно максимизира достъпа до марсианския пейзаж. Тази база ще бъде транспортирана до Марс на борда на кораб със сърцевидна форма (с диаметър около 300 метра (984 фута)), около който ще бъдат разположени шестоъгълните основни модули. Алтернативно, Перони и неговите колеги препоръчват да се създаде цилиндрично ядро, което да приюти модулите.
Този космически кораб ще транспортира модулите и обитателите от Земята (или цис-лунна орбита) и ще бъде защитен от същия тип изкуствен магнитен щит, използван за защита на колонията. Това ще бъде генерирано от поредица от електрически кабели, които обгръщат корабната структура. По време на пътуването космическият кораб също ще се върти около централната си ос със скорост 1,5 оборота в минута, за да генерира сила на гравитация около 0,8 g.
Това би гарантирало, че астронавтите са пристигнали на орбита около Марс, без да са страдали от дегенеративните ефекти от излагането на микрогравитация - които включват загуба на мускулна и костна плътност, компрометирано зрение, намалена имунна система и функции на органи. Както Перони го обясни:
„На границата на„ пътуващата сфера “ще има задвижващите системи, необходими както за пътуването, така и за съвременното въртене на космическия кораб, за да се генерира изкуствена гравитация по време на въртене. Тези космически кораби са разработени, за да интегрират по-добре носещите елементи на кораба със структурата на модулите. Носещата конструкция на сферата, която представлява тялото на съда, е формирана от шестоъгълна и петоъгълна диагностика и затова е по-лесно да се свързват и агрегират модулите, които имат сходни форми. "
Веднъж в марсианска орбита корабната сфера би спряла да се върти, за да позволи на всеки елемент да се отдели и да започне да се спуска към повърхността на Марсиан, използвайки система от парашути, тласкачи и въздушно съпротивление, за да се забави и кацне. Всеки модул ще бъде оборудван с четири моторизирани крака, които биха им позволили да се движат по повърхността и да се свързват с другите модули за обитаване, след като пристигнат.
Постепенно модулите ще се подредят в сферична конфигурация под апарат с форма на тороид. Подобно на този, който защитава космическия кораб, този апарат би бил направен от електрически кабели с високо напрежение, които генерират електромагнитно поле за защита на модулите от космическа и слънчева радиация. Космически кораб (като BFR, предложен от SpaceX) също може да се отклони от централното ядро на кораба, превозвайки бъдещите заселници на планетата.
За да определят ефективността на тяхната концепция, Перони и неговите колеги проведоха числени изчисления и лабораторни експерименти, използвайки мащабен модел (показан по-долу). От това те определят, че апаратът е способен да генерира външно магнитно поле от 4/5 Тесла, което е достатъчно, за да предпази обитателите от вредни космически лъчи.
В същото време апаратът генерира почти нулево магнитно поле вътре в апарата, което означава, че няма да изложи жителите на никакво електромагнитно излъчване - и следователно не представлява опасност за тях. Според предложението на Перони всеки модул би имал шестоъгълна форма, с диаметър 20 m (65,6 фута) и би имал достатъчно вертикално помещение вътре, за да представлява обитаемо пространство.
Всеки от модулите би се издигнал на около 5 м (16,5 фута) над земята (използвайки моторизираните си крака), за да може марсианският вятър да изтича по време на пясъчни бури и да предотврати натрупването на пясък около модулите. Това ще гарантира, че изгледът отвътре на модулите, ключов компонент в дизайна на Peroni, ще бъде безпрепятствен.
Всъщност предложението на Перони призовава базата да бъде отворена възможно най-много към околния пейзаж чрез прозорци и небесни сводове, което би позволило на жителите да се чувстват по-тясно свързани с околната среда и да предотврати чувството на изолация и клаустрофобия. Всеки модул би тежил приблизително 40-50 метрични тона (44-55 американски тона) на Земята - което достига до 15-19 тона (16,5-21 тона в САЩ) в марсианската гравитация.
Част от първоначалното тегло ще включва необходимото за спускане гориво, което ще се хвърли по време на спускането и ще означава, че местообитанията са още по-леки, щом достигнат повърхността на Марс. Както при подобни дизайни, всеки модул би бил диференциран според функцията си, като някои от тях служат като помещения за спане, а други места за отдих, зелени площи, лаборатории, работилници, съоръжения за рециклиране и санитария и др.
Последният щрих ще бъде изграждането на „технологична ос“, прохождащ се тунел, изграден над земята, където ще бъдат разположени батерии, фотоволтаични панели и малки ядрени реактори. Те ще осигурят значителните електрически нужди на базата, които включват мощността, необходима за поддържане на магнитното поле. Други елементи могат да включват гаражи и складове за превозни средства за проучване, както и астрономическа обсерватория.
Това предложение в много отношения е подобно на концепцията за базата на соленоидната луна, която Перони представи най-малко годишния форум и експозиция за космическа и космонавтика AIAA. По този повод Перони предложи да се изгради лунна основа, която да се състои от прозрачни куполи, които да бъдат затворени вътре в тороидна структура, състояща се от кабели с високо напрежение.
И в двата случая предложените местообитания са свързани с осигуряване на нуждите на техните обитатели - които включват не само физическата им безопасност, но и психологическото им благополучие. Поглеждайки към бъдещето, Перони се надява, че предложенията му ще насърчат повече дискусии и проучване на конкретните предизвикателства за изграждането на извънземни бази. Той също така се надява да види по-иновативни концепции, предназначени да се справят с тях.
„Това предварително проучване може да насърчи бъдещото развитие на тези теории и задълбочено проучване на теми и теми, обхванати от този принос, че, защо не, в бъдеще ще [позволи] на хората да реализират мечтата да живеят на Марс дълго периоди, без да бъдат затворени под тежки метални клетки или тъмни скални пещери “, каза той.
Ясно е, че всички селища, построени на Луната, Марс или по-нататък, в бъдеще ще трябва да бъдат до голяма степен самостоятелни - да произвеждат собствена храна, вода и строителни материали in situ. В същото време този процес и актът на ежедневния живот ще бъдат силно зависими от технологиите. В следващите поколения Марс вероятно ще бъде доказателството, че нашите методи за живот на друга планета се тестват и проверяват.
Преди да започнем да изпращаме хората на Червената планета, трябва да се уверим, че използваме най-добрите си методи. И не забравяйте да разгледате това видео на базата на модулите, разположени на Марс от космоса, с любезното съдействие на Марко Перони Ингегнерия:
