Ideja o istraživanju i koloniziranju Marsa nikada nije bila živa nego danas. U naredna dva desetljeća postoji više planova za slanje posađenih misija na Crvenu planetu, pa čak i neki vrlo ambiciozni planovi da se tamo počne graditi trajno naselje. Unatoč entuzijazmu, postoji mnogo značajnih izazova s kojima se treba riješiti prije nego što se pokušaju pokušati.
Ovi izazovi - koji uključuju učinke niske gravitacije na ljudsko tijelo, zračenje i psihološku štetu zbog udaljenosti od Zemlje - postaju sve izraženiji kada se radi o stalnim bazama. Da bi se pozabavili ovim problemom, građevinski inženjer Marco Peroni nudi prijedlog modularne marsovske baze (i svemirske letjelice koja bi je isporučila) koja bi omogućila kolonizaciju Marsa, a njegove stanovnike zaštitilo zaštitom od umjetnog zračenja.
Peroni je ovaj prijedlog predstavio na Američkom institutu za zrakoplovstvo i astronautiku (AIAA) 2018. SPACE i forum i izložba astronautike, koji se održavao od 17. do 19. rujna u Orlandu na Floridi. Prezentacija je bila jedna od nekoliko održanih u srijedu 19. rujna, a tema je bila „Mars Mission Architecture“.
Jednostavno rečeno, ideja koloniziranja Marsa (ili bilo gdje u Sunčevom sustavu) predstavlja brojne izazove - i fizičke i psihološke. U slučaju Crvene planete, ona uključuje njegovu tanku i ne prozračnu atmosferu, vrlo hladno okruženje i činjenicu da nema magnetsko polje. Upravo je ova posljednja stavka posebno zahtjevna jer će svaki budući kolonisti trebati biti zaštićeni od velike količine zračenja.
Ukratko, prosječna količina zračenja kojoj je čovjek izložen na Zemlji djeluje na oko 3,6 miliSiveverta (mSv) godišnje, što je zahvaljujući zemljinoj gustoj atmosferi i zaštitnom magnetskom polju. To, naravno, znači da su astronauti i ljudi koji odlaze izvan Zemlje izloženi drastično većim količinama sunčevog i kozmičkog zračenja.
Da bi osigurao zdravlje i sigurnost astronauta, NASA je utvrdila gornju granicu od 500 mSv godišnje ili 2000 do 4000 mSv (ovisno o dobi i spolu) tijekom života astronauta. Međutim, Peroni procjenjuje da će, ovisno o tome koliko vremena provode u zatvorenom, prosječna količina zračenja, kojoj bi bio izložen marsovski doseljenik, biti oko 740 mSv godišnje. Kao što je Peroni objasnio za Space Magazine putem e-pošte:
„Količina materijala za učinkovito oklopjenje može tada biti znatno veća od onoga što je izvedivo za većinu zrakoplovnih aplikacija. Primjerice, aluminijski zidovi ISS-a debljine su oko 7 mm i učinkoviti su u LEO-u, ali malo je vjerojatno da bi takvi štitovi bili dovoljni u međuplanetarnom prostoru, gdje bi čak mogli povećati apsorbiranu dozu ako se znatno ne zgusnu. "
Da bi se riješili ove prijetnje, prethodni prijedlozi preporučili su izgradnju baza s debelim slojevima marsovskog tla - u nekim slučajevima oslanjajući se na sinteriranje i 3D ispis kako bi se oblikovao tvrdi keramički vanjski zid - i hitna skloništa u slučaju solarnih oluja. Drugi su prijedlozi sugerirali izgradnju podloga u stabilnim lavanskim cijevima kako bi se osigurao prirodni oklop. No, kako je Peroni naznačio, ovi predstavljaju vlastiti udio opasnosti.
Oni uključuju količinu materijala potrebnu za stvaranje učinkovitih zidova štitnika i prijetnju klaustrofobijom. Kako je objasnio:
„NASA studija je otkrila da je za veliku svemirsku stanicu ili stanište potrebna zaštita od 4 t / m2 marsovskog regolita (obzirom da je njegova gustoća između 1.000 kg / m3 na površini do 2.000 kg / m3 na dubini od nekoliko cm, to odgovara debljini od 2 m, ili manjoj ako se materijal zbija [sinteriranjem pomoću lasera] kako bi se postigla efektivna brzina doze od 2,5 mSv / y…
„Podzemno sklonište može se koristiti i kao prostor za spavanje i za sve one aktivnosti u kojima nema potrebe za gledanjem vani (poput gledanja videozapisa ili uživanja u drugim zabavama), ali uvijek živjeti u podzemnim strukturama može biti ugroženo psihičko zdravlje kolonista (klaustrofobija), a smanjuje se i njihova sposobnost procjenjivanja udaljenosti izvan zalaza (poteškoće u izvršavanju zadataka EVA), a može biti posebno loše u slučaju da je jedna od aktivnosti obilaska svemirski turizam. Drugi problem je izgradnja plastenika, koji bi trebao omogućiti svjetlost Sunca da napaja biološke mehanizme biljaka. "
Kao alternativu, Peroni predlaže dizajn baze koja bi osigurala vlastiti oklop, istodobno maksimizirajući pristup marsovskom krajoliku. Ta se baza prevozila na Mars na plovilu s jezgrom u obliku sfere (promjera oko 300 metara) oko koje bi se postavili šesterokutni osnovni moduli. S druge strane, Peroni i njegovi kolege preporučuju stvaranje cilindrične jezgre za smještaj modula.
Ovaj bi svemirski brod prevozio module i stanovnike sa Zemlje (ili cis-mjesečeve orbite) i bio bi zaštićen istim tipom umjetnog magnetskog štita koji se koristi za zaštitu kolonije. To bi nastalo serijom električnih kabela koji bi obuhvatili brodsku strukturu. Tijekom putovanja, svemirski se brod također okretao oko svoje središnje osi brzinom od 1,5 okretaja u minuti kako bi stvorio silu gravitacije od oko 0,8 g.
To bi osiguralo da su astronauti stigli u orbitu oko Marsa, a da nisu patili od degenerativnih učinaka izloženosti mikrogravitaciji - koji uključuju gubitak gustoće mišića i kostiju, kompromitiran vid, smanjen imunološki sustav i rad organa. Kao što je Peroni objasnio:
"Na granici" putujuće sfere "nalazit će se pogonski sustavi potrebni kako za plovidbu tako i za suvremenu rotaciju svemirskog broda kako bi se tijekom okretnog puta stvorila umjetna gravitacija. Ovi svemirski brodovi razvijeni su za bolju integraciju nosivih elemenata broda sa strukturom modula. Noseća konstrukcija sfere, koja čini tijelo posude, oblikovana je šesterokutnom i petokrakom dijagnozom, pa je modulima sličnog oblika lakše povezati i objediniti. "
Jednom kada bi u marsovskoj orbiti brodska sfera prestala da se okreće kako bi se omogućilo da se svaki element odvoji i počne spuštati na Marsovsku površinu, koristeći sustav padobrana, potisnika i zračnog otpora za usporavanje i slijetanje. Svaki bi modul bio opremljen s četiri motorizirane noge koje bi im mogle kretati po površini i povezivati se s ostalim modulima stanovanja nakon što stignu.
Postupno bi se moduli smjestili u sfernu konfiguraciju ispod aparata u obliku toroida. Kao i onaj koji štiti svemirski brod, ovaj bi uređaj bio izrađen od visokonaponskih električnih kablova koji stvaraju elektromagnetsko polje za zaštitu modula od kozmičkog i sunčevog zračenja. Svemirska letjelica (kao što je predloženi BFR-a SpaceX-a) također bi mogla odstupiti iz središnje jezgre broda, trajektom budućih doseljenika na planetu.
Kako bi utvrdili učinkovitost svog koncepta, Peroni i njegovi kolege provodili su numeričke proračune i laboratorijske eksperimente pomoću modela s skalom (prikazano dolje). Iz toga su utvrdili da je aparat sposoban stvoriti vanjsko magnetsko polje 4/5 Tesle, što je dovoljno da stanovnike zaštiti od štetnih kozmičkih zraka.
U isto vrijeme, aparat je stvorio gotovo nulično magnetsko polje unutar aparata, što znači da neće izložiti stanovnike nikakvom elektromagnetskom zračenju - i stoga im ne predstavlja opasnost. Svaki bi modul, prema Peronijevom prijedlogu, bio šesterokut, promjera 20 m (65,6 ft) i unutra bi imao dovoljno vertikalnog prostora da čini prostor za stanovanje.
Svaki od modula podizao bi se oko 5 m iznad zemlje (koristeći svoje motorizirane noge) kako bi Marsovski vjetar mogao otpuhati tijekom pješčanih oluja i spriječio nakupljanje pijeska oko modula. Time bi se osigurao nesmetan pogled iznutra modula, ključne komponente Peronijevog dizajna.
U stvari, Peronijevim prijedlogom se traži da baza bude što više otvorena za okolni krajolik kroz prozore i nebeske svodove, čime bi se stanovnici osjećali bliže okruženju i spriječili osjećaj izoliranosti i klaustrofobije. Svaki bi modul težio procijenjenih 40-50 metričkih tona (44-55 američkih tona) na Zemlji - što djeluje na 15-19 tona (16,5-21 tona SAD-a) u marsovskoj gravitaciji.
Dio početne težine uključivao bi gorivo potrebno za silazak, koje bi se bacilo tijekom spuštanja i značilo da su staništa bila još lakša kada stignu na površinu Marsa. Kao i kod sličnih dizajna, svaki bi se modul razlikovao u skladu s njihovom funkcijom, pri čemu bi neki služili kao spavaći prostori, a drugi objekti za rekreaciju, zelene površine, laboratoriji, radionice, postrojenja za reciklažu vode i sanitarni čvor, itd.
Posljednji dodir bit će izgradnja „tehnološke osi“, prohodnog tunela izgrađenog iznad zemlje u kojem bi bile stacionirane baterije, fotonaponski paneli i mali nuklearni reaktori. Oni bi ugledali u osnovne potrebe za električnom energijom, uključujući snagu potrebnu za održavanje magnetskog polja. Ostali elementi mogli bi uključivati garaže i skladišta za istraživačka vozila, kao i astronomsku opservatoriju.
Ovaj je prijedlog u mnogočemu sličan konceptu Solenoidne baze na mjesecu koji je Peroni predstavio najmanje godinu dana na AIAA Forumu i Izložbi za svemir i astronautiku. Tom je prilikom Peroni predložio izgradnju lunarne baze koja bi se sastojala od prozirnih kupola koje bi bile zatvorene unutar toroidnog oblika koji se sastoji od visokonaponskih kabela.
U oba slučaja, predložena staništa odnose se na potrebe njihovih stanovnika - što uključuje ne samo njihovu fizičku sigurnost, već i psihološku dobrobit. Gledajući u budućnost, Peroni se nada da će njegovi prijedlozi potaknuti više rasprave i istraživanja specifičnih izazova izgradnje baza izvan svijeta. Nada se i da će vidjeti inovativnije koncepte osmišljene kako bi se riješio ove probleme.
„Ovo preliminarno istraživanje može potaknuti [budući] budući razvoj ovih teorija i dublje proučavanje tema i tema obuhvaćenih ovim doprinosom, da će, zašto ne, u budućnosti ljudi [omogućiti] ljudima da ostvare san o životu na Marsu dugo razdoblja bez zatvaranja u kavezima teških metala ili tamnih stijena ", rekao je.
Jasno je da će svako naselje izgrađeno na Mjesecu, Marsu ili šire u budućnosti morati u velikoj mjeri biti samozatajno - proizvoditi vlastitu hranu, vodu i građevinski materijal in situ. Istodobno će ovaj postupak i čin svakodnevnog življenja uvelike ovisiti o tehnologiji. U narednim generacijama Mars će vjerojatno biti dokazno mjesto gdje se naše metode življenja na drugom planetu testiraju i provjeravaju.
Prije nego što počnemo slati ljude na Crvenu planetu, moramo se pobrinuti da naprijed pružimo svoje najbolje metode. Obavezno pogledajte ovaj videozapis baze modula koji je na Mars postavljen iz svemira, iz ljubaznosti Marca Peronija Ingegneria:
