Ідея вивчення та колонізації Марса ніколи не була живішою, ніж сьогодні. Протягом наступних двох десятиліть існує кілька планів щодо відправлення екіпажів на Червону планету, і навіть деякі дуже амбітні плани розпочати будівництво постійного поселення там. Незважаючи на ентузіазм, існує чимало значних викликів, які потрібно вирішити, перш ніж будь-які подібні зусилля можуть бути зроблені.
Ці виклики, які включають вплив низької тяжкості на організм людини, радіацію та психологічний вплив на віддалення від Землі - стають все більш вираженими при роботі з постійними основами. Для вирішення цього питання інженер-будівельник Марко Пероні пропонує пропозицію про модульну марсіанську базу (і космічний корабель для її доставки), яка б дозволила колонізувати Марс, захищаючи його мешканців при захисті від штучного випромінювання.
Пероні представив цю пропозицію на Американському інституті аеронавтики та космонавтики (AIAA) SPACE та форумі та експозиції космонавтики, що проходив з 17 по 19 вересня в Орландо, штат Флорида. Презентація була однією з декількох, що відбулися у середу, 19 вересня, тема якої - «Місії архітектури Марса».
Простіше кажучи, ідея колонізувати Марс (або де-небудь в Сонячній системі) представляє багато викликів - як фізичних, так і психологічних. Що стосується Червоної планети, вони включають її тонку і не дихаючу атмосферу, її дуже холодне середовище, а також те, що у неї немає магнітного поля. Саме цей останній предмет є особливо складним, оскільки будь-яким майбутнім колоністам потрібно буде захиститися від значної кількості випромінювання.
Коротше кажучи, середня кількість випромінювання, якому людина піддається впливу на Землі, спрацьовує приблизно 3,6 мілісеверта (мЗв) на рік, що завдяки щільній атмосфері Землі та захисному магнітному полі. Природно, це означає, що космонавти та люди, що вирушають за межі Землі, піддаються різко більшій кількості сонячної та космічної радіації.
Для забезпечення охорони здоров'я та безпеки космонавтів НАСА встановила верхню межу від 500 мЗв на рік або від 2000 до 4000 мЗв (залежно від віку та статі) протягом життя космонавта. Однак, за підрахунками Пероні, залежно від того, скільки часу вони проводять у приміщенні, середня кількість радіаційного опромінення, який піддавався б марсіанським поселенцям, становитиме близько 740 мЗв на рік. Як Перони пояснив Space Magazine електронною поштою:
«Кількість матеріалу для ефективного екранування може бути набагато вищим за те, що можливо для більшості аерокосмічних застосувань. Наприклад, алюмінієві стінки МКС мають товщину близько 7 мм і ефективні в ЛЕО, але навряд чи таких щитів вистачить у міжпланетному просторі, де вони навіть можуть збільшити дозу, що поглинається, якщо вони істотно не загустяться ».
Щоб вирішити цю загрозу, попередні пропозиції рекомендували будувати основи з товстими шарами марсіанського ґрунту - у деяких випадках, покладаючись на спікання та 3D-друк, щоб модифікувати жорстку керамічну зовнішню стіну - та аварійні укриття на випадок сонячних штормів. Інші пропозиції пропонують будувати основи в стійких лавових трубах для забезпечення природного екранування. Але, як зазначив Пероні, вони становлять власну частку небезпек.
Сюди входить кількість матеріалу, необхідного для створення ефективних стін щита та загроза клаустрофобії. Як він пояснив:
«Дослідження NASA показало, що для великої космічної станції або середовища існування потрібно екранування 4 т / м2 марсіанського реголіту (враховуючи, що його щільність становить від 1000 кг / м3 на поверхні до 2000 кг / м3 на глибині декількох см це відповідає товщині 2 м або менше, якщо матеріал ущільнюється [шляхом спікання лазерами) для досягнення ефективної швидкості дози 2,5 мЗв / у…
"Підземний притулок можна використовувати також як спальний приміщення і для всіх тих заходів, де немає необхідності шукати зовні (наприклад, дивитися відео чи насолоджуватися іншими розвагами), але завжди жити в підземних спорудах може загрожувати психологічне здоров'я колоністів (клаустрофобія), зменшуючи також їх здатність оцінювати відстані, коли поза межами застави (труднощі у виконанні завдань EVA) і може бути особливо поганим у випадку, якщо однією з видів діяльності застави є космічний туризм. Ще одна проблема полягає в будівництві теплиць, які повинні пропускати світло від Сонця для живлення біологічних механізмів рослин ».
В якості альтернативи Пероні пропонує розробити основу, яка б забезпечила власне екранування при максимальному доступі до марсіанського ландшафту. Цю базу транспортували б на Марс на борту судна зі сферичною серцевиною (діаметром близько 300 метрів), навколо якого розміщувались шестикутні базові модулі. По черзі Пероні та його колеги рекомендують створити циліндричну серцевину для розміщення модулів.
Цей космічний корабель транспортував би модулі та мешканців із Землі (або цис-місячної орбіти) і був би захищений тим же типом штучного магнітного щита, який використовується для захисту колонії. Це призведе до серії електричних кабелів, які охоплюють суднову структуру. Під час подорожі космічний корабель також обертався б навколо своєї центральної осі зі швидкістю 1,5 обороту в хвилину, щоб генерувати силу тяжіння приблизно 0,8 г.
Це забезпечило б, щоб космонавти прибули на орбіту навколо Марса, не постраждавши від дегенеративних наслідків впливу мікрогравітації, які включають втрату м'язової та кісткової щільності, погіршення зору, зниження імунної системи та функціонування органів. Як це пояснив Пероні:
"На кордоні" мандрівної сфери "будуть розміщуватися системи приводу, необхідні як для плавання, так і для сучасного обертання космічного судна, щоб генерувати штучну гравітацію під час прямого руху. Ці космічні апарати були розроблені для кращої інтеграції несучих елементів корабля зі структурою модулів. Несуча конструкція сфери, що становить тіло судини, утворена шестикутним і п'ятикутним діагностувачем, тому простіше з’єднувати та агрегувати модулі, які мають подібну форму. "
Опинившись на марсіанській орбіті, корабельна сфера перестала б обертатися, щоб дозволити кожному елементу відшаруватися і почати спускатися до поверхні Марсія, використовуючи систему парашутів, тяги та опір повітря, щоб сповільнитись і приземлитися. Кожен модуль буде обладнаний чотирма моторизованими ніжками, які дозволять їм переміщатися по поверхні та з'єднуватися з іншими модулями житла, коли вони прибудуть.
Поступово модулі розташовувались у сферичній конфігурації під апаратом у формі тороїда. Подібно до того, що захищає космічний корабель, цей апарат був би виготовлений з високовольтних електричних кабелів, які генерують електромагнітне поле для захисту модулів від космічного та сонячного випромінювання. Космічний апарат (наприклад, запропонований BFR SpaceX) також міг відійти від центрального ядра судна, перевозячи майбутніх переселенців на планету.
Щоб визначити ефективність своєї концепції, Пероні та його колеги провели чисельні розрахунки та лабораторні експерименти, використовуючи масштабну модель (показану нижче). Виходячи з цього, вони визначили, що апарат здатний генерувати зовнішнє магнітне поле 4/5 Тесла, що достатньо для збереження мешканців у безпеці від шкідливих космічних променів.
У той же час апарат генерував майже нульове магнітне поле всередині апарату, а це означає, що він не піддаватиме жителів ніякого електромагнітного випромінювання - і тому не представляє для них небезпеки. Кожен модуль, згідно з пропозицією Пероні, мав би форму шестикутника, розміром 20 м (65,6 футів) в діаметрі, і всередині було б достатньо вертикальної кімнати, щоб вона становила житловий простір.
Кожен з модулів підніметься приблизно на 5 м (16,5 футів) над землею (використовуючи свої моторизовані ноги), щоб марсіанський вітер злітав під час піщаних штормів та запобігав накопиченню піску навколо модулів. Це гарантувало б, що вигляд зсередини модулів, ключовий компонент дизайну Пероні, буде безперешкодним.
Насправді, пропозиція Пероні закликає базу відкрити якомога більше для навколишнього ландшафту через вікна та небесні склепіння, що дозволить мешканцям відчувати себе більш тісно пов'язаними з навколишнім середовищем та запобігти почуттю замкнутості та клаустрофобії. Кожен модуль важив би приблизно 40-50 метричних тонн (44-55 тонн США) на Землі - що досягає 15-19 тонн (16,5-21 тонн США) в марсіанській силі.
Частина початкової ваги включала б у себе паливо, необхідне для спуску, яке було б скинуто під час спуску і означало, що місця проживання ще легші, як тільки вони досягнуть поверхні Марса. Як і у випадку з подібними конструкціями, кожен модуль був би диференційований відповідно до своєї функції, де деякі виконували функції спальних приміщень, а інші - бази відпочинку, зелені насадження, лабораторії, майстерні, споруди з переробки води та санітарії тощо.
Останнім штрихом стане будівництво «технологічної осі», прохідного тунелю, побудованого над землею, де розміщуватимуться батареї, фотоелектричні панелі та невеликі ядерні реактори. Вони бачитимуть значні електричні потреби бази, які включають потужність, необхідну для підтримки магнітного поля. Інші елементи можуть включати гаражі та склади для розвідувальних машин, а також астрономічну обсерваторію.
Ця пропозиція багато в чому схожа на концепцію бази соленоїдів на Місяці, яку Пероні представив принаймні рік Форуму та експозиції космічної та космонавтики AIAA. З цього приводу Пероні запропонував побудувати місячну основу, яка складалася з прозорих куполів, які були б укладені всередині тороїдної структури, що складається з високовольтних кабелів.
В обох випадках запропоновані місця існування стосуються забезпечення потреб їх мешканців - що включає не лише їх фізичну безпеку, але й психологічне самопочуття. Дивлячись у майбутнє, Пероні сподівається, що його пропозиції сприятимуть більшій дискусії та дослідженню конкретних проблем побудови баз поза світом. Він також сподівається побачити більш інноваційні концепції, розроблені для їх вирішення.
«Це попереднє дослідження може стимулювати майбутній розвиток цих теорій і більш глибоке вивчення тем і тем, що висвітлюються в цьому внеску, що, чому б ні, в майбутньому [дозволить] людині реалізувати мрію про життя на Марсі надовго періоди, не закриваючись під важкі металеві клітки або темні скельні печери », - сказав він.
Зрозуміло, що будь-які населені пункти, побудовані на Місяці, Марсі або за його межами, в майбутньому повинні бути значною мірою самодостатніми - виробляти власну їжу, воду та будівельні матеріали in situ. У той же час цей процес та акт щоденного життя будуть сильно залежати від технології. У наступних поколіннях Марс, ймовірно, стане доказом того, де наші методи життя на іншій планеті перевіряються та перевіряються.
Перш ніж ми почнемо відправляти людей на Червону планету, нам потрібно переконатися, що ми можемо використовувати свої найкращі методи вперед. І не забудьте ознайомитись з цим відео з базою модулів, що розгортається на Марс з космосу, люб’язно надавши Марко Пероні Інгегнерія:
