Marsi uurimise ja koloniseerimise idee pole kunagi varem olnud nii elus kui praegu. Järgmise kahe aastakümne jooksul on mitu kavatsust saata meeskonnaga missioonid Punasele planeedile ja isegi mõned väga ambitsioonikad plaanid alustada sinna alalise asula rajamist. Vaatamata entusiasmile on enne selliste katsete proovimist vaja lahendada palju olulisi väljakutseid.
Need väljakutsed - mis hõlmavad madala gravitatsiooni mõjusid inimkehale, kiirgust ja Maalt eemal olemise psühholoogilist koormust - muutuvad püsivate alustega tegelemisel veelgi teravamaks. Selle lahendamiseks pakub ehitusinsener Marco Peroni ettepaneku moodsa Marsi baasi (ja selle tarnimiseks mõeldud kosmoselaeva) kohta, mis võimaldaks Marsi koloniseerida, kaitstes samal ajal oma elanikke kunstliku kiirguskaitsega.
Peroni esitas selle ettepaneku 2018. aasta Ameerika Aeronautika ja Astronautika Instituudi (AIAA) SPACE ja Astronautika foorumil ja näitusel, mis toimusid 17. – 19. Septembrini Floridas Orlandos. Esitlus oli üks paljudest, mis toimusid kolmapäeval, 19. septembril ja mille teema oli “Marsi missiooni arhitektuurid”.
Lihtsalt öeldes, Marsi (või mis tahes päikesesüsteemi asukohas) koloniseerimise idee esitab palju väljakutseid - nii füüsilisi kui ka psühholoogilisi. Punase planeedi puhul on nende õhuke ja hingamatu atmosfäär, väga külm keskkond ja asjaolu, et sellel puudub magnetväli. See viimane punkt on eriti keeruline, kuna kõik tulevased kolonistid peavad olema kaitstud märkimisväärse hulga kiirguse eest.
Lühidalt öeldes - inimese keskmine kiirgus, mis inimesel Maa peal kokku puutub, ulatub umbes 3,6 milliSievertini (mSv) aastas, mis on tänu Maa tihedale atmosfäärile ja kaitsvale magnetväljale. Looduslikult tähendab see seda, et astronaudid ja väljaspool Maad lendlevad inimesed puutuvad kokku drastiliselt suurema koguse päikese ja kosmilise kiirgusega.
Astronautide tervise ja ohutuse tagamiseks on NASA astronaudi elu jooksul kehtestanud 500 mSv ülempiiri aastas või 2000–4000 mSv (sõltuvalt vanusest ja soost). Kuid Peroni hinnangul oleks sõltuvalt sellest, kui kaua nad siseruumides veedavad, keskmiselt umbes 740 mSv aastas radiatsiooni, millega Marsia asunik kokku puutuks. Nagu Peroni selgitas ajakirjale Space Magazine:
“Efektiivse varjestuse jaoks vajalik materjal võib sel juhul olla palju suurem kui enamiku kosmose- ja kosmoserakenduste jaoks kasutatav. Näiteks ISSi alumiiniumseinad on umbes 7 mm paksused ja LEO-s efektiivsed, kuid on ebatõenäoline, et sellistest kilpidest piisab planeetidevahelisest ruumist, kus need võivad isegi imendunud annust suurendada, kui see pole oluliselt paksenenud. "
Selle ohu kõrvaldamiseks on varasemates ettepanekutes soovitatud rajada paksude Marsi pinnasekihtidega aluseid - mõnel juhul tuginedes paagutamisele ja 3D-printimisele kõva keraamilise välisseina moodustamiseks - ning hädaabivarjude päikesetormide korral. Teiste ettepanekute kohaselt on loomuliku varjestuse tagamiseks soovitatav ehitada alused stabiilsesse laavatorusse. Kuid nagu Peroni märkis, on neil oma osa ohtudest.
Nende hulka kuulub efektiivsete kilpseinte loomiseks vajaminev materjal ja klaustrofoobia oht. Nagu ta selgitas:
„NASA uuring leidis, et suur kosmosejaam või elupaik vajab varjestust 4 t / m2 Marsi regoliidi sisaldus (arvestades, et selle tihedus on vahemikus 1000 kg / m)3 pinnal kuni 2000 kg / m3 mõne cm sügavusel vastab see paksusele 2 m või vähem, kui materjal tihendatakse laseritega paagutamisel), et saavutada efektiivne doosikiirus 2,5 mSv / a.…
„Maa-alust varjualust saab kasutada ka magamisruumidena ja kõigi selliste tegevuste jaoks, kus pole vaja väljast otsida (näiteks videot vaadata või muid meelelahutusi nautida), kuid alati maa-aluses ehitises elamine võib seada ohtu psühholoogilise tervise kolonistide hulgast (klaustrofoobia), väheneb ka nende võime hinnata kaugusi väljaspool eesposti (raskused EVA ülesannete täitmisel) ja see võib olla eriti halb juhul, kui üks postpositsiooni tegevusi on kosmoseturism. Teine probleem on kasvuhoonete ehitamine, mis peaks võimaldama päikesevalgusel pääseda taimede bioloogiliste mehhanismide toiteks. "
Alternatiivina pakub Peroni välja aluse kujunduse, mis annaks oma varjestuse, maksimeerides samal ajal juurdepääsu Marsi maastikule. See alus veetakse Marsile kerakujulise südamikuga (läbimõõt umbes 300 meetrit (984 jalga)) laeva pardal, mille ümber oleksid paigutatud kuusnurksed alusmoodulid. Teise võimalusena soovitavad Peroni ja tema kolleegid moodustada moodulite majutamiseks silindriline südamik.
See kosmoselaev vedaks moodulid ja elanikud Maalt (või cis-lunar orbiidilt) ja oleks kaitstud sama tüüpi kunstliku magnetilise kilbiga, mida kasutatakse koloonia kaitsmiseks. Selle loovad elektrikaablid, mis katavad laeva konstruktsiooni. Teekonna ajal pöörleks kosmoselaev ka ümber oma kesktelje kiirusega 1,5 pööret minutis, et tekitada gravitatsioonijõud umbes 0,8 g.
See tagaks, et astronaudid jõudsid Marsi ümber orbiidile, ilma et nad oleks kannatanud mikrogravitatsiooni mõjul tekkivate degeneratiivsete mõjude all - sealhulgas lihaste ja luude tiheduse vähenemine, nägemiskahjustus, nõrgenenud immuunsussüsteem ja organite funktsioonid. Nagu Peroni seda seletas:
„Reisisfääri piiril asuvad tõukejõusüsteemid, mis on vajalikud nii reisi jaoks kui ka kosmoselaeva tänapäevaseks pöörlemiseks, et tekitada edasi-tagasi tehisjõud. Need kosmoseaparaadid on välja töötatud laeva kandvate elementide paremaks integreerimiseks moodulite struktuuriga. Kuuma, mis moodustab laeva kere, kandekonstruktsioon on moodustatud kuusnurksest ja viisnurksest diagonaalist ning seetõttu on sarnase kujuga mooduleid lihtsam ühendada ja koondada. ”
Marsruudi ajal laevasfäär peatub pöörlemisel, et võimaldada igal elemendil eralduda ja hakata laskuma Marsi pinnale, kasutades langevarjude, tõukejõude ja õhutakistuste süsteemi, et aeglustada ja maanduda. Iga moodul oleks varustatud nelja mootoriga jalaga, mis võimaldaks neil pinnal liikuda ja teiste saabumismoodulitega ühenduda.
Järk-järgult moodustuvad moodulid toroidakujulise seadme all sfäärilises konfiguratsioonis. Sarnaselt kosmoselaeva kaitsega oleks ka see aparaat valmistatud kõrgepingekaablitest, mis tekitavad elektromagnetilise välja, et kaitsta mooduleid kosmilise ja päikesekiirguse eest. Kosmoselaev (näiteks SpaceXi pakutud BFR) võis samuti väljuda laeva kesksüdamikust, vedades tulevasi asunikke planeedile.
Nende kontseptsiooni tõhususe kindlakstegemiseks viisid Peroni ja tema kolleegid läbi skaalamudeli (näidatud allpool) arvulised arvutused ja laboratoorsed katsed. Selle põhjal tegid nad kindlaks, et aparaat on võimeline tekitama välise magnetvälja 4/5 Tesla, mis on piisav elanike kaitsmiseks kahjulike kosmiliste kiirte eest.
Samal ajal tekitas seade aparaadi peaaegu nulliva magnetvälja, mis tähendab, et see ei jätaks elanikke elektromagnetilise kiirguse kätte ega kujutaks seetõttu neile ohtu. Peroni ettepaneku kohaselt oleks iga moodul kuusnurkse kujuga, läbimõõduga 20 m (65,6 jalga) ja selle sees oleks piisavalt vertikaalset ruumi, et moodustada elamiskõlblik ruum.
Mõlemad moodulid tõusevad maapinnast umbes 5 m (16,5 jalga) (kasutades nende mootoriga jalgu), et marsi tuul saaks liivatormide ajal ära voolata ja vältida liiva kogunemist moodulite ümber. See tagaks, et moodulite seestpoolt avanev vaade, mis on Peroni disaini põhikomponent, oleks takistusteta.
Tegelikult nõuab Peroni ettepanek, et baas oleks akende ja taevavõlvide kaudu ümbritseva maastiku jaoks võimalikult avatud, mis võimaldaks elanikel end keskkonnaga tihedamalt seostada ning hoiab ära eraldatuse ja klaustrofoobia. Iga mooduli kaal oleks Maal hinnanguliselt 40–50 tonni (44–55 USA tonni) - see annab Marsi gravitatsioonis 15–19 tonni (16,5–21 USA tonni).
Osa algkaalust sisaldaks laskumiseks vajalikku kütust, mis laskuks laskumisel ja tähendaks, et elupaik oleks Marsi pinnale jõudes veelgi kergem. Nagu sarnaste kujunduste puhul, eristatakse ka iga moodulit vastavalt nende funktsioonile: mõned toimivad magamisruumidena ja teised puhkevõimalustena, haljasaladena, laborites, töökodades, vee ringlussevõtu ja kanalisatsiooni rajamiseks jne.
Viimane puudutus on „tehnoloogilise telje” ehitamine - maapinnast ehitatud kõnditav tunnel, kuhu paigutatakse patareid, fotogalvaanilised paneelid ja väikesed tuumareaktorid. Need tagaksid baasi märkimisväärsed elektrivajadused, sealhulgas magnetilise välja säilitamiseks vajaliku energia. Muud elemendid võivad hõlmata uurimissõidukite garaaže ja ladusid, samuti astronoomilist vaatluskeskust.
See ettepanek sarnaneb mitmes mõttes solenoidi Kuu-aluse kontseptsiooniga, mida Peroni tutvustas vähemalt aasta AIAA kosmose- ja astronautikafoorumil ja ekspositsioonil. Sel puhul tegi Peroni ettepaneku ehitada Kuu alus, mis koosneks läbipaistvatest kuplitest, mis oleks suletud toroidikujulise konstruktsiooni sisse, mis koosneb kõrgepingekaablitest.
Mõlemal juhul on kavandatavate elupaikade eesmärk tagada elanike vajaduste tagamine - mis hõlmab lisaks nende füüsilisele ohutusele ka psühholoogilist heaolu. Tulevikku vaadates loodab Peroni, et tema ettepanekud soodustavad rohkem arutelu ja uurimist maailmaväliste baaside loomise konkreetsete väljakutsete osas. Samuti loodab ta näha uuenduslikumaid kontseptsioone, mis oleks nende lahendamiseks loodud.
„See eeluuring võib julgustada nende teooriate edasist arendamist ning selles kaastöös käsitletud teemade ja teemade sügavamat uurimist, mis lubab inimesel tulevikus realiseerida unistuse elada kaua Marsil. perioode ilma, et nad oleks suletud raskemetallpuuride või tumedate kivikoobaste alla, ”rääkis ta.
On selge, et kõik Kuule, Marsile või kaugemale ehitatud asulad peavad tulevikus olema suuresti isemajandavad - tootma kohapeal oma toitu, vett ja ehitusmaterjale. Samal ajal sõltub see protsess ja igapäevane elu tugevalt tehnoloogiast. Järgmistes põlvkondades on Mars justkui tõestatav koht, kus meie teisel planeedil elamise meetodeid testitakse ja kontrollitakse.
Enne kui hakkame inimesi Punasele Planeedile saatma, peame veenduma, et tutvustame oma parimaid meetodeid. Ja Marco Peroni Ingegneria viisakusel vaadake kindlasti seda videot moodulialuse kohta, mida Marsile kosmosesse suunatakse:
