Siedlisko Marsa

Mars Ice Home dla bazy marsjańskiej (NASA LaRC / Clouds AO / SEArch+, 2016)
Różne elementy propozycji Mars Outpost . (M.Dowman, 1989)
Projekt NASA z lat 90. przedstawiający lądowniki siedlisk typu „puszka spamu”. Minusem może być minimalna osłona dla załogi, a dwa pomysły to wykorzystanie materiałów marsjańskich, takich jak lód, w celu zwiększenia osłony, a innym jest poruszanie się pod ziemią, być może w jaskiniach

Siedlisko marsjańskie to hipotetyczne miejsce, w którym ludzie mogliby żyć na Marsie . Siedliska marsjańskie musiałyby zmagać się z warunkami powierzchniowymi, które prawie nie zawierają tlenu w powietrzu , ekstremalnie niskimi temperaturami, niskim ciśnieniem i wysokim promieniowaniem. Alternatywnie siedlisko można umieścić pod ziemią, co pomaga rozwiązać niektóre problemy, ale stwarza nowe trudności.

Jednym z wyzwań jest ekstremalny koszt transportu materiałów budowlanych na powierzchnię Marsa, który do 2010 roku szacowano na około 2 miliony dolarów za cegłę. Podczas gdy grawitacja na Marsie jest niższa niż na Ziemi , występują silniejsze cykle promieniowania słonecznego i temperatury oraz duże siły wewnętrzne potrzebne do utrzymania powietrza w siedliskach pod ciśnieniem.

Aby sprostać tym ograniczeniom, architekci pracowali nad zrozumieniem właściwej równowagi między materiałami in-situ i konstrukcją oraz ex-situ na Marsa. Na przykład, jednym z pomysłów jest wykorzystanie lokalnie dostępnego regolitu do ochrony przed promieniowaniem, a innym pomysłem jest użycie przezroczystego lodu, aby umożliwić wnikanie nieszkodliwego światła do siedliska. Projektowanie siedlisk na Marsie może również obejmować badanie lokalnych warunków, w tym ciśnień, temperatur i lokalnych materiałów, zwłaszcza wody.

Przegląd

Unikalny projekt wieży dla tej światowej wystawy, podkreśla alternatywne formy, jakie mogą przybierać konstrukcje w nowych środowiskach
Solar54 - Argentina
Solar54 - Argentyna

Istotnymi wyzwaniami dla siedlisk marsjańskich są utrzymywanie sztucznego środowiska i ochrona przed intensywnym promieniowaniem słonecznym . Ludzie przez cały czas potrzebują środowiska pod ciśnieniem i ochrony przed toksyczną marsjańską atmosferą. Łączenie siedlisk jest przydatne, ponieważ poruszanie się między oddzielnymi strukturami wymaga skafandra ciśnieniowego lub być może łazika marsjańskiego. Jednym z największych problemów jest po prostu dostanie się na Marsa, co oznacza ucieczkę z ziemskiej atmosfery, utrzymanie podróży na Marsa i ostatecznie wylądowanie na powierzchni Marsa. Pomocnym aspektem jest atmosfera Marsa, która pozwala na hamowanie aerodynamiczne, co oznacza mniejszą potrzebę użycia paliwa napędowego do spowolnienia statku w celu bezpiecznego lądowania. Jednak ilość energii potrzebna do przeniesienia materiału na powierzchnię Marsa to dodatkowe zadanie wykraczające poza samo wejście na orbitę. Pod koniec lat 60. Stany Zjednoczone wyprodukowały rakietę Saturn V, która była w stanie wystrzelić na orbitę wystarczającą masę, potrzebną do pojedynczego lotu z trzyosobową załogą na powierzchnię Księżyca iz powrotem. Ten wyczyn wymagał wielu specjalnie zaprojektowanych elementów sprzętu i opracowania techniki znanej jako Spotkanie na orbicie księżycowej . Lunar Orbit Rendezvous był planem koordynowania zejścia i wznoszenia pojazdów na spotkanie na orbicie Księżyca. Odnosząc się do Marsa, podobna technika wymagałaby Mars Excursion Module , który łączy w sobie pojazd z załogą zstępująco-wznoszący i krótkoterminowy siedlisko na powierzchni. Późniejsze plany oddzieliły pojazd zjeżdżający i wznoszący się od siedliska na powierzchni, które następnie rozwinęły się w oddzielne pojazdy zjeżdżające, pozostające na powierzchni i wznoszące się przy użyciu nowej architektury projektowej. W 2010 Space Launch System , lub w związku z tym warianty wzrostu, ma mieć ładowność i cechy potrzebne do misji załogowych na Marsa z wykorzystaniem kapsuły Orion .

Jednym z wyzwań dla siedlisk marsjańskich jest utrzymanie klimatu, a zwłaszcza odpowiedniej temperatury we właściwych miejscach. Urządzenia elektroniczne i światła wytwarzają ciepło, które unosi się w powietrzu, nawet gdy na zewnątrz występują ekstremalne wahania temperatury.

Jednym z pomysłów na marsjańskie siedlisko jest wykorzystanie marsjańskiej jaskini lub rury lawowej , a projekt Caves of Mars zaproponował nadmuchiwaną śluzę powietrzną do wykorzystania takiej konstrukcji. Pomysł życia w rurach lawowych został zasugerowany ze względu na ich potencjał zapewnienia zwiększonej ochrony przed promieniowaniem , wahaniami temperatury, marsjańskim światłem słonecznym itp. Zaletą życia pod ziemią jest to, że unika się potrzeby tworzenia osłony przed promieniowaniem nad ziemią. Innym pomysłem jest wykorzystanie robotów do zbudowania bazy przed przybyciem człowieka.

Zabieraj swój tyłek na Marsa

Buzza Aldrina

Mobilne siedlisko w ruchu, takie jak okrążenie planety

Wykorzystanie żywych roślin lub innych żywych organizmów biologicznych do wspomagania dostarczania powietrza i żywności, jeśli jest to pożądane, może mieć duży wpływ na projekt. Przykładem wzajemnego inżynieryjnych i celów operacyjnych jest obszar szklarni o obniżonym ciśnieniu. Zmniejszyłoby to wymagania strukturalne związane z utrzymaniem ciśnienia powietrza , ale wymagałoby od odpowiednich roślin przetrwania przy tym niższym ciśnieniu. Doprowadzone do skrajności, pozostaje pytanie, w jakim niskim ciśnieniu roślina może przetrwać i nadal być użyteczna.

Siedlisko marsjańskie może wymagać skupienia się na utrzymaniu przy życiu określonego rodzaju roślin, na przykład w ramach wspierania jego mieszkańców. Badanie NASA Caves of Mars zasugerowało następujące cechy żywności i produkcji żywności:

  • Szybki wzrost
  • przetrwanie w słabym świetle
  • szeroki zakres pH
  • wysokie odżywianie
  • minimalne odpady

W badaniu stwierdzono, że szczególnie odpowiednie są dwie rośliny, rzęsa wodna ( Lemna minor ) i paproć wodna ( Azolla filiculoides ), które rosną na powierzchni wody. Siedlisko na Marsie musiałoby wspierać warunki tych źródeł pożywienia, być może obejmując elementy projektu szklarni lub rolnictwa.

Historycznie rzecz biorąc, misje kosmiczne zwykle mają nierosnące zapasy żywności, jedzące poza ustaloną ilość racji żywnościowych, takich jak Skylab , uzupełniane zapasami z Ziemi. Używanie roślin do wpływania na atmosferę, a nawet zwiększania zaopatrzenia w żywność było eksperymentowane w 2010 roku na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej .

Kolejną kwestią jest gospodarka odpadami. Na Skylabie wszystkie odpady były umieszczane w dużym zbiorniku; na Apollo i promie kosmicznym mocz można było wypuścić w kosmos lub wypchnąć w workach, aby ponownie wejść w ziemską atmosferę.

Rozważania dotyczące utrzymania środowiska w systemie zamkniętym obejmowały usuwanie dwutlenku węgla, utrzymywanie ciśnienia powietrza, dostarczanie tlenu, temperatury i wilgotności oraz powstrzymywanie pożarów. Innym problemem związanym z układem zamkniętym jest utrzymywanie go w stanie wolnym od zanieczyszczeń pochodzących z emisji różnych materiałów, pyłu lub dymu. Jednym z problemów na Marsie jest wpływ drobnego marsjańskiego pyłu przedostającego się do pomieszczeń mieszkalnych lub urządzeń. Pył jest bardzo drobny i gromadzi się między innymi na panelach słonecznych. (patrz także gleba marsjańska )

Siedlisko marsjańskie w połączeniu z innymi elementami powierzchniowymi na Marsie (grafika)

Odpowiednie technologie

Statek kosmiczny Oriona

Niektóre możliwe obszary potrzebnej technologii lub wiedzy specjalistycznej:

Kontekst

Siedlisko marsjańskie jest często pomyślane jako część zespołu technologii bazowych i infrastrukturalnych Marsa. Niektóre przykłady obejmują skafandry Mars EVA, łaziki marsjańskie, samoloty, lądowniki, zbiorniki magazynowe, struktury komunikacyjne, górnictwo i roboty marsjańskie (np. sprzęt do robót ziemnych ).

Siedlisko marsjańskie może istnieć w kontekście ludzkiej ekspedycji, placówki lub kolonii na Marsie.

Powietrze

Bąbelki gazu w napoju bezalkoholowym (napoj gazowany)
Ludzie wewnątrz jasnego dzwonu nurkowego na Ziemi

Tworząc siedlisko dla ludzi, należy wziąć pod uwagę utrzymanie odpowiedniej temperatury powietrza, odpowiedniego ciśnienia powietrza i składu tej atmosfery.

Chociaż ludzie mogą oddychać czystym tlenem, atmosfera czystego tlenu była zaangażowana w pożar Apollo 1 . W związku z tym siedliska marsjańskie mogą potrzebować dodatkowych gazów. Jedną z możliwości jest pobranie azotu i argonu z atmosfery Marsa ; jednak trudno je od siebie oddzielić. W rezultacie siedlisko na Marsie może wykorzystywać 40% argonu, 40% azotu i 20% tlenu. Zobacz także Argox , aby zapoznać się z mieszanką gazów do oddychania argonem używaną podczas nurkowania

Koncepcja usuwania CO 2 z powietrza do oddychania polega na użyciu płuczek dwutlenku węgla z kulkami aminowymi wielokrotnego użytku . Podczas gdy jeden skruber z dwutlenkiem węgla filtruje powietrze astronauty, drugi może odprowadzać oczyszczony CO 2 do atmosfery Marsa, po zakończeniu tego procesu można użyć kolejnego, a ten, który był używany, może zrobić sobie przerwę.

Siedliska marsjańskie z astronautami

Jedną z unikalnych sił konstrukcyjnych, z którymi siedliska marsjańskie muszą się zmagać, jeśli są pod ciśnieniem z ziemską atmosferą, jest siła powietrza działająca na wewnętrzne ściany. Zostało to oszacowane na ponad 2000 funtów na stopę kwadratową (9800 kg/m 2 ) dla siedliska pod ciśnieniem na powierzchni Marsa, co jest radykalnie zwiększone w porównaniu do struktur ziemskich. Bliższego porównania można dokonać z załogowym samolotem latającym na dużych wysokościach, który na wysokości musi wytrzymać siły od 1100 do 1400 funtów na stopę kwadratową (5400 do 6800 kg/m2 ) .

Na wysokości około 150 tysięcy stóp (45 km) na Ziemi ciśnienie atmosferyczne zaczyna być równoważne z powierzchnią Marsa.

Porównanie ciśnienia atmosferycznego
Lokalizacja Ciśnienie
Szczyt Olympus Mons 0,03 kPa (0,0044 psi )
Średnia Marsa 0,6 kPa (0,087 psi)
Dno Hellas Planitia 1,16 kPa (0,168 psi)
granica Armstronga 6,25 kPa (0,906 psi)
Szczyt Mount Everestu 33,7 kPa (4,89 psi)
Poziom morza Ziemi 101,3 kPa (14,69 psi)
Powierzchnia Wenus 9200 kPa (1330 psi)

Zobacz także Wpływ dużej wysokości na ludzi

Temperatura

Jednym z wyzwań dla marsjańskiego habitatu jest utrzymanie odpowiedniej temperatury we właściwych miejscach w habitacie. Rzeczy takie jak elektronika i światła generują ciepło, które unosi się w powietrzu, nawet gdy na zewnątrz występują ekstremalne wahania temperatury. Na Marsie mogą występować duże wahania temperatury, na przykład na równiku może osiągać 70 stopni F (20 stopni C) w ciągu dnia, ale potem spadać do minus 100 stopni F (-73 C) w nocy.

Przykładowe temperatury powierzchni Marsa:

  • Średnia -80 stopni Fahrenheita (-60 stopni Celsjusza).
  • Lokalizacje polarne zimą -195 stopni F (-125 stopni C).
  • Równik w letni dzień Wysokie 70 stopni F (20 stopni C)

Tymczasowe vs stałe zamieszkanie

Wizja siedlisk opublikowana przez NASA w CASE FOR MARS z lat 80. XX wieku, obejmująca ponowne wykorzystanie pojazdów lądujących, wykorzystanie gleby in situ w celu zwiększenia osłony przed promieniowaniem i szklarnie. Widoczna jest również zatoka dla łazika marsjańskiego.
Lądowanie człowieka na Marsie wymagałoby różnych poziomów wsparcia dla zamieszkania

Krótki pobyt na powierzchni Marsa nie wymaga dużej kubatury siedliska ani całkowitej osłony przed promieniowaniem. Sytuacja byłaby podobna do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej , gdzie ludzie otrzymują niezwykle dużą ilość promieniowania przez krótki czas, a następnie opuszczają ją. Mały i lekki habitat można przetransportować na Marsa i natychmiast wykorzystać.

Stałe siedliska długoterminowe wymagają znacznie większej objętości (np. szklarnia ) i grubej osłony, aby zminimalizować otrzymywaną roczną dawkę promieniowania. Ten typ siedliska jest zbyt duży i ciężki, aby można go było wysłać na Marsa, i musi być zbudowany z wykorzystaniem niektórych lokalnych zasobów. Możliwości obejmują pokrywanie struktur lodem lub ziemią, wykopywanie podziemnych przestrzeni lub uszczelnianie końców istniejącej lawy .

Większa osada może mieć większy personel medyczny, zwiększając zdolność radzenia sobie z problemami zdrowotnymi i nagłymi wypadkami. Podczas gdy mała ekspedycja składająca się z 4–6 osób może mieć 1 lekarza, placówka licząca 20 osób może mieć więcej niż jednego i pielęgniarki, oprócz tych, którzy przeszli szkolenie w zakresie ratownictwa lub ratownictwa medycznego. Pełna osada może być w stanie osiągnąć ten sam poziom opieki, co współczesny ziemski szpital.

Medyczny

Jednym z problemów opieki medycznej na misjach marsjańskich jest trudność w powrocie na Ziemię w celu uzyskania zaawansowanej opieki i zapewnienia odpowiedniej opieki w nagłych wypadkach przy niewielkiej załodze. Sześcioosobowa załoga mogłaby mieć tylko jednego członka załogi przeszkolonego do poziomu technika ratownictwa medycznego i jednego lekarza, ale na misję, która trwałaby lata. Ponadto konsultacje z Ziemią byłyby utrudnione przez opóźnienie od 7 do 40 minut. Zagrożenia medyczne obejmują narażenie na promieniowanie i zmniejszoną grawitację, a jednym ze śmiertelnych zagrożeń jest zdarzenie związane z cząstkami słonecznymi które mogą wygenerować śmiertelną dawkę w ciągu kilku godzin lub dni, jeśli astronauci nie mają wystarczającej osłony. Niedawno przeprowadzono testy materiałów w celu zbadania skafandrów kosmicznych i „schronisk burzowych” w celu ochrony przed galaktycznym promieniowaniem kosmicznym (GRC) i zdarzeniami związanymi z cząstkami słonecznymi (SPE) podczas startu, tranzytu i zamieszkiwania na Marsie. Gotowość medyczna wymaga również uwzględnienia wpływu promieniowania na przechowywane farmaceutyki i technologię medyczną.

Jednym ze środków medycznych, które mogą być potrzebne, jest płyn dożylny , który składa się głównie z wody, ale zawiera inne składniki, dzięki czemu można go dodać bezpośrednio do krwioobiegu. Jeśli można go stworzyć na miejscu z istniejącej wody, może to zaoszczędzić ciężaru ciągnięcia jednostek wyprodukowanych na ziemi, których waga to głównie woda. Prototyp tej funkcji został przetestowany na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej w 2010 roku.

Podczas niektórych z pierwszych misji załogowych trzy rodzaje leków zostały wyniesione na orbitę; przeciwwymiotny trimetobenzamid ; _ środek przeciwbólowy petydyna ; pobudzająca dekstroamfetamina . _ Do czasu ISS członkowie załogi kosmicznej mieli do dyspozycji prawie 200 leków, z oddzielnymi szafkami na pigułki dla Rosjan i Amerykanów. Jedną z wielu obaw związanych z załogowymi misjami na Marsa jest to, jakie pigułki zabrać ze sobą i jak astronauci zareagowaliby na nie w różnych warunkach.

W 1999 roku należące do NASA Centrum Kosmiczne im. Johnsona opublikowało medyczne aspekty misji eksploracyjnych w ramach badania Decadal Survey . Na małej misji może być możliwe, aby jeden był lekarzem, a drugi ratownikiem medycznym, z załogi liczącej około 4–6 osób, jednak na większej misji z 20 osobami może być również pielęgniarka i opcje takie jak drobne operacja może być możliwa. Dwie główne kategorie dla przestrzeni kosmicznej to opieka medyczna w nagłych wypadkach, a następnie bardziej zaawansowana opieka, zajmująca się szerokim zakresem problemów związanych z podróżami kosmicznymi. W przypadku bardzo małych załóg trudno jest leczyć szeroki zakres problemów z zaawansowaną opieką, podczas gdy w przypadku zespołu o ogólnej wielkości 12–20 na Marsie może być wielu lekarzy i pielęgniarek, oprócz certyfikatów na poziomie EMT. Chociaż nie na poziomie typowego szpitala na Ziemi, przejście medyczne wykraczałoby poza podstawowe opcje typowe dla bardzo małych rozmiarów załogi (2–3), gdzie akceptowane ryzyko jest wyższe.

Przy niewielkiej liczbie mieszkańców Marsa i personelu medycznego można rozważyć operację z udziałem robota . Członek załogi obsługiwałby robota z pomocą telekomunikacji z Ziemi. Dwa przykłady sytuacji związanych z opieką medyczną, o których wspomniano w odniesieniu do ludzi na Marsie, to postępowanie ze złamaną nogą i zapaleniem wyrostka robaczkowego . Jednym z problemów jest powstrzymanie tego, co w przeciwnym razie byłoby niewielkim urazem, zagrażającym życiu z powodu ograniczeń dotyczących ilości sprzętu medycznego , trening i opóźnienie w komunikacji z Ziemią. Opóźnienie czasowe dla wiadomości w jedną stronę wynosi od 4 do 24 minut, w zależności od. Odpowiedź na wiadomość zajmuje ten czas, opóźnienie w przetwarzaniu wiadomości i tworzeniu odpowiedzi, plus czas na podróż tej wiadomości na Marsa (kolejne 4 do 24 minut).

Przykłady scenariuszy nagłych przypadków medycznych dla misji na Marsa:

Przykładem zagrożenia zdrowotnego związanego z lotami kosmicznymi było uduszenie gazem obojętnym gazem azotowym na pokładzie promu kosmicznego Columbia w 1981 r., kiedy przechodził on przygotowania do startu. 2 zgony. Innym niesławnym wypadkiem związanym z kosmosem jest Apollo 1 incydent, gdy atmosfera czystego tlenu zapaliła się we wnętrzu kapsuły kosmicznej podczas testów naziemnych, zginęły trzy osoby. Badanie przeprowadzone w 1997 roku na około 280 podróżnikach kosmicznych w latach 1988-1995 wykazało, że tylko 3 nie miało żadnych problemów medycznych podczas lotu kosmicznego. Ryzyko medyczne związane z misją na powierzchni Marsa polega na tym, jak astronauci poradzą sobie z operacjami na powierzchni po kilku miesiącach w warunkach zerowej grawitacji. Na Ziemi astronauci są zwykle przewożeni ze statku kosmicznego i ich powrót do zdrowia zajmuje dużo czasu.

Zobacz medycynę kosmiczną

Biblioteka

Library Tower of Biosphere 2 , ziemski kosmiczny habitat testowany w latach 90

Jednym z pomysłów na misje na Marsa jest wysłanie biblioteki na powierzchnię tej planety. Lądownik Phoenix, który wylądował na powierzchni Marsa na północnym biegunie w 2008 roku, zawierał bibliotekę DVD, która została ogłoszona pierwszą biblioteką na Marsie. DVD z biblioteką Phoenix zostałoby zabrane przez przyszłych odkrywców, którzy mogliby uzyskać dostęp do zawartości dysku. Płyta, będąca zarówno pomnikiem przeszłości, jak i przesłaniem na przyszłość, powstawała przez 15 lat. Zawartość płyty obejmuje Visions of Mars . Jednym z pomysłów na eksplorację są arki wiedzy w kosmosie, rodzaj kopii zapasowej wiedzy na wypadek, gdyby coś stało się z Ziemią.

Test lotu kosmicznego i biosfery w zamkniętej pętli Biodome 2 obejmował bibliotekę z pomieszczeniami mieszkalnymi. Biblioteka została umieszczona na szczycie wieży i była znana jako Wieża Biblioteczna.

Uderzenia meteorów

Świeże kratery uderzeniowe wykryte na początku XXI wieku przez satelity Marsa

Inną kwestią dotyczącą siedlisk na Marsie, zwłaszcza w przypadku długoterminowego pobytu, jest potrzeba potencjalnego radzenia sobie z uderzeniem meteorytu. Ponieważ atmosfera jest rzadsza, więcej meteorów dociera na powierzchnię. Tak więc jedną z obaw jest to, że meteor może przebić powierzchnię siedliska i tym samym spowodować utratę ciśnienia i/lub uszkodzenie systemów.

W 2010 roku ustalono, że coś uderzyło w powierzchnię Marsa, tworząc rozpryski większych i mniejszych kraterów w latach 2008-2014. W tym przypadku atmosfera tylko częściowo zdezintegrowała meteor, zanim uderzył w powierzchnię.

Promieniowanie

Narażenie na promieniowanie jest problemem dla astronautów nawet na powierzchni, ponieważ Mars nie ma silnego pola magnetycznego, a atmosfera jest zbyt rzadka, aby zatrzymać tyle promieniowania, co Ziemia. Jednak planeta znacznie zmniejsza promieniowanie, zwłaszcza na powierzchni, i nie wykryto, że sama jest radioaktywna.

Oszacowano, że szesnaście stóp (5 metrów) marsjańskiego regolitu zatrzymuje taką samą ilość promieniowania, jak ziemska atmosfera.

Moc

Grafika kosmiczna przedstawiająca grupę zbliżającą się do sondy lądownika Viking 2, która była wspierana przez moc RTG

Na potrzeby 500-dniowej misji na Marsa z załogą NASA zbadała wykorzystanie energii słonecznej i jądrowej w swojej bazie, a także systemy magazynowania energii (np. baterie). Niektóre wyzwania związane z energią słoneczną obejmują zmniejszenie intensywności światła słonecznego (ponieważ Mars jest dalej od Słońca), gromadzenie się pyłu, okresowe burze piaskowe i magazynowanie energii do użytku nocnego. Globalne burze pyłowe na Marsie powodują niższe temperatury i ograniczają dostęp światła słonecznego do powierzchni. Dwa pomysły na przezwyciężenie tego to użycie dodatkowej tablicy rozmieszczonej podczas burzy piaskowej i wykorzystanie energii jądrowej do zapewnienia mocy linii podstawowej, na którą burze nie mają wpływu. NASA badała systemy rozszczepienia energii jądrowej w latach 2010-tych na potrzeby misji na powierzchni Marsa. Jeden projekt przewidywał moc wyjściową 40 ​​kilowatów; rozszczepienie energii jądrowej jest niezależne od światła słonecznego docierającego do powierzchni Marsa, na którą mogą wpływać burze piaskowe.

Innym pomysłem na moc jest przesyłanie energii na powierzchnię z satelity zasilanego energią słoneczną do odbiornika anteny prostowniczej (znanej również jako rectenna ). Zbadano konstrukcje 245 GHz, laserowe, prostoliniowe in-situ i 5,8 GHz. Jednym z pomysłów jest połączenie tej technologii z Solar Electric Propulsion w celu uzyskania masy mniejszej niż powierzchnia energii słonecznej. Dużą zaletą tego podejścia do zasilania jest to, że prostowniki powinny być odporne na kurz i zmiany pogodowe, a przy odpowiedniej orbicie satelita Marsa zasilany energią słoneczną mógłby przesyłać energię w sposób ciągły na powierzchnię.

opracowywaniu łazika Mars Exploration rozważano technologię oczyszczania paneli słonecznych z kurzu. W XXI wieku zaproponowano sposoby czyszczenia paneli słonecznych na powierzchni Marsa. Wpływ marsjańskiego pyłu powierzchniowego na ogniwa słoneczne był badany w latach 90. XX wieku w eksperymencie przyczepności materiałów na marsjańskim Pathfinder .

Moc lądownika ( przykłady )
Nazwa Główne zasilanie
Wiking 1 i 2 jądrowy – RTG
Poszukiwacz Marsa Panele słoneczne
MER A i B Panele słoneczne
Feniks Panele słoneczne
MSL jądrowy – RTG

Historia


Wizja NASA dotycząca pierwszych ludzi na Marsie (koncepcja artysty; 2019)

Jednym z wczesnych pomysłów na marsjańskie siedlisko było wykorzystanie zakwaterowania na krótki pobyt w marsjańskim pojeździe wznosząco-zstępującym. Ta kombinacja nosiła nazwę Mars Excursion Module i zwykle zawierała również inne komponenty, takie jak podstawowy łazik i sprzęt naukowy. Późniejsze misje miały tendencję do przechodzenia na dedykowane zejście / wejście z oddzielnym siedliskiem.

W 2013 roku architekci ZA zaproponowali, aby roboty kopiące zbudowały pod ziemią marsjańskie siedlisko. Wybrali wnętrze inspirowane Jaskinią Fingala i zwrócili uwagę na zwiększoną ochronę przed wysokoenergetycznym promieniowaniem pod ziemią. Z drugiej strony zwrócono również uwagę na trudność wysłania robotów kopiących, które muszą zbudować siedlisko w porównaniu z lądowaniem kapsuł na powierzchni. Alternatywą może być budowa nad ziemią przy użyciu grubego lodu w celu ochrony przed promieniowaniem. Takie podejście ma tę zaletę, że przepuszcza światło.

W 2015 roku projekt Self-deployable Habitat for Extreme Environments (SHEE) zbadał ideę autonomicznej budowy i przygotowania siedliska na Marsie w porównaniu z budową ludzką, ponieważ ta ostatnia jest „ryzykowna, złożona i kosztowna”.

NASA

Sześcionożny mobilny moduł siedliskowy NASA (TRI-ATHLETE)
Jednostka Demonstracji Siedlisk Badań nad Pustynią i Studiów Technologicznych

Na początku 2015 roku NASA przedstawiła koncepcyjny plan trzyetapowego programu projektowania i budowy siedlisk na Marsie. Pierwszy etap wymagał zaprojektowania. W następnym etapie wymagane były plany technologii budowy, które wykorzystywały wyrzucone komponenty statku kosmicznego. Trzeci etap polegał na zbudowaniu siedliska z wykorzystaniem technologii druku 3D.

We wrześniu 2015 roku NASA ogłosiła zwycięzców konkursu 3-D Printed Habitat Challenge. Zwycięska praca zatytułowana „ Mars Ice House”. ' przez Clouds Architecture Office / SEArch zaproponował wydrukowaną w 3D podwójną skorupę lodową otaczającą rdzeń modułu lądownika. Dwa europejskie zespoły otrzymały nagrody za drugie miejsce. Rywale zbadali wiele możliwości materiałów, z których jedna sugerowała oddzielne rafinowanie żelaza i krzemionki z pyłu marsjańskiego i użycie żelaza do wykonania siatki wypełnionej panelami krzemionkowymi. W wyzwaniu siedliskowym wybrano 30 finalistów z początkowej puli 165 zgłoszeń. Zdobywca drugiego miejsca zaproponował, aby roboty drukujące zbudowały tarczę z materiałów in situ wokół nadmuchiwanych modułów.

Inne projekty NASA, które rozwinęły pozaziemskie siedliska powierzchniowe, to wyzwanie X-Hab i projekt systemów siedliskowych.

Dom Sfero firmy Fabulous, również pretendent do programu 3D Mars Habitat, obejmował poziomy nad i pod ziemią. Proponowaną lokalizacją był krater Gale (sławny łazik Curiosity) z naciskiem na wykorzystanie zarówno żelaza in situ, jak i wody, która, miejmy nadzieję, byłaby tam dostępna. Ma dwuścienny sferyczny kształt wypełniony wodą, aby zarówno utrzymać wyższe ciśnienie marsjańskiego siedliska, jak i pomóc chronić przed promieniowaniem.

W 2016 roku NASA przyznała pierwszą nagrodę w In-Situ Materials Challenge profesorowi inżynierii z University of Southern California, Behrokhowi Khoshnevisowi, „za selektywne spiekanie separacyjne – proces drukowania 3D, w którym wykorzystuje się materiały podobne do proszku znalezione na Marsie”.

W 2016 roku NASA Langley pokazała marsjańską kopułę lodową, która wykorzystała wodę in situ do uczynienia struktury lodowej częścią projektu siedliska marsjańskiego. (zobacz także Igloo )

W czerwcu 2018 roku NASA wybrała dziesięciu najlepszych finalistów Fazy 3: Poziom 1 w konkursie 3D-Printed Habitat Challenge.

Faza 3: Zwycięzcy poziomu 1:

  • Zespół ALPHA – Marina Del Rey, Kalifornia
  • Colorado School of Mines and ICON – Golden, Colorado
  • Hassell & EOC – San Francisco, Kalifornia
  • Kahn-Yates – Jackson, Mississippi
  • Mars Inkubator – New Haven, Connecticut
  • sztuczna inteligencja. SpaceFactory – Nowy Jork, Nowy Jork
  • Northwestern University – Evanston, Illinois
  • SEArch+/Apis Cor – Nowy Jork, Nowy Jork
  • Zespół Zopherus – Rogers, Arkansas
  • X-Arc – San Antonio, Teksas

W maju 2019 roku NASA ogłosiła, że ​​​​najwyższym zwycięzcą konkursu 3D Printed Habitat Challenge był AI SpaceFactory, z wpisem zatytułowanym „Marsha”, a także przyznano kilka innych nagród. W finałowym konkursie uczestnicy mieli 30 godzin na zbudowanie modeli w skali 1/3 przy użyciu robotycznej technologii konstrukcyjnej.

Analogi Marsa i analogiczne badania siedlisk

Biosfera 2 przetestowała szklarnię i pomieszczenia mieszkalne w obiegu zamkniętym na początku lat 90
Główny artykuł: Siedlisko analogowe Marsa

Misje pozorowane na Marsa lub analogiczne misje na Marsa zazwyczaj konstruują siedliska lądowe na Ziemi i przeprowadzają pozorowane misje, podejmując kroki w celu rozwiązania niektórych problemów, z którymi można się spotkać na Marsie. Przykładem tego była pierwotna misja Biosfery 2 , która miała na celu przetestowanie zamkniętych systemów ekologicznych w celu podtrzymania i utrzymania życia ludzkiego w przestrzeni kosmicznej. Biosfera 2 przetestowała kilka osób żyjących w zamkniętym systemie biologicznym, z kilkoma biologicznymi obszarami wsparcia, w tym lasami deszczowymi, sawanną, oceanem, pustynią, bagnami, rolnictwem i przestrzenią życiową.

Przykładem analogowej misji porównawczej na Marsa jest HI-SEAS z 2010 roku. Inne analogiczne badania Marsa obejmują Mars Desert Research Station i Arctic Mars Analog Expedition Svalbard .

ISS została również opisana jako poprzedniczka wyprawy na Marsa, aw odniesieniu do siedliska marsjańskiego zwrócono uwagę na znaczenie badań i charakter działania układu zamkniętego.

Na wysokości około 28 mil (45 km, 150 tysięcy stóp) nad poziomem morza ciśnienie zaczyna być równoważne ciśnieniu powierzchniowemu Marsa.

Przykładem imitacji regolitu jest imitacja regolitu marsjańskiego (dalsze informacje o analogach Marsa Lista analogów Marsa )

Biodom

Wnętrze Hotelu ESO , który został nazwany „pensjonatem na Marsie”, ponieważ pustynne otoczenie jest marsjańskie; mieści personel obserwatorium w obserwatorium na wysokiej chilijskiej pustyni.
Ilustracja roślin rosnących w bazie na Marsie.

Jedną z przykładów koncepcji, która jest lub wspiera siedlisko, jest biodom na Marsie, struktura, która mogłaby pomieścić życie wytwarzające niezbędny tlen i żywność dla ludzi. Przykładem działań wspierających te cele był program rozwoju bakterii zdolnych do przekształcania marsjańskiego regolitu lub lodu w tlen . Niektóre problemy z biodomami to szybkość, z jaką wycieka gaz oraz poziom tlenu i innych gazów w środku.

Jedno pytanie dla Biodomes dotyczy tego, jak niskie ciśnienie można obniżyć, aby rośliny nadal były przydatne. W jednym badaniu, w którym ciśnienie powietrza zostało obniżone do 1/10 ciśnienia powietrza na Ziemi na powierzchni, rośliny miały większą szybkość parowania z liści. To spowodowało, że roślina pomyślała, że ​​jest susza, mimo że miała stały dopływ wody. Przykładem upraw testowanych przez NASA rosnących przy niższym ciśnieniu jest sałata, aw innym teście fasolka szparagowa była uprawiana przy standardowym ciśnieniu atmosferycznym, ale na niskiej orbicie okołoziemskiej wewnątrz Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

DLR odkrył, że niektóre porosty i bakterie mogą przetrwać w symulowanych warunkach marsjańskich, w tym w składzie powietrza, ciśnieniu i widmie promieniowania słonecznego. Organizmy ziemskie przetrwały ponad 30 dni w warunkach marsjańskich i chociaż nie było wiadomo, czy przetrwają dłużej, zauważono, że w tych warunkach przeprowadzają fotosyntezę .

Aby bezpośrednio przekształcić całego Marsa w biodom, naukowcy zaproponowali cyjanobakterie Chroococcidiopsis . Pomogłoby to przekształcić regolit w glebę, tworząc element organiczny. Wiadomo, że bakterie te przeżywają na Ziemi w ekstremalnie zimnych i suchych warunkach, więc mogą stanowić podstawę do bioinżynierii Marsa w miejsce bardziej nadające się do zamieszkania. Gdy bakterie rozmnażają się, martwe bakterie tworzą warstwę organiczną w regolicie, potencjalnie torując drogę bardziej zaawansowanemu życiu.

Badanie opublikowane w 2016 roku wykazało, że kryptoendolityczne grzyby przetrwały 18 miesięcy w symulowanych warunkach marsjańskich.

Na Ziemi rośliny, które wykorzystują reakcję fotosyntezy C4, stanowią 3% gatunków roślin kwitnących, ale 23% związanego węgla i obejmują gatunki popularne do spożycia przez ludzi, w tym kukurydzę (inaczej kukurydzę) i trzcinę cukrową ; niektóre rodzaje roślin mogą być bardziej wydajne w produkcji żywności dla danej ilości światła. Rośliny znane z kolonizacji jałowego krajobrazu w następstwie erupcji Góry Świętej Heleny obejmowały Asteraceae i Epilobium , a zwłaszcza Lupinus lepidus ze względu na jego (symbiotyczną) zdolność do wiązania własnego azotu. (Zobacz też Kategoria: Rośliny wiążące azot , Rhizobium , Wiązanie azotu )

Zasoby na miejscu

Koncepcja połączonego siedliska na powierzchni i pojazdu do wznoszenia się z misji opartej na misji wzorcowej 3.0 z lat 90. XX wieku , która w tym przypadku integrowała produkcję zasobów na miejscu dla paliwa napędowego
Sugerowano sosny w połączeniu z innymi technikami tworzenia bardziej gościnnej atmosfery na Marsie.

Wykorzystanie zasobów in situ polega na wykorzystaniu materiałów napotkanych na Marsie do wytworzenia potrzebnych materiałów. Jednym z pomysłów na wsparcie marsjańskiego siedliska jest wydobywanie wody podziemnej, którą przy wystarczającej mocy można by następnie podzielić na wodór i tlen, z zamiarem zmieszania tlenu z azotem i argonem w celu uzyskania powietrza do oddychania. Wodór można łączyć z dwutlenkiem węgla, aby uzyskać tworzywa sztuczne lub metan do paliwa rakietowego. Żelazo sugerowano również jako materiał budowlany dla wydrukowanych w 3D siedlisk marsjańskich.

W 2010 roku w projektach pojawił się pomysł wykorzystania wody in situ do budowy osłony lodowej do ochrony przed promieniowaniem, temperaturą itp.

Zakład przetwórstwa materiałów wykorzystałby zasoby Marsa, aby zmniejszyć zależność od materiałów dostarczanych przez Ziemię.

Planowana misja Mars 2020 obejmuje Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE), który miałby przekształcić marsjański dwutlenek węgla w tlen.

Aby przekształcić cały Mars w siedlisko, zwiększona ilość powietrza może pochodzić z parujących materiałów na planecie. Z czasem mogą pojawić się porosty i mchy, aw końcu sosny.

Istnieje teoria wytwarzania paliwa rakietowego na Marsie w procesie Sabatiera . W tym procesie wodór i dwutlenek węgla są wykorzystywane do produkcji metanu i wody. W następnym kroku woda jest rozdzielana na wodór i tlen, przy czym tlen i metan są wykorzystywane w silniku rakietowym metanu i tlenu, a wodór może być ponownie wykorzystany. Proces ten wymaga dużego wkładu energii, więc oprócz reagentów potrzebne byłoby odpowiednie źródło zasilania.

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Mars_habitat&oldid=1138369280 ”