Myšlienka skúmania a kolonizácie Marsu nebola nikdy živšia ako dnes. V nasledujúcich dvoch desaťročiach existuje niekoľko plánov na vyslanie misií s posádkou na Červenú planétu a dokonca aj niektoré vysoko ambiciózne plány na začatie výstavby stáleho osídlenia. Napriek nadšeniu existuje veľa významných výziev, ktoré je potrebné vyriešiť skôr, ako sa o takéto snahy pokúsime.
Tieto výzvy - ktoré zahŕňajú účinky nízkej gravitácie na ľudské telo, ožarovanie a psychologické obvinenie z toho, že sa nachádzajú mimo Zeme - sa stávajú ešte zreteľnejšími pri práci s trvalými základňami. Na vyriešenie tohto problému ponúka stavebný inžinier Marco Peroni návrh modulárnej marťanskej základne (a kozmickej lode na jej dodávku), ktorá by umožnila kolonizáciu Marsu a zároveň chránila jeho obyvateľov umelým žiarením.
Peroni predstavil tento návrh na americkom Inštitúte pre letectvo a astronautiku (AIAA) v roku 2018 a na Astronautickom fóre a expozícii, ktoré sa konalo od 17. do 19. septembra v Orlande na Floride. Prezentácia bola jednou z mála, ktorá sa konala v stredu 19. septembra, na tému „Architektúry misií Mars“.
Zjednodušene povedané, myšlienka kolonizácie Marsu (alebo kdekoľvek v slnečnej sústave) predstavuje veľa výziev - fyzických aj psychologických. V prípade Červenej planéty to zahŕňa jej tenkú a nepriepustnú atmosféru, veľmi chladné prostredie a skutočnosť, že nemá žiadne magnetické pole. Je to posledná položka, ktorá je obzvlášť náročná, pretože budúci kolonisti budú musieť byť chránení pred veľkým množstvom žiarenia.
Stručne povedané, priemerné množstvo žiarenia, ktorému je človek vystavený na Zemi, dosahuje asi 3,6 miliSievertov (mSv) za rok, čo je vďaka zemskej hustej atmosfére a ochrannému magnetickému poľu. To samozrejme znamená, že astronauti a ľudia, ktorí sa vydávajú za Zem, sú vystavení drasticky vyššiemu množstvu slnečného a kozmického žiarenia.
Aby sa zaistilo zdravie a bezpečnosť astronautov, NASA stanovila hornú hranicu 500 mSv ročne alebo 2 000 až 4 000 mSv (v závislosti od veku a pohlavia) počas života astronauta. Peroni však odhaduje, že v závislosti od toho, ako dlho trávia v interiéri, by priemerné množstvo žiarenia, ktorému by bol marťanský osadník vystavený, bolo asi 740 mSv ročne. Ako Peroni vysvetlil časopisu Space Magazine e-mailom:
„Množstvo materiálu na účinné tienenie môže potom značne presahovať to, čo je možné pre väčšinu leteckých aplikácií. Hliníkové steny ISS sú napríklad hrubé asi 7 mm a sú účinné v LEO, ale je nepravdepodobné, že by tieto štíty stačili v medziplanetárnom priestore, kde by mohli dokonca zvýšiť absorbovanú dávku, pokiaľ by neboli podstatne zosilnené. “
Predchádzajúce návrhy na riešenie tejto hrozby odporúčali vybudovať základne s hrubými vrstvami marťanskej pôdy - v niektorých prípadoch sa spoliehajúc na spekanie a 3D tlač, aby sa vytvorila tvrdá keramická vonkajšia stena - a núdzové prístrešky v prípade slnečných búrok. Iné návrhy navrhli vybudovanie základne v stabilných lávových trubiciach na zabezpečenie prirodzeného tienenia. Ale ako uviedol Peroni, tieto predstavujú svoj vlastný podiel na nebezpečenstvách.
Patrí medzi ne množstvo materiálu potrebné na vytvorenie účinných stien štítu a hrozba klaustrofóbie. Ako vysvetlil:
„Štúdia NASA zistila, že veľká vesmírna stanica alebo biotop vyžaduje tienenie 4 t / m2 marťanského regolitu (vzhľadom na to, že jeho hustota je medzi 1 000 kg / m3 na povrchu do 2 000 kg / m3 v hĺbke niekoľkých cm to zodpovedá hrúbke 2 m alebo menej, ak je materiál zhutňovaný (spekaný laserom), aby sa dosiahla účinná dávka 2,5 mSv / r…
„Podzemné prístrešie sa dá použiť aj ako spálne a na všetky tie činnosti, pri ktorých nie je potrebné hľadať vonku (napríklad pri pohľade na videá alebo pri iných zábavách), ale život v podzemných štruktúrach môže ohroziť psychické zdravie. kolonistov (klaustrofóbia), ktoré znižujú aj ich schopnosť posudzovať vzdialenosti, keď sa nachádzajú mimo základne (ťažkosti s vykonávaním úloh EVA), a môžu byť obzvlášť zlé v prípade, že jednou z činností základne je vesmírna turistika. Ďalším problémom je výstavba skleníkov, ktoré by mali umožniť slnečnému žiareniu vstúpiť na napájanie biologických mechanizmov rastlín. “
Ako alternatívu navrhuje Peroni návrh základne, ktorá by zabezpečovala vlastné tienenie a zároveň maximalizovala prístup k marťanskej krajine. Táto základňa by sa prepravila na Mars na palube plavidla s guľovitým jadrom (s priemerom asi 300 metrov (984 ft)), okolo ktorého by boli usporiadané šesťuholníkové základné moduly. Peroni a jeho kolegovia odporúčajú alternatívne vytvoriť valcové jadro na umiestnenie modulov.
Táto kozmická loď by transportovala moduly a obyvateľov zo Zeme (alebo cis-lunárnej obežnej dráhy) a bola by chránená rovnakým typom umelého magnetického štítu, ktorý sa používa na ochranu kolónie. To by bolo generované radom elektrických káblov, ktoré by zakrývali štruktúru lode. Počas cesty by sa vesmírna loď tiež otáčala okolo svojej stredovej osi rýchlosťou 1,5 otáčok za minútu, aby sa vytvorila gravitačná sila asi 0,8 g.
Tým by sa zabezpečilo, že astronauti dorazia na obežnú dráhu okolo Marsu bez toho, aby trpeli degeneratívnymi účinkami vystavenia mikrogravitácii - medzi ktoré patrí strata hustoty svalov a kostí, zhoršenie zraku, znížený imunitný systém a funkcia orgánov. Ako Peroni vysvetlil:
„Na hranici„ cestujúcej sféry “budú existovať pohonné systémy potrebné na plavbu aj na súčasnú rotáciu kozmickej lode, aby sa počas spiatočky vytvorila umelá gravitácia. Tieto kozmické lode boli vyvinuté na lepšiu integráciu nosných prvkov lode so štruktúrou modulov. Nosná štruktúra gule, ktorá tvorí telo plavidla, je tvorená šesťuholníkovou a päťuholníkovou diagridou, a preto je ľahšie spojiť a agregovať moduly, ktoré majú podobné tvary. ““
Raz na marťanskej obežnej dráhe sa lodná guľa zastavila, aby umožnila každému telu, aby sa oddelil a začal klesať na povrch Marsu, pomocou systému padákov, rakiet a vzduchového odporu na spomalenie a pristátie. Každý modul by mal byť vybavený štyrmi motorizovanými nohami, ktoré by im umožnili pohybovať sa po povrchu a po príchode sa spojiť s ostatnými obytnými modulmi.
Moduly by sa postupne usporiadali do sférického usporiadania pod toroidným zariadením. Rovnako ako ten, ktorý chráni vesmírnu loď, aj tento prístroj by bol vyrobený z elektrických káblov vysokého napätia, ktoré generujú elektromagnetické pole na ochranu modulov pred kozmickým a slnečným žiarením. Kozmická loď (ako napríklad BFR navrhnutá spoločnosťou SpaceX) by sa tiež mohla odchýliť od centrálneho jadra plavidla a previezť budúcich osadníkov na planétu.
Na určenie efektívnosti ich koncepcie uskutočnil Peroni a jeho kolegovia numerické výpočty a laboratórne experimenty s použitím mierkového modelu (pozri nižšie). Z toho určili, že prístroj bol schopný generovať vonkajšie magnetické pole 4/5 Tesla, čo je dostatočné na to, aby obyvateľom zabezpečili bezpečnosť pred škodlivými kozmickými lúčmi.
Prístroj zároveň vytvoril vo vnútri prístroja takmer nulové magnetické pole, čo znamená, že by nevystavoval obyvateľov žiadnemu elektromagnetickému žiareniu - a preto pre nich nepredstavuje žiadne nebezpečenstvo. Podľa Peroniho návrhu by každý modul mal tvar šesťuholníka, meral by v priemere 20 m (65,6 ft) a vo vnútri by mal dostatok vertikálnej miestnosti na vytvorenie obytného priestoru.
Každý z modulov by sa zdvihol asi 5 m (16,5 ft) nad zemou (pomocou svojich motorizovaných nôh), aby umožnil marťanskému vetru utiecť počas pieskových búrok a zabrániť hromadeniu piesku okolo modulov. Tým by sa zabezpečilo, že pohľad zvnútra modulov, ktorý je kľúčovou súčasťou návrhu Peroniho, by nebol obmedzený.
V skutočnosti sa v návrhu Peroniho žiada, aby základňa bola čo najviac otvorená okolitej krajine prostredníctvom okien a kleneb oblohy, čo by umožnilo obyvateľom, aby sa cítili užšie prepojení s prostredím a zabránili pocitom izolácie a klaustrofóbie. Každý modul by vážil odhadom 40 - 50 metrických ton (44 - 55 ton) na Zemi - čo v marťovej gravitácii dosahuje 15 - 19 ton (16,5 - 21 ton).
Časť počiatočnej hmotnosti by zahŕňala palivo potrebné na zostup, ktoré by sa počas zostupu stratilo a znamenalo by to, že biotopy boli ľahšie, len čo sa dostanú na povrch Marsu. Rovnako ako pri podobných dizajnoch by sa každý modul diferencoval podľa svojej funkcie, pričom niektoré slúžia ako spálne a iné rekreačné zariadenia, zelené priestory, laboratóriá, dielne, zariadenia na recykláciu vody a sanitárne zariadenia atď.
Posledným krokom bude vybudovanie „technologickej osi“, chodníka postaveného nad zemou, kde by sa umiestnili batérie, fotovoltaické panely a malé jadrové reaktory. Zohľadnili by značné elektrické potreby základne, medzi ktoré patrí výkon potrebný na udržanie magnetického poľa. Medzi ďalšie prvky môžu patriť garáže a sklady pre prieskumné vozidlá, ako aj astronomické observatórium.
Tento návrh je v mnohých ohľadoch podobný koncepcii solenoidnej mesačnej základne, na ktorej Peroni predstavil minimálne rok AIAA Space and Astronautics Forum and Exposition. Pri tejto príležitosti navrhol Peroni vybudovať lunárny základ, ktorý by pozostával z priehľadných kupolov, ktoré by boli uzavreté vnútri toroidnej štruktúry pozostávajúcej z vysokonapäťových káblov.
V obidvoch prípadoch sú navrhované biotopy zamerané na zabezpečenie potrieb svojich obyvateľov - medzi ktoré patrí nielen ich fyzická bezpečnosť, ale aj ich psychická pohoda. Pri pohľade do budúcnosti Peroni dúfa, že jeho návrhy podporia väčšiu diskusiu a výskum konkrétnych problémov budovania mimosvetových základní. Dúfa tiež, že budú mať k dispozícii inovatívnejšie koncepcie zamerané na ich riešenie.
„Tento predbežný výskum môže povzbudiť budúci vývoj týchto teórií a hlbšiu štúdiu tém a tém, na ktoré sa tento príspevok vzťahuje, čo by v budúcnosti umožnilo ľuďom realizovať sen o živote na Marse dlho obdobia bez toho, aby boli uzavreté v klietkach z ťažkých kovov alebo v jaskyniach temných hornín, “uviedol.
Je zrejmé, že všetky sídliská postavené na Mesiaci, Marse alebo v budúcnosti budú musieť byť do značnej miery sebestačné - vyrábať vlastné jedlo, vodu a stavebné materiály in situ. Zároveň bude tento proces a akt každodenného života silne závisieť od technológie. V nadchádzajúcich generáciách bude Mars pravdepodobne dôkazom, kde sa testujú a preverujú naše metódy života na inej planéte.
Predtým, ako začneme posielať ľudí na červenú planétu, musíme sa ubezpečiť, že naše najlepšie metódy pokročili ďalej. A nezabudnite sa pozrieť na toto video základne modulov nasadené na Mars z vesmíru, s láskavým dovolením Marco Peroni Ingegneria:
