Ideja izpētīt un kolonizēt Marsu nekad nav bijusi dzīvāka nekā šodien. Nākamo divu gadu desmitu laikā ir vairāki plāni nosūtīt apkalpotās misijas uz Sarkano planētu, un pat daži ļoti ambiciozi plāni sākt tur veidot pastāvīgu apmetni. Neskatoties uz entuziasmu, ir daudz nozīmīgu izaicinājumu, kas jārisina, pirms mēģināt veikt šādus centienus.
Šīs problēmas, kas ietver zema gravitācijas ietekmi uz cilvēka ķermeni, radiāciju un psiholoģisko slodzi prom no Zemes, kļūst vēl izteiktākas, strādājot ar pastāvīgajām bāzēm. Lai to risinātu, būvinženieris Marko Peroni piedāvā priekšlikumu par modulāru Marsa bāzi (un kosmosa kuģi tās nogādāšanai), kas ļautu kolonizēt Marsu, vienlaikus aizsargājot tā iedzīvotājus ar mākslīgu vairoga vairogu.
Peroni iepazīstināja ar šo priekšlikumu 2018. gada Amerikas Aeronautikas un astronautikas institūta (AIAA) SPACE un Astronautikas forumā un ekspozīcijā, kas notika no 17. līdz 19. septembrim Orlando, Floridā. Prezentācija bija viena no vairākām, kas notika trešdien, 19. septembrī, tās tēma bija “Marsa misijas arhitektūra”.
Vienkārši sakot, ideja par Marsa kolonizēšanu (vai jebkur Saules sistēmā) rada daudz izaicinājumu - gan fiziskus, gan psiholoģiskus. Sarkanās planētas gadījumā tie ietver tās plāno un neelpojamo atmosfēru, ļoti auksto vidi un to, ka tai nav magnētiskā lauka. Tieši pēdējais jautājums ir īpaši izaicinošs, jo visi nākamie kolonisti būs jāsargā no ievērojama daudzuma radiācijas.
Īsāk sakot, vidējais starojuma daudzums, kas cilvēkam ir pakļauts Zemei, gadā ir aptuveni 3,6 milSieverts (mSv), pateicoties Zemes blīvajai atmosfērai un aizsargājošajam magnētiskajam laukam. Protams, tas nozīmē, ka astronauti un cilvēki, kas darbojas ārpus Zemes, ir pakļauti krasi lielākiem saules un kosmiskā starojuma daudzumiem.
Lai nodrošinātu astronautu veselību un drošību, NASA astronautu dzīves laikā ir noteikusi maksimālo robežu no 500 mSv gadā vai no 2000 līdz 4000 mSv (atkarībā no vecuma un dzimuma). Tomēr Peroni lēš, ka atkarībā no tā, cik ilgi viņi pavada telpās, vidējais radiācijas daudzums, ko Marsa iedzīvotāji varētu pakļaut, būtu aptuveni 740 mSv gadā. Kā Peroni paskaidroja Space Magazine pa e-pastu:
“Materiāla daudzums efektīvai ekranēšanai var būt daudz lielāks par to, kas ir praktiski izmantojams lielākajā daļā kosmiskās aviācijas lietojumu. Piemēram, ISS alumīnija sienas ir aptuveni 7 mm biezas un ir efektīvas LEO, taču maz ticams, ka šādu vairogu būtu pietiekami starpplanētu telpā, kur tie varētu pat palielināt absorbēto devu, ja vien tie nav ievērojami sabiezināti. ”
Lai novērstu šos draudus, iepriekšējie priekšlikumi ir ieteikuši celtniecības pamatnes ar bieziem Marsa augsnes slāņiem - dažos gadījumos paļaujoties uz saķepināšanu un 3D drukāšanu, lai veidotu cietu keramikas ārsienu - un ārkārtas nojumes saules vētru gadījumā. Citos priekšlikumos ir ierosināts būvēt pamatnes stabilās lavas caurulēs, lai nodrošinātu dabisku ekranējumu. Bet, kā norādīja Peroni, šie rada savu risku daļu.
Tajos ietilpst materiāla daudzums, kas nepieciešams efektīvu vairoga sienu izveidošanai, un klaustrofobijas draudi. Kā viņš paskaidroja:
“NASA pētījumā tika atklāts, ka lielai kosmosa stacijai vai biotopam ir nepieciešams ekranējums 4 t / m2 Marsa regolīta (ņemot vērā, ka tā blīvums ir no 1000 kg / m3 virs virsmas līdz 2000 kg / m3 dažu cm dziļumā tas atbilst 2 m biezumam vai mazākam, ja materiālu sablīvē ar lāzeru), lai sasniegtu efektīvo devas ātrumu 2,5 mSv / gadā…
“Pazemes patversmi var izmantot arī kā guļamtelpu un visām tām aktivitātēm, kurās nav nepieciešams meklēt ārpusi (piemēram, skatīties video vai baudīt citas izklaides), bet, dzīvojot vienmēr pazemes konstrukcijās, var tikt apdraudēta psiholoģiskā veselība kolonistu (klaustrofobija), samazinot arī viņu spēju novērtēt attālumus ārpus priekšposteņa (grūtības veikt EVA uzdevumus), un tas var būt īpaši slikti, ja viena no priekšposteņa darbībām ir kosmosa tūrisms. Vēl viena problēma ir siltumnīcu celtniecība, kurai vajadzētu ļaut saules gaismai iekļūt, lai darbinātu augu bioloģiskos mehānismus. ”
Kā alternatīvu Peroni ierosina tādas pamatnes dizainu, kas nodrošinātu pats savu ekranējumu, vienlaikus maksimāli palielinot piekļuvi Marsa ainavai. Šī bāze tiks nogādāta uz Marsu uz kuģa ar lodveida formas serdi (diametrs aptuveni 300 metri (984 pēdas)), ap kuru tiks izvietoti sešstūra pamatnes moduļi. Pārmaiņus Peroni un viņa kolēģi iesaka izveidot cilindrisku serdi, lai novietotu moduļus.
Šis kosmosa kuģis nogādātu moduļus un iedzīvotājus no Zemes (vai cis-Mēness orbītas), un to aizsargātu tāda paša veida mākslīgais magnētiskais vairogs, ko izmanto kolonijas aizsardzībai. To radīs virkne elektrisko kabeļu, kas apņem kuģa konstrukciju. Brauciena laikā kosmosa kuģis arī griežas ap savu centrālo asi ar ātrumu 1,5 apgriezieniem minūtē, lai radītu gravitācijas spēku aptuveni 0,8 g.
Tas nodrošinātu, ka astronauti ieradās orbītā ap Marsu, neciešot no mikrogravitācijas iedarbības deģeneratīvajām sekām - kas ietver muskuļu un kaulu blīvuma samazināšanos, pasliktinātu redzi, pavājinātu imūnsistēmu un orgānu darbību. Kā Peroni to paskaidroja:
“Pie“ ceļojošās sfēras ”robežas atradīsies dzinējsistēmas, kas vajadzīgas gan braucienam, gan kosmosa kuģa mūsdienu rotācijai, lai turp un atpakaļ radītu mākslīgu gravitāciju. Šie kosmosa kuģi ir izstrādāti, lai labāk integrētu kuģa nesošos elementus ar moduļu struktūru. Sfēras, kas veido kuģa korpusu, nesošo struktūru veido sešstūra un piecstūra diagrid, un tāpēc ir vieglāk savienot un agregēt moduļus, kuriem ir līdzīgas formas. ”
Atrodoties Marsa orbītā, kuģa sfēra pārtrauks griezties, ļaujot katram elementam atdalīties un sākt nolaisties līdz Marsa virsmai, izmantojot izpletņu, virzītāju un gaisa pretestības sistēmu, lai palēninātos un nosēstos. Katrs modulis būtu aprīkots ar četrām motorizētām kājām, kas ļautu tām pārvietoties pa virsmu un savienot ar citiem apdzīvošanas moduļiem, tiklīdz tās ieradīsies.
Pakāpeniski moduļi izkārtosies sfēriskā konfigurācijā zem toroīda formas aparāta. Līdzīgi kā tas, kas aizsargā kosmosa kuģi, šis aparāts būtu izgatavots no augstsprieguma elektriskajiem kabeļiem, kas ģenerē elektromagnētisko lauku, lai moduļus pasargātu no kosmiskā un saules starojuma. Kosmosa kuģis (piemēram, SpaceX ierosinātais BFR) varētu arī atkāpties no kuģa centrālā serdeņa, pārvedot nākamos kolonistus uz planētu.
Lai noteiktu viņu koncepcijas efektivitāti, Peroni un viņa kolēģi veica skaitliskus aprēķinus un laboratorijas eksperimentus, izmantojot mēroga modeli (parādīts zemāk). Pēc tam viņi noteica, ka aparāts spēj radīt ārēju magnētisko lauku 4/5 Tesla, kas ir pietiekami, lai iedzīvotāji būtu pasargāti no kaitīgiem kosmiskajiem stariem.
Tajā pašā laikā aparāts ģenerēja gandrīz nulles magnētisko lauku aparāta iekšienē, kas nozīmē, ka tas nepakļaus iedzīvotājus elektromagnētiskajam starojumam - un tāpēc tas viņiem nedraud. Katrs modulis pēc Peroni priekšlikuma būtu sešstūra formas, tā diametrs būtu 20 m (65,6 pēdas), un tajā būtu pietiekami daudz vertikālas telpas, lai veidotu apdzīvojamu vietu.
Katrs no moduļiem varētu pacelties apmēram 5 m (16,5 pēdas) virs zemes (izmantojot savas motorizētās kājas), lai ļautu Marsa vējam pietrūkt smilšu vētru laikā un novērstu smilšu uzkrāšanos ap moduļiem. Tas nodrošinātu, ka netiek traucēts skats no moduļiem, kas ir Peroni dizaina galvenā sastāvdaļa.
Faktiski Peroni priekšlikums aicina pēc iespējas vairāk atvērt logu apkārtējai ainavai caur logiem un debesu velvēm, kas ļautu iedzīvotājiem justies ciešāk saistītiem ar apkārtējo vidi un novērstu izolācijas un klaustrofobijas izjūtas. Katra moduļa svars uz Zemes būtu aptuveni 40–50 tonnas (44–55 ASV tonnas), un tas Marsa gravitācijas izteiksmē ir 15–19 tonnas (16,5–21 ASV tonnas).
Daļā no sākotnējā svara tiktu iekļauta nolaišanai nepieciešamā degviela, kas tiks nolaista nolaišanās laikā, un tas nozīmē, ka, sasniedzot Marsa virsmu, biotopi būtu vēl vieglāki. Tāpat kā ar līdzīgu dizainu, katrs modulis tiks diferencēts atbilstoši to funkcijai, daži kalpo par guļamtelpām, bet citi - par atpūtas objektiem, zaļajām zonām, laboratorijām, darbnīcām, ūdens pārstrādes un sanitārijas ierīcēm utt.
Pēdējais pieskāriens būs “tehnoloģiskās ass”, staigājama tuneli, kas būvēts virs zemes, uzbūve, kur atradīsies baterijas, fotoelektriskie paneļi un mazi kodolreaktori. Tie apmierinātu pamatnes ievērojamās elektriskās vajadzības, ieskaitot enerģiju, kas nepieciešama magnētiskā lauka uzturēšanai. Pie citiem elementiem varētu piederēt garāžas un noliktavas izpētes transportlīdzekļiem, kā arī astronomiskā observatorija.
Šis priekšlikums daudzējādā ziņā ir līdzīgs Solenoid Mēness bāzes koncepcijai, kuru Peroni prezentēja vismaz gadu AIAA kosmosa un astronautikas forumā un ekspozīcijā. Šajā gadījumā Peroni ierosināja būvēt Mēness pamatni, kas sastāvēja no caurspīdīgiem kupoliem, kas būtu norobežoti toroīda formas struktūras iekšpusē, kas sastāv no augstsprieguma kabeļiem.
Abos gadījumos ierosinātie biotopi attiecas tikai uz to iedzīvotāju vajadzību nodrošināšanu, kas ietver ne tikai viņu fizisko drošību, bet arī psiholoģisko labsajūtu. Raugoties nākotnē, Peroni cer, ka viņa priekšlikumi veicinās plašāku diskusiju un izpēti par īpašajām problēmām, kas saistītas ar ārpus pasaules bāzu veidošanu. Viņš arī cer redzēt inovatīvākas koncepcijas, kas izstrādātas šo problēmu risināšanai.
“Šis sākotnējais pētījums var veicināt šo teoriju attīstību nākotnē un dziļāku pētījumu par tēmām un tēmām, uz kurām attiecas šis ieguldījums, kas, kāpēc ne, nākotnē cilvēkiem ļaus [realizēt] sapni dzīvot uz Marsa ilgi laikposmos bez ieslodzījuma zem smago metālu būriem vai tumšo iežu dobumiem, ”viņš sacīja.
Ir skaidrs, ka jebkurām apdzīvotām vietām, kas uzceltas uz Mēness, Marsa vai ārpus tās, nākotnē lielākoties būs jābūt pašpietiekamām - pašiem ražojot pārtiku, ūdeni un celtniecības materiālus. Tajā pašā laikā šis process un ikdienas dzīvesveids būs lielā mērā atkarīgs no tehnoloģijas. Nākamajās paaudzēs Marss, visticamāk, būs pierādīšanas vieta, kur tiek pārbaudītas un pārbaudītas mūsu metodes, kā dzīvot uz citas planētas.
Pirms sākam sūtīt cilvēkus uz Sarkano planētu, mums jāpārliecinās, vai mēs izvirzīsim labākās metodes. Pārliecinieties, ka ieskatījāties šo video no moduļa bāzes, kas no kosmosa tiek izvietots uz Marsu, ar Marco Peroni Ingegneria atļauju:
