Идея исследования и колонизации Марса никогда не была более живой, чем сегодня. В течение следующих двух десятилетий существует множество планов по отправке командированных миссий на Красную планету, и даже некоторые весьма амбициозные планы по созданию там постоянного поселения. Несмотря на энтузиазм, существует много важных проблем, которые необходимо решить, прежде чем предпринимать какие-либо попытки.
Эти проблемы, которые включают воздействие низкой гравитации на организм человека, радиацию и психологический ущерб от пребывания на Земле, становятся все более выраженными при работе с постоянными базами. Чтобы решить эту проблему, инженер-строитель Марко Перони предлагает предложение о модульной марсианской базе (и космическом корабле для ее доставки), которая позволила бы колонизировать Марс, защищая его жителей с помощью искусственной радиационной защиты.
Перони представил это предложение на Форуме и выставке SPACE и астронавтики Американского института аэронавтики и астронавтики (AIAA) 2018 года, которые проходили с 17 по 19 сентября в Орландо, штат Флорида. Презентация была одной из нескольких, которая состоялась в среду, 19 сентября, тема которой «Архитектура Миссии Марса».
Проще говоря, идея колонизации Марса (или где-либо в Солнечной системе) ставит множество задач - как физических, так и психологических. В случае с Красной планетой они включают в себя ее тонкую и непроницаемую атмосферу, очень холодную среду и тот факт, что у нее нет магнитного поля. Именно этот последний пункт является особенно сложным, поскольку любые будущие колонисты должны быть защищены от значительного количества радиации.
Короче говоря, среднее количество излучения, которое человек получает на Земле, составляет около 3,6 милливерц (мЗв) в год, что обусловлено плотной атмосферой Земли и защитным магнитным полем. Естественно, это означает, что астронавты и люди, выходящие за пределы Земли, подвергаются воздействию значительно большего количества солнечной и космической радиации.
Для обеспечения здоровья и безопасности космонавтов НАСА установило верхний предел в 500 мЗв в год или от 2000 до 4000 мЗв (в зависимости от возраста и пола) в течение жизни космонавта. Однако, по оценкам Перони, в зависимости от того, сколько времени они проводят в помещении, среднее количество радиации, которой подвергнется марсианский поселенец, составит около 740 мЗв в год. Как объяснил Перони журналу Space по электронной почте:
«Количество материала для эффективного экранирования может быть намного выше того, что практически возможно для большинства аэрокосмических применений. Алюминиевые стенки МКС, например, имеют толщину около 7 мм и эффективны в LEO, но маловероятно, что таких экранов будет достаточно в межпланетном пространстве, где они могут даже увеличить поглощенную дозу, если не будут существенно утолщены ».
Чтобы противостоять этой угрозе, в предыдущих предложениях рекомендовалось строить базы с толстыми слоями марсианской почвы - в некоторых случаях, полагаясь на спекание и 3D-печать для изготовления наружной стены из твердой керамики - и аварийные укрытия в случае солнечных штормов. Другие предложения предложили строить базы в стабильных трубах лавы, чтобы обеспечить естественную защиту. Но, как указал Перони, они представляют свою долю опасностей.
К ним относятся количество материала, необходимого для создания эффективных щитовых стен и угрозы клаустрофобии. Как он объяснил:
«Исследование НАСА показало, что для большой космической станции или среды обитания требуется защита 4 т / м.2 марсианского реголита (учитывая, что его плотность составляет от 1000 кг / м3 на поверхности до 2000 кг / м3 на глубине нескольких см это соответствует толщине 2 м или менее, если материал уплотняется (спекается лазерами) для достижения эффективной мощности дозы 2,5 мЗв / год…
«Подземное укрытие можно использовать также в качестве спальных помещений и для всех тех видов деятельности, в которых нет необходимости смотреть снаружи (например, смотреть видео или наслаждаться другими развлечениями), но жизнь всегда в подземных сооружениях может поставить под угрозу психологическое здоровье. колонистов (клаустрофобия), уменьшая также их способность оценивать расстояния вне аванпоста (трудности при выполнении задач EVA) и может быть особенно плохим, если одним из видов деятельности аванпоста является космический туризм. Другая проблема - это строительство теплиц, которые должны позволять солнечному свету проникать для питания биологических механизмов растений ».
В качестве альтернативы Перони предлагает проект основания, которое обеспечит собственную защиту при максимальном доступе к марсианскому ландшафту. Эта база будет доставлена на Марс на борту судна с шарообразным ядром (диаметром около 300 метров (984 фута)), вокруг которого будут расположены шестиугольные модули базы. Альтернативно, Перони и его коллеги рекомендуют создать цилиндрическое ядро для размещения модулей.
Этот космический корабль перевозил бы модули и жителей с Земли (или цис-лунной орбиты) и был бы защищен тем же типом искусственного магнитного щита, используемого для защиты колонии. Это будет генерироваться серией электрических кабелей, которые будут охватывать структуру корабля. Во время полета космический корабль также будет вращаться вокруг своей центральной оси со скоростью 1,5 оборота в минуту, чтобы создать силу тяжести около 0,8 г.
Это гарантировало бы, что астронавты прибыли на орбиту вокруг Марса, не пострадав от дегенеративных эффектов воздействия микрогравитации, которые включают потерю плотности мышц и костей, нарушение зрения, снижение иммунной системы и функции органов. Как объяснил Перони:
«На границе« бегущей сферы »будут установлены двигательные установки, необходимые как для рейса, так и для современного вращения космического корабля, чтобы создать искусственную гравитацию во время кругового путешествия. Эти космические аппараты были разработаны для лучшей интеграции несущих элементов корабля со структурой модулей. Несущая структура сферы, которая составляет тело сосуда, образована шестиугольной и пятиугольной диагональю, и поэтому легче соединять и объединять модули, которые имеют одинаковую форму ».
Оказавшись на марсианской орбите, сфера корабля перестала вращаться, чтобы позволить каждому элементу оторваться и начать спускаться к марсианской поверхности, используя систему парашютов, движителей и сопротивления воздуха для замедления и приземления. Каждый модуль будет оснащен четырьмя моторизованными ножками, которые позволят им перемещаться по поверхности и соединяться с другими жилыми модулями, как только они появятся.
Постепенно модули будут располагаться в сферической конфигурации под тороидальным устройством. Подобно тому, как защищает космический корабль, этот аппарат будет сделан из высоковольтных электрических кабелей, которые генерируют электромагнитное поле для защиты модулей от космического и солнечного излучения. Космический корабль (такой как предложенный SpaceX BFR) также может отойти от центрального ядра судна, переправляя будущих поселенцев на планету.
Чтобы определить эффективность своей концепции, Перони и его коллеги провели численные расчеты и лабораторные эксперименты с использованием масштабной модели (показано ниже). Исходя из этого, они определили, что аппарат способен генерировать внешнее магнитное поле 4/5 Тесла, которого достаточно для защиты жителей от вредных космических лучей.
В то же время устройство генерировало почти нулевое магнитное поле внутри устройства, что означает, что оно не будет подвергать жителей воздействию электромагнитного излучения - и, следовательно, не представляет для них опасности. Каждый модуль, согласно предложению Перони, должен быть шестиугольной формы, иметь диаметр 20 м (65,6 фута) и иметь достаточно вертикального пространства внутри, чтобы образовать жилое пространство.
Каждый из модулей будет подниматься примерно на 5 м (16,5 футов) над землей (используя их моторизованные опоры), чтобы позволить марсианскому ветру стечь во время песчаных бурь и предотвратить накопление песка вокруг модулей. Это обеспечит беспрепятственный обзор изнутри модулей, ключевого компонента дизайна Peroni.
Фактически, предложение Перони требует, чтобы база была максимально открыта для окружающего ландшафта через окна и небесные своды, что позволило бы жителям чувствовать себя более тесно связанными с окружающей средой и предотвратить чувство изоляции и клаустрофобии. Каждый модуль будет весить около 40-50 тонн (44-55 тонн США) на Земле - что составляет 15-19 тонн (16,5-21 тонн США) в марсианской гравитации.
Некоторая часть первоначального веса будет включать топливо, необходимое для спуска, которое будет потеряно во время спуска и будет означать, что места обитания станут еще легче, когда они достигнут поверхности Марса. Как и в случае аналогичных конструкций, каждый модуль будет дифференцирован в зависимости от их функции: одни будут служить спальными помещениями, а другие - местами отдыха, зелеными насаждениями, лабораториями, мастерскими, системами рециркуляции воды, а также санитарно-техническими средствами и т. Д.
Последним штрихом станет строительство «технологической оси», проходного туннеля, построенного над землей, где будут размещаться батареи, фотоэлектрические панели и небольшие ядерные реакторы. Это позволило бы удовлетворить значительные электрические потребности базы, включая мощность, необходимую для поддержания магнитного поля. Другими элементами могут быть гаражи и склады для исследовательских машин, а также астрономическая обсерватория.
Это предложение во многом похоже на концепцию соленоидной луны, которую Перони представил как минимум на ежегодном форуме и выставке AIAA по космосу и космонавтике. В этом случае Перони предложил построить лунную базу, состоящую из прозрачных куполов, которые будут заключены в тороидальную структуру, состоящую из высоковольтных кабелей.
В обоих случаях предлагаемые места обитания направлены на обеспечение потребностей их жителей, что включает не только их физическую безопасность, но и их психологическое благополучие. Заглядывая в будущее, Перони надеется, что его предложения будут способствовать большему обсуждению и исследованию конкретных проблем создания баз вне мира. Он также надеется увидеть более инновационные концепции, разработанные для решения этих проблем.
«Это предварительное исследование может способствовать [будущему] развитию этих теорий и более глубокому изучению тем и тем, затронутых в этом вкладе, что, почему нет, в будущем [позволит] людям реализовать мечту о жизни на Марсе надолго периоды, не заключенные в клетки из тяжелых металлов или пещеры из темного камня », - сказал он.
Ясно, что любые поселения, построенные на Луне, Марсе или за его пределами в будущем, должны быть в значительной степени самодостаточными - производить на месте свою собственную еду, воду и строительные материалы. В то же время этот процесс и акт повседневной жизни будут сильно зависеть от технологий. В следующих поколениях Марс, вероятно, станет испытательным полигоном, где наши методы жизни на другой планете будут проверены и проверены.
Прежде чем мы начнем посылать людей на Красную планету, нам нужно убедиться, что мы выдвигаем наши лучшие методы. И обязательно посмотрите это видео о модульной базе, развертываемой на Марс из космоса, любезно предоставленной Marco Peroni Ingegneria:
