Η ιδέα της εξερεύνησης και του αποικισμού του Άρη δεν ήταν ποτέ πιο ζωντανή από ό, τι σήμερα. Μέσα στις επόμενες δύο δεκαετίες, υπάρχουν πολλά σχέδια για την αποστολή πληρωμένων αποστολών στον Κόκκινο Πλανήτη, και ακόμη και μερικά πολύ φιλόδοξα σχέδια για να αρχίσουν να χτίζουν έναν μόνιμο οικισμό εκεί. Παρά τον ενθουσιασμό, υπάρχουν πολλές σημαντικές προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν προτού καταβληθούν τέτοιες προσπάθειες.
Αυτές οι προκλήσεις - που περιλαμβάνουν τις επιπτώσεις της χαμηλής βαρύτητας στο ανθρώπινο σώμα, την ακτινοβολία και τον ψυχολογικό φόβο της απομάκρυνσης από τη Γη - γίνονται ακόμη πιο έντονες όταν αντιμετωπίζουμε μόνιμες βάσεις. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, ο πολιτικός μηχανικός Marco Peroni προσφέρει μια πρόταση για μια αρθρωτή βάση του Άρη (και ένα διαστημικό σκάφος για να το παραδώσει) που θα επέτρεπε τον αποικισμό του Άρη προστατεύοντας παράλληλα τους κατοίκους του με θωράκιση τεχνητής ακτινοβολίας.
Η Περόνη παρουσίασε αυτήν την πρόταση στο Αμερικανικό Ινστιτούτο Αεροναυτικής και Αστροναυτικής (AIAA) SPACE 2018 και στο Φόρουμ και Έκθεση Αστροναυτικής, που πραγματοποιήθηκε από τις 17 έως τις 19 Σεπτεμβρίου στο Ορλάντο της Φλόριντα. Η παρουσίαση ήταν μία από τις πολλές που πραγματοποιήθηκε την Τετάρτη, 19 Σεπτεμβρίου, με θέμα το «Mars Mission Architectures».
Με απλά λόγια, η ιδέα του αποικισμού του Άρη (ή οπουδήποτε στο Ηλιακό Σύστημα) παρουσιάζει πολλές προκλήσεις - τόσο σωματικές όσο και ψυχολογικές. Στην περίπτωση του Κόκκινου Πλανήτη, αυτές περιλαμβάνουν τη λεπτή και αναπνέουσα ατμόσφαιρα, το πολύ κρύο περιβάλλον του και το γεγονός ότι δεν έχει μαγνητικό πεδίο. Είναι αυτό το τελευταίο στοιχείο που είναι ιδιαίτερα δύσκολο, δεδομένου ότι τυχόν μελλοντικοί άποικοι θα πρέπει να προστατευθούν από σημαντική ποσότητα ακτινοβολίας.
Εν ολίγοις, η μέση ποσότητα ακτινοβολίας στην οποία εκτίθεται ένας άνθρωπος στη Γη φτάνει περίπου τα 3,6 milliSieverts (mSv) ετησίως, κάτι που οφείλεται στην πυκνή ατμόσφαιρα της Γης και στο προστατευτικό μαγνητικό πεδίο. Φυσικά, αυτό σημαίνει ότι οι αστροναύτες και οι άνθρωποι που ταξιδεύουν πέρα από τη Γη εκτίθενται σε δραστικά υψηλότερες ποσότητες ηλιακής και κοσμικής ακτινοβολίας.
Για να διασφαλίσει την υγεία και την ασφάλεια των αστροναυτών, η NASA έχει καθορίσει ένα ανώτατο όριο 500 mSv ανά έτος ή 2000 έως 4000 mSv (ανάλογα με την ηλικία και το φύλο) κατά τη διάρκεια της ζωής ενός αστροναύτη. Ωστόσο, η Peroni εκτιμά ότι, ανάλογα με το πόσο καιρό περνούν σε εσωτερικούς χώρους, η μέση ποσότητα ακτινοβολίας που θα εκτεθεί ένας Άρης άποικος θα είναι περίπου 740 mSv ανά έτος. Όπως εξήγησε η Περόνι στο Space Magazine μέσω email:
«Η ποσότητα υλικού για μια αποτελεσματική θωράκιση μπορεί τότε να είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή που είναι πρακτική για τις περισσότερες αεροδιαστημικές εφαρμογές. Τα τοιχώματα αλουμινίου του ISS, για παράδειγμα, έχουν πάχος περίπου 7 mm και είναι αποτελεσματικά στο LEO, αλλά είναι απίθανο τέτοιες ασπίδες να είναι αρκετές στον διαπλανητικό χώρο, όπου θα μπορούσαν να αυξήσουν ακόμη και τη δόση που απορροφάται εκτός εάν πυκνωθεί ουσιαστικά. "
Για την αντιμετώπιση αυτής της απειλής, προηγούμενες προτάσεις συνιστούσαν την κατασκευή βάσεων με παχιά στρώματα εδάφους του Άρη - σε ορισμένες περιπτώσεις, να βασίζονται σε πυροσυσσωμάτωση και τρισδιάστατη εκτύπωση για να κατασκευάσουν έναν σκληρό κεραμικό εξωτερικό τοίχο - και καταφύγια έκτακτης ανάγκης σε περίπτωση ηλιακών καταιγίδων. Άλλες προτάσεις πρότειναν την κατασκευή βάσεων σε σταθερούς σωλήνες λάβας για την παροχή φυσικής θωράκισης. Αλλά όπως ανέφερε η Περόνι, αυτές παρουσιάζουν το δικό τους μερίδιο κινδύνων.
Αυτά περιλαμβάνουν την ποσότητα υλικού που απαιτείται για τη δημιουργία αποτελεσματικών τοιχωμάτων ασπίδας και την απειλή της κλειστοφοβίας. Όπως εξήγησε:
«Μια μελέτη της NASA διαπίστωσε ότι ένας μεγάλος διαστημικός σταθμός ή ένας βιότοπος απαιτούσε θωράκιση 4 t / m2 του μαρτιανού regolith (λαμβάνοντας υπόψη ότι η πυκνότητά του κυμαίνεται μεταξύ 1.000 kg / m3 στην επιφάνεια έως 2.000 kg / m3 σε βάθος λίγων εκατοστών, αυτό αντιστοιχεί σε πάχος 2 m ή μικρότερο εάν το υλικό συμπιέζεται [με σύντηξη με λέιζερ), για να επιτευχθεί αποτελεσματικός ρυθμός δόσης 2,5 mSv / y…
«Ένα υπόγειο καταφύγιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως κοιμάδες ύπνου και για όλες εκείνες τις δραστηριότητες στις οποίες δεν υπάρχει ανάγκη να κοιτάζεις έξω (όπως να βλέπεις βίντεο ή να απολαμβάνεις άλλες ψυχαγωγίες), αλλά το να ζεις πάντα σε υπόγειες δομές μπορεί να θέσει σε κίνδυνο την ψυχολογική υγεία των αποίκων (κλειστοφοβία), μειώνοντας επίσης την ικανότητά τους να εκτιμούν αποστάσεις όταν βρίσκονται έξω από το φυλάκιο (δυσκολίες στην εκτέλεση εργασιών EVA) και μπορεί να είναι ιδιαίτερα κακές σε περίπτωση που μία από τις δραστηριότητες του φυλακίου είναι ο διαστημικός τουρισμός. Ένα άλλο πρόβλημα είναι η κατασκευή θερμοκηπίων, τα οποία θα επιτρέψουν στο φως του Ήλιου να εισέλθει για την τροφοδοσία των βιολογικών μηχανισμών των φυτών. "
Ως εναλλακτική λύση, η Peroni προτείνει ένα σχέδιο για μια βάση που θα παρέχει τη δική του θωράκιση μεγιστοποιώντας ταυτόχρονα την πρόσβαση στο τοπίο του Άρη. Αυτή η βάση θα μεταφερόταν στον Άρη σε ένα σκάφος με πυρήνα σχήματος σφαίρας (διαμέτρου περίπου 300 μέτρων (984 πόδια)) γύρω από το οποίο θα ήταν διατεταγμένα τα εξαγωνικά δομοστοιχεία βάσης. Εναλλακτικά, ο Peroni και οι συνάδελφοί του προτείνουν τη δημιουργία ενός κυλινδρικού πυρήνα για τη στέγαση των ενοτήτων.
Αυτό το διαστημόπλοιο θα μεταφέρει τις μονάδες και τους κατοίκους από τη Γη (ή cis-σεληνιακή τροχιά) και θα προστατεύεται από τον ίδιο τύπο τεχνητής μαγνητικής ασπίδας που χρησιμοποιείται για την προστασία της αποικίας. Αυτό θα δημιουργηθεί από μια σειρά ηλεκτρικών καλωδίων που θα περιβάλλουν τη δομή του πλοίου. Κατά τη διάρκεια του ταξιδιού, το διαστημόπλοιο θα περιστρεφόταν επίσης γύρω από τον κεντρικό άξονά του με ρυθμό 1,5 περιστροφές ανά λεπτό, προκειμένου να δημιουργηθεί μια δύναμη βαρύτητας περίπου 0,8 g.
Αυτό θα εξασφάλιζε ότι οι αστροναύτες έφτασαν σε τροχιά γύρω από τον Άρη χωρίς να έχουν υποστεί τις εκφυλιστικές επιπτώσεις της έκθεσης στη μικροβαρύτητα - που περιλαμβάνουν απώλεια μυϊκής και οστικής πυκνότητας, μειωμένη όραση, μειωμένη ανοσοποίηση και λειτουργία οργάνων. Όπως το εξήγησε η Περόνι:
«Στο όριο της« κινούμενης σφαίρας »θα υπάρχουν τα απαραίτητα συστήματα προώθησης τόσο για το ταξίδι όσο και για τη σύγχρονη περιστροφή του διαστημικού σκάφους, προκειμένου να δημιουργηθεί τεχνητή βαρύτητα κατά τη διάρκεια της διαδρομής. Αυτά τα διαστημικά σκάφη έχουν αναπτυχθεί για να ενσωματώσουν καλύτερα τα φέροντα στοιχεία του πλοίου με τη δομή των δομοστοιχείων. Η φέρουσα δομή της σφαίρας, η οποία αποτελεί το σώμα του αγγείου, σχηματίζεται από ένα εξαγωνικό και πενταγωνικό διαγώνιο και επομένως είναι ευκολότερο να συνδέσετε και να συγκεντρώσετε τις ενότητες, οι οποίες έχουν παρόμοια σχήματα. "
Μόλις βρεθεί στην τροχιά του Άρη, η σφαίρα του πλοίου θα σταματούσε να περιστρέφεται για να επιτρέψει σε κάθε στοιχείο να αποκολληθεί και να αρχίσει να κατεβαίνει στην επιφάνεια του Άρη, χρησιμοποιώντας ένα σύστημα αλεξίπτωτων, προωθητών και αντίστασης του αέρα για επιβράδυνση και προσγείωση. Κάθε μονάδα θα είναι εξοπλισμένη με τέσσερα μηχανοκίνητα πόδια που θα τους επέτρεπαν να κινηθούν στην επιφάνεια και να συνδεθούν με τις άλλες μονάδες κατοικίας μόλις φτάσουν.
Σταδιακά, τα δομοστοιχεία θα τακτοποιηθούν σε σφαιρική διαμόρφωση κάτω από μια συσκευή σε σχήμα τοροειδούς. Όπως αυτή που προστατεύει το διαστημόπλοιο, αυτή η συσκευή θα είναι κατασκευασμένη από ηλεκτρικά καλώδια υψηλής τάσης που παράγουν ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο για να προστατεύσουν τις μονάδες από την κοσμική και ηλιακή ακτινοβολία. Ένα διαστημικό σκάφος (όπως το προτεινόμενο BFR του SpaceX) θα μπορούσε επίσης να αναχωρήσει από τον κεντρικό πυρήνα του σκάφους, μεταφέροντας τους μελλοντικούς εποίκους στον πλανήτη.
Για να προσδιοριστεί η αποτελεσματικότητα της ιδέας τους, ο Peroni και οι συνεργάτες του πραγματοποίησαν αριθμητικούς υπολογισμούς και εργαστηριακά πειράματα χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο κλίμακας (φαίνεται παρακάτω). Από αυτό, διαπίστωσαν ότι η συσκευή ήταν ικανή να παράγει ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο 4/5 Tesla, το οποίο είναι αρκετό για να διατηρήσει τους κατοίκους ασφαλείς από επιβλαβείς κοσμικές ακτίνες.
Ταυτόχρονα, η συσκευή παρήγαγε ένα σχεδόν μηδενικό μαγνητικό πεδίο μέσα στη συσκευή, πράγμα που σημαίνει ότι δεν θα εκθέσει τους κατοίκους σε οποιαδήποτε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία - και ως εκ τούτου δεν τους παρουσιάζει κανέναν κίνδυνο. Κάθε δομοστοιχείο, σύμφωνα με την πρόταση της Peroni, θα είχε σχήμα εξαγώνου, διαμέτρου 20 m (65,6 ft) και θα είχε αρκετό κατακόρυφο χώρο στο εσωτερικό για να αποτελέσει κατοικήσιμο χώρο.
Καθένα από τα δομοστοιχεία θα ανυψώσει περίπου 5 μέτρα (16,5 πόδια) πάνω από το έδαφος (χρησιμοποιώντας τα μηχανοκίνητα πόδια τους) για να επιτρέψει στον Άρη να τρέξει κατά τη διάρκεια καταιγίδων άμμου και να αποτρέψει τη συσσώρευση άμμου γύρω από τις μονάδες. Αυτό θα εξασφάλιζε ότι η θέα από μέσα από τις ενότητες, βασικό συστατικό του σχεδιασμού της Peroni, θα ήταν ανεμπόδιστη.
Στην πραγματικότητα, η πρόταση της Περόνης ζητά τη βάση να είναι όσο το δυνατόν πιο ανοιχτή στο γύρω τοπίο μέσω παραθύρων και θολωτών θυρών, κάτι που θα επέτρεπε στους κατοίκους να αισθάνονται πιο στενά συνδεδεμένοι με το περιβάλλον και να αποτρέψουν συναισθήματα απομόνωσης και κλειστοφοβίας. Κάθε μονάδα θα ζύγιζε περίπου 40-50 μετρικούς τόνους (44-55 τόνους ΗΠΑ) στη Γη - η οποία ανέρχεται σε 15-19 τόνους (16,5-21 τόνους ΗΠΑ) στη βαρύτητα του Άρη.
Κάποιο από το αρχικό βάρος θα περιλαμβάνει το καύσιμο που απαιτείται για την κάθοδο, το οποίο θα ρίξει κατά τη διάρκεια της κατάβασης και σημαίνει ότι οι βιότοποι ήταν ακόμη ελαφρύτεροι όταν έφταναν στην επιφάνεια του Άρη. Όπως και με παρόμοια σχέδια, κάθε ενότητα θα διαφοροποιείται ανάλογα με τη λειτουργία τους, με κάποιες να λειτουργούν ως υπνοδωμάτια και άλλες εγκαταστάσεις αναψυχής, χώρους πρασίνου, εργαστήρια, εργαστήρια, ανακύκλωση νερού και εγκαταστάσεις υγιεινής κ.λπ.
Η τελευταία πινελιά θα είναι η οικοδόμηση ενός «τεχνολογικού άξονα», μιας περασμένης σήραγγας χτισμένης πάνω από το έδαφος όπου θα τοποθετηθούν μπαταρίες, φωτοβολταϊκά πάνελ και μικροί πυρηνικοί αντιδραστήρες. Αυτά θα μπορούσαν να καλύψουν τις σημαντικές ηλεκτρικές ανάγκες της βάσης, οι οποίες περιλαμβάνουν την απαραίτητη ισχύ για τη διατήρηση του μαγνητικού πεδίου. Άλλα στοιχεία θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν γκαράζ και αποθήκες για οχήματα εξερεύνησης, καθώς και ένα αστρονομικό παρατηρητήριο.
Αυτή η πρόταση είναι παρόμοια με πολλούς τρόπους με την ιδέα του Solenoid Moon-base που παρουσίασε η Περόνη στο AIAA Space and Astronautics Forum and Exposition τουλάχιστον του έτους. Με την ευκαιρία αυτή, ο Περόνι πρότεινε την κατασκευή μιας σεληνιακής βάσης που αποτελείται από διαφανείς θόλους που θα περικλείονταν μέσα σε μια δομή σε σχήμα σπειροειδούς που αποτελείται από καλώδια υψηλής τάσης.
Και στις δύο περιπτώσεις, οι προτεινόμενοι οικότοποι έχουν να κάνουν με τη διασφάλιση των αναγκών των κατοίκων τους - που περιλαμβάνουν όχι μόνο τη σωματική τους ασφάλεια αλλά και την ψυχολογική τους ευημερία. Κοιτώντας προς το μέλλον, ο Περόνι ελπίζει ότι οι προτάσεις του θα προωθήσουν περισσότερη συζήτηση και έρευνα σχετικά με τις συγκεκριμένες προκλήσεις της οικοδόμησης εκτός κόσμου βάσεων. Επίσης, ελπίζει να δει πιο καινοτόμες ιδέες σχεδιασμένες για την αντιμετώπισή τους.
«Αυτή η προκαταρκτική έρευνα μπορεί να ενθαρρύνει [τη] μελλοντική ανάπτυξη αυτών των θεωριών και μια βαθύτερη μελέτη για θέματα και θέματα που καλύπτονται από αυτήν τη συμβολή, ότι, γιατί όχι, στο μέλλον θα [επιτρέψει] στους ανθρώπους να πραγματοποιήσουν το όνειρο της ζωής στον Άρη για πολύ καιρό περιόδους χωρίς να περικλείονται κάτω από βαρέα μεταλλικά κλουβιά ή σπήλαια σκούρου βράχου », είπε.
Είναι σαφές ότι τυχόν οικισμοί που θα χτιστούν στη Σελήνη, τον Άρη ή και πέρα από αυτό στο μέλλον θα πρέπει να είναι σε μεγάλο βαθμό αυτάρκεια - παράγοντας τα δικά τους τρόφιμα, νερό και οικοδομικά υλικά επιτόπου. Ταυτόχρονα, αυτή η διαδικασία και η πράξη της καθημερινής ζωής θα εξαρτηθούν σε μεγάλο βαθμό από την τεχνολογία. Στις επόμενες γενιές, ο Άρης είναι πιθανό να είναι οι αποδείξεις όπου δοκιμάζονται και ελέγχονται οι μέθοδοι μας για να ζούμε σε έναν άλλο πλανήτη.
Πριν ξεκινήσουμε να στέλνουμε ανθρώπους στον Κόκκινο Πλανήτη, πρέπει να διασφαλίσουμε ότι θα βάλουμε τις καλύτερες μεθόδους μας. Και βεβαιωθείτε ότι έχετε δει αυτό το βίντεο της βάσης της μονάδας που αναπτύσσεται στον Άρη από το διάστημα, με ευγένεια του Marco Peroni Ingegneria:
