Myšlenka prozkoumat a kolonizovat Mars nikdy nebyla živější než dnes. V příštích dvou desetiletích existuje několik plánů, jak vyslat posádky s posádkou na Rudou planetu, a dokonce i některé velmi ambiciózní plány, jak tam začít budovat trvalé osídlení. Navzdory nadšení existuje řada významných výzev, které je třeba řešit, než bude možné se o takové snahy pokusit.
Tyto výzvy - které zahrnují účinky nízké gravitace na lidské tělo, ozařování a psychologickou daň z toho, že jsou pryč od Země - se stávají ještě výraznější, když se jedná o trvalé základny. K řešení tohoto problému nabízí stavební inženýr Marco Peroni návrh modulární marťanské základny (a kosmické lodi k jejímu dodání), která by umožnila kolonizaci Marsu a zároveň chránila jeho obyvatele umělým radiačním stíněním.
Peroni představil tento návrh na 2018 americkém leteckém institutu pro letectví a kosmonautiku (AIAA) SPACE a na astronomickém fóru a výstavě, které se konalo od 17. do 19. září v Orlandu na Floridě. Prezentace byla jednou z několika, která se konala ve středu 19. září, na téma „Architektura mise Mars“.
Zjednodušeně řečeno, myšlenka kolonizace Marsu (nebo kdekoli ve Sluneční soustavě) představuje mnoho výzev - fyzických i psychologických. V případě Rudé planety to zahrnuje její tenkou a neproniknutelnou atmosféru, velmi chladné prostředí a skutečnost, že nemá žádné magnetické pole. Je to poslední položka, která je obzvláště náročná, protože budoucí kolonisté budou muset být chráněni před značným množstvím záření.
Stručně řečeno, průměrné množství záření, kterému je člověk vystaven na Zemi, vychází ročně asi 3,6 miliSievertů (mSv), což je díky husté atmosféře Země a ochrannému magnetickému poli. To samozřejmě znamená, že astronauti a lidé, kteří se vydávají za Zemi, jsou vystaveni drasticky vyšším množstvím slunečního a kosmického záření.
Pro zajištění zdraví a bezpečnosti astronautů stanovila NASA v průběhu života astronauta horní hranici 500 mSv ročně nebo 2000 až 4000 mSv (v závislosti na věku a pohlaví). Peroni však odhaduje, že v závislosti na tom, jak dlouho tráví v interiéru, by průměrné množství záření, kterému by byl marťanský osadník vystaven, bylo asi 740 mSv ročně. Jak Peroni vysvětlil časopisu Space Magazine e-mailem:
„Množství materiálu pro účinné stínění pak může být mnohem nad rámec toho, co je prakticky možné pro většinu leteckých aplikací. Například hliníkové stěny ISS mají tloušťku asi 7 mm a jsou účinné v LEO, ale je nepravděpodobné, že by takové štíty stačily v meziplanetárním prostoru, kde by mohly dokonce zvýšit absorbovanou dávku, pokud by nebyly podstatně zesíleny. “
Aby bylo možné tuto hrozbu řešit, předcházející návrhy doporučily základny se silnými vrstvami marťanské půdy - v některých případech se spoléhaly na slinování a 3D tisk, aby vytvořily tvrdou keramickou vnější zeď - a nouzové přístřešky v případě slunečních bouří. Jiné návrhy navrhly základny ve stabilních lávových trubkách, které poskytují přirozené stínění. Jak však Peroni naznačil, tito představují vlastní podíl rizik.
Patří k nim množství materiálu potřebné k vytvoření účinných štítových stěn a hrozba klaustrofobie. Jak vysvětlil:
„Studie NASA zjistila, že velká vesmírná stanice nebo lokalita vyžadovala stínění 4 t / m2 marťanského regolitu (vzhledem k tomu, že jeho hustota je mezi 1 000 kg / m3 na povrchu do 2 000 kg / m3 v hloubce několika cm to odpovídá tloušťce 2 m nebo méně, je-li materiál zhutňován [slinováním pomocí laserů], aby se dosáhlo účinné dávky 2,5 mSv / r…
„Podzemní přístřešek lze použít také jako spací místnosti a pro všechny ty činnosti, při kterých není třeba hledat venku (například při pohledu na videa nebo užívat si jiné zábavy), ale život v podzemních strukturách může ohrozit psychické zdraví. kolonistů (klaustrofobie), snižující také jejich schopnost posoudit vzdálenosti, když jsou mimo základnu (obtíže při plnění úkolů EVA), a mohou být zvláště špatné v případě, že jednou z činností základny je kosmická turistika. Dalším problémem je výstavba skleníků, která by měla umožnit světlu ze Slunce vstoupit pro napájení biologických mechanismů rostlin. “
Jako alternativu navrhuje Peroni návrh základny, která by poskytla vlastní stínění a zároveň maximalizovala přístup k marťanské krajině. Tato základna by byla přepravena k Marsu na palubu plavidla s jádrem ve tvaru koule (měřící asi 300 metrů (průměr 984 ft)), kolem kterého by byly uspořádány hexagonální základní moduly. Peroni a jeho kolegové také doporučují vytvořit válcové jádro pro uložení modulů.
Tato kosmická loď by transportovala moduly a obyvatele ze Země (nebo cis-lunární oběžné dráhy) a byla by chráněna stejným typem umělého magnetického štítu používaného k ochraně kolonie. To by bylo generováno řadou elektrických kabelů, které by obalily strukturu lodi. Během cesty by se kosmická loď také otáčela kolem své centrální osy rychlostí 1,5 otáček za minutu, aby vytvořila gravitační sílu asi 0,8 g.
Tím by se zajistilo, že astronauti dorazí na oběžnou dráhu kolem Marsu, aniž by trpěli degenerativními účinky expozice mikrogravitaci - mezi ně patří ztráta hustoty svalů a kostí, zhoršení zraku, snížení imunitního systému a funkce orgánů. Jak Peroni vysvětlil:
„Na hranici„ cestovní sféry “budou existovat pohonné systémy nezbytné pro plavbu i současnou rotaci vesmírné lodi, aby se během zpátečky vytvořila umělá gravitace. Tyto kosmické lodě byly vyvinuty pro lepší integraci nosných prvků lodi se strukturou modulů. Nosná struktura koule, která tvoří tělo plavidla, je tvořena šestihrannou a pětiúhelníkovou diagridou, a proto je snazší spojit a agregovat moduly, které mají podobné tvary. “
Jakmile na marťanské oběžné dráze by se lodní koule zastavila, aby se každý prvek mohl oddělit a začít sestupovat na marťanský povrch, pomocí systému padáků, pohonných jednotek a odporu vzduchu ke zpomalení a přistání. Každý modul by měl být vybaven čtyřmi motorizovanými nohami, které by jim umožnily pohybovat se po povrchu a spojovat se s ostatními obytnými moduly, jakmile dorazí.
Moduly by se postupně uspořádaly ve sférickém uspořádání pod toroidním zařízením. Stejně jako ten, který chrání kosmickou loď, i tento přístroj by byl vyroben z vysokonapěťových elektrických kabelů, které vytvářejí elektromagnetické pole k ochraně modulů před kosmickým a slunečním zářením. Kosmická loď (jako například BFR navržená společností SpaceX) by se také mohla odchýlit od centrálního jádra plavidla a převezet budoucí osadníky na planetu.
Pro stanovení účinnosti jejich koncepce provedli Peroni a jeho kolegové numerické výpočty a laboratorní experimenty s použitím zmenšeného modelu (viz níže). Z toho určili, že přístroj byl schopen generovat vnější magnetické pole 4/5 Tesla, což je dost, aby obyvatelé byli v bezpečí před škodlivými kosmickými paprsky.
Zároveň generoval uvnitř přístroje téměř nulové magnetické pole, což znamená, že by obyvatele nevystavovalo elektromagnetickému záření - a proto pro ně nepředstavuje žádné nebezpečí. Každý modul by podle Peroniho návrhu měl tvar šestiúhelníku, měl by průměr 20 m (65,6 ft) a uvnitř by měl dostatek vertikální místnosti, aby vytvořil obytný prostor.
Každý z modulů by se zvedl asi 5 m (16,5 ft) nad zemí (pomocí svých motorizovaných nohou), aby umožnil marťanskému větru utéct během písečných bouřek a zabránit hromadění písku kolem modulů. Tím by se zajistilo, že pohled zevnitř modulů, klíčová součást designu Peroniho, by nebyl omezen.
Ve skutečnosti Peroniho návrh požaduje, aby základna byla co nejvíce otevřena okolní krajině skrze okna a klenby oblohy, což by obyvatelům umožnilo cítit se těsněji propojené s prostředím a zabránilo pocitům izolace a klaustrofobie. Každý modul by vážil odhadem 40-50 metrických tun (44-55 US tun) na Zemi - což v marťanské gravitaci vyjde na 15-19 tun (16,5-21 US tun).
Část počáteční hmotnosti by zahrnovala palivo potřebné pro sestup, které by se během sestupu zbavilo, což znamená, že stanoviště byla ještě lehčí, jakmile dosáhnou povrchu Marsu. Stejně jako u podobných návrhů by každý modul byl rozlišen podle své funkce, přičemž některé slouží jako spací místnosti a další rekreační zařízení, zelené prostory, laboratoře, dílny, recyklace vody a sanitační zařízení atd.
Konečným dotykem bude vybudování „technologické osy“, chodby pro chodce postaveného nad zemí, kde budou umístěny baterie, fotovoltaické panely a malé jaderné reaktory. Ty by se postaraly o značné elektrické potřeby základny, které zahrnují sílu potřebnou k udržení magnetického pole. Dalšími prvky by mohly být garáže a sklady průzkumných vozidel a astronomická observatoř.
Tento návrh je v mnoha ohledech podobný konceptu solenoidního měsíce, který Peroni představil alespoň roční AIAA Space and Astronautics Forum and Exposition. Při této příležitosti Peroni navrhl vybudovat lunární základnu, která sestávala z průhledných kopulí, které by byly uzavřeny uvnitř toroidní struktury sestávající z vysokonapěťových kabelů.
V obou případech jsou navržená stanoviště zaměřena na zajištění potřeb svých obyvatel - mezi něž patří nejen jejich fyzická bezpečnost, ale také jejich psychická pohoda. Když se podíváme do budoucnosti, Peroni doufá, že jeho návrhy podpoří další diskusi a výzkum konkrétních výzev budování off-world základen. Také doufá, že uvidí inovativnější koncepty určené k jejich řešení.
„Tento předběžný výzkum může povzbudit budoucí vývoj těchto teorií a hlubší studium témat a témat zahrnutých v tomto příspěvku, což, proč ne, v budoucnu umožní [lidem] realizovat sen o životě na Marsu po dlouhou dobu období, aniž by byly uzavřeny v klecích na těžké kovy nebo v tmavých skalních jeskyních, “řekl.
Je jasné, že jakákoli sídliště postavená na Měsíci, Marsu nebo v budoucnu budou muset být do značné míry soběstačná - vyrábět vlastní jídlo, vodu a stavební materiály in situ. Zároveň bude tento proces a akt každodenního života silně záviset na technologii. V příštích generacích bude Mars pravděpodobně důkazem, kde budou naše metody života na jiné planetě testovány a prověřovány.
Než začneme posílat lidi na Rudou planetu, musíme se ujistit, že naše nejlepší metody pokročily. A nezapomeňte se podívat na toto video základny modulů nasazené na Mars z vesmíru, se svolením Marco Peroni Ingegneria:
