Amikor arról van szó, hogy az emberek meglátogatják a Marsot, és szükségük van elszállásolásra, a NASA-nak van egy ambiciózus terve: a bolygón található nyersanyagok felhasználásával élőhely in situ 3D-nyomtatására. Ez volt a témája a 3D-Printed Habitat Challenge-nek, amelyet az ügynökség néhány évvel ezelőtt indított el, és tervezőcsapatokat hívott meg, hogy a lehető legjobb megoldást kínálják a problémára.
Tartalom
- Helyi erőforrások felhasználása
- Hogyan nyomtathatunk 3D-s élőhelyet
- A Marson való építkezés kihívásai
- Az építészet szerepe
- A föld alá menni
Tehát pontosan hogyan alakíthatunk át egy csomó marsi port kényelmes otthonná? Hogy megtudjuk, két szakértővel beszélgettünk, akik részt vettek ezen a versenyen – Trey Lane építésszel a nyertes Zopherus csapatból. és Matthew Troemner mérnök a Northwestern University csapatából – arról, hogyan tervezzünk és építsünk élőhelyet egy másikon bolygó.
Ajánlott videók
Ez a cikk része Élet a Marson, egy 10 részes sorozat, amely azt a legmodernebb tudományt és technológiát tárja fel, amely lehetővé teszi az emberek számára, hogy elfoglalják a Marsot.
Helyi erőforrások felhasználása
Tervezéskor a élőhely a Mars számára, a legnagyobb korlát az, hogy mennyi anyagot hozhatsz a Földről. A rakétára rakott tömeg minden plusz grammja jelentős üzemanyagköltséggel jár, ezért egyszerűen lehetetlen egy épület értékű építőanyagot magával vinni. Éppen ezért az első élőhelyeket a Marson helyben elérhető nyersanyagok felhasználásával kell megépíteni.
Ez minden bizonnyal más megközelítés az építkezéshez, ahogyan azt Trey Lane, a versenygyőztes Team Zopherus építésze elmondta nekünk.
"Egy építész szemszögéből nézve, van egy bizonyos mértékű szabadság, amely megnyílik a 3D nyomtatás során."
Korai kutatásai során Lane nem sokat talált a helyi anyagokat használó nagyszabású 3D nyomtatási projektekben, ezért egy váratlan ihletforráshoz fordult: a rovarokhoz. „Elkezdtük nézegetni a darazsak, a pókok és a bogarak” – mondta. „Évek százmilliója óta alapvetően 3D-s nyomtatást végeznek élőhelyek létrehozása érdekében.” A rovarok kimennek a környezetbe, megtalálják erőforrásokat, felhasználható anyagokká dolgozza fel, és a legpraktikusabb élőhelyet építse fel igényeik kielégítésére – éppen úgy, ahogy Lane akarta. „Őszintén azt találtuk, hogy a rovarok jobb modellek egy 3D-nyomtatott, autonóm, helyi erőforrás-felhasználó élőhely létrehozására, mint az emberek.”
Csapata olyan élőhelyet képzelt el, amelybe olyan roverek tartoznak, amelyek kimennek a környezetbe és összegyűjtik az anyagokat, majd visszahozzák őket további építkezésre. „Sok szempontból olyan, mint egy darázs, amely elmegy és felrág egy keveset a helyi erőforrásokból, majd papírmasévá változtatja, és ebből építi fészkét.”
Ennek a megközelítésnek előnyei vannak az építkezésben, akár a Marson, akár a Földön. „Az a tény, hogy helyi erőforrásokat használ, óriási különbséget jelent az űrmissziók szempontjából” – mondta. Ahelyett, hogy hosszú ellátási láncokra támaszkodna, sokkal hatékonyabb lehet az anyagok és az energia tekintetében. Ráadásul a 3D nyomtatási megközelítés biztonságosabb, mint a hagyományos konstrukció. „Az építőipar kockázatoknak kitett iparág… Tehát ha ennek bizonyos aspektusait önállóan meg tudja csinálni, akkor biztonsági előnyökkel is jár.”
Gyorsabb és olcsóbb is lehet a 3D nyomtatás, és bizonyos fokú tervezési szabadságot tesz lehetővé. „Az építész szemszögéből nézve, van egy bizonyos mértékű szabadság, amely megnyílik a 3D nyomtatás során” – mondta. Nem kell olyan tömeggyártású anyagokra hagyatkoznia, mint a két-négy, amelyek általában laposak és egyenesek, így bonyolultabb formákat is tervezhet. "Ez felszabadítja Önt a megoldáshoz testreszabott dizájn létrehozásához."
Hogyan nyomtathatunk 3D-s élőhelyet
Ha a 3D nyomtatásra gondol, akkor valószínűleg egy asztali gép jut eszébe néhány hüvelyk széles tárgyak nyomtatásához. Ha az infrastruktúra léptékű 3D nyomtatásról van szó, sokkal nagyobb hardverre van szükség, de ez elvileg hasonló. folyamat – „ha hasonló szoftvert használna, hasonló mozgástechnikákat használna” – mondta Matthew Troemner, Ph. D. a Northwestern Egyetem jelöltje és az egyetem marsi élőhelycsoportjának vezetője – magyarázta.
A különbség az anyag lerakódásának módjában van. Az asztali 3D nyomtatók olvasztott leválasztási módszert használnak, „amely lényegében olyan, mint egy megolvadt műanyag zsinór” – mondta Troemner. És bár ezt lehet növelni, a Marson történő nyomtatáshoz Troemner csapata egy másik típusú anyagot akart használni, a marscrete-t vagy a Mars-betont. „Előkeverjük az anyagot, egyfajta pasztát készítünk, majd extrudáljuk”, mielőtt hagynánk megkeményedni vagy megkeményedni – magyarázta.
A Marscrete úgy készül, hogy a marsi regolitot – a bolygó felszínét borító poros talajszerű anyagot – kénnel keverik. A kénes betont évtizedek óta használják a Földön, erős és kopásálló, ezért ideális a Marson való építkezéshez. Miután összekevertük, formákká alakítható élőhely kialakítása érdekében.
"A Marson vagy az űrben való alkalmazásokhoz rendelkezne valamiféle karral, amely mozgatja és lerakja az anyagot" - mondta. A Földön a kar típusú mechanizmusok kevésbé népszerűek, mint a portál stílusú mechanizmusok a nagyméretű nyomtatáshoz, mivel csak korlátozott méretben tudnak nyomtatni – lényegében a kar eléréséhez. De minél összetettebb a nyomtatási hardver, annál több dolog fordulhat elő. Ha egy másik bolygón építkezik, akkor érdemes a dolgokat a lehető legegyszerűbben tartani.
Troemner csapata egy felfújható nyomástartó edény – lényegében egy hatalmas, erős ballon – használatát javasolta, amely levegővel töltenék meg, hogy kupola formát alkossanak, és egy karmechanizmust használnak a marscrete nyomtatására. A nyomástartó edény bent tartja a levegőt és kint a sugárzást, a marscrete pedig erőssé és tartóssá teszi a szerkezetet.
A Marson való építkezés kihívásai
A Mars az emberek és az épületek számára egyaránt barátságtalan. Kezdetben hőmérsékleti ingadozások vannak a bolygón, az egyenlítő körüli hőmérséklet a magastól 70 Fahrenheit-fok (21 Celsius-fok) és mínusz 100 Fahrenheit-fok (mínusz 73 Celsius-fok) éjszaka. Ez nagyon megterheli az építőanyagokat.
„Olyan struktúrákat szerettünk volna, amelyek egymástól függetlenül tágulnak és zsugorodnak” – mondta Troemner, hogy lehetővé tegyük a tágulást és összehúzódást a Mars nagyon hideg éjszakái és viszonylag meleg napjai során. A szerkezeteknek pedig elég erősnek kell lenniük ahhoz, hogy ellenálljanak a bolygónkon gyakori por felhalmozódásának homok viharok. "Ha a szerkezet felén egy rakás homok van, akkor a terhelési állapota kiegyensúlyozatlan, akkor ez mit fog tenni?" elmagyarázta. A porviharok az építkezést is befolyásolhatják, vagyis biztosítani kell az állásidőt.
1 nak,-nek 3
Troemner csapata ezért állt elő a kupolák ötletével. „A kupolák jó formájúak a hőtáguláshoz és a homokdűnék felépüléséhez is” – mondta, és nagyon jól elosztják a terhelést. Az építőket tulajdonképpen a Marson lecsökkent gravitáció is segíti, „tehát kevesebb szerkezeti elemre, könnyebb felszerelésre van szükség”.
Az egyik nagy kérdés az, hogyan védjük meg a marsi űrhajósokat a veszélyes sugárzástól. „A marsi regolit valójában nem olyan kiváló, hogy megvédje a felszínen tapasztalható sugárzástól” – mondta Matthew. A kupola kialakítása egy és három láb közötti anyagból állna az élőhelyen belüli emberek és a külső környezet között, de nem lenne elég hogy megvédje a bent lévő űrhajósokat.
Kén hozzáadása a regolithoz a marscrete előállításához segít, de a csapat polietilén szálakat is hozzáadott a keverékhez, ami növeli az árnyékoló hatást. A teljes árnyékolás érdekében a belső felfújt szerkezet több polietilént is tartalmaz. Ezt a polietilént kannibalizálni lehetne annak a személyzet nélküli űrszondának a béléséből, amely a Marsra szállítja az első utánpótláshullámot.
Az építészet szerepe
Az élőhelyek tervezése azonban nem csak mérnöki kihívásokról szól. Arról is van szó, hogy olyan teret hozzunk létre, amelyben az emberek hosszú ideig kényelmesen élhetnek és dolgozhatnak, miközben potenciálisan sok stressznek vannak kitéve vagy mélységes elszigeteltségben élnek át.
A Zopherus csapat élőhelyét három modulra osztották: egy tudományos műveleti laboratóriumra, egy közösségi egységre és egy legénységre. egység olyan igényekre, mint a higiénia és a hálóhelyiségek, azzal a lehetőséggel, hogy a küldetés alapján további egységek is hozzáadhatók igények.
1 nak,-nek 2
Azt akarták, hogy a tér az ott tartózkodó űrhajósok gyakorlati és pszichológiai szükségleteit egyaránt kielégítse, ami tükröződött a közösségi egység kialakításában is. „Valójában egy nagy nyílás köré irányítottuk ezt a teret a felső szinten” – mondta. A nagy ablak lehetővé teszi az űrhajósok számára, hogy kinézzenek a Mars felszínére, miközben biztonságban és kényelmesen tartózkodnak bent. "Szerettük maximalizálni az űrhajósok azon képességét, hogy lássák a környezetüket és kapcsolatba léphessenek vele."
Ez fontos olyan feladatok elvégzéséhez, mint például a mechanikus kar használata a dolgok mozgatásához. De van egy jelentős pszichológiai előnye is. "Ha egy évre körülbelül ezer négyzetlábnyi térben ülsz egy bolygón, amely meg akar ölni Mindenhol, kivéve azt a helyet, ahol élsz, nagyon hasznos, ha úgy érzed, nem vagy a dobozban” – mondta.
Az űrhajósok pszichológiai hasznát szolgáló tervezés nem arról szól, hogy vonzóvá tegyük az épületet, hanem azt, hogy megtaláljuk a legjobb megoldást egy tervezési problémára.
A csapat a hidroponikus kerttel is kiegészítette ezt a helyet, hogy a növények fényt kapjanak, és így is a lent sétáló űrhajósok élveznék azt a pszichológiai szünetet, hogy úgy érzik, mintha átsétálnának a erdős tér. Lane számára a gyakorlati és pszichológiai igények metszéspontja közötti egyensúly megteremtése kulcsfontosságú építészfeladat. "Az építészek összekapcsolják az emberek igényeit és a fizikai környezetet" - mondta. "A fizikai környezet, amelyben valaki tartózkodik, pszichológiailag és működésileg is hatással van rá."
Az, ahogyan erről gondolkodott, nem a küldetésigények és a pszichológiai szükségletek elkülönülése volt. Ehelyett úgy látja, hogy ezek összefüggenek egymással. „Ezek a pszichológiai szükségletek valójában gyakorlati szükségletek, amikor emberrel van dolgunk” – mondta. "Mert az űrhajósok pszichológiája közvetlenül befolyásolja a küldetés során nyújtott teljesítményüket."
Az űrhajósok pszichológiai hasznát szolgáló tervezés nem arról szól, hogy vonzóvá tegyük az épületet, hanem azt, hogy megtaláljuk a legjobb megoldást egy tervezési problémára. Rámutatott az űrmérnökség számos vonatkozásában rejlő eleganciára és szépségre. "Valóban van valami szép a tervezésben, ami jól illeszkedik a problémához" - mondta, hasonlóan sok szerves forma rejlő szépségéhez. „Követve a tervezési probléma pragmatikus korlátait, figyelembe véve a lakók egészségét és A wellness és a pszichológia valami olyasmit eredményez, ami valószínűleg esztétikusabb lesz.”
„Túl messzire mehetsz, ha valami szépet készítesz” – mondta. „De számomra nagyon praktikus megfontolás, hogy jól működjön annak a személynek, aki majd ott lakik.”
A föld alá menni
Mindkét szakértő egyetértett abban, hogy a Mars élőhely-tervezésének jövője számos lehetőséget rejt magában, beleértve a felszín alá való mozgást is. A földalatti bázis építése számos előnnyel jár, például megvédi az embereket a sugárzástól és a porviharoktól. De ennek is megvannak a maga kihívásai.
Ami a földalatti építkezést illeti: „Még mindig sok az ismeretlen” – mondta Troemner. Sok mindent nem tudunk a Mars felszín alatti összetételéről és arról, hogyan építsünk ebben a környezetben. "Legalábbis első lépésként, ha a közeljövőről beszélünk, valaminek a felszínen több értelme van, mert nincsenek olyan szintű ismeretlenek, mint a leásáskor."
Ha azonban egy ideig a Marson vagyunk, ez megváltozhat. „Hosszú távon, miután létrehoztad az első néhány kezdeti struktúrát, több rover is megjelent a felszínen, talán űrhajósok voltak a felszínen, akkor talán egy földalatti bázis a jó út a jövőben” – mondta.
Lane egyetértett. Úgy gondolta, hogy az első Mars-küldetés során az emberek „a felszínen lévő holmikban maradhatnak, amelyek többnyire a Földről származtak”, mint például az Apollo-küldetések a Holdra. De ahhoz, hogy többen maradjanak hosszabb ideig, állandóbb infrastruktúrára van szükség. „Azon a ponton elkezdi a föld alá járni, vagy 3D-nyomtatni az élőhelyeit” – mondta.
Végül Lane különféle űrügynökségek vagy cégek által tervezett és épített élőhelyek széles választékát képzelte el. „Nagyobb változatosságot fogunk látni az általunk létrehozott élőhelyeinken, mert szükségleteink változatosabbak lesznek, és nagyobb léptéket kell alkalmaznunk” – mondta. Ebből a változatosságból többet megtudhatunk arról, hogy mi a legjobb módja annak, hogy egy másik bolygón éljünk, ami a jövőben még jobb élőhelyek kialakításában segít. "Ez olyan dolog, ami miatt nagyon izgatott vagyok az elkövetkező évtizedekben, amikor az emberek felmerészkednek a Holdra és a Marsra."
Ez a cikk része Élet a Marson, egy 10 részes sorozat, amely azt a legmodernebb tudományt és technológiát tárja fel, amely lehetővé teszi az emberek számára, hogy elfoglalják a Marsot.
Szerkesztői ajánlások
- Kozmikus kommunikáció: Hogyan fognak az első emberek a Marson kommunikálni a Földdel
- Asztropszichológia: Hogyan maradjunk észnél a Marson
- Mesterséges légkör: Hogyan építsünk bázist lélegző levegővel a Marson
- Asztromezőgazdaság: Hogyan termesztünk majd növényeket a Marson
- A marsi por nagy problémát jelent az űrhajósok számára. Íme, hogyan küzd ellene a NASA
