როგორ შექმნიან მარსის პირველი დევნილები ჰაბიტატებს ნიადაგით

როდესაც საქმე ეხება ადამიანებს, რომლებიც მარსს სტუმრობენ და სჭირდებათ სადმე დარჩენა, NASA-ს აქვს ამბიციური გეგმა: გამოიყენოს პლანეტაზე ნაპოვნი ნედლეულის 3D ბეჭდვა ჰაბიტატი ადგილზე. ეს იყო 3D-Printed Habitat Challenge-ის თემა, რომელიც სააგენტომ დაიწყო რამდენიმე წლის წინ, რომელმაც მოიწვია დიზაინერების გუნდები პრობლემის საუკეთესო გადაწყვეტისთვის.

როგორ გადავაქციოთ მარსის მტვრის გროვა კომფორტულ სახლად? ამის გასარკვევად, ჩვენ ვესაუბრეთ ორ ექსპერტს, რომლებიც მონაწილეობდნენ ამ კონკურსში - არქიტექტორ თრეი ლეინს გამარჯვებული Team Zopherus. და ინჟინერი მეთიუ ტროემნერი ჩრდილოდასავლეთის უნივერსიტეტის გუნდიდან - იმის შესახებ, თუ როგორ უნდა შეიმუშავონ და ავაშენოთ ჰაბიტატი სხვაზე პლანეტა.

ეს სტატია არის ნაწილი სიცოცხლე მარსზე, 10 ნაწილისგან შემდგარი სერია, რომელიც იკვლევს უახლესი მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების შესახებ, რომელიც საშუალებას მისცემს ადამიანებს დაიკავონ მარსი.

ადგილობრივი რესურსების გამოყენება

დაგეგმვისას ა ჰაბიტატი მარსისთვის, ყველაზე დიდი შეზღუდვა არის ის, თუ რამდენი მასალის მოტანა შეგიძლიათ დედამიწიდან. რაკეტაზე დატვირთული მასის ყოველი დამატებითი გრამი საწვავის თვალსაზრისით მნიშვნელოვანი ღირებულებაა, ამიტომ შენობის ღირებულების სამშენებლო მასალების მოტანა უბრალოდ შეუძლებელია. სწორედ ამიტომ, პირველი ჰაბიტატების აშენება საჭირო იქნება მარსზე ადგილობრივად ხელმისაწვდომი ნედლეულის გამოყენებით.

ეს, რა თქმა უნდა, განსხვავებული გზაა მშენებლობასთან მიახლოებისთვის, როგორც გვითხრა თრეი ლეინმა, არქიტექტორმა კონკურსში გამარჯვებული Team Zopherus-იდან.

თავის ადრეულ კვლევაში, ლეინმა ბევრი ვერ იპოვა ადგილობრივი მასალების გამოყენებით ფართომასშტაბიანი 3D ბეჭდვის პროექტებში, ამიტომ იგი ინსპირაციისთვის მოულოდნელ წყაროს მიმართა: მწერები. ”ჩვენ დავიწყეთ ვოსფსების, ობობებისა და ხოჭოების ყურება,” - თქვა მან. ”ასობით მილიონი წლის განმავლობაში ისინი არსებითად 3D ბეჭდვას აკეთებდნენ ჰაბიტატების შესაქმნელად.” მწერები გადიან გარემოში, პოულობენ რესურსები, გადაამუშავეთ ისინი გამოსაყენებელ მასალად და შექმენით ყველაზე პრაქტიკული ჰაბიტატი მათი მოთხოვნილებების დასაკმაყოფილებლად - ისევე, როგორც ლეინს სურდა გაეკეთებინა. „გულწრფელად აღმოვაჩინეთ, რომ მწერები უკეთესი მოდელებია 3D პრინტით დაბეჭდილი, ავტონომიური, ადგილობრივი რესურსების გამოყენების ჰაბიტატისთვის, ვიდრე ადამიანები.

მისმა გუნდმა წარმოიდგინა ჰაბიტატი, რომელიც მოიცავდა როვერებს, რომლებიც გადიოდნენ გარემოში და აგროვებდნენ მასალებს, შემდეგ დააბრუნებდნენ მათ შემდგომი მშენებლობისთვის. ”ბევრი თვალსაზრისით, ის ჰგავს ვოსფს, რომელიც მიდის და ღეჭავს ადგილობრივ რესურსებს და აქცევს მას პაპიერ-მაშედ და მისგან ბუდეს აშენებს.”

ამ მიდგომის გამოყენებას აქვს უპირატესობები მშენებლობაში, იქნება ეს მარსზე თუ დედამიწაზე. ”ის ფაქტი, რომ თქვენ იყენებთ ადგილობრივ რესურსებს, დიდ განსხვავებას ქმნის კოსმოსური მისიებისთვის,” - თქვა მან. იმის ნაცვლად, რომ დაეყრდნოთ მიწოდების გრძელ ჯაჭვებს, შეგიძლიათ იყოთ ბევრად უფრო ეფექტური მასალებისა და ენერგიის თვალსაზრისით. გარდა ამისა, 3D ბეჭდვის მიდგომა უფრო უსაფრთხოა, ვიდრე ტრადიციული მშენებლობა. ”მშენებლობა არის რისკისადმი მიდრეკილი ინდუსტრია… ასე რომ, თუ თქვენ შეგიძლიათ ამის გარკვეული ასპექტების დამოუკიდებლად შესრულება, თქვენ ასევე გექნებათ უსაფრთხოების სარგებელი.”

ის ასევე შეიძლება იყოს უფრო სწრაფი და იაფი 3D ბეჭდვისთვის და არის დიზაინის თავისუფლების ხარისხი, რაც მას საშუალებას აძლევს. ”არქიტექტორის თვალსაზრისით, არის გარკვეული თავისუფლება, რომელიც იხსნება 3D ბეჭდვის დროს,” - თქვა მან. თქვენ არ უნდა დაეყრდნოთ მასობრივი წარმოების მასალებს, როგორიცაა ორი-ოთხით, რომლებიც ბრტყელი და სწორია, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ შექმნათ უფრო რთული ფორმები. "ის გათავისუფლებს თქვენ შექმნათ დიზაინი, რომელიც მორგებულია გადაწყვეტისთვის."

როგორ დავბეჭდოთ ჰაბიტატი 3D

როდესაც ფიქრობთ 3D ბეჭდვაზე, თქვენ ალბათ ფიქრობთ დესკტოპის მანქანაზე, რომელიც ბეჭდავს ნივთებს რამდენიმე ინჩის სიგანეზე. რაც შეეხება ინფრასტრუქტურის მასშტაბის 3D ბეჭდვას, თქვენ გჭირდებათ ბევრად უფრო დიდი აპარატურა, მაგრამ ეს კონცეპტუალურად მსგავსია პროცესი - „იმით, რომ თქვენ იყენებდით მსგავს პროგრამულ უზრუნველყოფას, იყენებდით მოძრაობის მსგავს ტექნიკას“, როგორც მეთიუ ტროემნერი, დოქტორი. განმარტა ჩრდილოდასავლეთის უნივერსიტეტის კანდიდატმა და უნივერსიტეტის მარსის ჰაბიტატის გუნდის ლიდერმა.

განსხვავება არის მასალის დეპონირების გზაში. დესკტოპის 3D პრინტერები იყენებენ შერწყმული დეპონირების მეთოდს, "რომელიც არსებითად გამდნარი პლასტმასის სიმს ჰგავს", - თქვა ტროემნერმა. და მიუხედავად იმისა, რომ შესაძლებელია ამის მასშტაბირება, მარსზე დასაბეჭდად, ტროემნერის გუნდს სურდა გამოეყენებინა სხვადასხვა ტიპის მასალა, სახელწოდებით მარსკრეტი, ან მარსბეტონი. ”ჩვენ წინასწარ ვაზავებთ მასალას, ვქმნით ერთგვარ პასტას და შემდეგ ვახდენთ მას” სანამ მის გამკვრივებას ან გამკვრივებას მივცემთ, განმარტა მან.

მარსკრეტი მზადდება მარსის რეგოლითის - მტვრიანი ნიადაგის მსგავსი ნივთიერების, რომელიც პლანეტის ზედაპირს ფარავს - გოგირდთან შერევით. გოგირდოვანი ბეტონი დედამიწაზე ათწლეულების განმავლობაში გამოიყენება და გამძლეა და მდგრადია აცვიათ, რაც მას იდეალურს ხდის მარსზე მშენებლობისთვის. მას შემდეგ, რაც ის შერეულია, ის შეიძლება ჩამოყალიბდეს ფორმებად, რათა შეიქმნას ჰაბიტატი.

”მარსისთვის ან კოსმოსური აპლიკაციებისთვის, თქვენ გექნებათ რაიმე სახის მკლავი, რომელიც მოძრაობს და აგროვებს მასალას”, - თქვა მან. დედამიწაზე, მკლავის სტილის მექანიზმები ნაკლებად პოპულარულია, ვიდრე განთილის სტილის მექანიზმები ფართომასშტაბიანი ბეჭდვისთვის, რადგან მათ შეუძლიათ ბეჭდვა მხოლოდ შეზღუდული ზომით - არსებითად, ხელის წვდომაზე. მაგრამ რაც უფრო რთულია ბეჭდვის აპარატურა, მით მეტი რამ შეიძლება არასწორად წავიდეს. სხვა პლანეტაზე აშენებისას ნივთების რაც შეიძლება მარტივი შენარჩუნებაა.

ტროემნერის გუნდმა შესთავაზა გასაბერი წნევის ჭურჭლის გამოყენება - ძირითადად, გიგანტური, ძლიერი ბუშტი - რომელიც შეივსებოდა ჰაერით გუმბათის ფორმის შესაქმნელად, მკლავის მექანიზმით, რომელიც გამოიყენება მარსკრეტის დასაბეჭდად. წნევის ჭურჭელი ინარჩუნებს ჰაერს და გამოსხივებას გარეთ, ხოლო მარსკრეტი სტრუქტურას ძლიერ და გამძლეს ხდის.

მარსზე მშენებლობის გამოწვევები

მარსი არასასიამოვნოა როგორც ადამიანებისთვის, ასევე შენობებისთვის. დასაწყისისთვის, პლანეტაზე ტემპერატურის რყევებია, ეკვატორის გარშემო ტემპერატურა მაღალიდან მერყეობს. 70 გრადუსი ფარენჰეიტი (21 გრადუსი ცელსიუსი) დღის განმავლობაში მინუს 100 გრადუსი ფარენჰეიტი (მინუს 73 ცელსიუსი) ღამე. ეს დიდ სტრესს აყენებს სამშენებლო მასალებს.

„ჩვენ გვინდოდა გვქონოდა სტრუქტურები, რომლებსაც შეეძლოთ გაფართოება და შეკუმშვა ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად“, - თქვა ტროემნერმა, რათა შესაძლებელი ყოფილიყო გაფართოება და შეკუმშვა მარსის ძალიან ცივ ღამეებსა და შედარებით თბილ დღეებში. და სტრუქტურები უნდა იყოს საკმარისად ძლიერი, რომ გაუძლოს მტვრის დაგროვებას პლანეტის ხშირი ფენებიდან მტვრის ქარიშხალი. "თუ შენს სტრუქტურის ნახევარზე გაქვს ქვიშის გროვა, გაქვს გაუწონასწორებელი დატვირთვის მდგომარეობა, რას აპირებს ეს?" განმარტა მან. მტვრის ქარიშხალმა ასევე შეიძლება გავლენა მოახდინოს მშენებლობაზე, რაც იმას ნიშნავს, რომ საჭიროა დაშვების დრო.

ამიტომაც ტროემნერის გუნდს გაუჩნდა გუმბათების იდეა. ”გუმბათები კარგი ფორმაა თერმული გაფართოებისთვის და ასევე ქვიშის დიუნების დასაგროვებლად,” - თქვა მან და ისინი ძალიან კარგად ანაწილებენ ტვირთს. მშენებლებს ფაქტობრივად მცირე დახმარება ეძლევათ მარსზე შემცირებული გრავიტაციითაც, „ასე რომ თქვენ გჭირდებათ ნაკლები სტრუქტურული ელემენტები, გჭირდებათ მსუბუქი აღჭურვილობა“.

ერთი დიდი საკითხია, როგორ დავიცვათ მარსიელი ასტრონავტები საშიში რადიაციისგან. „მარსის რეგოლითი ნამდვილად არ არის ისეთი შესანიშნავი დაცვით იმ რადიაციისგან, რასაც ზედაპირზე განიცდიდით“, - თქვა მათემ. გუმბათის დიზაინს ჰაბიტატის შიგნითა და გარე გარემოში მყოფ ადამიანებს შორის ერთი და სამი ფუტი მასალა ექნება, მაგრამ არ იქნება საკმარისი შიგნით ასტრონავტების დასაცავად.

გოგირდის დამატება რეგოლითში მარსკრეტის დასამზადებლად ეხმარება, მაგრამ ჯგუფმა ასევე დაამატა ნარევს პოლიეთილენის ბოჭკოები, რაც გაზრდის დამცავ ეფექტს. სრული დაცვისთვის, შიდა გაბერილ სტრუქტურას მეტი პოლიეთილენიც ექნება. ამ პოლიეთილენის კანიბალიზება შესაძლებელია არაეკიპაჟის კოსმოსური ხომალდის საფარიდან, რომელიც მარსზე მიწოდების პირველ ტალღას გადაიტანდა.

არქიტექტურის როლი

ჰაბიტატის შექმნა მხოლოდ საინჟინრო გამოწვევებს არ ეხება. ეს ასევე ეხება სივრცის შექმნას, რომელშიც ადამიანებს შეუძლიათ იცხოვრონ და იმუშაონ კომფორტულად ხანგრძლივი დროის განმავლობაში, პოტენციურად დიდი სტრესის ქვეშ ან ღრმა იზოლაციის დროს.

Team Zopherus-ის ჰაბიტატი დაყოფილი იყო სამ მოდულად: ლაბორატორია სამეცნიერო ოპერაციებისთვის, კომუნალური განყოფილება და ეკიპაჟი. განყოფილება ისეთი საჭიროებისთვის, როგორიცაა სანიტარული და საძილე კვარტალი, მისიის მიხედვით მეტი ერთეულის დამატების შესაძლებლობით საჭიროებებს.

მათ სურდათ, რომ სივრცე დაეხმარა იქ მყოფი ასტრონავტების როგორც პრაქტიკულ, ასევე ფსიქოლოგიურ მოთხოვნილებებს, რაც აისახა იმაზე, თუ როგორ დააპროექტეს კომუნალური განყოფილება. ”ჩვენ ნამდვილად გავამახვილეთ ეს სივრცე ზედა დონეზე დიდი ხვრელის გარშემო,” - თქვა მან. დიდი ფანჯარა საშუალებას აძლევს ასტრონავტებს გახედონ მარსის ზედაპირს, ხოლო შიგნით უსაფრთხოდ და კომფორტულად დარჩეს. ჩვენ გვინდოდა მაქსიმალურად გაგვეყენებინა ასტრონავტების შესაძლებლობა, დაენახათ თავიანთი გარემო და დაუკავშირდნენ მას.

ეს მნიშვნელოვანია ამოცანების შესასრულებლად, როგორიცაა, მაგალითად, მექანიკური მკლავის გამოყენება ნივთების გარეთ გადასატანად. მაგრამ არსებობს მნიშვნელოვანი ფსიქოლოგიური სარგებელიც. „თუ ერთი წლის განმავლობაში დაახლოებით ათასი კვადრატული ფუტი სივრცეში ხარ იმ პლანეტაზე, რომელსაც შენი მოკვლა უნდა ყველგან, გარდა იმ ადგილისა, სადაც ცხოვრობ, იმის განცდა, თითქოს ქილაში არ ხარ, ნამდვილად სასარგებლოა, ”- თქვა მან.

გუნდმა ასევე დაამატა ამ სივრცეს ჰიდროპონიკური ბაღი, როგორც მცენარეების შუქის მისაღებად და ისე ქვემოთ მოსიარულე ასტრონავტები ისიამოვნებდნენ ფსიქოლოგიური შესვენებით, თითქოს ა ტყიანი სივრცე. ლეინისთვის, პრაქტიკული და ფსიქოლოგიური საჭიროებების ამ გადაკვეთის დაბალანსება არქიტექტორის მთავარი სამუშაოა. ”არქიტექტორები ურთიერთობენ ადამიანის საჭიროებებსა და ფიზიკურ გარემოს შორის”, - თქვა მან. ”ფიზიკური გარემო, რომელშიც ვიღაც იმყოფება, გავლენას ახდენს მათ ფსიქოლოგიურად და ასევე ოპერაციულად.”

როგორ ფიქრობდა მასზე არ იყო ცალკეული მისიის საჭიროებები და ფსიქოლოგიური საჭიროებები. ამის ნაცვლად, ის ხედავს მათ, როგორც ურთიერთდაკავშირებულს. ”ეს ფსიქოლოგიური მოთხოვნილებები რეალურად პრაქტიკული მოთხოვნილებებია, როდესაც საქმე გაქვთ ადამიანთან,” - თქვა მან. ”რადგან თქვენი ასტრონავტების ფსიქოლოგია პირდაპირ გავლენას ახდენს მისიის შესრულებაზე.”

ასტრონავტების ფსიქოლოგიურად სარგებლობის დაპროექტება არ არის შენობის მიმზიდველობისთვის, არამედ დიზაინის პრობლემის საუკეთესო გადაწყვეტის პოვნა. მან აღნიშნა ელეგანტურობა და სილამაზე კოსმოსური ინჟინერიის ბევრ ასპექტში. ”ნამდვილად არის რაღაც ლამაზი დიზაინში, რომელიც კარგად ერგება პრობლემას”, - თქვა მან, ისევე როგორც მრავალი ორგანული ფორმის თანდაყოლილი სილამაზე. ”დიზაინის პრობლემის პრაგმატული შეზღუდვების გათვალისწინებით და ოკუპანტების ჯანმრთელობისა და ჯანმრთელობის გათვალისწინებით. კეთილდღეობა და ფსიქოლოგია იწვევს რაღაცას, რომელიც, ალბათ, უფრო ესთეტიურად სასიამოვნო დიზაინი იქნება. ”

”თქვენ შეგიძლიათ ძალიან შორს წახვიდეთ რაიმე ლამაზის შესაქმნელად,” - თქვა მან. ”მაგრამ, რომ ის კარგად იმუშაოს იმ ადამიანისთვის, ვინც მასში დასახლდება, ჩემთვის ძალიან პრაქტიკული მოსაზრებაა.”

მიწისქვეშეთში წასვლა

ორივე ექსპერტი შეთანხმდა, რომ მარსის ჰაბიტატის დიზაინის მომავალს ბევრი შესაძლებლობა აქვს, მათ შორის პოტენციურად ზედაპირის ქვემოთ გადაადგილება. მიწისქვეშა ბაზის მშენებლობას ბევრი უპირატესობა აქვს, როგორიცაა ადამიანების დაცვა რადიაციისა და მტვრის ქარიშხლებისგან. მაგრამ მას ასევე აქვს თავისი გამოწვევები.

რაც შეეხება მიწისქვეშა მშენებლობას, ”ჯერ კიდევ ბევრი უცნობია”, - თქვა ტროემნერმა. ბევრი რამ არ ვიცით მარსის მიწისქვეშა შემადგენლობისა და ამ გარემოში აგების შესახებ. ”ყოველ შემთხვევაში, პირველი ნაბიჯისთვის, თუ ჩვენ ვსაუბრობთ უახლოეს მომავალზე, ზედაპირზე რაღაც უფრო ლოგიკურია, რადგან არ არსებობს უცნობების იგივე დონეები, რაც იქნებოდა თხრის დროს.”

როგორც კი ცოტა ხნით მარსზე ვიქნებით, ეს შეიძლება შეიცვალოს. ”გრძელვადიან პერსპექტივაში, მას შემდეგ რაც შექმენით პირველი რამდენიმე საწყისი სტრუქტურა, თქვენ გქონდათ მეტი როვერი ზედაპირზე, შესაძლოა თქვენ გყავდათ ასტრონავტები ზედაპირზე, მაშინ შესაძლოა მიწისქვეშა ბაზა იყოს გზა მომავალში“, - თქვა მან.

ლეინი დათანხმდა. მას მიაჩნდა, რომ მარსზე პირველი მისია შეიძლება მოიცავდეს ადამიანების დარჩენას „ზედაპირებზე, რომლებიც ძირითადად დედამიწიდან მოდის“, მაგალითად, აპოლონის მისიები მთვარეზე. მაგრამ იმისთვის, რომ მეტი ადამიანი დიდხანს დარჩეს, საჭიროა მეტი მუდმივი ინფრასტრუქტურა. ”ამ დროს, თქვენ იწყებთ მიწისქვეშეთში გადასვლას ან თქვენი ჰაბიტატების 3D ბეჭდვას,” - თქვა მან.

საბოლოოდ, ლეინმა წარმოიდგინა მრავალფეროვანი ჰაბიტატები, რომლებიც შექმნილია და აშენებულია სხვადასხვა კოსმოსური სააგენტოებისა თუ კომპანიების მიერ. ”ჩვენ ვაპირებთ, რომ უფრო მრავალფეროვნება დავინახოთ ჩვენს ჰაბიტატებში, რომლებსაც ჩვენ ვქმნით, რადგან ჩვენი საჭიროებები უფრო მრავალფეროვანი იქნება და მეტი მასშტაბის მოწყობა დაგვჭირდება,” - თქვა მან. ამ მრავალფეროვნებიდან ჩვენ უფრო მეტს გავიგებთ იმაზე, თუ რა არის სხვა პლანეტაზე ცხოვრების საუკეთესო გზა, რაც დაგვეხმარება მომავალში უკეთესი ჰაბიტატების აშენებაში. "რაც მე ნამდვილად აღფრთოვანებული ვარ, შემდეგ ათწლეულებში ადამიანები მთვარეზე და მარსზე გადიან."

ეს სტატია არის ნაწილი სიცოცხლე მარსზე, 10 ნაწილისგან შემდგარი სერია, რომელიც იკვლევს უახლესი მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების შესახებ, რომელიც საშუალებას მისცემს ადამიანებს დაიკავონ მარსი.

რედაქტორების რეკომენდაციები

• Cosmic comms: როგორ დაუკავშირდებიან მარსზე პირველი ადამიანები დედამიწას
• ასტროფსიქოლოგია: როგორ შევინარჩუნოთ გონება მარსზე
• ხელოვნური ატმოსფერო: როგორ ავაშენებთ ბაზას სასუნთქი ჰაერით მარსზე
• ასტროსოფლის მეურნეობა: როგორ მოვიყვანთ ნათესებს მარსზე
• მარსის მტვერი ასტრონავტებისთვის დიდი პრობლემაა. აი, როგორ ებრძვის მას ნასა