Како ће први досељеници Марса направити станишта са земљом

Када је реч о људима који посећују Марс и треба им негде да бораве, НАСА има амбициозан план: да користи сировине пронађене на планети за 3Д штампање станишта ин ситу. То је била тема 3Д-штампаног Хабитат Цхалленге-а који је агенција покренула пре неколико година, а који је позвао тимове дизајнера да изнесу своје најбоље решење за проблем.

Па како тачно да трансформишемо гомилу марсове прашине у удобан дом? Да бисмо сазнали, разговарали смо са двојицом стручњака који су учествовали на том конкурсу — архитектом Треи Ланеом из победничког тима Зопхерус и инжењер Маттхев Троемнер из тима Универзитета Нортхвестерн — о томе како дизајнирати и изградити станиште на другом Планета.

Овај чланак је део Живот на Марсу, серија од 10 делова која истражује најсавременију науку и технологију која ће омогућити људима да заузму Марс.

Коришћење локалних ресурса

Приликом планирања а станиште за Марс, највеће ограничење је колико материјала можете донети са Земље. Сваки додатни грам масе убачен у ракету има значајну цену у смислу горива, тако да једноставно није изводљиво понети са собом грађевински материјал вредан зграде. Зато ће прва станишта морати да се граде користећи сировине које су доступне локално на Марсу.

То је свакако другачији начин приступа изградњи, како нам је рекао Треи Лане, архитекта из тима Зопхерус који је освојио такмичење.

У свом раном истраживању, Лејн није нашао много на путу великих пројеката 3Д штампања користећи локалне материјале, па се окренуо неочекиваном извору инспирације: инсектима. „Почели смо да гледамо осе, пауке и бубе“, рекао је он. „Стотинама милиона година, они су у суштини радили 3Д штампање да би створили станишта. Инсекти излазе у околину, пронађу ресурсе, прерађују их у употребљив материјал и конструишу најпрактичније станиште које ће задовољити њихове потребе — баш као што је Лејн желео да уради. „Искрено, открили смо да су инсекти бољи модели за изградњу 3Д штампаног, аутономног станишта за коришћење локалних ресурса од људи.

Његов тим је замислио станиште које укључује ровере који би излазили у околину и сакупљали материјале, а затим их враћали на даљу изградњу. „На много начина, то је као оса која иде и жваће мало локалних ресурса и претвара то у папир-маше и од тога гради своје гнездо.

Постоје предности примене овог приступа у изградњи, било на Марсу или на Земљи. „Чињеница да користите локалне ресурсе чини огромну разлику за свемирске мисије“, рекао је он. Уместо да се ослањате на дуге ланце снабдевања, можете бити много ефикаснији у погледу материјала и енергије. Осим тога, приступ 3Д штампању је сигурнији од традиционалне конструкције. „Грађевинарство је индустрија склона ризику… Дакле, ако можете да урадите одређене аспекте тога аутономно, имате и безбедносну корист.”

Такође може бити бржи и јефтинији за 3Д штампање, а постоји и одређени степен слободе дизајна који омогућава. „Са становишта архитекте, постоји одређена количина слободе која се отвара када 3Д штампате“, рекао је он. Не морате да се ослањате на материјале масовне производње као што су два по четири, који имају тенденцију да буду равни и равни, тако да можете да дизајнирате сложеније облике. „То вас ослобађа да креирате дизајн који је прилагођен решењу.

Како 3Д штампати станиште

Када размишљате о 3Д штампању, вероватно мислите на стону машину за штампање предмета широких неколико инча. Када је у питању 3Д штампање на инфраструктурном нивоу, потребан вам је много већи хардвер, али је концептуално сличан процес – „ако бисте користили сличан софтвер, користили бисте сличне технике покрета“, како је рекао др Маттхев Троемнер. кандидат на Универзитету Нортхвестерн и вођа универзитетског тима за станиште на Марсу, објаснио је.

Разлика је у начину депоновања материјала. Десктоп 3Д штампачи користе метод фузионог таложења, „који је у суштини као истопљена пластична жица“, рекао је Троемнер. И док је ово могуће повећати, за штампање на Марсу, Троемнеров тим је желео да користи другу врсту материјала који се зове марскрет или Марс бетон. „Претходно мешамо материјал, стварамо неку врсту пасте, а затим га екструдирамо“ пре него што му дозволимо да се очврсне или стврдне, објаснио је он.

Марскрет се прави мешањем Марсовог реголита - прашњаве супстанце налик земљишту која покрива површину планете - са сумпором. Сумпорни бетон се на Земљи користи деценијама и јак је и отпоран на хабање, што га чини идеалним за градњу на Марсу. Када се помеша, може се положити у облике како би се формирало станиште.

„За апликације на Марсу или свемиру, имали бисте неку врсту руке која се креће и депонује материјал“, рекао је он. На Земљи, механизми у стилу руке су мање популарни од механизама у стилу портала за штампање великих размера јер могу да штампају само у ограниченој величини - у суштини, у домету руке. Али што је хардвер за штампање сложенији, више ствари може поћи наопако. Постоји вредност у томе да ствари буду што једноставније када се гради на другој планети.

Троемнеров тим је предложио коришћење посуде под притиском на надувавање - у суштини, џиновског, снажног балона - који би био испуњен ваздухом да би се формирао облик куполе, са механизмом руке који се користи за штампање марккрета на врху. Посуда под притиском задржава ваздух унутра и зрачење, а марскрет чини структуру снажном и издржљивом.

Изазови изградње на Марсу

Марс је негостољубив и за људе и за зграде. За почетак, постоје температурне промене на планети, са температурама око екватора у распону од високих од 70 степени Фаренхајта (21 степен Целзијуса) током дана до минус 100 степени Фаренхајта (минус 73 Целзијуса) у ноћ. То ставља велики стрес на грађевинске материјале.

„Желели смо да имамо структуре које би могле да се шире и скупљају независно једна од друге“, рекао је Троемнер, како би омогућили ширење и контракцију током Марсових веома хладних ноћи и релативно топлих дана. И структуре треба да буду довољно јаке да издрже накупљање прашине од честих честица планете прашне олује. „Ако имате гомилу песка на половини своје структуре, имате неуравнотежено стање оптерећења, шта ће то учинити?“ Објаснио је. Олује прашине такође могу утицати на изградњу, што значи да постоји потреба да се дозволи застој.

Због тога је Троемнеров тим дошао на идеју купола. „Куполе су доброг облика за термичко ширење, а такође и за накупљање пешчаних дина“, рекао је он, и веома добро распоређују оптерећење. Градитељима заправо даје малу помоћ смањена гравитација на Марсу, „тако да вам треба мање структурних елемената, потребан вам је лакши комад опреме“.

Једно велико питање је како заштитити марсовске астронауте од опасног зрачења. „Марсовски реголит није баш тако одличан у заштити од радијације коју бисте искусили на површини“, рекао је Метју. Дизајн куполе би имао између једне и три стопе материјала између људи унутар станишта и спољашњег окружења, али не би било довољно да заштити астронауте унутра.

Додавање сумпора у реголит да би се направио марскрет помаже, али тим је такође додао полиетиленска влакна у мешавину, што би допринело ефекту заштите. За потпуну заштиту, унутрашња надувана структура би такође имала више полиетилена. Овај полиетилен би могао да се канибализује из облоге свемирске летелице без посаде која би носила први талас залиха на Марс.

Улога архитектуре

Ипак, пројектовање станишта није само инжењерски изазов. Такође се ради о стварању простора у којем људи могу удобно да живе и раде током дужег временског периода, потенцијално док су под великим стресом или доживљавају дубоку изолацију.

Станиште тима Зопхерус подељено је у три модула: лабораторија за научне операције, комунална јединица и посада јединица за потребе као што су санитарије и просторије за спавање, са могућношћу да се више јединица може додати на основу мисије потребе.

Желели су да простор подржи и практичне и психолошке потребе астронаута који тамо бораве, што се одразило и на начин на који су пројектовали заједничку целину. „Заиста смо оријентисали тај простор око великог отвора на горњем нивоу“, рекао је он. Велики прозор омогућава астронаутима да гледају на површину Марса док су унутра безбедни и удобни. „Желели смо да максимизирамо способност астронаута да виде своје окружење и повежу се са њим.

То је важно за обављање задатака као што је, на пример, коришћење механичке руке за померање ствари напољу. Али постоји и значајна психолошка корист. „Ако сте затворени на око хиљаду квадратних метара простора годину дана на планети која жели да вас убије свуда осим тамо где живите, осећај као да нисте у конзерви је заиста користан“, рекао је он.

Тим је такође додао хидропонску башту овом простору како би биљке могле добити светлост и тако астронаути који ходају испод би уживали у психолошкој паузи осећања као да ходају кроз а шумовити простор. За Ланеа, балансирање овог пресека практичних и психолошких потреба је кључни посао архитекте. „Архитекте повезују потребе људи и физичког окружења“, рекао је он. „Физичко окружење у коме се неко налази утиче на њих психолошки и оперативно.

Начин на који је размишљао о томе није био у смислу одвојених потреба мисије и психолошких потреба. Уместо тога, он их види као међусобно повезане. „Те психолошке потребе су заправо практичне потребе када имате посла са човеком“, рекао је он. „Зато што психологија ваших астронаута директно утиче на њихов учинак у мисији.

Дизајнирање у психолошком смислу користи астронаутима не значи да зграду учините привлачном због тога, већ о проналажењу најбољег решења за проблем дизајна. Он је указао на елеганцију и лепоту у многим аспектима свемирског инжењерства. „Заиста постоји нешто лепо у дизајну што се добро уклапа у проблем“, рекао је он, слично својственој лепоти многих органских облика. „Праћен прагматичним ограничењима проблема дизајна и узимајући у обзир здравље путника и веллнесс и психологија резултирају нечим што ће вероватно бити естетски пријатнији дизајн.”

"Можете отићи предалеко у прављењу нечег лепог", рекао је. „Али учинити да то добро функционише за особу која ће га насељавати, за мене је веома практична ствар.

Одлазак у подземље

Оба стручњака су се сложила да будућност дизајна станишта на Марсу има много могућности, укључујући потенцијално кретање испод површине. Изградња подземне базе има многе предности, као што је заштита људи од радијације и прашних олуја. Али и то има своје изазове.

Када је у питању подземна градња, „Још увек има толико непознаница“, рекао је Троемнер. Постоји много тога што не знамо о саставу Марсове подземне површине и како да се изгради у том окружењу. „Барем за први корак, ако говоримо о блиској будућности, нешто на површини има више смисла јер не постоје исти нивои непознаница као што би били када се копа.

Међутим, када већ неко време будемо на Марсу, то би се могло променити. „Дугорочно, након што сте направили првих неколико почетних структура, имали сте више ровера на површини, можда имали сте астронауте на површини, онда је можда подземна база пут којим треба ићи у будућности“, рекао је он.

Лане се сложио. Мислио је да би прва мисија на Марс могла укључивати људе који бораве у „стварима на површини које су углавном долазиле са Земље“, попут мисије Аполо на Месец. Али за више људи који остају дуже време, потребна вам је трајнија инфраструктура. „У том тренутку почињете да идете у подземље или 3Д штампате своја станишта“, рекао је он.

На крају, Лане је замислио широк спектар станишта које су дизајнирале и изградиле различите свемирске агенције или компаније. „Видећемо више разноликости у нашим стаништима која стварамо, јер ће наше потребе бити разноврсније и мораћемо да прилагодимо већи обим“, рекао је он. Из те разноликости сазнаћемо више о томе који је најбољи начин да живимо на другој планети, што ће нам помоћи да изградимо још боља станишта у будућности. "Што је нешто због чега сам заиста узбуђен, у наредним деценијама људи који се упуштају на Месец и Марс."

Овај чланак је део Живот на Марсу, серија од 10 делова која истражује најсавременију науку и технологију која ће омогућити људима да заузму Марс.

Препоруке уредника

• Космичке комуникације: Како ће први људи на Марсу комуницирати са Земљом
• Астропсихологија: Како остати здрав на Марсу
• Вештачка атмосфера: Како ћемо изградити базу са ваздухом за дисање на Марсу
• Астропољопривреда: Како ћемо узгајати усеве на Марсу
• Марсова прашина је велики проблем за астронауте. Ево како се НАСА бори против тога