Mars'ın İlk Yerleşimcileri Toprakla Nasıl Habitat Yapacak?

Mars'ı ziyaret eden ve kalacak bir yere ihtiyaç duyan insanlar söz konusu olduğunda, NASA'nın iddialı bir planı var: Gezegende bulunan ham maddeleri kullanarak bir habitatı yerinde 3 boyutlu olarak basmak. Ajansın birkaç yıl önce başlattığı ve tasarımcı ekiplerini soruna en iyi çözümlerini sunmaya davet eden 3B Baskılı Habitat Yarışmasının konusu buydu.

Peki, bir avuç Mars tozunu tam olarak nasıl rahat bir eve dönüştürebiliriz? Öğrenmek için, o yarışmaya katılan iki uzmanla konuştuk — kazanan Team Zopherus'tan mimar Trey Lane ve Northwestern Üniversitesi ekibinden mühendis Matthew Troemner - başka bir yaşam alanının nasıl tasarlanacağı ve inşa edileceği hakkında gezegen.

Bu makalenin bir parçası Marsta yaşam, insanların Mars'ı işgal etmesine izin verecek en son bilim ve teknolojiyi araştıran 10 bölümlük bir dizi.

Yerel kaynakları kullanma

planlarken Mars için yaşam alanı, en büyük sınırlama, Dünya'dan ne kadar malzeme getirebileceğinizdir. Bir rokete yüklenen her ekstra gram kütlenin yakıt açısından önemli bir maliyeti vardır, bu nedenle bir bina değerindeki inşaat malzemelerini beraberinde getirmek mümkün değildir. Bu nedenle, ilk yaşam alanlarının Mars'ta yerel olarak bulunan ham maddeler kullanılarak inşa edilmesi gerekecek.

Yarışmayı kazanan Team Zopherus'un mimarı Trey Lane'in bize söylediği gibi, inşaata yaklaşmanın kesinlikle farklı bir yolu.

Lane, ilk araştırmalarında yerel malzemeleri kullanan büyük ölçekli 3D baskı projelerinin yolunda pek bir şey bulamadı, bu yüzden ilham için beklenmedik bir kaynağa yöneldi: Böcekler. "Eşekarısı, örümcek ve böceklere bakmaya başladık" dedi. "Yüz milyonlarca yıldır, yaşam alanları yaratmak için esasen 3D baskı yapıyorlar." Böcekler ortama çıkarlar, bulurlar. tıpkı Lane'in yapmak istediği gibi. "Dürüst olmak gerekirse, böceklerin 3D baskılı, otonom, yerel kaynak kullanım yaşam alanlarının nasıl inşa edileceği konusunda insanlardan daha iyi modeller olduğunu bulduk."

Ekibi, çevreye çıkıp malzeme toplayacak ve daha sonra bunları daha fazla inşaat için geri getirecek gezicileri içeren bir yaşam alanı tasavvur etti. "Birçok yönden, gidip yerel kaynakların bir kısmını çiğneyen ve onu bir kağıt hamuruna dönüştüren ve yuvasını bundan yapan bir yaban arısı gibi."

İster Mars'ta ister Dünya'da olsun, bu yaklaşımı inşaata uygulamanın avantajları vardır. "Yerel kaynakları kullanıyor olmanız, uzay görevleri için büyük bir fark yaratıyor" dedi. Uzun tedarik zincirlerine güvenmek yerine malzeme ve enerji açısından çok daha verimli olabilirsiniz. Ayrıca, 3D baskı yaklaşımı, geleneksel yapıdan daha güvenlidir. "İnşaat, riske açık bir sektör... Dolayısıyla, bunun belirli yönlerini otonom olarak yapabiliyorsanız, güvenlik açısından da bir faydanız olur."

Ayrıca, 3B baskıya göre daha hızlı ve daha ucuz olabilir ve sağladığı bir ölçüde tasarım özgürlüğü vardır. "Bir mimarın bakış açısından, 3D baskı yaptığınızda açılan belirli bir özgürlük var" dedi. Daha karmaşık şekiller tasarlayabilmeniz için düz ve düz olma eğiliminde olan ikiye dörtlükler gibi toplu üretilen malzemelere güvenmek zorunda değilsiniz. "Çözüme özel olarak uyan bir tasarım oluşturmanız için size özgürlük veriyor."

Bir yaşam alanını 3B olarak yazdırma

3D baskıyı düşündüğünüzde, muhtemelen birkaç inç genişliğindeki öğeleri basmak için bir masaüstü makineyi düşünürsünüz. Altyapı ölçeğinde 3D baskı söz konusu olduğunda, çok daha büyük bir donanıma ihtiyaç duyarsınız, ancak bu, kavramsal olarak benzerdir. süreç - Matthew Troemner, Ph.D. Northwestern Üniversitesi'nde aday ve üniversitenin Mars yaşam alanı ekibinin lideri, açıkladı.

Fark, malzemenin biriktirilme biçimindedir. Troemner, masaüstü 3D yazıcıların, "esasen erimiş bir plastik ip gibi" kaynaşmış bir biriktirme yöntemi kullandığını söyledi. Bunu büyütmek mümkün olsa da, Troemner'ın ekibi, Mars üzerine baskı yapmak için marscrete veya Mars betonu adı verilen farklı bir malzeme türü kullanmak istedi. Sertleşmesine veya sertleşmesine izin vermeden önce "Malzemeyi önceden karıştırıyoruz, bir tür macun oluşturuyoruz ve ardından ekstrüde ediyoruz" diye açıkladı.

Marscrete, gezegenin yüzeyini kaplayan tozlu toprak benzeri madde olan Mars regolitinin kükürt ile karıştırılmasıyla yapılır. Sülfür betonu Dünya'da onlarca yıldır kullanılmaktadır ve güçlü ve aşınmaya karşı dirençlidir, bu da onu Mars'ta inşa etmek için ideal kılar. Karıştırıldıktan sonra, bir yaşam alanı oluşturmak için şekillere yerleştirilebilir.

"Mars veya uzay uygulamaları için, hareket eden ve malzeme bırakan bir çeşit kolunuz olur" dedi. Dünyada, kol tipi mekanizmalar, büyük ölçekli baskı için köprü tipi mekanizmalara göre daha az popülerdir çünkü bunlar yalnızca sınırlı bir boyutta - esasen kolun ulaşabileceği bir yerde - baskı yapabilirler. Ancak baskı donanımı ne kadar karmaşıksa, ters gidebilecek şeyler de o kadar fazladır. Başka bir gezegende inşa ederken işleri olabildiğince basit tutmanın bir değeri var.

Troemner'ın ekibi, esasen dev, güçlü bir balon olan şişirilebilir bir basınçlı kap kullanmayı önerdi. Bunun üzerine marscrete basmak için kullanılan bir kol mekanizması ile bir kubbe şekli oluşturmak için hava ile doldurulacaktı. Basınçlı kap havayı içeride ve radyasyonu dışarıda tutar ve beton yapıyı güçlü ve dayanıklı kılar.

Mars'ta inşaat yapmanın zorlukları

Mars, hem insanlar hem de binalar için uygun değildir. Başlangıç ​​olarak, gezegende sıcaklık dalgalanmaları var, ekvator çevresindeki sıcaklıklar yüksekten yükseke değişiyor. gün boyunca 70 derece Fahrenheit (21 Santigrat derece) ila eksi 100 Fahrenheit (eksi 73 Santigrat derece) arasında gece. Bu, yapı malzemelerine çok fazla baskı uygular.

Troemner, Mars'ın çok soğuk gecelerinde ve nispeten sıcak günlerinde genişlemeye ve daralmaya izin vermek için "Birbirinden bağımsız olarak genişleyebilen ve büzülebilen yapılara sahip olmak istedik" dedi. Ve yapıların, gezegenin sık sık toz birikmesine dayanacak kadar güçlü olması gerekir. toz fırtınası. "Yapınızın yarısında bir kum yığını varsa, dengesiz bir yükleme durumunuz varsa, bu ne işe yarayacak?" açıkladı. Toz fırtınaları inşaatı da etkileyebilir, bu da arıza süresine izin verilmesi gerektiği anlamına gelir.

Bu nedenle Troemner'ın ekibi kubbe fikrini ortaya attı. "Kubbeler, termal genleşme ve ayrıca kumul oluşumu için iyi bir şekildir" dedi ve yükleri çok iyi dağıtıyorlar. İnşaatçılara aslında Mars'taki azaltılmış yerçekimi de biraz yardım ediyor, "bu nedenle daha az yapısal öğeye ihtiyacınız var, daha hafif bir ekipmana ihtiyacınız var."

Büyük bir sorun, Marslı astronotların tehlikeli radyasyondan nasıl korunacağıdır. Matthew, "Mars regoliti, yüzeyde karşılaşacağınız radyasyondan koruma konusunda o kadar da mükemmel değil," dedi. Kubbe tasarımı, yaşam alanı içindeki insanlar ile dış ortam arasında bir ila üç fit arasında bir malzemeye sahip olacaktır, ancak bu yeterli olmaz astronotları içeride korumak için.

Marscrete yapmak için regolith'e kükürt eklemek yardımcı olur, ancak ekip ayrıca karışıma koruyucu etkiye katkıda bulunacak polietilen lifleri de ekledi. Tam koruma için, şişirilmiş iç yapı da daha fazla polietilene sahip olacaktır. Bu polietilen, Mars'a ilk malzeme dalgasını taşıyacak mürettebatsız uzay aracının astarından parçalanabilir.

mimarlığın rolü

Bir yaşam alanı tasarlamak yalnızca mühendislik zorluklarından ibaret değildir. Aynı zamanda, insanların potansiyel olarak çok fazla stres altındayken veya derin bir izolasyon yaşarken, uzun süre rahatça yaşayabileceği ve çalışabileceği bir alan yaratmakla da ilgilidir.

Zopherus Ekibinin yaşam alanı üç modüle ayrıldı: Bilimsel operasyonlar için bir laboratuvar, ortak bir birim ve bir ekip sanitasyon ve uyku alanları gibi ihtiyaçlar için birim, göreve göre daha fazla birim eklenebilir ihtiyaçlar.

Alanın, orada kalan astronotların hem pratik ihtiyaçlarını hem de psikolojik ihtiyaçlarını desteklemesini istediler, bu da ortak birimi nasıl tasarladıklarına yansıdı. "O alanı gerçekten üst kattaki büyük bir açıklığın etrafında yönlendirdik" dedi. Büyük bir pencere, astronotların içeride güvenli ve rahat kalırken Mars'ın yüzeyine bakmalarına olanak tanır. "Astronotların çevrelerini görme ve onunla bağlantı kurma yeteneklerini en üst düzeye çıkarmak istedik."

Bu, örneğin dışarıdaki nesneleri hareket ettirmek için mekanik bir kol kullanmak gibi görevleri tamamlamak için önemlidir. Ama önemli bir psikolojik faydası da var. "Seni öldürmek isteyen bir gezegende yaklaşık bin fit karelik bir alana bir yıl boyunca tıkılıp kalırsan. Yaşadığınız yer dışında her yerde, kendinizi bir teneke kutuda değilmiş gibi hissetmek gerçekten çok faydalı” dedi.

Ekip ayrıca bu alana hidrofonik bahçeyi de ekleyerek hem bitkilerin ışık alabilmesini hem de aşağıda yürüyen astronotlar, sanki bir tünelden geçiyormuş gibi hissetmenin psikolojik kırılmasının tadını çıkaracaklardı. ağaçlık alan. Lane için, pratik ve psikolojik ihtiyaçların bu kesişimini dengelemek, bir mimarın kilit görevidir. "Mimarlar, insanların ihtiyaçları ile fiziksel çevre arasında arayüz oluşturur" dedi. “Bir kişinin içinde bulunduğu fiziksel ortam, onu hem psikolojik hem de operasyonel olarak etkiler.”

Bunu düşünme şekli, ayrı görev ihtiyaçları ve psikolojik ihtiyaçlar açısından değildi. Bunun yerine, bunları birbirine bağlı olarak görüyor. "Bu psikolojik ihtiyaçlar, bir insanla uğraşırken aslında pratik ihtiyaçlardır" dedi. “Çünkü astronotlarınızın psikolojisi görevdeki performanslarını doğrudan etkiliyor.”

Astronotlara psikolojik olarak fayda sağlamak için tasarlamak, bir binayı sırf o bina için çekici kılmakla ilgili değil, bir tasarım sorununa en iyi çözümü bulmakla ilgilidir. Uzay mühendisliğinin birçok alanında zarafete ve güzelliğe dikkat çekti. Pek çok organik şeklin doğal güzelliğine benzer şekilde, "Tasarımda soruna iyi uyan gerçekten güzel bir şey var" dedi. “Tasarım probleminin pragmatik kısıtlamalarını takip etmek ve bina sakinlerinin sağlık ve sağlık ve psikoloji, muhtemelen estetik açıdan daha hoş bir tasarım olacak bir şeyle sonuçlanıyor.

"Güzel bir şey yapmak için çok ileri gidebilirsin," dedi. "Ama içinde yaşayacak kişi için iyi çalışmasını sağlamak benim için çok pratik bir düşünce."

Yeraltına gitmek

Her iki uzman da, Mars yaşam alanı tasarımının geleceğinin, potansiyel olarak yüzeyin altında hareket etmek de dahil olmak üzere birçok olasılığa sahip olduğu konusunda hemfikirdi. Bir yeraltı üssü inşa etmenin, insanları radyasyon ve toz fırtınalarından korumak gibi birçok avantajı vardır. Ama onun da zorlukları var.

Troemner, yer altı inşaatı söz konusu olduğunda, "Hala çok fazla bilinmeyen var" dedi. Mars yüzeyinin bileşimi ve bu ortamda nasıl inşa edileceği hakkında bilmediğimiz çok şey var. "En azından ilk adım için, eğer yakın gelecekten bahsediyorsak, yüzeydeki bir şeyler daha mantıklı çünkü kazı yaparken olduğu gibi aynı seviyede bilinmeyenler yok."

Bir süre Mars'ta kaldıktan sonra bu değişebilir. "Uzun vadede, ilk birkaç yapıyı oluşturduktan sonra, yüzeyde daha fazla gezgininiz oldu, belki de Yüzeyde astronotlarınız olduysa, o zaman belki gelecekte gidilecek yol bir yer altı üssüdür” dedi.

Lane kabul etti. Mars'a yapılan ilk görevin, Ay'a yapılan Apollo görevleri gibi "yüzeyde çoğunlukla Dünya'dan gelen şeyler" içinde kalan insanları içerebileceğini düşündü. Ancak daha fazla insanın daha uzun süre kalması için daha kalıcı bir altyapıya ihtiyacınız var. "Bu noktada, yer altına inmeye veya yaşam alanlarınızı 3 boyutlu olarak yazdırmaya başlıyorsunuz" dedi.

Sonunda Lane, farklı uzay ajansları veya şirketleri tarafından tasarlanan ve inşa edilen çok çeşitli yaşam alanlarını tasavvur etti. "Yarattığımız habitatlarımızda daha fazla çeşitlilik göreceğiz çünkü ihtiyaçlarımız daha çeşitli olacak ve daha fazla ölçeğe uyum sağlamamız gerekecek" dedi. Bu çeşitlilikten, başka bir gezegende yaşamanın en iyi yolunun ne olduğu hakkında daha fazla şey öğreneceğiz, bu da gelecekte daha da iyi habitatlar inşa etmemize yardımcı olacak. "Gelecek on yıllarda insanların aya ve Mars'a çıkması beni gerçekten heyecanlandıran bir şey."

Bu makalenin bir parçası Marsta yaşam, insanların Mars'ı işgal etmesine izin verecek en son bilim ve teknolojiyi araştıran 10 bölümlük bir dizi.

Editörlerin Önerileri

• Kozmik iletişim: Mars'taki ilk insanlar Dünya ile nasıl iletişim kuracak?
• Astropsikoloji: Mars'ta aklı başında nasıl kalınır?
• Yapay atmosferler: Mars'ta solunabilir hava ile nasıl bir üs inşa edeceğiz?
• Astro-tarım: Mars'ta nasıl ekin yetiştireceğiz?
• Mars tozu astronotlar için büyük bir problem. İşte NASA bununla nasıl savaşıyor?