Het idee om Mars te verkennen en te koloniseren is nog nooit zo levendig geweest als nu. In de komende twee decennia zal er zijn meerdere plannen om bemande missies naar de Rode Planeet te sturen, en zelfs enkele zeer ambitieuze plannen om daar een permanente nederzetting te bouwen. Ondanks het enthousiasme, er zijn veel belangrijke uitdagingen die moeten worden aangepakt voordat dergelijke inspanningen kunnen worden ondernomen.

Deze uitdagingen – waaronder de effecten van lage zwaartekracht op het menselijk lichaam, straling, en de psychologische tol van het weg zijn van de aarde - wordt des te meer uitgesproken als je te maken hebt met permanente bases. Dit behandelen, civiel ingenieur Marco Peroni doet een voorstel voor een modulaire basis op Mars (en een ruimtevaartuig om het te leveren) die de kolonisatie van Mars mogelijk zou maken en tegelijkertijd de bewoners zou beschermen met kunstmatige stralingsafscherming.

Peroni presenteerde dit voorstel op het 2018 American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) SPACE and Astronautics Forum and Exposition, die plaatsvond van 17 tot 19 september in Orlando, Florida. De presentatie was een van de vele die plaatsvonden op woensdag, 19 september, het thema waarvan "Mars Mission Architectures."

Simpel gezegd, het idee om Mars (of waar dan ook in het zonnestelsel) te koloniseren brengt veel uitdagingen met zich mee - zowel fysiek als psychologisch. In het geval van de Rode Planeet, deze omvatten de dunne en onadembare atmosfeer, zijn zeer koude omgeving, en het feit dat het geen magnetisch veld heeft. Vooral dit laatste is een uitdaging, aangezien toekomstige kolonisten tegen een aanzienlijke hoeveelheid straling moeten worden beschermd.

Kortom, de gemiddelde hoeveelheid straling waaraan een mens op aarde wordt blootgesteld komt neer op ongeveer 3,6 milliSieverts (mSv) per jaar, dat is te danken aan de dichte atmosfeer van de aarde en het beschermende magnetische veld. Van nature, dit betekent dat astronauten en mensen die zich buiten de aarde wagen, worden blootgesteld aan drastisch grotere hoeveelheden zonne- en kosmische straling.

Om de gezondheid en veiligheid van astronauten te garanderen, NASA heeft een bovengrens vastgesteld van 500 mSV per jaar of 2000 tot 4000 mSV (afhankelijk van leeftijd en geslacht) in de loop van het leven van een astronaut. Echter, Peroni schat dat, afhankelijk van hoe lang ze binnen zijn, de gemiddelde hoeveelheid straling waaraan een kolonist op Mars zou worden blootgesteld, zou ongeveer 740 mSv per jaar zijn. Zoals Peroni via e-mail aan Universe Today uitlegde:

"De hoeveelheid materiaal voor een effectieve afscherming kan dan veel groter zijn dan wat praktisch is voor de meeste ruimtevaarttoepassingen. De aluminium wanden van het ISS, bijvoorbeeld, zijn ongeveer 7 mm dik en zijn effectief in LEO, maar het is onwaarschijnlijk dat dergelijke schilden voldoende zouden zijn in de interplanetaire ruimte, waar ze zelfs de geabsorbeerde dosis zouden kunnen verhogen, tenzij aanzienlijk verdikt."

Om deze dreiging het hoofd te bieden, eerdere voorstellen hebben aanbevolen om bases te bouwen met dikke lagen Marsgrond - in sommige gevallen vertrouwen op sinteren en 3D-printen om een ​​harde keramische buitenmuur te vormen - en noodopvangplaatsen in het geval van zonnestormen. Andere voorstellen hebben gesuggereerd om bases te bouwen in stabiele lavabuizen om natuurlijke afscherming te bieden. Maar zoals Peroni aangaf, deze brengen hun eigen risico's met zich mee.

Deze omvatten de hoeveelheid materiaal die nodig is om effectieve schildmuren te maken, en de dreiging van claustrofobie. Zoals hij uitlegde:

"Een NASA-studie wees uit dat een groot ruimtestation of een groot ruimtestation een afscherming van 4 t/m2 Martiaanse regoliet vereiste (aangezien de dichtheid tussen 1 en 000 kg/m3 aan de oppervlakte tot 2, 000 kg/m3 op een diepte van enkele cm, dit komt overeen met een dikte van 2 m, of minder als het materiaal wordt verdicht [door te worden] gesinterd door lasers), om een ​​effectieve dosissnelheid van 2,5 mSv/j te bereiken...

"Een ondergrondse schuilplaats kan ook worden gebruikt als slaapvertrek en voor al die activiteiten waarbij het niet nodig is om naar buiten te kijken (zoals video's kijken of genieten van ander amusement), maar altijd in ondergrondse structuren leven kan de psychologische gezondheid van de kolonisten in gevaar brengen (claustrofobie), waardoor ook hun vermogen om afstanden in te schatten wanneer ze zich buiten de buitenpost bevinden afnemen (moeilijkheden bij het uitvoeren van EVA-taken) en dit kan bijzonder slecht zijn als een van de activiteiten van de buitenpost ruimtetoerisme is. Een ander probleem is de bouw van kassen, die het licht van de zon zou moeten toelaten om de biologische mechanismen van de planten aan te drijven."

Als een alternatief, Peroni suggereert een ontwerp voor een basis die zijn eigen afscherming zou bieden en tegelijkertijd de toegang tot het Marslandschap zou maximaliseren. Deze basis zou naar Mars worden vervoerd aan boord van een vaartuig met een bolvormige kern (met een diameter van ongeveer 300 meter (984 voet)) waarrond de zeshoekige basismodules zouden worden aangebracht. Afwisselend, Peroni en zijn collega's raden aan om een ​​cilindrische kern te maken om de modules te huisvesten.

Dit ruimteschip zou de modules en bewoners van de aarde (of cis-maanbaan) vervoeren, en zou worden beschermd door hetzelfde type kunstmatig magnetisch schild dat werd gebruikt om de kolonie te beschermen. Dit zou worden gegenereerd door een reeks reeksen elektrische kabels die de structuur van het schip zouden omhullen. Tijdens de reis, het ruimteschip zou ook rond zijn centrale as draaien met een snelheid van 1,5 omwentelingen per minuut om een ​​zwaartekracht van ongeveer 0,8 g te genereren.

Dit zou ervoor zorgen dat de astronauten in een baan rond Mars zouden komen zonder te hebben geleden onder de degeneratieve effecten van blootstelling aan microzwaartekracht - waaronder verlies van spier- en botdichtheid, gecompromitteerd gezichtsvermogen, verminderd immuunsysteem en orgaanfunctie. Zoals Peroni het uitlegde:

"Aan de grens van de 'reizende bol' zullen de voortstuwingssystemen zijn die nodig zijn voor zowel de reis als de hedendaagse rotatie van het ruimteschip, om kunstmatige zwaartekracht te genereren tijdens de rondreis. Deze ruimtevaartuigen zijn ontwikkeld om de dragende elementen van het schip beter te integreren met de structuur van de modules. De dragende structuur van de bol, die het lichaam van het vat vormt, wordt gevormd door een zeshoekige en vijfhoekige diagrid en daarom is het gemakkelijker om de modules te verbinden en te aggregeren, die vergelijkbare vormen hebben."

Eenmaal in een baan om Mars, de scheepsbol zou stoppen met draaien om elk element los te laten en te beginnen af ​​te dalen naar het oppervlak van Mars, met behulp van een systeem van parachutes, boegschroeven en luchtweerstand om af te remmen en te landen. Elke module zou worden uitgerust met vier gemotoriseerde poten waarmee ze zich op het oppervlak kunnen verplaatsen en zich kunnen verbinden met de andere woonmodules zodra ze aankomen.

Geleidelijk, de modules zouden zich in een bolvormige configuratie rangschikken onder een torusvormig apparaat. Net zoals degene die het ruimteschip beschermt, dit apparaat zou worden gemaakt van elektrische hoogspanningskabels die een elektromagnetisch veld genereren om de modules te beschermen tegen kosmische en zonnestraling. Een ruimtevaartuig (zoals de door SpaceX voorgestelde BFR) zou ook kunnen vertrekken vanuit de centrale kern van het schip, de toekomstige kolonisten naar de planeet te vervoeren.

Om de effectiviteit van hun concept te bepalen, Peroni en zijn collega's voerden numerieke berekeningen en laboratoriumexperimenten uit met behulp van een schaalmodel (zie hieronder). Van dit, ze stelden vast dat het apparaat een extern magnetisch veld van 4/5 Tesla kon genereren, wat voldoende is om de bewoners te beschermen tegen schadelijke kosmische straling.

Tegelijkertijd, het apparaat genereerde een bijna nul magnetisch veld in het apparaat, wat betekent dat het de bewoners niet zou blootstellen aan elektromagnetische straling - en daarom geen gevaar voor hen vormt. Elke module, volgens het voorstel van Peroni, zou zeshoekig zijn, meet 20 m (65,6 ft) in diameter, en zou voldoende verticale ruimte binnen hebben om een ​​bewoonbare ruimte te vormen.

Elk van de modules zou ongeveer 5 m (16,5 ft) boven de grond worden verheven (met behulp van hun gemotoriseerde poten) om de Marswind tijdens zandstormen te laten wegvloeien en de ophoping van zand rond de modules te voorkomen. Dit zou ervoor zorgen dat het zicht vanuit de modules, een belangrijk onderdeel van het ontwerp van Peroni, onbelemmerd zou zijn.

In feite, Peroni's voorstel roept op om de basis zo veel mogelijk open te stellen voor het omringende landschap door middel van ramen en luchtgewelven, waardoor de bewoners zich nauwer verbonden zouden voelen met de omgeving en gevoelens van isolatie en claustrofobie zouden voorkomen. Elke module zou naar schatting 40-50 metrische ton (44-55 US ton) op aarde wegen - wat neerkomt op 15-19 ton (16,5-21 US ton) in de zwaartekracht van Mars.

Een deel van het aanvankelijke gewicht omvat de brandstof die nodig is voor de afdaling, die tijdens de afdaling zou worden afgeworpen en zou betekenen dat de habitats nog lichter waren zodra ze het oppervlak van Mars bereikten. Net als bij vergelijkbare ontwerpen, elke module zou worden gedifferentieerd volgens hun functie, sommige dienen als slaapvertrekken en andere als recreatiefaciliteiten, groene ruimtes, laboratoria, werkplaatsen, waterrecycling en sanitaire voorzieningen, enzovoort.

De laatste hand wordt gelegd aan de bouw van een "technologische as, " een beloopbare tunnel gebouwd boven de grond waar batterijen, fotovoltaïsche panelen en kleine kernreactoren zouden worden gestationeerd. Deze zouden voorzien in de aanzienlijke elektrische behoeften van de basis, waaronder het vermogen dat nodig is om het magnetische veld in stand te houden. Andere elementen zijn onder meer garages en magazijnen voor verkenningsvoertuigen, evenals een astronomisch observatorium.

Dit voorstel is in veel opzichten vergelijkbaar met het Solenoid Moon-base-concept dat Peroni ten minste een jaar presenteerde op het AIAA Space and Astronautics Forum and Exposition. Bij deze gelegenheid, Peroni stelde voor om een ​​maanbasis te bouwen die bestond uit transparante koepels die zouden worden ingesloten in een torusvormige structuur bestaande uit hoogspanningskabels.

In beide gevallen, de voorgestelde habitats hebben alles te maken met het waarborgen van de behoeften van hun bewoners - waaronder niet alleen hun fysieke veiligheid, maar ook hun psychisch welzijn. Kijkend naar de toekomst, Peroni hoopt dat zijn voorstellen zullen leiden tot meer discussie en onderzoek naar de specifieke uitdagingen van het bouwen van off-world bases. Hij hoopt ook meer innovatieve concepten te zien die zijn ontworpen om deze aan te pakken.

"Dit voorlopige onderzoek kan [de] toekomstige ontwikkeling van deze theorieën en een diepere studie van thema's en onderwerpen die in deze bijdrage worden behandeld, aanmoedigen, Dat, waarom niet, in de toekomst zullen mensen de droom kunnen verwezenlijken om voor lange periodes op Mars te leven zonder opgesloten te zijn onder zware metalen kooien of donkere rotsgrotten, " hij zei.

Het is duidelijk dat alle nederzettingen die op de maan zijn gebouwd, Mars, of verder in de toekomst grotendeels zelfvoorzienend moeten zijn – hun eigen voedsel produceren, water, en bouwmaterialen ter plaatse. Tegelijkertijd, dit proces en de handeling van het dagelijks leven zullen sterk afhankelijk zijn van technologie. In de komende generaties, Mars zal waarschijnlijk de proeftuin zijn waar onze methoden om op een andere planeet te leven worden getest en doorgelicht.

Voordat we mensen naar de Rode Planeet sturen, we moeten ervoor zorgen dat we onze beste methoden naar voren brengen.