Mars'ı keşfetme ve kolonileştirme fikri hiçbir zaman bugün olduğundan daha canlı değildi. Önümüzdeki yirmi yılda, Kızıl Gezegene mürettebatlı görevler göndermenin birden fazla planı ve hatta orada kalıcı bir yerleşim kurmaya başlamak için oldukça iddialı planlar var. Bu coşkuya rağmen, bu tür çabalar denenmeden önce ele alınması gereken birçok önemli zorluk var.
Düşük yerçekiminin insan vücudu, radyasyon ve Dünya'dan uzak olmanın psikolojik geçişi üzerindeki etkilerini içeren bu zorluklar, kalıcı üslerle uğraşırken daha belirgin hale gelir. Bunu ele almak için inşaat mühendisi Marco Peroni, sakinlerini yapay radyasyon kalkanı ile korurken Mars'ın kolonizasyonuna izin verecek modüler bir Mars üssü (ve onu teslim edecek bir uzay aracı) için bir teklif sunuyor.
Peroni bu teklifi, 17-19 Eylül tarihleri arasında Florida, Orlando'da gerçekleşen 2018 Amerikan Havacılık ve Uzay Bilimleri Enstitüsü (AIAA) SPACE ve Astronotik Forum ve Fuarında sundu. Sunum, 19 Eylül Çarşamba günü teması “Mars Mission Architectures” olan birkaç sergiden biriydi.
Basitçe söylemek gerekirse, Mars'ı (veya Güneş Sisteminin herhangi bir yerinde) kolonileştirme fikri, hem fiziksel hem de psikolojik olarak birçok zorluğu beraberinde getirir. Kızıl Gezegen söz konusu olduğunda, bunlar ince ve nefes alabilen atmosferi, çok soğuk ortamı ve manyetik alanı olmadığı gerçeğini içerir. Gelecekteki kolonistlerin hatırı sayılır miktarda radyasyondan korunmaları gerekeceğinden, özellikle zorlu olan bu son maddedir.
Kısacası, bir insanın Dünya'da maruz kaldığı ortalama radyasyon miktarı, Dünya yoğun atmosferi ve koruyucu manyetik alan sayesinde yılda yaklaşık 3.6 miliSievert'e (mSv) kadar çalışır. Doğal olarak, bu, astronotların ve Dünya'nın ötesine giren insanların büyük ölçüde daha fazla miktarda güneş ve kozmik radyasyona maruz kaldıkları anlamına gelir.
Astronot sağlığını ve güvenliğini sağlamak için NASA, bir astronotun ömrü boyunca yılda 500 mSv veya 2000 ila 4000 mSv (yaş ve cinsiyete bağlı olarak) üst sınırı belirlemiştir. Ancak Peroni, içeride ne kadar süre harcadıklarına bağlı olarak, bir Marslı yerleşimcinin maruz kalacağı ortalama radyasyon miktarının yılda yaklaşık 740 mSv olacağını tahmin ediyor. Peroni'nin Space Magazine'e e-posta ile açıkladığı gibi:
“Etkin bir koruma için malzeme miktarı, çoğu havacılık ve uzay uygulamaları için uygulanabilir olanın çok ötesinde olabilir. Örneğin ISS'nin alüminyum duvarları yaklaşık 7 mm kalınlığında ve LEO'da etkilidir, ancak bu tür kalkanların gezegenler arası alanda yeterli olması muhtemel değildir, burada büyük ölçüde kalınlaşmadıkça emilen dozu bile artırabilirler. ”
Bu tehdidi ele almak için, önceki teklifler, sert seramik dış duvar oluşturmak için sinterlemeye ve 3D baskıya ve güneş fırtınalarında acil durum barınaklarına dayanarak, kalın Mars katmanları içeren bazlar inşa etmeyi önerdi. Diğer teklifler, doğal koruma sağlamak için sabit lav tüplerinde üsler inşa etmeyi önerdi. Ancak Peroni'nin belirttiği gibi, bunlar kendi tehlike paylarını sunar.
Bunlar arasında etkili kalkan duvarları oluşturmak için gereken malzeme miktarı ve klostrofobi tehdidi bulunmaktadır. Açıkladığı gibi:
“Bir NASA çalışması, büyük bir uzay istasyonunun veya habitatın 4 ton / m'lik bir ekranlama gerektirdiğini buldu.2 Marslı regolitin (yoğunluğunun 1.000 kg / m arasında olduğu düşünülürse)3 yüzeyde 2.000 kg / m'ye kadar3 birkaç cm derinlikte, 2.5 mSv / y etkili bir doz oranı elde etmek için malzeme (lazerler tarafından sinterlenerek) sıkıştırılırsa, 2 m veya daha az bir kalınlığa karşılık gelir.
“Bir yeraltı barınağı uyku bölmeleri olarak ve dışarıya bakmaya gerek duyulmayan tüm faaliyetler için de kullanılabilir (videolara bakmak veya diğer eğlencelerin keyfini çıkarmak gibi), ancak her zaman yeraltı yapılarında yaşamak psikolojik sağlığı riske atabilir kolonistlerin (klostrofobi), ayrıca karakol dışındayken mesafeleri değerlendirme yeteneklerini azaltarak (EVA görevlerini yerine getirmede zorluklar) ve karakolun faaliyetlerinden birinin uzay turizmi olması durumunda özellikle kötü olabilir. Başka bir sorun, bitkilerin biyolojik mekanizmalarına güç vermek için Güneş'ten gelen ışığın girmesine izin vermesi gereken seraların inşasıdır. ”
Alternatif olarak Peroni, Mars manzarasına erişimi en üst düzeye çıkarırken kendi ekranını sağlayacak bir taban için bir tasarım öneriyor. Bu taban, altıgen taban modüllerinin düzenleneceği küre şekilli çekirdeğe (yaklaşık 300 metre (984 ft) çapında) sahip bir gemide Mars'a taşınacaktır. Alternatif olarak, Peroni ve meslektaşları modülleri barındırmak için silindirik bir çekirdek oluşturmayı önermektedir.
Bu uzay gemisi, modülleri ve sakinleri Dünya'dan (veya cis-lunar yörüngesinden) taşıyacak ve koloniyi korumak için kullanılan aynı tür yapay manyetik kalkanla korunacaktır. Bu, geminin yapısını saran bir dizi elektrik kablosu tarafından üretilecekti. Yolculuk sırasında, uzay gemisi yaklaşık 0.8 g'lık bir yerçekimi kuvveti oluşturmak için merkezi ekseni etrafında dakikada 1.5 devir hızında dönecektir.
Bu, astronotların, kas ve kemik yoğunluğu kaybı, görme bozukluğu, azalmış bağışıklık sistemi ve organ fonksiyonunu içeren mikro yerçekimine maruz kalmanın dejeneratif etkilerinden muzdarip olmadan Mars'ın etrafında yörüngeye gelmesini sağlayacaktır. Peroni'nin açıkladığı gibi:
““ Gezici kürenin ”sınırında, gidiş-dönüş sırasında yapay yerçekimi oluşturmak için uzay gemisinin hem yolculuğu hem de çağdaş dönüşü için gerekli olan sevk sistemleri olacaktır. Bu uzay aracı, geminin yük taşıyıcı elemanlarını modüllerin yapısına daha iyi entegre etmek için geliştirilmiştir. Geminin gövdesini oluşturan kürenin taşıyıcı yapısı, altıgen ve beşgen bir diagrid tarafından oluşturulur ve bu nedenle benzer şekillere sahip modülleri bağlamak ve birleştirmek daha kolaydır. ”
Mars yörüngesine girdikten sonra, gemi küresi, her bir elementin ayrılmasına ve Mars yüzeyine inmeye başlamasına izin vermek için, paraşüt, itici ve yavaşlamaya ve karaya karşı hava direnci sistemi kullanarak dönmeyi bırakacaktı. Her modül, yüzeyde hareket etmelerini ve geldiklerinde diğer habitat modülleriyle bağlantı kurmalarını sağlayacak dört motorlu bacağa sahip olacaktır.
Yavaş yavaş, modüller kendilerini toroid şekilli bir aparat altında küresel bir konfigürasyonda düzenleyeceklerdir. Uzay gemisini koruyana benzer şekilde, bu cihaz modülleri kozmik ve güneş ışınlarından korumak için elektromanyetik alan üreten yüksek voltajlı elektrik kablolarından yapılacaktır. Bir uzay aracı (SpaceX’in önerdiği BFR gibi) de, gelecekteki yerleşimcileri gezegene feribot ederek geminin merkezi çekirdeğinden ayrılabilir.
Kavramlarının etkinliğini belirlemek için Peroni ve meslektaşları, bir ölçek modeli (aşağıda gösterilmiştir) kullanarak sayısal hesaplamalar ve laboratuvar deneyleri gerçekleştirdiler. Bundan, aparatın, sakinleri zararlı kozmik ışınlardan korumak için yeterli olan 4/5 Tesla'nın harici bir manyetik alanını üretebildiğini belirlediler.
Aynı zamanda, aparat, aparatın içinde neredeyse sıfır bir manyetik alan üretti, bu da sakinleri herhangi bir elektromanyetik radyasyona maruz bırakmayacağı anlamına gelir ve bu nedenle onlar için tehlike oluşturmaz. Peroni’nin önerisine göre her modül altıgen şeklinde olacak, 20 m (65,6 ft) çapında olacak ve içinde yaşanabilir bir alan oluşturmak için yeterli dikey alana sahip olacaktı.
Modüllerin her biri, Mars fırtınasının kum fırtınası sırasında akmasını sağlamak ve modüllerin etrafında kum birikmesini önlemek için yerden yaklaşık 5 m (16,5 ft) daha yükseğe çıkacaktır (motorlu bacaklarını kullanarak). Bu, Peroni’nin tasarımının önemli bir bileşeni olan modüllerin içerisindeki görüşün engellenmemesini sağlayacaktır.
Aslında, Peroni’nin önerisi üssün, sakinlerin çevreye daha yakın hissetmelerini ve izolasyon ve klostrofobi duygularını önleyecek pencereler ve gökyüzü tonozları aracılığıyla çevredeki manzaraya mümkün olduğunca açık olmasını gerektiriyor. Her modül, Dünya'daki tahmini 40-50 metrik ton (44-55 ABD ton) ağırlığındaydı - bu, Mars yerçekiminde 15-19 tona (16.5-21 ABD ton) kadar çıkıyor.
Başlangıç ağırlığının bir kısmı iniş için gerekli olan yakıtı içerecektir, bu iniş sırasında dökülecek ve habitatların Mars yüzeyine ulaştığında daha da hafif olduğu anlamına gelecektir. Benzer tasarımlarda olduğu gibi, her modül işlevlerine göre farklılaştırılacaktır, bazıları uyku alanları ve diğerleri eğlence tesisleri, yeşil alanlar, laboratuvarlar, atölyeler, su geri dönüşümü ve sanitasyon tesisleri vb.
Son dokunuş, bir “teknolojik eksen” in inşa edilmesi, pillerin, fotovoltaik panellerin ve küçük nükleer reaktörlerin yerleştirileceği zeminin üzerine inşa edilebilir yürünebilir bir tünel olacak. Bunlar, üssün manyetik alanı korumak için gereken gücü içeren önemli elektrik ihtiyaçlarını görecektir. Diğer unsurlar arasında, keşif araçları için garajlar ve depoların yanı sıra astronomik bir gözlemevi de olabilir.
Bu teklif, Peroni'nin en az yılki AIAA Uzay ve Uzay Bilimleri Forumu ve Fuarı'nda sunduğu Solenoid Moon-base konseptine pek çok açıdan benzer. Bu vesileyle, Peroni, yüksek voltajlı kablolardan oluşan toroid şekilli bir yapı içine alınacak şeffaf kubbelerden oluşan bir ay tabanı inşa etmeyi önerdi.
Her iki durumda da, önerilen habitatlar, sadece fiziksel güvenliklerini değil aynı zamanda psikolojik refahlarını da içeren sakinlerinin ihtiyaçlarını sağlamakla ilgilidir. Geleceğe bakıldığında Peroni, önerilerinin dünya dışı üsler inşa etmenin belirli zorlukları hakkında daha fazla tartışma ve araştırma yapmasını umuyor. Ayrıca, bunlara yönelik daha yenilikçi konseptler görmeyi umuyor.
“Bu ön araştırma, bu teorilerin gelecekteki gelişimini ve bu katkıda ele alınan temalar ve konular üzerinde daha derin bir çalışmayı teşvik edebilir, bu nedenle gelecekte insanların uzun süre Mars'ta yaşam hayalini gerçekleştirmelerine izin vermeyecektir ağır metal kafeslerin veya karanlık kaya mağaralarının altına girmeden dönemler ”dedi.
Gelecekte Ay, Mars veya ötesinde inşa edilen yerleşimlerin, kendi yiyeceklerini, sularını ve yapı malzemelerini yerinde üreterek büyük ölçüde kendi kendine yeterli olması gerektiği açıktır. Aynı zamanda, bu süreç ve günlük yaşam eylemi büyük ölçüde teknolojiye bağlı olacaktır. Gelecek kuşaklarda, Mars muhtemelen başka bir gezegende yaşama yöntemlerimizin test edildiği ve incelendiği kanıtlama alanları olacak.
İnsanları Kızıl Gezegene göndermeye başlamadan önce, en iyi yöntemlerimizi ortaya koyduğumuzdan emin olmalıyız. Marco Peroni Ingegneria'nın izniyle uzaydan Mars'a konuşlandırılan modül tabanının bu videosuna baktığınızdan emin olun:
