אם וכאשר נחליט לנסוע למאדים (ולהישאר שם), המתיישבים המאדים יתמודדו עם כמה אתגרים רציניים. ראשית, כוכב הלכת קר מאוד לעומת כדור הארץ, בממוצע בערך -63 מעלות צלזיוס, וזה דומה ללילה קר באנטארקטיקה. נוסף על כך, יש את האווירה הדלילה להפליא שאינה ניתנת למישה ניתנת לניתוח לבני אדם וליצורים יבשתיים. תוסיפו לזה את הקרינה ותתחילו לראות מדוע יישוב מאדים יהיה קשה.
אך כפי שנאמר, ההכרח הוא אם ההמצאה. וכדי לעודד את תהליך ההמצאה, נאס"א שיתפה פעולה עם אוניברסיטת ברדלי בפוריה, כדי להשיק את התחרות 3D-Printed Habitat Centennial Challenge. כחלק מהאתגרים המאה של נאס"א, שממומנים על ידי אגף המשימה לטכנולוגיית החלל, תחרות זו העניקה לאחרונה סכום של 100,000 דולר בפרס לחמישה צוותים עבור מושגי העיצוב שלהם.
אתגרי המאה המאה של נאס"א החלו בשנת 2005 כדי לעסוק ישירות את הציבור ולהפיק יישומים מהפכניים לאתגרי חקר החלל. התוכנית מציעה פרסי תמריץ לעידוד חדשנות במחקר בסיסי ויישומי, פיתוח טכנולוגי והדגמת אב-טיפוס. כדי לנהל את התחרות, אוניברסיטת בראדלי גם הצטרפה עם נותני החסות קטרפילר, בכטל ו- Brick & Mortar Ventures.
לקראת התחרות, המשתתפים קיבלו את המשימה ליצור ייצוגים דיגיטליים של המאפיינים הפיזיים והתפקודיים של בית גידול של מאדים באמצעות כלי תוכנה מיוחדים. פאנל של נאס"א, מומחים אקדמיים ותעשייתיים העניקו לצוות נקודות על סמך קריטריונים שונים, שקבעו כמה דמי פרס קיבלה כל צוות מנצח. מתוך 18 הגשות מכל העולם, נבחרו 5 צוותים.
לפי כמות הכסף שזכו בפרס, הקבוצות הזוכות היו:
- צוות זופרוס מרוג'רס, ארקנסו - 20,957.95 $
- AI. SpaceFactory של ניו יורק - 20,957.24 דולר
- קאהן ייטס מג'קסון, מיסיסיפי - 20,622.74 דולר
- SEArch + / Apis Cor מניו יורק - 19,580.97 $
- אוניברסיטת נורת'ווסטרן באוונסטון, אילינוי - 17,881.10 $
תחרות העיצוב מדגישה את כל האתגרים שבניית בית גידול תומך חיים במאדים טומנת בחובה, הכוללת את המרחקים הגדולים הכרוכים בה ואת ההבדלים באווירה ובנופים. בקיצור, הצוותים היו צריכים ליצור בתי גידול שהיו מבודדים ואטמים באוויר ויכולים גם להיבנות באמצעות חומרים מקומיים (המכונה ניצול משאבים במקום).
התחרות החלה בשנת 2014 והיא נבנתה בשלושה שלבים. עבור שלב 1, תחרות העיצוב (שהושלמה בשנת 2015 עם ארנק פרסים בסך 50,000 $), הצוותים נדרשו להגיש עיבוד של בית הגידול המוצע שלהם. שלב 2, תחרות החברים המבניים, התמקדה בטכנולוגיות חומריות וצוותים דרושים ליצירת רכיבים מבניים. שלב זה הושלם בשנת 2017 עם ארנק של 1.1 מיליון דולר.
עבור שלב 3, תחרות בית הגידול באתר - שהיא השלב הנוכחי של התחרות - הוטלה על המתחרות גרסאות מורכבות של תת-סולם של בתי הגידול שלהם. לשלב זה חמש רמות תחרות, המורכבות משתי רמות וירטואליות ושלוש רמות בנייה. עבור הראשונים, צוותים הוטלו להשתמש בתוכנת BIM (Building Information Modeling) כדי לתכנן בית גידול המשלב את כל הדרישות והמערכות המבניות שהוא חייב להכיל.
עבור רמות הבנייה, הצוותים יידרשו לבנות באופן אוטונומי אלמנטים מודפסים תלת-ממדיים של בית הגידול, והגיעו לשיאם עם בית גידול מודפס בקנה מידה שליש לשלב הסופי. בסוף שלב זה יוענקו צוותים כספי פרס מארנק של 2 מיליון דולר. כפי שסיפר מונסי רומן, מנהל התוכנית באתגרי המאה המאה של נאס"א בהצהרת העיתונאים האחרונה של נאס"א:
"אנו שמחים לראות את ההצלחה של קבוצת צוותים מגוונת זו אשר ניגשה לתחרות זו בסגנונות הייחודיים שלהם. הם לא רק מעצבים מבנים, הם מעצבים בתי גידול שיאפשרו לחוקרי החלל שלנו לחיות ולעבוד על כוכבי לכת אחרים. אנו שמחים לראות את העיצובים שלהם מתעוררים לחיים כאשר התחרות נעה קדימה. "
הרשומות הזוכות כללו את התפיסה של צוות זורפים עבור בית גידול מודולרי אשר היה בהשראת מבנים ביולוגיים כאן בכדור הארץ. תהליך הבנייה מתחיל בכך שהנחתת (שהיא גם מפעל להדפסות ניידות) מגיעה אל פני השטח וסורקת את הסביבה כדי למצוא "אזור הדפסה" טוב. לאחר מכן הוא עובר על אזור זה ומוצא רוברים לאיסוף חומרים, ואז אטמים לאדמה כדי לספק סביבת הדפסה בלחץ.
לאחר מכן מורכב המודול הראשי באמצעות רכיבים מפוברקים מראש (כמו מנעולי אוויר, חלונות, בקרה אטמוספרית, שירותים, כיורים וכו '), והמבנה מודפס סביבו. לאחר מכן המדפסת הולכת את עצמה למיקום סמוך ומדפיס מודול אחר באותה שיטה. עם הזמן, מספר בתי גידול מחוברים למודול הראשי המספק חללים למגורים, בילוי, ייצור מזון, מחקרים מדעיים ופעילויות אחרות.
מבחינת התפיסה שלהם, צוות המקום השני (Team AI. SpaceFactory) בחר גליל מכוון אנכית כצורה היעילה ביותר לבית הגידול שלהם במרשה. לדברי הצוות, עיצוב זה אינו רק סביבת הלחץ האידיאלית, אלא גם ממקסם את כמות השטח השמיש, מאפשר לחלק את המבנה אנכית על בסיס פעילויות, מתאים היטב להדפסת תלת מימד ותופס פחות שטח פנים.
הצוות גם עיצב את בית הגידול שלהם כדי להתמודד עם שינויי טמפרטורה במאדים, שהם משמעותיים. הפיתרון שלהם היה לתכנן את המבנה כולו כקליפה מאוגנת שנעת על מסבים מחליקים בבסיסו בתגובה לשינויי טמפרטורה. המבנה הוא גם מעטפת כפולה, כאשר הקליפה החיצונית (לחץ) נפרדת לחלוטין מבית הגידול הפנימי. זה מייעל את זרימת האוויר ומאפשר סינון אור לכל בית הגידול.
אחריו נמצא בית הגידול של חאן-ייטס, אותו הצוות תכנן להתאים באופן ספציפי לעמוד בסופות אבק ובאקלים קשה על הפלנטה האדומה. כיפה דמוית אלמוגים זו מורכבת מנחת שהייתה מונחת באזור המשווה, ואז מדפיסה שכבת בסיס ושכבת בסיס באמצעות חומרים מקומיים. אז זרוע ההדפסה הייתה עוברת אנכית כדי להתחיל להדפיס את המעטפת ואת הרצפות.
הקליפה החיצונית משובצת חלונות המאפשרים סביבה מוארת היטב, הקליפה החיצונית נפרדת מהליבה וצורת המבנה נועדה להבטיח כי סערות אבק יזרמו סביב המבנה. במקום הרביעי נמצא בית מאדים X של SEArch + / Apis Cor, בית גידול שנועד לספק הגנה מפני קרינה מקסימלית תוך הבטחת אור טבעי וקשרים לנוף המאדים.
בית הגידול בנוי על ידי מדפסות רובוטיות ניידות, אשר נפרסות מנחת שימוש חד-שלבי בהרקולס. העיצוב בהשראת הארכיטקטורה הנורדית ומשתמש ב"סקופים קלים "ובתצפיות צפייה ברמת הרצפה כדי להבטיח שאור השמש בקווי הרוחב הצפוניים יכניס אותו לחלל הפנים. שני הקליפות החיצוניות (והחופפות) מאכלסות את שטחי המגורים, המורכבים משני חללים מתנפחים עם CO שקוף2 כיסי חלון מנופחים.
המקום החמישי הגיע לקבוצה מאוניברסיטת נורת'ווסטרן עבור בית הגידול שלהם בתכנון 3D של מאדים, המורכב מספירה פנימית סגורה וכיפה פרבולית חיצונית. לדברי הצוות, בית גידול זה מספק הגנה מפני האלמנטים המאדים באמצעות שלוש תכונות עיצוב. הראשונה היא צורתו הפנימית של המבנה, המורכבת מבסיס מעגלי, כלי לחץ מתנפח המשמש כשטח המחיה העיקרי והמעטפת החיצונית.
התכונה השנייה היא מערכת הכניסה, המשתרעת מקצוות מנוגדים של המבנה ומשמשת ככניסות ויציאות ויכולה לספק לצמתים תרמילים עתידיים. התכונה השלישית היא קרני הצלב המהווים את עמוד השדרה המבני של הכיפה ומותאמים לטעינת לחץ תחת כוח הכבידה של מאדים ותנאים אטמוספריים, ומספקים הגנה רציפה מפני קרינה והיסודות.
מתווה הפנים מבוסס על בית הגידול של אנלוגיה וסימולציה לחקירת חלל בהוואי של נאס"א (HI-SEAS) ומחולק בין "אזורים רטובים" ל"אזורים יבשים ". אזורים אלה ממוקמים בצדדים מנוגדים של בית הגידול כדי למטב את השימוש במשאבים על ידי התרכזות בהם בצד אחד (במקום שהם יפעלו לאורך בית הגידול ההוא), והחלל מחולק גם על ידי קיר מרכזי נשלף המפריד בין הפנים ל אזורים ציבוריים ופרטיים.
יחד, מושגים אלה מגלמים את מטרות האתגר המאה העשרים-שנה מודפס תלת-ממד, שהוא לרתום את כישרונותיהם של ממציאי האזרחים לפתח את הטכנולוגיות הנחוצות לבניית מקלטים בר-קיימא שיאפשרו ליום אחד לחיות על הירח, מאדים ומעבר לו. . כפי שלקס אקרס, דיקן המכללה להנדסה וטכנולוגיה של קטרפילר באוניברסיטת ברדלי, אמר על התחרות:
"אנו מעודדים מגוון רחב של אנשים לבוא עם עיצובים חדשניים לאופן שבו הם רואים בהם בית גידול במאדים. הרמות הווירטואליות מאפשרות לצוותים מבתי ספר תיכוניים, אוניברסיטאות ועסקים שאולי אין להם גישה למדפסות תלת מימד גדולות עדיין להיות חלק מהתחרות מכיוון שהם יכולים להתחבר לאלה שיש להם גישה למכונות כאלה לרמה הסופית של התחרות. . "
על פי המסורת של פרסי המאה, נאס"א מבקשת מעורבות ציבורית בתחרות זו כדי לקדם עניין בחקר החלל ולתמודד עם אתגרים עתידיים. היא גם מבקשת למנף טכנולוגיות חדשות על מנת לפתור את הבעיות ההנדסיות, הטכניות והלוגיסטיות הרבות שמציגות נסיעות בחלל. יום אחד, אם וכאשר בני אדם חיים על הירח, מאדים ומיקומים אחרים במערכת השמש, בתי הגידול שהם מכנים הביתה יכולים בהחלט להיות עבודתם של סטודנטים, ממציאי אזרחים וחובבי החלל.
למידע נוסף על האתגר התלת-ממדי Pinrted Habitat, עיין בדף האינטרנט של התחרות.
