הרעיון לחקור וליישב את מאדים מעולם לא היה חי יותר מכפי שהוא כיום. במהלך שני העשורים הבאים, ישנן תכניות מרובות להעביר משימות צוותיות לכוכב האדום, ואפילו כמה תוכניות שאפתניות ביותר להתחיל לבנות שם יישוב קבע. למרות ההתלהבות, ישנם אתגרים רבים ומשמעותיים שצריך לטפל בהם לפני שניתן יהיה לעשות כל מאמץ כזה.
אתגרים אלה - הכוללים את ההשפעות של כוח הכבידה הנמוך על גוף האדם, הקרינה ואת האגרה הפסיכולוגית של התרחקות מכדור הארץ - נעשים יותר בולטים כשמדובר בבסיסים קבועים. כדי לטפל בכך, מציע המהנדס האזרחי מרקו פרוני הצעה לבסיס מאדים מודולרי (וחללית שתמסור אותו) שתאפשר התיישבות של מאדים תוך הגנה על תושביה באמצעות מיגון קרינה מלאכותית.
פרוני הציג הצעה זו במכון האמריקני לאווירונאוטיקה ואסטרונאוטיקה 2018 (AIAA) ו- Forum and Astronautics Forum and Exposition שהתקיים בין התאריכים 17 בספטמבר ל -19 באורלנדו, פלורידה. המצגת הייתה אחת מכמה שהתקיימה ביום רביעי, 19 בספטמבר, ובנושא "אדריכלות המשימה של מאדים".
במילים פשוטות, הרעיון של מושבת מאדים (או בכל מקום במערכת השמש) מציב אתגרים רבים - פיזיים ופסיכולוגיים כאחד. במקרה של הכוכב האדום, אלה כוללים את האווירה הדקה והבלתי ניתנת לניתוח שלה, הסביבה הקרה מאוד שלה והעובדה שאין לו שדה מגנטי. זהו פריט אחרון זה מאתגר במיוחד מכיוון שכל קולוניסטים עתידיים יצטרכו להיות מוגנים מפני כמות ניכרת של קרינה.
בקיצור, כמות הקרינה הממוצעת שאדם חשוף אליה על כדור הארץ מסתכמת בכ -3.6 מילי-סייברט (mSv) בשנה, וזה בזכות האטמוספירה הצפופה בכדור הארץ ושדה מגנטי מגן. מטבע הדברים זה אומר שאסטרונאוטים ואנשים העוזרים מעבר לכדור הארץ נחשפים לכמויות גבוהות יותר באופן דרסטי של קרינה סולארית וקוסמית.
כדי להבטיח את בריאותם ובטיחותם של האסטרונאוטים, נאס"א קבעה גבול עליון של 500 מגה-וואט לשנה או 2000 עד 4000 מ"ס (תלוי בגיל ומין) במהלך חייו של אסטרונאוט. עם זאת, פרוני מעריך כי תלוי כמה זמן הם מבזבזים בתוך הבית, כמות הקרינה הממוצעת שאליה יתגלה מתיישב מאדים תהיה כ- 740 mSv לשנה. כפי שהסביר פרוני למגזין החלל באמצעות המייל:
"כמות החומר להגנה יעילה עשויה להיות בהרבה מעבר למה שאפשר ליישם עבור מרבית היישומים האוויריים והחלליים. קירות האלומיניום של ה- ISS, למשל, הם בעובי של כ -7 מ"מ ויעילים ב- LEO, אך אין זה סביר שמגנים כאלה יספיקו בחלל הבין-פלנטרי, שם הם אפילו עשויים להגדיל את המינון שנספג אלא אם כן יהיה מעובה באופן משמעותי. "
כדי להתמודד עם איום זה, הציעו הצעות קודמות לבנות בסיסים עם שכבות עבות של אדמת מאדים - במקרים מסוימים, תוך הסתמכות על סינטור והדפסת תלת מימד לייצור קיר חיצוני קרמי קשה - ומקלטים לחירום במקרה של סערות שמש. הצעות אחרות הציעו לבנות בסיסים בצינורות לבה יציבים כדי לספק מיגון טבעי. אך כפי שפרוני ציין, אלה מציגים את חלקם במפגעים.
אלה כוללים את כמות החומר הדרוש ליצירת קירות מגן יעילים ואיום של קלסטרופוביה. כפי שהסביר:
"מחקר של נאס"א מצא שתחנת חלל גדולה או בית גידול גדול הצריכה מיגון של 4 ט / מ2 של regolith מרטי (בהתחשב בעובדה שצפיפותו נע בין 1,000 ק"ג / מ "3 לפני השטח ל -2,000 ק"ג / מ3 בעומק של כמה סנטימטרים זה תואם עובי של 2 מ ', או פחות אם החומר נדחס על ידי סינרים על ידי לייזרים), כדי להשיג שיעור מינון אפקטיבי של 2.5 mSv / y ...
"מקלט תת-קרקעי יכול לשמש גם כמגורי שינה ולכל הפעילויות בהן אין צורך להסתכל בחוץ (כמו להסתכל על קטעי וידאו או ליהנות מבידור אחר), אך מגורים תמיד במבנים תת-קרקעיים עלולים לסכן את הבריאות הפסיכולוגית. של המתיישבים (קלסטרופוביה), ומורידים גם את יכולתם להעריך מרחקים מחוץ למוצב (קשיים בביצוע משימות EVA) ועלולים להיות גרועים במיוחד במקרה שאחת הפעילויות של המאחז היא תיירות חלל. בעיה נוספת היא בניית חממות, שאמורות לאפשר לאור מהשמש להיכנס לשם הפעלת המנגנונים הביולוגיים של הצמחים. "
כחלופה, פרוני מציע עיצוב לבסיס שיספק מיגון משלו תוך גישה מקסימאלית לנוף המאדים. בסיס זה יועבר למאדים על סיפון כלי עם ליבה בצורת כדור (בגודל 300 מטר בקוטר) שסביבם היו מסודרים מודולי הבסיס המשושים. לחילופין, פרוני ועמיתיו ממליצים ליצור גרעין גלילי לשמש את המודולים.
חללית זו תעביר את המודולים והתושבים מכדור הארץ (או מסלול ירחי) והיא הייתה מוגנת על ידי אותו סוג של מגן מגנטי מלאכותי המשמש להגנה על המושבה. זה נוצר על ידי סדרה של כבלי חשמל שיעטפו את מבנה הספינה. במהלך המסע החללית הייתה מסתובבת סביב צירה המרכזי בקצב של 1.5 סיבובים לדקה על מנת לייצר כוח כוח משיכה של כ- 0.8 גר '.
זה יבטיח שהאסטרונאוטים יגיעו למסלול סביב מאדים מבלי שהם סבלו מההשפעות הניווניות של חשיפה למיקרוביגרציה - הכוללות אובדן צפיפות שרירים ועצמות, ראיית פגיעה, ירידה במערכת החיסון ותפקוד האיברים. כפי שפרוני הסביר זאת:
"בגבול" הכדור הנוסע "יהיו מערכות ההנעה הנחוצות הן למסע והן לסיבוב העכשווי של ספינת החלל, בכדי לייצר כוח משיכה מלאכותי במהלך הסיבוב. חללית זו פותחה כדי לשלב טוב יותר את האלמנטים נושאי העומס של הספינה עם מבנה המודולים. המבנה הנושא של הכדור, המהווה את גוף הכלי, נוצר על ידי diagrid משושה ומחומש ולכן קל יותר לחבר ולצבור את המודולים, בעלי צורות דומות. "
ברגע שהחל במסלול של מאדים, כדור הספינה היה מפסיק להסתובב כדי לאפשר לכל אחד מהרכיבים להתנתק ולהתחיל לרדת אל פני המאדים, תוך שימוש במערכת של מצנחים, דחפים והתנגדות אוויר להאט ולנחות. כל מודול היה מצויד בארבע רגליים ממונעות שיאפשרו להם להסתובב על פני השטח ולהתחבר למודולי המגורים האחרים ברגע שהם מגיעים.
בהדרגה המודולים היו מסדרים את עצמם בתצורת כדורית תחת מכשיר בצורת טורואיד. בדומה לזה שמגן על החללית, מכשיר זה היה עשוי מכבלים חשמליים במתח גבוה המייצרים שדה אלקטרומגנטי כדי להגן על המודולים מפני קרינה קוסמית ושמש. חללית (כמו ה- BFR המוצעת של SpaceX) יכולה גם היא לצאת מהליבה המרכזית של הכלי, ולהעביר את המתיישבים העתידיים לכוכב הלכת.
כדי לקבוע את היעילות של מושגם, פרוני ועמיתיו ערכו חישובים מספריים וניסויים במעבדה באמצעות מודל בקנה מידה (המוצג להלן). מכאן הם קבעו כי המנגנון מסוגל לייצר שדה מגנטי חיצוני של 4/5 טסלה, וזה מספיק כדי לשמור על התושבים מפני קרניים קוסמיות מזיקות.
במקביל, המנגנון ייצר שדה מגנטי כמעט אפס בתוך המנגנון, מה שאומר שהוא לא יחשוף את התושבים לקרינה אלקטרומגנטית כלשהי - ולכן לא מהווה סכנה להם. כל מודול, על פי הצעתו של פרוני, יהיה בצורת משושה, גודלו 20 מ 'קוטר, ויהיה בו מספיק מקום אנכי כדי להוות חלל ראוי למגורים.
כל אחד מהמודולים היה מתנשא לגובה של כ -5 מ 'מעל הקרקע (באמצעות רגליהם הממונעים) כדי לאפשר לרוח המאדים לברוח במהלך סופות חול ולמנוע הצטברות חול סביב המודולים. זה יבטיח שהנוף מבפנים המודולים, מרכיב מרכזי בעיצובו של פרוני, לא יופר.
למעשה, הצעתו של פרוני קוראת לבסיס להיות פתוח ככל האפשר לנוף שמסביב דרך חלונות וכספות שמיים, מה שיאפשר לתושבים לחוש קשר הדוק יותר לסביבה ולמנוע תחושות של בידוד וקלסטרופוביה. כל מודול ישקל כ- 40-50 טון מטרי (44-55 טון ארה"ב) בכדור הארץ - וזה מסתכם בכ- 15-19 טון (16.5-21 טון ארה"ב) בכוח המשיכה של מאדים.
חלק מהמשקל ההתחלתי יכלול את הדלק הדרוש לירידה, שישפך במהלך הירידה ומשמעותו כי בתי הגידול היו אפילו קלים יותר ברגע שהם הגיעו לפני השטח של מאדים. בדומה לעיצובים דומים, כל מודול היה מבודד בהתאם לתפקודם, כאשר חלקם משמשים כמגורי שינה ואחרים מתקני בילוי, שטחים ירוקים, מעבדות, בתי מלאכה, מיחזור מים ומתקני תברואה וכו '.
הנגיעה הסופית תהיה בניית "ציר טכנולוגי", מנהרה ניתנת להליכה הבנויה מעל הקרקע בה יוצבו סוללות, לוחות פוטו-וולטים וכורים גרעיניים קטנים. אלה ידאגו לצרכים החשמליים הגדולים של הבסיס, הכוללים את הכוח הדרוש לשמירה על השדה המגנטי. אלמנטים אחרים יכולים לכלול מוסכים ומחסנים לרכבי חקר וכן מצפה כוכבים אסטרונומי.
הצעה זו דומה במובנים רבים למושג בסיס הירח של סולנואיד שהציג פרוני לפחות את פורום האגודה והחלל האסטרונאוטיקה של השנה לפחות. בהזדמנות זו הציע פרוני לבנות בסיס ירחי המורכב מכיפות שקופות אשר יהיו סגורות בתוך מבנה בצורת טורואיד המורכב מכבלים מתח גבוה.
בשני המקרים, בתי הגידול המוצעים כוללים הבטחת צרכיהם של תושביהם - שכוללים לא רק את ביטחונם הגופני אלא גם את רווחתם הפסיכולוגית. במבט לעתיד, פרוני מקווה שהצעותיו יעודדו דיון ומחקר רב יותר על האתגרים הספציפיים בבניית בסיסים מחוץ לעולם. הוא גם מקווה לראות מושגים חדשניים יותר שנועדו לטפל בהם.
"מחקר ראשוני זה עשוי לעודד את ההתפתחות העתידית של תיאוריות אלה ומחקר מעמיק יותר בנושאים ונושאים המכוסים בתרומה זו, שמדוע לא, בעתיד יאפשר לבני אדם להגשים את החלום לחיות על מאדים לאורך זמן תקופות מבלי להיות סגורות תחת כלובי מתכת כבדה או מערות סלע כהות, "אמר.
ברור כי כל התנחלויות שנבנו על הירח, מאדים, או מעבר לכך בעתיד, יצטרכו להיות במידה עצמאית - לייצר מזון, מים וחומרי בנייה משלהם במקום. יחד עם זאת, תהליך זה ומעשה החיים היומיומיים יהיו תלויים מאוד בטכנולוגיה. בדורות הבאים, מאדים ככל הנראה הם הטענה המוכחת שבה נבדקות ומתבצעות השיטות שלנו לחיות בכוכב אחר.
לפני שנתחיל לשלוח בני אדם לכוכב האדום, עלינו לוודא שנביא את השיטות הטובות ביותר שלנו. והקפידו לבדוק את הסרטון הזה של בסיס המודולים שנפרס למאדים מהחלל, באדיבות מרקו פרוני אינגגנריה:
