Myšlenka na průzkum a kolonizaci Marsu nikdy nebyla živější než dnes. Během příštích dvou dekád existuje několik plánů vyslat na Rudou planetu mise s posádkou a dokonce i některé vysoce ambiciózní plány na zahájení výstavby trvalého osídlení tam. Navzdory nadšení je zde mnoho významných problémů, které je třeba vyřešit, než se o takovéto pokusy budeme moci pokusit.
Tyto výzvy – mezi které patří účinky nízké gravitace na lidské tělo, radiace a psychologická daň plynoucí z pobytu mimo Zemi – se stávají ještě výraznějšími, když se jedná o trvalé základny. Stavební inženýr Marco Peroni nabízí návrh na řešení tohoto problému modulární marťanská základna (a kosmická loď, která to doručí), která by umožnila kolonizaci Marsu a zároveň chránila jeho obyvatele umělým stíněním proti radiaci.
Peroni představil tento návrh na konferenci 2018 Americký institut pro letectví a astronautiku (AIAA) SPACE and Astronautics Forum and Exposition , který se konal od 17. do 19. září v Orlandu na Floridě. Prezentace byla jednou z několika, která se konala ve středu 19. září a jejímž tématem byly „Architektury misí Marsu“.
Mars měl svého času magnetické pole podobné Zemi, což bránilo stržení jeho atmosféry. Kredit: NASA
Jednoduše řečeno, myšlenka kolonizace Marsu (nebo kdekoli ve Sluneční soustavě) představuje mnoho výzev – fyzických i psychických. V případě Rudé planety mezi ně patří její řídká a nedýchatelná atmosféra, velmi chladné prostředí a skutečnost, že nemá magnetické pole. Právě tato poslední položka je obzvláště náročná, protože budoucí kolonisté budou muset být chráněni před značným množstvím radiace.
Stručně řečeno, průměrné množství záření, kterému je člověk na Zemi vystaven, se pohybuje kolem 3,6 miliSievertů (mSv) ročně, což je způsobeno hustou atmosférou Země a ochranným magnetickým polem. Přirozeně to znamená, že astronauti a lidé, kteří se odváží mimo Zemi, jsou vystaveni drasticky vyššímu množství slunečního a kosmického záření.
Aby bylo zajištěno zdraví a bezpečnost astronautů, NASA stanovila horní limit 500 mSv za rok nebo 2000 až 4000 mSv (v závislosti na věku a pohlaví) v průběhu života astronauta. Peroni však odhaduje, že v závislosti na tom, jak dlouho stráví uvnitř, průměrné množství radiace, kterému by byl marťanský osadník vystaven, by bylo asi 740 mSv za rok. Jak Peroni vysvětlil Universe Today prostřednictvím e-mailu:
„Množství materiálu pro účinné stínění pak může být značně nad rámec toho, co je možné pro většinu leteckých aplikací. Například hliníkové stěny ISS mají tloušťku asi 7 mm a jsou účinné v LEO, ale je nepravděpodobné, že by takové štíty stačily v meziplanetárním prostoru, kde by mohly dokonce zvýšit absorbovanou dávku, pokud nebudou podstatně zesíleny.
Umělecký dojem z přístroje, který by poskytoval umělé magnetické stínění. Kredit: Marco Peroni Ingegneria
K řešení této hrozby předchozí návrhy doporučovaly stavět základny se silnými vrstvami marťanské půdy – v některých případech se spoléhat na slinování a 3D tisk při výrobě tvrdé keramické vnější stěny – a nouzové přístřešky v případě slunečních bouří. Jiné návrhy navrhovaly vybudovat základny ve stabilních lávových trubkách, které poskytují přirozené stínění. Ale jak Peroni naznačil, tyto představují svůj vlastní podíl nebezpečí.
Patří mezi ně množství materiálu potřebného k vytvoření účinných štítových stěn a hrozba klaustrofobie. Jak vysvětlil:
„Studie NASA zjistila, že velká vesmírná stanice nebo stanoviště vyžaduje stínění 4 t/m2marťanského regolitu (vzhledem k tomu, že jeho hustota je mezi 1000 kg/m3na povrchu až 2000 kg/m3v hloubce několika cm to odpovídá tloušťce 2 m nebo méně, pokud je materiál zhutněn [sintrováním] lasery), aby se dosáhlo efektivního dávkového příkonu 2,5 mSv/rok…
„Podzemní úkryt lze využít i jako ubikace a pro všechny činnosti, při kterých není potřeba dívat se ven (jako je sledování videí nebo jiné zábavy), ale pobyt v podzemních strukturách může ohrozit psychické zdraví. kolonistů (klaustrofobie), což také snižuje jejich schopnost odhadovat vzdálenosti, když jsou mimo základnu (obtíže při plnění úkolů EVA), a může to být zvláště špatné v případě, že jednou z činností základny je vesmírná turistika. Dalším problémem je výstavba skleníků, které by měly umožnit vstup světla ze Slunce pro napájení biologických mechanismů rostlin.“
Umělecký dojem z centrálního jádra vesmírné lodi, kolem kterého budou moduly připevněny pro přepravu. Kredit: Marco Peroni Ingegneria
Jako alternativu Peroni navrhuje návrh základny, která by poskytovala vlastní stínění a zároveň maximalizovala přístup do marťanské krajiny. Tato základna by byla přepravena na Mars na palubě plavidla s jádrem ve tvaru koule (měřícím asi 300 metrů (984 stop) v průměru), kolem kterého by byly uspořádány šestiúhelníkové základní moduly. Peroni a jeho kolegové alternativně doporučují vytvořit válcové jádro pro uložení modulů.
Tato vesmírná loď by transportovala moduly a obyvatele ze Země (nebo cis-lunární oběžné dráhy) a byla by chráněna stejným typem umělého magnetického štítu, který se používá k ochraně kolonie. To by bylo generováno řadou elektrických kabelů, které by obklopily konstrukci lodi. Během cesty by se kosmická loď také otáčela kolem své centrální osy rychlostí 1,5 otáčky za minutu, aby vytvořila gravitační sílu asi 0,8 g.
To by zajistilo, že astronauti dorazili na oběžnou dráhu kolem Marsu, aniž by trpěli degenerativními účinky vystavení mikrogravitaci – mezi které patří ztráta svalové a kostní hustoty, zhoršený zrak, snížený imunitní systém a funkce orgánů. Jak to vysvětlil Peroni:
„Na hranici „putovní koule“ budou pohonné systémy nezbytné jak pro plavbu, tak pro současnou rotaci vesmírného plavidla, aby se během zpáteční cesty vytvořila umělá gravitace. Tyto kosmické lodě byly vyvinuty tak, aby lépe integrovaly nosné prvky lodi se strukturou modulů. Nosná konstrukce koule, která tvoří tělo nádoby, je tvořena šestiúhelníkovou a pětiúhelníkovou diagridou, a proto je snazší spojovat a agregovat moduly, které mají podobné tvary.“
Umělecký dojem z vesmírné lodi, která by dopravila modulární základnu na Mars. Kredit: Marco Peroni Ingegneria
Jakmile by se loď-koule dostala na orbitu Marsu, přestala by se otáčet, aby umožnila každému prvku se oddělit a začít klesat k povrchu Marsu pomocí systému padáků, trysek a odporu vzduchu ke zpomalení a přistání. Každý modul by byl vybaven čtyřmi motorizovanými nohami, které by jim umožnily pohybovat se po povrchu a spojit se s ostatními obytnými moduly, jakmile dorazí.
Postupně by se moduly uspořádaly do sférické konfigurace pod aparátem ve tvaru toroidu. Podobně jako ten, který chrání vesmírnou loď, by tento přístroj byl vyroben z vysokonapěťových elektrických kabelů, které generují elektromagnetické pole k ochraně modulů před kosmickým a slunečním zářením. Kosmická loď (jako je BFR navrhovaná společností SpaceX) by také mohla odletět z centrálního jádra plavidla a dopravit budoucí osadníky na planetu.
Aby určili efektivitu svého konceptu, Peroni a jeho kolegové provedli numerické výpočty a laboratorní experimenty s použitím zmenšeného modelu (uvedeno níže). Z toho usoudili, že přístroj byl schopen generovat vnější magnetické pole 4/5 Tesla, což je dostatečné pro udržení obyvatel v bezpečí před škodlivými kosmickými paprsky.
Zmenšený model elektrického zařízení ve tvaru toroidu, které by poskytovalo magnetické stínění marťanské základně. Kredit: Marco Peroni Ingegneria
Přístroj přitom uvnitř přístroje generoval téměř nulové magnetické pole, což znamená, že by obyvatele nevystavoval žádnému elektromagnetickému záření – a nepředstavuje pro ně tedy žádné nebezpečí. Každý modul by podle Peroniho návrhu měl tvar šestiúhelníku, měl by průměr 20 m (65,6 stop) a uvnitř by měl dostatek vertikálního prostoru, aby vytvořil obytný prostor.
Každý z modulů by se zvedl asi 5 m (16,5 ft) nad zem (pomocí jejich motorizovaných nohou), aby umožnil marťanský vítr odtékat během písečných bouří a zabránil hromadění písku kolem modulů. To by zajistilo, že pohled zevnitř modulů, klíčová součást Peroniho designu, bude volný.
Ve skutečnosti Peroniho návrh požaduje, aby byla základna co nejvíce otevřena okolní krajině prostřednictvím oken a nebeských kleneb, což by umožnilo obyvatelům cítit se těsněji spjati s prostředím a předcházet pocitům izolace a klaustrofobie. Každý modul by vážil odhadem 40-50 metrických tun (44-55 amerických tun) na Zemi – což v marťanské gravitaci vychází na 15-19 tun (16,5-21 amerických tun).
Umělecký dojem z jediného marťanského modulu. Kredit: Marco Peroni Engineering
Část počáteční hmotnosti by zahrnovala palivo potřebné pro sestup, které by se během sestupu uvolnilo a znamenalo by to, že stanoviště byla ještě lehčí, jakmile by dosáhla povrchu Marsu. Stejně jako u podobných návrhů by se každý modul odlišoval podle své funkce, přičemž některé by sloužily jako noclehárny a jiné rekreační zařízení, zelené plochy, laboratoře, dílny, zařízení na recyklaci vody a hygienická zařízení atd.
Posledním bodem bude vybudování „technologické osy“, pochůzného tunelu postaveného nad zemí, kde by byly umístěny baterie, fotovoltaické panely a malé jaderné reaktory. Ty by zajistily značné elektrické potřeby základny, které zahrnují energii potřebnou k udržení magnetického pole. Mezi další prvky by mohly patřit garáže a sklady pro průzkumná vozidla a také astronomická observatoř.
Tento návrh je v mnoha ohledech podobný Koncept solenoidové měsíční základny že Peroni představil alespoň roční AIAA Space and Astronautics Forum and Exposition. Při této příležitosti Peroni navrhl vybudovat měsíční základnu, která se skládala z průhledných kupolí, které by byly uzavřeny uvnitř struktury ve tvaru toroidu sestávající z vysokonapěťových kabelů.
Umělecký dojem z uspořádání modulární základny. Kredit: Marco Peroni Ingegneria
V obou případech jde u navrhovaných biotopů o zajištění potřeb jejich obyvatel – mezi něž patří nejen jejich fyzická bezpečnost, ale také psychická pohoda. Při pohledu do budoucnosti Peroni doufá, že jeho návrhy podpoří další diskusi a výzkum konkrétních výzev při budování mimozemských základen. Doufá také, že uvidí více inovativních konceptů navržených k řešení těchto problémů.
„Tento předběžný výzkum může podpořit budoucí rozvoj těchto teorií a hlubší studium témat a témat obsažených v tomto příspěvku, což, proč ne, v budoucnu [umožní] lidem realizovat sen o dlouhém životě na Marsu. období, aniž by byl uzavřen pod těžkými kovovými klecemi nebo temnými skalními jeskyněmi,“ řekl.
Je jasné, že jakékoli osady postavené na Měsíci, Marsu nebo jinde v budoucnu budou muset být z velké části soběstačné – produkovat vlastní jídlo, vodu a stavební materiály in-situ. Zároveň bude tento proces a akt každodenního života silně závislý na technologii. V příštích generacích bude Mars pravděpodobně zkušebním místem, kde se testují a prověřují naše metody pro život na jiné planetě.
Než začneme posílat lidi na Rudou planetu, musíme se ujistit, že používáme naše nejlepší metody. A nezapomeňte se podívat na toto video modulové základny, která je nasazena na Mars z vesmíru, s laskavým svolením Marco Peroni Ingegneria:
Další čtení: Středisko pro oblast kosmického výzkumu