Die Idee, den Mars zu erforschen und zu kolonisieren, war noch nie so lebendig wie heute. Innerhalb der nächsten zwei Jahrzehnte gibt es mehrere Pläne, Missionen mit Besatzung auf den Roten Planeten zu schicken, und sogar einige sehr ehrgeizige Pläne, dort mit dem Bau einer dauerhaften Siedlung zu beginnen. Trotz der Begeisterung gibt es viele bedeutende Herausforderungen, die angegangen werden müssen, bevor solche Bemühungen unternommen werden können.
Diese Herausforderungen - zu denen die Auswirkungen der niedrigen Schwerkraft auf den menschlichen Körper, die Strahlung und die psychologische Belastung durch die Abwesenheit von der Erde gehören - werden im Umgang mit permanenten Basen umso größer. Um dies zu beheben, bietet der Bauingenieur Marco Peroni einen Vorschlag für eine modulare Marsbasis (und ein Raumschiff, um diese zu liefern) an, die die Kolonisierung des Mars ermöglicht und gleichzeitig seine Bewohner mit künstlichem Strahlenschutz schützt.
Peroni präsentierte diesen Vorschlag auf dem SPACE and Astronautics Forum and Exposition des American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) im Jahr 2018, das vom 17. bis 19. September in Orlando, Florida, stattfand. Die Präsentation war eine von mehreren, die am Mittwoch, dem 19. September, stattfand und deren Thema „Mars Mission Architectures“ war.
Einfach ausgedrückt, die Idee, den Mars (oder irgendwo im Sonnensystem) zu kolonisieren, birgt viele Herausforderungen - sowohl physische als auch psychische. Im Fall des Roten Planeten gehören dazu seine dünne und nicht atmungsaktive Atmosphäre, seine sehr kalte Umgebung und die Tatsache, dass er kein Magnetfeld hat. Es ist dieser letzte Punkt, der besonders herausfordernd ist, da zukünftige Kolonisten vor einer beträchtlichen Menge an Strahlung geschützt werden müssen.
Kurz gesagt, die durchschnittliche Strahlungsmenge, der ein Mensch auf der Erde ausgesetzt ist, beträgt etwa 3,6 Millisieverts (mSv) pro Jahr, was auf die erddichte Atmosphäre und das schützende Magnetfeld zurückzuführen ist. Dies bedeutet natürlich, dass Astronauten und Menschen, die sich über die Erde hinaus wagen, drastisch höheren Mengen an Sonnen- und kosmischer Strahlung ausgesetzt sind.
Um die Gesundheit und Sicherheit der Astronauten zu gewährleisten, hat die NASA eine Obergrenze von 500 mSv pro Jahr oder 2000 bis 4000 mSv (je nach Alter und Geschlecht) im Laufe des Lebens eines Astronauten festgelegt. Peroni schätzt jedoch, dass je nachdem, wie lange sie in Innenräumen verbringen, die durchschnittliche Strahlungsmenge, der ein Mars-Siedler ausgesetzt wäre, etwa 740 mSv pro Jahr beträgt. Wie Peroni dem Space Magazine per E-Mail erklärte:
„Die Materialmenge für eine wirksame Abschirmung kann dann weit über dem liegen, was für die meisten Luft- und Raumfahrtanwendungen praktikabel ist. Die Aluminiumwände der ISS sind beispielsweise etwa 7 mm dick und bei LEO wirksam, aber es ist unwahrscheinlich, dass solche Abschirmungen im interplanetaren Raum ausreichen, wo sie sogar die absorbierte Dosis erhöhen könnten, wenn sie nicht wesentlich verdickt werden. “
Um dieser Bedrohung zu begegnen, wurde in früheren Vorschlägen empfohlen, Basen mit dicken Schichten Marsboden zu errichten - in einigen Fällen unter Verwendung von Sinter- und 3D-Druck, um eine harte Keramikaußenwand zu gestalten - und Notunterkünfte für den Fall von Sonnenstürmen. Andere Vorschläge haben vorgeschlagen, Basen in stabilen Lavaröhren zu bauen, um eine natürliche Abschirmung zu gewährleisten. Aber wie Peroni angedeutet hat, weisen diese ihren eigenen Anteil an Gefahren auf.
Dazu gehören die Menge an Material, die zur Schaffung wirksamer Schutzwände benötigt wird, und die Gefahr von Klaustrophobie. Wie er erklärte:
„Eine NASA-Studie ergab, dass eine große Raumstation oder ein großer Lebensraum eine Abschirmung von 4 t / m erfordert2 von Mars-Regolith (wenn man bedenkt, dass seine Dichte zwischen 1.000 kg / m liegt3 an der Oberfläche auf 2.000 kg / m3 In einer Tiefe von wenigen cm entspricht dies einer Dicke von 2 m oder weniger, wenn das Material durch Laser gesintert wird, um eine effektive Dosisleistung von 2,5 mSv / Jahr zu erreichen.
„Ein unterirdischer Unterschlupf kann auch als Schlafbereich und für alle Aktivitäten genutzt werden, bei denen kein Blick nach draußen erforderlich ist (z. B. Videos ansehen oder andere Unterhaltungen genießen). Das Leben in unterirdischen Strukturen kann jedoch die psychische Gesundheit gefährden der Kolonisten (Klaustrophobie), die auch ihre Fähigkeit zur Beurteilung von Entfernungen außerhalb des Außenpostens verringern (Schwierigkeiten bei der Durchführung von EVA-Aufgaben) und möglicherweise besonders schlecht sind, wenn eine der Aktivitäten des Außenpostens der Weltraumtourismus ist. Ein weiteres Problem ist der Bau von Gewächshäusern, durch die das Sonnenlicht eindringen kann, um die biologischen Mechanismen der Pflanzen anzutreiben. “
Als Alternative schlägt Peroni ein Design für eine Basis vor, die eine eigene Abschirmung bietet und gleichzeitig den Zugang zur Marslandschaft maximiert. Diese Basis würde an Bord eines Schiffes mit einem kugelförmigen Kern (mit einem Durchmesser von etwa 300 Metern) zum Mars transportiert, um den die sechseckigen Basismodule angeordnet wären. Alternativ empfehlen Peroni und seine Kollegen, einen zylindrischen Kern für die Module zu erstellen.
Dieses Raumschiff würde die Module und Bewohner von der Erde (oder der cis-Mondumlaufbahn) transportieren und durch denselben künstlichen Magnetschild geschützt werden, der zum Schutz der Kolonie verwendet wird. Dies würde durch eine Reihe von Elektrokabeln erzeugt, die die Schiffsstruktur umhüllen würden. Während der Fahrt würde sich das Raumschiff auch mit einer Geschwindigkeit von 1,5 Umdrehungen pro Minute um seine Mittelachse drehen, um eine Schwerkraft von etwa 0,8 g zu erzeugen.
Dies würde sicherstellen, dass die Astronauten in die Umlaufbahn um den Mars gelangen, ohne unter den degenerativen Auswirkungen der Exposition gegenüber Mikrogravitation zu leiden - zu denen Muskel- und Knochendichteverlust, Sehstörungen, vermindertes Immunsystem und Organfunktion gehören. Wie Peroni es erklärte:
„An der Grenze der„ Wanderkugel “befinden sich die Antriebssysteme, die sowohl für die Reise als auch für die zeitgemäße Rotation des Raumschiffs erforderlich sind, um während der Rundreise künstliche Schwerkraft zu erzeugen. Diese Raumfahrzeuge wurden entwickelt, um die tragenden Elemente des Schiffes besser in die Struktur der Module zu integrieren. Die tragende Struktur der Kugel, die den Körper des Gefäßes bildet, wird durch ein sechseckiges und fünfeckiges Diagrid gebildet, und daher ist es einfacher, die Module mit ähnlichen Formen zu verbinden und zu aggregieren. “
In der Marsumlaufbahn würde sich die Schiffskugel nicht mehr drehen, damit sich jedes Element ablösen und zur Marsoberfläche hinabsteigen kann. Dabei werden Fallschirme, Triebwerke und Luftwiderstand verwendet, um langsamer zu werden und zu landen. Jedes Modul würde mit vier motorisierten Beinen ausgestattet sein, die es ihnen ermöglichen würden, sich auf der Oberfläche zu bewegen und sich bei ihrer Ankunft mit den anderen Wohnmodulen zu verbinden.
Allmählich würden sich die Module in einer kugelförmigen Konfiguration unter einer torusförmigen Vorrichtung anordnen. Ähnlich wie das, das das Raumschiff schützt, würde dieses Gerät aus elektrischen Hochspannungskabeln bestehen, die ein elektromagnetisches Feld erzeugen, um die Module vor kosmischer und Sonnenstrahlung zu schützen. Ein Raumschiff (wie das von SpaceX vorgeschlagene BFR) könnte auch vom zentralen Kern des Schiffes abfahren und die zukünftigen Siedler zum Planeten bringen.
Um die Wirksamkeit ihres Konzepts zu bestimmen, führten Peroni und seine Kollegen numerische Berechnungen und Laborexperimente unter Verwendung eines Skalenmodells durch (siehe unten). Daraus ermittelten sie, dass der Apparat in der Lage war, ein externes Magnetfeld von 4/5 Tesla zu erzeugen, was ausreicht, um die Bewohner vor schädlichen kosmischen Strahlen zu schützen.
Gleichzeitig erzeugte der Apparat ein nahezu Null-Magnetfeld innerhalb des Apparats, was bedeutet, dass er die Bewohner keiner elektromagnetischen Strahlung aussetzen würde - und daher keine Gefahr für sie darstellt. Jedes Modul wäre nach Peronis Vorschlag sechseckig, hätte einen Durchmesser von 20 m und einen ausreichenden vertikalen Raum, um einen bewohnbaren Raum zu bilden.
Jedes der Module würde sich (mit ihren motorisierten Beinen) etwa 5 m über dem Boden erheben, damit der Marswind bei Sandstürmen abfließen kann und sich kein Sand um die Module ansammelt. Dies würde sicherstellen, dass die Sicht aus dem Inneren der Module, eine Schlüsselkomponente für Peronis Design, frei bleibt.
Tatsächlich fordert Peronis Vorschlag, dass die Basis durch Fenster und Himmelsgewölbe so weit wie möglich für die umliegende Landschaft geöffnet wird, damit sich die Bewohner enger mit der Umwelt verbunden fühlen und Gefühle der Isolation und Klaustrophobie verhindern können. Jedes Modul würde geschätzte 40-50 Tonnen (44-55 US-Tonnen) auf der Erde wiegen - was einer Marsgravitation von 15-19 Tonnen (16,5-21 US-Tonnen) entspricht.
Ein Teil des Anfangsgewichts würde den für den Abstieg benötigten Treibstoff enthalten, der während des Abstiegs abgeworfen würde und bedeuten würde, dass die Lebensräume noch leichter wären, sobald sie die Oberfläche des Mars erreicht hätten. Wie bei ähnlichen Designs würde jedes Modul nach seiner Funktion unterschieden, wobei einige als Schlafräume dienen und andere als Freizeiteinrichtungen, Grünflächen, Labors, Werkstätten, Wasserrecycling- und Sanitäranlagen usw. dienen.
Der letzte Schliff wird der Bau einer „technologischen Achse“ sein, eines begehbaren Tunnels über dem Boden, in dem Batterien, Photovoltaikmodule und kleine Kernreaktoren stationiert werden. Diese würden für den erheblichen elektrischen Bedarf der Basis sorgen, einschließlich der Leistung, die zur Aufrechterhaltung des Magnetfelds erforderlich ist. Weitere Elemente könnten Garagen und Lagerhäuser für Erkundungsfahrzeuge sowie ein astronomisches Observatorium sein.
Dieser Vorschlag ähnelt in vielerlei Hinsicht dem Solenoid Moon-Base-Konzept, das Peroni mindestens das AIAA-Forum und die Ausstellung für Weltraum- und Astronautik im letzten Jahr vorgestellt hat. Bei dieser Gelegenheit schlug Peroni vor, eine Mondbasis zu bauen, die aus transparenten Kuppeln bestand, die in einer toroidförmigen Struktur aus Hochspannungskabeln eingeschlossen waren.
In beiden Fällen geht es bei den vorgeschlagenen Lebensräumen darum, die Bedürfnisse ihrer Bewohner zu gewährleisten - dazu gehört nicht nur ihre körperliche Sicherheit, sondern auch ihr psychisches Wohlbefinden. Mit Blick auf die Zukunft hofft Peroni, dass seine Vorschläge mehr Diskussion und Forschung über die besonderen Herausforderungen beim Aufbau von Stützpunkten außerhalb der Welt fördern werden. Er hofft auch auf innovativere Konzepte, um diese anzugehen.
„Diese vorläufige Forschung könnte die zukünftige Entwicklung dieser Theorien und eine eingehendere Untersuchung der in diesem Beitrag behandelten Themen und Themen fördern, die es den Menschen in Zukunft ermöglichen werden, den Traum vom langen Leben auf dem Mars zu verwirklichen Perioden, ohne unter Schwermetallkäfigen oder dunklen Felshöhlen eingeschlossen zu sein “, sagte er.
Es ist klar, dass Siedlungen, die in Zukunft auf dem Mond, dem Mars oder darüber hinaus errichtet werden, weitgehend autark sein müssen - sie müssen ihre eigenen Lebensmittel, Wasser und Baumaterialien vor Ort produzieren. Gleichzeitig werden dieser Prozess und der Akt des täglichen Lebens stark von der Technologie abhängen. In den kommenden Generationen wird der Mars wahrscheinlich das Testgelände sein, auf dem unsere Methoden zum Leben auf einem anderen Planeten getestet und überprüft werden.
Bevor wir Menschen auf den Roten Planeten schicken, müssen wir sicherstellen, dass wir unsere besten Methoden vorschlagen. Schauen Sie sich auch dieses Video der Modulbasis an, die mit freundlicher Genehmigung von Marco Peroni Ingegneria aus dem Weltraum auf dem Mars eingesetzt wird:
