Среда обитания на Марсе - Mars habitat

Марс Ледяной дом проект для базы на Марсе (NASA LaRC / Clouds Architecture Office, 2016)
Различные компоненты Марсианский форпост предложение. (М. Доуман, 1989)[1]
Дизайн НАСА эпохи 1990-х годов с посадочными модулями типа «спам-банка». Обратной стороной может быть минимальная защита для экипажа, и две идеи - использовать материалы Марса, такие как лед, для увеличения защиты, а другая - перемещаться под землю, возможно, пещеры.

А Среда обитания на Марсе это место, где люди могут жить Марс.[2] Среда обитания Марса должна иметь дело с поверхностными условиями, при которых кислород почти не содержится в воздуха, экстремальный холод, низкое давление и высокая радиация.[3] Как вариант, среда обитания может быть размещена под землей, что помогает решить некоторые проблемы, но создает новые трудности.[4]

Одна из проблем - высокая стоимость строительных материалов для Марса, которая к 2010-м годам оценивалась примерно в 2 миллиона долларов США за кирпич на поверхность Марса.[5] Хотя гравитация на Марсе ниже, чем на земной шар, существует повышенная солнечная радиация, температурные циклы и высокие внутренние силы, необходимые для того, чтобы среды обитания под давлением содержали воздух.[6]

Чтобы справиться с этими ограничениями, архитекторы постарались понять правильный баланс между материалами, находящимися на месте, и конструкцией, и ex-situ на Марс.[7] Например, одна из идей - использовать локально доступные реголит для защиты от радиационного воздействия, и еще одна идея - использовать прозрачный лед, чтобы позволить безопасному свету проникать в среду обитания.[7] Дизайн среды обитания на Марсе также может включать изучение местных условий, включая давление, температуру и местные материалы, особенно воду.[7]

Обзор

Уникальный дизайн башни для структуры Всемирной выставки подчеркивает, какие альтернативные формы могут быть использованы в новых условиях.

Существенными проблемами для среды обитания Марса являются поддержание искусственной среды и защита от интенсивных солнечная радиация. Людям требуется постоянная среда под давлением и защита от токсичной марсианской атмосферы. Соединение мест обитания полезно, поскольку для перемещения между отдельными структурами требуется скафандр или, возможно, марсоход. Одна из самых больших проблем заключается в том, чтобы просто добраться до Марса, что означает вырваться из атмосферы Земли, выдержать путешествие на Марс и, наконец, приземлиться на поверхности Марса. Одним из полезных аспектов является атмосфера Марса, которая позволяет использовать аэродинамическое торможение, что означает меньшую потребность в использовании топлива для замедления корабля для безопасной посадки. Однако количество энергии, необходимое для переноса материала на поверхность Марса, является дополнительной задачей, помимо простого выхода на орбиту. В конце 1960-х в Соединенных Штатах была произведена ракета Сатурн V, которая была способна выводить на орбиту достаточно массы, необходимой для полета с одним запуском с экипажем из трех человек на поверхность Луны и обратно. Это достижение потребовало ряда специально разработанных аппаратных средств и разработки техники, известной как Свидание на лунной орбите. Рандеву на Лунной орбите было планом для координации спускаемых и восходящих аппаратов для встречи на Лунной орбите. Что касается Марса, аналогичный метод потребует Экскурсионный модуль на Марс, который сочетает в себе спускаемо-спускаемый аппарат с экипажем и наземную среду кратковременного пребывания. В более поздних планах были разделены спуско-подъемный аппарат и наземная среда обитания, которые в дальнейшем развились в отдельные спускаемые, наземные и восходящие транспортные средства с использованием новой архитектурной конструкции. В 2010 г. Система космического запуска, или варианты роста, поэтому предполагается, что они обладают полезной нагрузкой и качествами, необходимыми для полетов людей на Марс, с использованием Орион капсула.

Одна из проблем марсианской среды обитания - поддержание климата, особенно правильной температуры в нужных местах.[8] Электронные устройства и светильники выделяют тепло, которое поднимается в воздухе, даже если на улице очень сильные колебания температуры.[8][9]

Одна из идей для среды обитания на Марсе - использовать марсианскую пещеру или лавовая труба, а надувной шлюз был предложен Проект пещеры Марса для использования такой структуры.[10] Идея жизни в лавовых трубах была предложена позже, поскольку она способна обеспечить повышенную защиту от радиация, колебания температуры, марсианский солнечный свет и т. д.[11] Преимущество жизни под землей состоит в том, что здесь не нужно создавать радиационную защиту над землей.[12] Другая идея - использовать роботов для строительства базы до прибытия человека.[12]

Получите свою задницу на Марс

Базз Олдрин[11]

Мобильная среда обитания в движении, например, для кругосветного плавания.

Использование живых растений или других живых биологических веществ для облегчения снабжения воздухом и пищей при желании может иметь большое влияние на дизайн.[13] Пример того, как инженерное дело требования и операционные цели могут взаимодействовать, это теплица с пониженным давлением. Это уменьшит структурные требования к поддержанию давление воздуха, но требуют, чтобы соответствующие растения выжили при более низком давлении.

В крайнем случае, остается вопрос, как при низком давлении растение может выжить и при этом быть полезным.[14]

В среде обитания на Марсе может потребоваться сосредоточиться на поддержании жизни определенного типа растений, например, в рамках поддержки его обитателей.[15]

Исследование NASA Caves of Mars на их примере предложило следующие аспекты биологической поддержки пищи для жителей:[15]

  • Стремительный рост
  • выживание при слабом освещении
  • широкий pH классифицировать
  • высоко питание
  • минимальные отходы

Исследование отметило два растения, ряска (Лемна минор) и водяной папоротник (Azolla filiculoides ), как особенно подходящие, и они растут на поверхности воды.[16] Среда обитания на Марсе должна поддерживать условия этого источника пищи, возможно, включая элементы дизайна теплиц или сельского хозяйства.

Исторически сложилось так, что космические миссии, как правило, предполагали, что запасы продовольствия не растут, а не из установленного количества пайков, например Скайлаб, пополняется за счет пополнения запасов с Земли. В 2010-х годах на борту Международной космической станции экспериментировали с использованием растений для воздействия на атмосферу и даже увеличения количества пищи.

Другой вопрос - обращение с отходами. На Скайлэб все отходы складывались в большой резервуар; об Аполлоне и Космический шатл мочу можно было выбрасывать в космос или отталкивать в мешках, чтобы снова войти в атмосферу Земли.

Соображения по поддержанию окружающей среды в закрытой системе включают удаление углекислого газа, поддержание давления воздуха, подачу кислорода, температуры и влажности, а также тушение пожаров. Еще одна проблема, связанная с закрытой системой, - это защита от загрязнения выбросами различных материалов, пылью или дымом. Одна из проблем на Марсе - это влияние мелкой марсианской пыли, проникающей в жилые помещения или устройства. Пыль очень мелкая и накапливается на солнечных батареях, а также на других поверхностях.[нужна цитата ] (смотрите также Марсианский грунт )

Среда обитания на Марсе в сочетании с другими элементами поверхности на Марсе (иллюстрация)

Соответствующие технологии

Космический корабль Орион

Некоторые возможные области необходимых технологий или опыта:

Контекст

Марсианская среда обитания часто рассматривается как часть ансамбля марсианской базы и инфраструктурных технологий.[17] Некоторые примеры включают скафандры для выхода на Марс, марсоход, самолеты, посадочные модули, резервуары для хранения, коммуникационные конструкции, горнодобывающую промышленность и марсианские двигатели (например, Землеройная техника ).[17]

Среда обитания на Марсе может существовать в контексте человеческой экспедиции, форпоста или колонии на Марсе.[18]

Воздуха

Пузыри из газ в безалкогольный напиток (содовая вода)
Люди внутри прозрачного водолазного колокола на Земле

При создании среды обитания для людей некоторые соображения включают поддержание правильной температуры воздуха, правильного давления и состава этой атмосферы.

Хотя люди могут дышать чистым кислородом, чистая кислородная атмосфера была причастна к Аполлон 1 Огонь. Таким образом, местообитания Марса могут нуждаться в дополнительных газах. Одна из возможностей - взять азот и аргон от атмосфера Марса; однако их трудно отделить друг от друга.[19] В результате среда обитания на Марсе может использовать 40% аргона, 40% азота и 20% кислорода.[19] Смотрите также Аргокс, для дыхательной смеси аргона, используемой при подводном плавании с аквалангом

Концепция скраба CO
2 из воздуха для дыхания - использовать многоразовые амин шарик скрубберы диоксида углерода.[20] В то время как один газоочиститель фильтрует воздух космонавта, другой может выделять очищенный воздух. CO
2 в атмосферу Марса, как только этот процесс будет завершен, можно использовать другой, а тот, который использовался, может сделать перерыв.[21]

Места обитания на Марсе с космонавтами

Одна уникальная структурная сила, с которой среды обитания Марса должны бороться, если они находятся под давлением в атмосфере Земли, - это сила воздуха, воздействующая на внутренние стены.[6] Это было оценено в более чем 2000 фунтов на квадратный фут для среды обитания под давлением на поверхности Марса, что значительно больше по сравнению с земными структурами.[6] Более близкое сравнение можно провести с высотным самолетом с экипажем, который на высоте должен выдерживать силы от 1100 до 1400 фунтов на квадратный фут.[6]

На высоте около 150 тысяч футов (28 миль (45 км)) на Земле атмосферное давление начинает быть эквивалентным поверхности Марса.[22]

Атмосферное давление сравнение
Место расположенияДавление
Olympus Mons саммит0.03 кПа (0.0044 psi )
Марс средний0,6 кПа (0,087 фунта на кв. Дюйм)
Hellas Planitia Нижний1,16 кПа (0,168 фунта на кв. Дюйм)
Предел Армстронга6,25 кПа (0,906 фунтов на кв. Дюйм)
гора Эверест саммит[23]33,7 кПа (4,89 фунта на кв. Дюйм)
Уровень моря на Земле101,3 кПа (14,69 фунтов на кв. Дюйм)
Поверхность Венера[24]9200 кПа (1330 фунтов на кв. Дюйм)

Смотрите также Воздействие большой высоты на человека

Температура

Одна из проблем марсианской среды обитания - поддержание подходящей температуры в нужных местах среды обитания.[8] Такие вещи, как электроника и освещение, выделяют тепло, которое поднимается в воздухе, даже если на улице очень сильные колебания температуры.[8][25] На Марсе могут быть большие колебания температуры, например, на экваторе она может достигать 70 градусов F (20 градусов C) днем, но затем опускаться до минус 100 градусов F (-73 C) ночью.[26]

Примеры температур поверхности Марса:[26]

  • В среднем -80 градусов по Фаренгейту (-60 градусов по Цельсию).
  • Полярные районы зимой -195 градусов по Фаренгейту (-125 градусов по Цельсию).
  • Экватор летом днем ​​Высокая температура 70 градусов F (20 градусов C)

Временное или постоянное жилье

Видение среды обитания, опубликованное НАСА от ДЕЛО ДЛЯ МАРСА с 1980-х годов, включая повторное использование десантных машин, использование грунта на месте для усиления радиационной защиты и теплицы. Также виден отсек для марсохода.
Посадка человека на Марс потребует различных уровней поддержки для проживания

Кратковременное пребывание на поверхности Марса не требует, чтобы среда обитания имела большой объем или полностью защищалась от радиации. Ситуация была бы похожа на Международная космическая станция, где люди получают необычно большое количество радиации на короткое время, а затем уходят.[27] Небольшую и легкую среду обитания можно доставить на Марс и сразу же использовать.

Долгосрочные постоянные места обитания требуют гораздо большего объема (например:теплица ) и толстой защитой для минимизации годовой дозы получаемого излучения. Этот тип среды обитания слишком велик и тяжел для отправки на Марс и должен быть построен с использованием некоторых местных ресурсов. Возможности включают покрытие конструкций льдом или почвой, выемку подземных пространств или герметизацию концов существующего лавовая труба.[28]

В более крупном поселении может быть больший медицинский персонал, что повысит способность справляться с проблемами со здоровьем и в чрезвычайных ситуациях.[18] В то время как небольшая экспедиция из 4–6 человек может иметь 1 врача, в аванпосте из 20 человек может быть более одного врача и медсестер, в дополнение к тем, кто имеет подготовку по оказанию неотложной помощи или фельдшера.[18] Полное поселение может обеспечить такой же уровень обслуживания, как и современная земная больница.[18]

Медицинское

Одна из проблем, связанных с медицинским обслуживанием во время миссий на Марс, - это сложность возвращения на Землю для получения расширенной помощи и оказания адекватной неотложной помощи при небольшом составе экипажа.[18] Бригада из шести человек могла бы пройти обучение только на уровне неотложной медицинской помощи и одного врача, но для миссии, которая продлится годы.[18] Кроме того, консультации с Землей будут затруднены задержкой от 7 до 40 минут.[18] Медицинские риски включают облучение и пониженную гравитацию, а одним из смертельных рисков является Событие солнечных частиц которые могут вызвать смертельную дозу в течение нескольких часов или дней, если у космонавтов недостаточно защиты.[18] Также необходимо учитывать влияние радиации на хранящиеся фармацевтические препараты и медицинские технологии.[18]

Один из предметов медицинского назначения, который может потребоваться, это внутривенная жидкость, который в основном состоит из воды, но содержит другие вещества, поэтому его можно добавлять непосредственно в кровоток человека. Если он может быть создан на месте из существующей воды, он может сэкономить вес транспортных средств, произведенных землей, вес которых в основном состоит из воды.[29] Прототип этой возможности был протестирован на Международная космическая станция в 2010.[29]

Во время некоторых из первых полетов с экипажем на орбиту были выведены три типа лекарств: против тошноты, болеутоляющего и стимулятора.[30] Ко времени запуска МКС у членов космического экипажа было почти 200 лекарств, с отдельными шкафчиками для таблеток для русских и американцев.[31] Одна из многих проблем, связанных с пилотируемыми полетами на Марс, - это то, какие таблетки взять с собой и как астронавты отреагируют на них в различных условиях.[30]

В 1999 году Космический центр Джонсона НАСА опубликовал Медицинские аспекты исследовательских миссий как часть Десятилетний обзор.[18] В небольшой миссии можно было бы нанять одного врача, а другого фельдшера из бригады из 4–6 человек, однако в более крупной миссии из 20 человек также может быть медсестра и такие варианты, как несовершеннолетние. операция возможна.[18] Две основные категории для космоса - это скорая медицинская помощь, а затем более сложная помощь, касающаяся широкого спектра проблем, связанных с космическими путешествиями.[18] Для очень маленьких бригад сложно лечить широкий спектр проблем с помощью расширенной помощи, тогда как с командой из 12–20 человек на Марсе может быть несколько врачей и медсестер в дополнение к сертификатам уровня EMT.[18] Хотя это и не на уровне типичной земной больницы, это приведет к переходу медицинской помощи за пределы базовых возможностей, типичных для очень небольшого состава экипажа (2–3), где допустимый риск выше.[18]

Одна из идей повышения квалификации экипажа, которому может потребоваться продвинутая хирургическая операция, состоит в том, чтобы иметь на Марсе роботизированный хирургический аппарат, которым будет управлять член экипажа с помощью связи с Земли.[32] Два примера медицинских ситуаций, которые были упомянуты в отношении людей на Марсе: как справиться со сломанной ногой и аппендицит.[32] Одна из проблем состоит в том, чтобы не допустить, чтобы то, что в противном случае было бы незначительной травмой, стало опасным для жизни из-за ограничений на количество медицинское оборудование, обучение и задержка связи с Землей.[33] Время задержки для одностороннего сообщения составляет от 4 до 24 минут, в зависимости.[34] Для ответа на сообщение требуется это время, задержка на обработку сообщения и создание ответа, плюс время, необходимое сообщению до Марса (еще от 4 до 24 минут).[34]

Примеры неотложной медицинской помощи для миссий на Марс:[18]

Примером чрезвычайной ситуации в области здравоохранения, связанной с космическим полетом, был удушение инертным газом с газообразным азотом на борту космического корабля "Колумбия" в 1981 году, когда он готовился к запуску. [35] В этом случае обычная продувка азотом для снижения риска пожара приведет к 5 неотложным медицинским ситуациям и 2 смертельным случаям.[35] Еще одна печально известная космическая катастрофа - это Аполлон 1 В результате инцидента, когда во время испытаний на земле внутри космической капсулы загорелась атмосфера чистого кислорода, погибли трое.[36] Исследование, проведенное в 1997 году с участием около 280 космических путешественников в период с 1988 по 1995 год, показало, что только у трех из них не было каких-либо медицинских проблем во время космического полета.[37] Медицинский риск для миссии на поверхность Марса заключается в том, как астронавты после нескольких месяцев в невесомости будут выполнять операции на поверхности.[37] На Земле астронавтов часто нужно вывозить из космического корабля, и на восстановление уходит много времени.[37]

Видеть Космическая медицина

Библиотека

Библиотечная башня Biodome 2, космическая среда обитания аналога Земли, испытанная в 1990-х годах

Одна из идей для миссий на Марс - это библиотека отправлено на поверхность этой планеты.[38] Посадочный модуль Phoenix, который приземлился на северной полярной поверхности Марса в 2008 году, содержал библиотеку DVD, которая была объявлена ​​первой библиотекой на Марсе.[38] DVD с библиотекой Phoenix заберут будущие исследователи, которые смогут получить доступ к содержимому диска.[38] На создание диска, как памятника прошлому и послания будущему, потребовалось 15 лет.[38] Содержимое диска включает Видения Марса.[38] Одна из идей для исследования - ковчеги знаний для космоса - своего рода резервная копия знаний на случай, если с Землей что-то случится.[39]

Космический полет Biodome 2 и тест биосферы с замкнутым циклом включали библиотеку с жилыми помещениями.[40] Библиотека была расположена на вершине башни и известна как Библиотечная башня.[40][41]

Удары метеорита

Свежие ударные кратеры, обнаруженные в начале 2000-х годов спутниками Марса

Еще одно соображение в отношении мест обитания на Марсе, особенно для длительного пребывания, - это необходимость потенциально справиться с падением метеорита.[42][6]Атмосфера тоньше, поэтому на поверхность попадает больше метеоров, поэтому одна проблема заключается в том, пробил ли метеор поверхность среды обитания, вызвав потерю давления или повредив системы.[42][6]

В 2010-х годах было определено, что что-то ударилось о поверхность Марса, в результате чего в период с 2008 по 2014 год образовался разбрызгиваемый узор из больших и малых кратеров.[43] В этом случае атмосфера лишь частично разрушила метеор до того, как он упал на поверхность.[42]

Радиация

Радиационное облучение вызывает беспокойство у астронавтов даже на поверхности, поскольку Марс не имеет сильного магнитного поля, а атмосфера тонкая, чтобы задерживать такое же количество излучения, как Земля. Тем не менее, планета значительно снижает радиацию, особенно на поверхности, и не обнаружено, что она сама является радиоактивной.

Было подсчитано, что шестнадцать футов (5 метров) реголита Марса останавливают такое же количество излучения, как и атмосфера Земли.[44]

Мощность

Космическое искусство, иллюстрирующее приближение группы к спускаемому аппарату "Викинг-2" при поддержке энергии РИТЭГа

В рамках 500-дневной миссии на Марс с экипажем НАСА изучило использование солнечной энергии и ядерной энергии для своей базы, а также систем хранения энергии (например, батарей).[45] Некоторые из проблем, связанных с солнечной энергией, включают снижение интенсивности солнечного излучения из-за того, что Марс находится дальше от Солнца, накопление пыли и периодические пыльные бури, в дополнение к обычным задачам солнечной энергетики, таким как хранение энергии в ночное время.[45] Одна из трудностей заключается в том, чтобы выдержать глобальные марсианские пыльные бури, которые вызывают более низкие температуры и сокращают попадание солнечного света на поверхность.[45] Две идеи для преодоления этого - использовать дополнительный массив, развернутый во время пыльной бури, и использовать некоторую ядерную энергию для обеспечения базовой мощности, на которую не влияют бури.[45] НАСА изучало ядерно-энергетические системы деления в 2010-х годах для полетов на Марс.[46] Одна конструкция была запланирована на мощность 40 киловатт и более независима от солнечного света, достигающего поверхности Марса, на который могут повлиять пыльные бури.[46][47]

Другая идея для энергии состоит в том, чтобы направить энергию на поверхность, спутник солнечной энергии будет отправлять энергию вниз на поверхность к выпрямляющей антенне (также известной как ректенна ) приемник.[48] Были изучены 245 ГГц, лазер, конструкция локальной ректенны и конструкции на 5,8 ГГц.[49] Одна из идей состоит в том, чтобы объединить эту технологию с солнечной электрической двигательной установкой для достижения меньшей массы, чем у поверхностной солнечной энергии.[49] Большим преимуществом является то, что ректенны должны быть невосприимчивы к пыли и погодным изменениям, а при правильной орбите спутник Марса на солнечной энергии мог бы непрерывно передавать энергию на поверхность.[49]

Рассмотрена технология очистки солнечных панелей от пыли. Марсоход для исследования Марса развитие.[50] В 21 веке были предложены способы очистки солнечных панелей на поверхности Марса, которые накапливают пыль.[51] Эффекты Марсианская поверхностная пыль на солнечные батареи изучалась в 1990-е гг. Эксперимент по соблюдению адгезии материалов на Марс-следопыт.[52][53][54]

Мощность посадочного модуля (Примеры)
ИмяГлавная сила
Викинг 1 и 2Ядерная - РИТЭГ
Марс-следопытСолнечные панели
MER A & BСолнечные панели
ФениксСолнечные панели
MSLЯдерная - РИТЭГ

История

Видение НАСА первых людей на Марсе
(Художественная концепция; 2019)

Одна из первых идей для марсианской среды обитания заключалась в использовании краткосрочного жилья в марсианском спускающемся аппарате. Эта комбинация получила название Экскурсионный модуль на Марс, а также обычно включает другие компоненты, такие как базовый марсоход и научное оборудование. Более поздние миссии имели тенденцию переходить на специальный спуск / подъем с отдельной средой обитания.

В 2013 году ZA Architects предложили, чтобы роботы-копатели построили под землей марсианский ареал.[4] Они выбрали интерьер, вдохновленный Пещера Фингала и отметил повышенную защиту от высокоэнергетического излучения под землей.[4] С другой стороны, также была отмечена проблема сложности отправки роботов-копателей, которые должны построить среду обитания, по сравнению с посадкой капсул на поверхность.[4] Альтернативой может быть строительство над землей, но с использованием толстого льда для защиты от радиации, но с тем преимуществом, что он пропускает видимый свет.[2]

В 2015 году в проекте SHEE была отмечена идея автономного строительства и подготовки к марсианской среде обитания по сравнению с человеческим строительством.[55]

НАСА

Шестиногий мобильный модуль обитания НАСА (TRI-ATHLETE)
Демонстрационная группа Хабитат Исследования пустынь и исследования технологий

В начале 2015 года НАСА обрисовало концептуальный план трехэтапной программы разработки и строительства марсианской среды обитания.[56] Первый этап - это только проектирование, затем на следующем этапе проводится технология строительства, основанная на использованных компонентах космического корабля, и, наконец, создается реальная среда обитания для Марса с использованием технологии 3D-печати.[56]

В сентябре 2015 года НАСА объявило победителей конкурса 3D Printed Habitat Challenge.[57] Победившая работа под названием "Марс Ледяной Дом'[58] от Clouds Architecture Office / SEArch предложила напечатанную на 3D-принтере двойную ледяную оболочку, окружающую ядро ​​посадочного модуля.[2] Две европейские команды были удостоены призов, занявших второе место.[57] Претенденты исследовали множество возможностей для материалов, в одном из них предлагалось отдельно очищать железо и кремнезем от марсианской пыли и использовать железо для создания решетчатой ​​конструкции, заполненной панелями из кремнезема.[59] Было выбрано 30 финалистов из первоначального пула из 165 участников конкурса «Среда обитания».[60]

Победитель, занявший второе место, предложил печатным роботам построить щит из материалов на месте вокруг надувных модулей.[61] Другой проект НАСА, который разработал внеземные поверхностные среды обитания, - это проблема X-Hab и Проект жилищных систем.[62][63]

Sfero House от Fabulous также является претендентом на программу 3D Mars Habitat с уровнями выше и ниже уровня земли.[64] Предлагаемое место - кратер Гейла (известный марсоходом Curiosity) с акцентом на использование как железа на месте, так и воды, которые, надеюсь, будут там доступны.[64] Он имеет сферическую конструкцию с двойными стенками, наполненную водой, чтобы удерживать более высокое давление в среде обитания Марса, но помогает защитить от радиации.[64]

В 2016 году НАСА присудило первый приз конкурса материалов на месте профессору инженерных наук Университета Южной Калифорнии. Бехрох Хошневис «для селективного разделительного спекания - процесса 3D-печати, в котором используются порошкообразные материалы, обнаруженные на Марсе». [65]

В 2016 году НАСА в Лэнгли показало Марсианский ледяной купол, в котором использовалась вода на месте, чтобы сделать ледяную структуру частью конструкции марсианской среды обитания.[66] (смотрите также Иглу )

В июне 2018 года НАСА выбрало десять лучших финалистов Фазы 3: Уровень 1 в 3D-печать Habitat Challenge.[67]

Этап 3: Победители уровня 1:[67]

  • Команда ALPHA - Марина Дель Рей, Калифорния
  • Колорадская горная школа и ICON - Голден, Колорадо
  • Hassell & EOC - Сан-Франциско, Калифорния
  • Кан-Йейтс - Джексон, Миссисипи
  • Марсианский инкубатор - Нью-Хейвен, Коннектикут
  • AI. SpaceFactory - Нью-Йорк, Нью-Йорк
  • Северо-Западный университет - Эванстон, Иллинойс
  • SEArch + / Apis Cor - Нью-Йорк, Нью-Йорк
  • Команда Зоферуса - Роджерс, Арканзас
  • X-Arc - Сан-Антонио, Техас

В мае 2019 года НАСА объявило, что победителем конкурса 3D Printed Habitat Challenge стала компания AI SpaceFactory с заявкой под названием «Marsha», а также было вручено несколько других призов.[68] В финальном задании участникам было предоставлено 30 часов на создание моделей в масштабе 1/3 с использованием робототехнических технологий.[68]

Аналоги Марса и аналоговые исследования среды обитания

Биосфера 2 протестировали замкнутую теплицу и жилые помещения в начале 1990-х гг.
Основная статья: Аналоговая среда обитания Марса

Миссии имитирующих Марс или аналогичные миссии Марса обычно создают наземные среды обитания на Земле и проводят имитирующие миссии, предпринимая шаги для решения некоторых проблем, с которыми может столкнуться человек на Марсе.[69] Примером этого была первоначальная миссия Биосфера 2, который был предназначен для тестирования закрытых экологических систем для поддержки и поддержания жизни человека в космическом пространстве.[70] «Биосфера 2» протестировала нескольких людей, живущих в биологической системе с замкнутым циклом, с несколькими поддерживаемыми биологическими зонами, включая тропические леса, саванны, океан, пустыню, болота, сельское хозяйство, а также в зоне, поддерживающей жизненное пространство.[71]

Пример миссии аналогового сравнения Марса: ПРИВЕТ МОРЕ 2010-х гг. Другие исследования аналогов Марса включают: Исследовательская станция марсианской пустыни и Аналоговая экспедиция на Шпицберген на Марс

МКС также описывается как предшественник марсианской экспедиции, и в отношении марсианской среды обитания отмечалась важность изучения и характера работы закрытой системы.[72]

Примерно на высоте 28 миль (45 км, 150 тысяч футов) над Землей давление начинает соответствовать давлению на поверхности Марса.[22]

Примером имитатора реголита является Имитатор марсианского реголита (подробнее об аналогах Mars Список аналогов Марса )

Биодомы

Интерьер ESO Отель который был назван «пансионатом на Марсе», потому что окрестности пустыни напоминают Марс; в нем размещаются сотрудники обсерватории в обсерватории в высокогорной чилийской пустыне.[73]
Иллюстрация растений, растущих на базе Марса.

Одним из примеров концепции, которая поддерживает или поддерживает среду обитания, является биодом Марса, структура, которая может содержать жизнь, генерирующую необходимый для человека кислород и пищу.[74] Примером деятельности в поддержку этих целей была программа по развитию бактерий, которые могли бы преобразовать марсианский реголит или лед в кислород.[74] Некоторые проблемы с биодомами - это скорость утечки газа и уровень кислорода и других газов внутри него.[71]

Один вопрос для Biodomes - насколько низко можно снизить давление, и при этом растения будут полезны.[13] В одном исследовании, где давление воздуха было понижено до 1/10 от давления воздуха на поверхности Земли, у растений была более высокая скорость испарения из листьев.[13] Это заставило растение подумать о засухе, несмотря на постоянный приток воды.[13] Примером культуры, протестированной НАСА для выращивания при более низком давлении, является салат, а в другом тесте зеленая фасоль были выращены при стандартном давлении воздуха, но на низкой околоземной орбите внутри Международной космической станции.[75]

DLR обнаружил, что некоторые лишайник и бактерии могли выжить в смоделированных марсианских условиях, включая состав воздуха, давление и спектр солнечного излучения.[76] Земные организмы выжили более 30 дней в условиях Марса, и хотя не было известно, выживут ли они после этого, было отмечено, что они, похоже, действовали фотосинтез в тех условиях.[76]

Чтобы напрямую превратить Марс в биодом, ученые предложили цианобактерии Хроококцидиопсис.[77] Это поможет преобразовать реголит в почву, создав органический элемент.[77] Известно, что эти бактерии выживают в чрезвычайно холодных и засушливых условиях на Земле, поэтому могут стать основой для биоинженерии Марса в более пригодное для жизни место.[77] По мере размножения бактерий мертвые будут создавать органический слой в реголите, потенциально открывая путь для более развитой жизни.[77]

Исследование, опубликованное в 2016 году, показало, что криптовалютаэндолит IC грибы прожил 18 месяцев в смоделированных условиях Марса.[78][79]

На Земле растения, которые используют реакцию фотосинтеза C4, составляют 3% видов цветковых растений, но 23% фиксированного углерода, включая виды, популярные для потребления человеком, в том числе кукуруза (иначе кукуруза) и сахарный тростник; Некоторые виды растений могут быть более продуктивными при производстве пищи при определенном количестве света.[80] Среди растений, которые колонизировали бесплодный ландшафт после извержения вулкана Святой Елены, были Сложноцветные и Эпилобий, и особенно Lupinus lepidus за его (симбиотическую) способность фиксировать собственный азот.[81] (смотрите также Категория: Азотфиксирующие культуры, Ризобия, Фиксация азота )

Ресурсы на месте

Концепция комбинированной наземной среды обитания и восхождения из эпохи 1990-х годов Эталонная миссия проекта 3.0 -основанная миссия, которая интегрировала добычу ресурсов на месте в данном случае для топлива
Были предложены сосны в сочетании с другими методами для создания более гостеприимной атмосферы на Марсе.[82]

На месте утилизация ресурсов предполагает использование материалов, обнаруженных на Марсе, для производства необходимых материалов. Одна из идей поддержки марсианской среды обитания - извлечение подземных вод, которые при достаточной мощности затем могут быть разделены на водород и кислород с целью смешивания кислорода с азотом и аргоном для получения воздуха, пригодного для дыхания. Водород может быть объединен с диоксидом углерода для производства пластмасс или метана для ракетного топлива.[83] Железо также было предложено в качестве строительного материала для трехмерной печати на Марсе.[64]

В 2010-х годах в конструкциях появилась идея использовать воду на месте для создания ледового щита для защиты от радиации, температуры и т. Д.[66]

Завод по переработке материалов будет использовать ресурсы Марса, чтобы уменьшить зависимость от материалов, поставляемых с Земли.[84]

Запланированный Марс 2020 миссия включает Эксперимент Mars Oxygen ISRU (MOXIE), который преобразовал бы углекислый газ Марса в кислород.

Чтобы превратить весь Марс в среду обитания, можно увеличить объем воздуха за счет испарения материалов на планете.[82] Со временем могут появиться лишайник и мох, а затем, в конечном итоге, сосны.[82]

Есть теория, что на Марсе можно зарабатывать ракетное топливо. Сабатье процесс.[82] В этом процессе водород и углекислый газ используются для производства метана и воды.[82] На следующем этапе вода разделяется на водород и кислород, при этом кислород и метан используются для метано-кислородного ракетного двигателя, а водород можно использовать повторно.[82] Этот процесс требует больших затрат энергии, поэтому в дополнение к реагентам потребуется соответствующий источник энергии.[82]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Фото-s89_51054". Spaceflight.nasa.gov. Получено 2015-11-08.
  2. ^ а б c «Ледяной домик для 3D-печати может стать нашим домом на Марсе». cnet.com. 29 сентября 2015 г.. Получено 2015-11-20.
  3. ^ Фехт, Сара (16 сентября 2015 г.). «8 печатных образцов марсианской среды обитания, в которых мы хотим жить | Популярная наука». Popsci.com. Получено 2015-11-08.
  4. ^ а б c d Шуббер, Кадхим. «Концепция подземной среды обитания на Марсе знаменует собой зарождение марсианских кротолюдей (Wired UK)». Wired.co.uk. Получено 2015-11-08.
  5. ^ "Журнал STRUCTURE | Структурные вызовы для космической архитектуры". www.structuremag.org. Получено 2017-12-31.
  6. ^ а б c d е ж [1]
  7. ^ а б c [2]
  8. ^ а б c d «Проблемы контроля климата в среде обитания на Марсе - полевые заметки». Blogs.discovermagazine.com. 2013-07-15. Получено 2015-11-08.
  9. ^ «Восемь университетов отобраны для участия в программе NASA X-Hab Academic Innovation 2016 | NASA». Nasa.gov. Получено 2015-11-08.
  10. ^ [3]
  11. ^ а б [4]
  12. ^ а б [5]
  13. ^ а б c d [6]
  14. ^ "Теплицы для Марса | Управление научной миссии". science.nasa.gov. Получено 2018-01-08.
  15. ^ а б «Пещеры Марса - плоские культуры для Марса». 2007-07-01. Архивировано 01 июля 2007 г.. Получено 2018-01-08.CS1 maint: BOT: статус исходного URL-адреса неизвестен (связь)
  16. ^ [7]
  17. ^ а б Bossinas, Les. «НАСА - Многофункциональная марсианская база». www.nasa.gov. Получено 2018-02-20.
  18. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о [8]
  19. ^ а б "Пещеры Марса - марсианские мыши, дышащие воздухом". highmars.org. Архивировано из оригинал 24 июля 2007 г.. Получено 12 июн 2015.
  20. ^ [9]
  21. ^ Кортленд, Рэйчел (30.09.2015). «Костюм для Красной планеты - IEEE Spectrum». Spectrum.ieee.org. Получено 2015-11-08.
  22. ^ а б [10]
  23. ^ Джон Б. Уэст (1 марта 1999 г.). "Джон Б. Уэст - Барометрическое давление на Mt. Эверест: новые данные и физиологическое значение (1998)". Jap.physiology.org. Получено 15 мая 2012.
  24. ^ Базилевский, Александр Т .; Голова, Джеймс У. (2003). "The surface of Venus". Rep. Prog. Phys. 66 (10): 1699–1734. Bibcode:2003RPPh...66.1699B. Дои:10.1088/0034-4885/66/10/R04.
  25. ^ "Eight Universities Selected for NASA's 2016 X-Hab Academic Innovation | NASA". Nasa.gov. Получено 2015-11-08.
  26. ^ а б [11]
  27. ^ http://www.adl.gatech.edu/research/tff/radiation_shield.html
  28. ^ http://www.zaarchitects.com/en/other/103-mars-colonization.html
  29. ^ а б "A Solution for Medical Needs and Cramped Quarters in Space IVGEN Undergoes Lifetime Testing in Preparation For Future Missions". НАСА. Получено 12 июн 2015.
  30. ^ а б "What Medicines Would We Pack For A Trip To Mars?". IFLScience. Получено 2018-03-07.
  31. ^ [12]
  32. ^ а б Hollingham, Richard. "The grim and gory reality of surgery in space". Получено 2018-03-07.
  33. ^ [13]
  34. ^ а б [14]
  35. ^ а б [15]
  36. ^ [16]
  37. ^ а б c [17]
  38. ^ а б c d е [18]
  39. ^ [19]
  40. ^ а б [20]
  41. ^ [21]
  42. ^ а б c O'Neill, Ian (2017-02-08). "Mars Was Recently Hit by a Meteorite 'Shotgun' Blast". Искатель. Получено 2018-01-14.
  43. ^ [22]
  44. ^ "How Will Living On Mars Affects Our Human Body?". Space Safety Magazine. 2014-02-11. Получено 2018-01-14.
  45. ^ а б c d [23]
  46. ^ а б "NASA to Test Fission Power for Future Mars Colony". Space.com. Получено 2018-03-25.
  47. ^ Klotz, SPACE.com, Irene. "NASA Seeks Nuclear Power for Mars". Scientific American. Получено 2018-03-25.
  48. ^ [24]
  49. ^ а б c Curreri, Peter; Franklin Rose, M (2001-02-01). "Construction of Power Receiving Rectenna Using Mars- In-Situ Materials; A Low Energy Materials Processing Approach". Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  50. ^ Spencer, Henry (17 November 2008). "Why don't the Mars rovers have dust wipers?". Новый ученый.
  51. ^ "Mars cleaning tech offers method to sweep dust off Earth's solar panels". The American Ceramic Society. 25 августа 2010 г.
  52. ^ Landis, G. A.; Jenkins, P. P. (1997). Dust on Mars: Materials Adherence Experiment results from Mars Pathfinder. Photovoltaic Specialists Conference. 29 September-3 October 1997. Anaheim, California. Дои:10.1109/PVSC.1997.654224.
  53. ^ Matijevic, J. R.; Crisp, J.; Bickler, D. B.; Banes, R. S.; Cooper, B. K.; и другие. (December 1997). "Characterization of the Martian surface deposits by the Mars Pathfinder rover, Sojourner". Наука. 278 (5344): 1765–1768. Bibcode:1997Sci...278.1765M. Дои:10.1126/science.278.5344.1765. PMID  9388171.
  54. ^ "UALR Particulate Science Research". University of Arkansas at Little Rock. 2013. Получено 20 февраля 2014.
  55. ^ Future Mars Explorers Could Live in Habitats That Build Themselves
  56. ^ а б "NASA Offers $2.25 Million For Martian Habitat Design - How Could This Contest Help People On Earth? : SCIENCE". Tech Times. Получено 2015-11-08.
  57. ^ а б "NASA Awards Top Three Design Finalists in 3D Printed Habitat Challenge | NASA". Nasa.gov. Получено 2015-11-08.
  58. ^ "MARS ICE HOUSE - Clouds Architecture Office". www.cloudsao.com. Получено 2017-03-22.
  59. ^ Fecht, Sarah (2015-09-16). "8 Printable Martian Habitat Designs That We Want To Live In | Popular Science". Popsci.com. Получено 2015-11-08.
  60. ^ "3D-printed ice habitat concept for Mars draws acclaim from NASA". ScienceAlert. 2015-10-02. Получено 2015-11-08.
  61. ^ "Top 10 Mars habitats from NASA space habitat challenge". Телеграф. Получено 2015-11-08.
  62. ^ "NASA - eXploration Habitat (X-Hab) Academic Innovation Challenge". Nasa.gov. Получено 2015-11-08.
  63. ^ "NASA - Habitation Systems Project - NASA's Deep Space Habitat". Nasa.gov. 2012-12-11. Получено 2015-11-08.
  64. ^ а б c d 3D-printed bubble house proposed for living on Mars
  65. ^ "Meet the man working with NASA to 3D print a colony on Mars". CNN. 2017-02-22. Получено 2017-06-21.
  66. ^ а б Gillard, Eric (2016-12-13). "A New Home on Mars: NASA Langley's Icy Concept for Red Planet Living". НАСА. Получено 2018-01-20.
  67. ^ а б Harbaugh, Jennifer (2018-06-28). "Top 10 Teams Selected in Virtual Stage of 3D-Printed Habitat Challenge". НАСА. Получено 2018-07-14.
  68. ^ а б Tech, Elizabeth Howell 2019-05-10T13:00:06Z. "Here's the Winner of NASA's 3D-Printed Mars Habitat Challenge". Space.com. Получено 2019-09-29.
  69. ^ "Mock Mars mission: Utah habitat simulates life on red planet". CBS Новости. 2014-01-03. Получено 2015-11-08.
  70. ^ "Biosphere II Project facts, information, pictures | Encyclopedia.com articles about Biosphere II Project". www.encyclopedia.com. Получено 2017-02-09.
  71. ^ а б Alling, Abigail; Van Thillo, Mark; Dempster, William; Nelson, Mark; Silverstone, Sally; Allen, John (2005-01-01). "Lessons Learned from Biosphere 2 and Laboratory Biosphere Closed Systems Experiments for the Mars On Earth Project". Biological Sciences in Space. 19 (4): 250–260. Дои:10.2187/bss.19.250.
  72. ^ Martin J.L. Turner (2004). Expedition Mars. Springer Science & Business Media. п.298. ISBN  978-1-85233-735-3.
  73. ^ [25]
  74. ^ а б "Need Oxygen On Mars? Get It From Bacteria! : SCIENCE". Tech Times. Получено 2015-11-08.
  75. ^ Science@NASA. "NASA - Greenhouses for Mars". www.nasa.gov. Получено 2018-01-17.
  76. ^ а б [26]
  77. ^ а б c d "Greening of the Red Planet | Science Mission Directorate". science.nasa.gov. Получено 2018-01-14.
  78. ^ "Could fungi survive on Mars?". Christian Science Monitor. 2016-01-28. ISSN  0882-7729. Получено 2018-01-20.
  79. ^ Onofri, Silvano; de Vera, Jean-Pierre; Zucconi, Laura; Selbmann, Laura; Scalzi, Giuliano; Venkateswaran, Kasthuri J.; Rabbow, Elke; de la Torre, Rosa; Horneck, Gerda (2015-12-01). "Survival of Antarctic Cryptoendolithic Fungi in Simulated Martian Conditions On Board the International Space Station". Астробиология. 15 (12): 1052–1059. Bibcode:2015AsBio..15.1052O. Дои:10.1089/ast.2015.1324. ISSN  1531-1074. PMID  26684504.
  80. ^ Kellogg, Elizabeth A. (2013-07-22). "C4 photosynthesis". Текущая биология. 23 (14): R594–R599. Дои:10.1016/j.cub.2013.04.066. ISSN  0960-9822. PMID  23885869.
  81. ^ del Moral, Roger; Wood, David M. (1993). "Early Primary Succession on the Volcano Mount St. Helens". Journal of Vegetation Science. 4 (2): 223–234. Дои:10.2307/3236108. JSTOR  3236108.
  82. ^ а б c d е ж грамм [27]
  83. ^ Brumfield, Ben. "Breathing perfect air on Mars is possible, study says". CNN. Получено 2018-01-20.
  84. ^ Bossinas, Les. "NASA - Multifunction Mars Base". www.nasa.gov. Получено 2018-02-21.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка