Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Проект Mars Ice Home для базы на Марсе (NASA LaRC / Clouds Architecture Office, 2016)
Различные компоненты предложения Mars Outpost . (М. Доуман, 1989 г.) [1]
Дизайн НАСА эпохи 1990-х годов с посадочными модулями типа «банки со спамом». Обратной стороной может быть минимальная защита для экипажа, и две идеи - использовать материалы Марса, такие как лед, для усиления защиты, а другая - перемещаться под землю, возможно, пещеры.

Марс среда обитания является местом , которое люди могут жить в на Марсе . [2] Среда обитания на Марсе должна иметь дело с поверхностными условиями, которые включают почти полное отсутствие кислорода в воздухе , экстремальный холод, низкое давление и высокую радиацию. [3] В качестве альтернативы, среда обитания может быть размещена под землей, что помогает решить некоторые проблемы, но создает новые трудности. [4]

Одной из проблем является чрезвычайная стоимость строительных материалов для Марса, которая к 2010-м годам оценивалась примерно в 2 миллиона долларов США за кирпич на поверхность Марса. [5] В то время как гравитация на Марсе ниже, чем на Земле , 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 работали над пониманием правильного баланса между материалами на месте и конструкцией и вне космоса на Марс. [7] Например, одна идея состоит в том, чтобы использовать доступный на месте реголит для защиты от радиационного воздействия, а другая идея - использовать прозрачный лед, чтобы позволить безопасному свету проникать в среду обитания. [7] Дизайн среды обитания на Марсе может также включать изучение местных условий, включая давление, температуру и местные материалы, особенно воду. [7]

Обзор [ править ]

Уникальный дизайн башни для структуры Всемирной выставки подчеркивает альтернативные формы конструкции в новых условиях, которые могут принять
Solar54 - Аргентина

Существенными проблемами для среды обитания Марса являются поддержание искусственной среды и защита от интенсивного солнечного излучения.. 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 США была произведена ракета Saturn V,который был способен вывести на орбиту достаточную массу, необходимую для одного запуска с экипажем из трех человек на поверхность Луны и обратно. Этот подвиг потребовал ряда специально разработанных аппаратных средств и разработки техники, известной какСвидание на лунной орбите . Рандеву на лунной орбите было планом координации спускаемых и восходящих аппаратов для встречи на лунной орбите. Что касается Марса, для аналогичной техники потребуется модуль экскурсии на Марс , который сочетает в себе спусково-восходящий аппарат с экипажем и наземную среду для 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 дизайнерской архитектуры. Предполагается, что в 2010 году система космического запуска или ее варианты роста будут иметь полезную нагрузку и качества, необходимые для полетов людей на Марс с использованием капсулы Орион .

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

Одна из идей для марсианской среды обитания - использовать марсианскую пещеру или лавовую трубу , и надувной воздушный шлюз был предложен проектом Caves of Mars для использования такой конструкции. [10] Идея жизни в лавовых трубах была предложена из-за их способности обеспечивать повышенную защиту от радиации , колебаний температуры, марсианского солнечного света и т. Д. [11] Преимущество жизни под землей заключается в том, что она позволяет избежать необходимости создания радиационной защиты. 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 по планете.

Использование живых растений или других живых биологических веществ для помощи в воздухе и снабжении пищей, если желательно, может иметь большое влияние на дизайн. [13] Примером взаимодействия инженерных требований и производственных целей является тепличная зона с пониженным давлением. Это снизит структурные требования к поддержанию давления воздуха , но потребует, чтобы соответствующие растения выжили при этом более низком давлении.

В крайнем случае, остается вопрос, как при низком давлении растение могло бы 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 НАСА «Пещеры Марса» предложило следующие характеристики продуктов питания и продуктов питания: [15]

  • Быстрый рост
  • выживание при слабом освещении
  • широкий диапазон pH
  • высокое питание
  • минимальные отходы

Исследование отметило два растения, ряску ( Lemna minor ) и водяной папоротник ( Azolla filiculoides ), как особенно подходящие, и они растут на поверхности воды. [16] Среда обитания на Марсе должна поддерживать условия этих источников пищи, возможно, включая элементы дизайна теплиц или сельского хозяйства.

Исторически сложилось так, что в космических миссиях, как правило, нерастущие запасы пищи питаются из установленного количества пайков, таких как Скайлэб , пополняемых 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 были помещены в большой резервуар; на Аполлоне и космическом шаттле моча может быть выброшена в космос или отправлена ​​в мешках, чтобы снова войти в атмосферу Земли.

Соображения по поддержанию окружающей среды в закрытой системе включали 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. [ необходима цитата ] (см. также марсианский грунт )

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

Соответствующие технологии [ править ]

Космический корабль Орион

Некоторые возможные области необходимых технологий или опыта:

  • 3D печать
  • Вход в атмосферу Марса
  • Проект пещеры Марса
  • Экскурсионный модуль на Марс
  • Аэрокосмическая техника
  • Космическая капсула
  • Растения в космосе

Контекст [ править ]

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

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

Воздух [ править ]

Пузырьки газа в безалкогольном напитке (газировка)
Люди внутри прозрачного водолазного колокола на Земле

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

Хотя люди могут дышать чистым кислородом, в пожаре Аполлона-1 была замешана чистая кислородная атмосфера . Таким образом, среды обитания на Марсе могут нуждаться в дополнительных газах. Одна из возможностей - взять азот и аргон из атмосферы 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] См. Также Argox , для дыхательной газовой смеси аргона, используемой при подводном плавании с аквалангом.

Концепция очистки от CO
2от воздуха для дыхания - использовать многоразовые скрубберы из углекислого газа с аминовыми гранулами . [20] В то время как один скруббер с углекислым газом фильтрует воздух космонавта, другой может выпускать очищенный CO.
2в атмосферу Марса, как только этот процесс будет завершен, можно будет использовать другой, а тот, который использовался, может сделать перерыв. [21]

Места обитания на Марсе с космонавтами

Одна уникальная структурная сила, с которой среда обитания Марса должна бороться, если находится 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 герметичной среды обитания на поверхности Марса, что радикально больше по сравнению с земными структурами. [6] Более подробное 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]

Сравнение атмосферного давления
Место расположенияДавление
Саммит Olympus Mons0,03  кПа (0,0044  фунта на кв. Дюйм )
Средний марс0,6 кПа (0,087 фунта на кв. Дюйм)
Hellas Planitia внизу1,16 кПа (0,168 фунта на кв. Дюйм)
Предел Армстронга6,25 кПа (0,906 фунта на кв. Дюйм)
Вершина Эвереста [23]33,7 кПа (4,89 фунта на кв. Дюйм)
Уровень земли на море101,3 кПа (14,69 фунтов на кв. Дюйм)
Поверхность Венеры [24]9200 кПа (1330 фунтов на кв. Дюйм)

См. Также Воздействие большой высоты на человека.

Температура

Одна из проблем марсианской среды обитания состоит в том, чтобы поддерживать подходящую температуру 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 перепады 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 [ править ]

Видение среды обитания, опубликованное НАСА из CASE FOR MARS с 1980-х годов, в котором говорится о повторном использовании десантных аппаратов, использовании почвы на месте для усиления радиационной защиты и теплицах. Также виден отсек для марсохода.
Высадка человека на Марс потребует различных уровней поддержки для проживания.

Кратковременное пребывание на поверхности Марса не требует, чтобы среда обитания имела большой объем или полную защиту от радиации. Ситуация была бы похожа на Международную космическую станцию , где люди получают необычно большое количество радиации в течение короткого времени, 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, теплицы ) и толстой защиты, чтобы минимизировать получаемую годовую дозу радиации. Среда этого типа слишком велика и тяжела для отправки на Марс и должна быть построена с использованием некоторых местных ресурсов. Возможности включают покрытие конструкций льдом или почвой, выемку подземных пространств или герметизацию концов существующей лавовой трубки . [28]

В более крупном поселении может быть больше медицинского персонала, 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]

Медицинский [ править ]

Одна из проблем, связанных с медицинским обслуживанием в полете на Марс, - это сложность возвращения на Землю для получения расширенной помощи и оказания адекватной неотложной помощи при небольшом составе экипажа. [18] В бригаде из шести человек может быть только один член экипажа, обученный до уровня техника скорой медицинской помощи и один врач, 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 с солнечными частицами, которое может вызвать смертельную дозу в течение нескольких часов или дней, если у астронавтов нет достаточной защиты. [18]Недавно были проведены испытания материалов для исследования скафандров и «штормовых укрытий» для защиты от галактического космического излучения (GRC) и событий с солнечными частицами (SPE) во время запуска, транзита и проживания на Марсе. [29] Медицинская готовность также требует учета воздействия радиации на хранящиеся фармацевтические препараты и медицинские технологии. [18]

Одним из медицинских препаратов, которые могут потребоваться, является жидкость для внутривенного введения , которая в основном состоит из воды, но содержит другие вещества, поэтому ее можно добавлять непосредственно в кровоток. 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. [30] Прототип этой возможности был испытан на Международной космической станции в 2010 году. [30]

Во время некоторых из первых миссий с экипажем на орбиту были выведены три типа лекарств: против тошноты, болеутоляющего и стимулятора. [31] Ко времени запуска МКС у членов космического экипажа было почти 200 лекарств, с отдельными шкафчиками для таблеток для русских и американцев. [32] Одна из многих проблем, вызывающих беспокойство у пилотируемых миссий на Марс, - это то, какие таблетки брать с собой и как астронавты отреагируют на них в различных условиях. [31]

В 1999 году Космический центр имени Джонсона НАСА опубликовал « Медицинские аспекты исследовательских миссий» в рамках Десятилетнего обзора . [18] В небольшой миссии можно было бы, чтобы один был врачом, а другой - фельдшером, из экипажа из 4–6 человек, однако в более крупной миссии из 20 человек также могут быть медсестра и возможны такие варианты, как небольшая операция. [18] Две основные категории для космоса - это скорая медицинская помощь, а затем более сложная помощь, касающаяся широкого круга 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] Несмотря на то, что это не на уровне типичной земной больницы, это приведет к переходу медицинской помощи за пределы базовых возможностей, типичных для очень небольших бригад (2–3), где приемлемый риск выше. [18] На рассмотрение, Илон Маск и его корпорация SpaceX.разрабатывают свой StarShip для перевозки 100 пассажиров на Марс за одно путешествие. SpaceX выпустила руководство пользователя, в котором говорится: «Конфигурация экипажа Starship включает в себя частные каюты, большие общие зоны, централизованное хранилище, убежища от солнечных штормов и смотровую галерею». Такое количество пассажиров создаст возможность для значительной медицинской бригады. Маск также прогнозировал, что к 2150 году он доставит на Марс 1 миллион человек [33], что, если это произойдет к тому времени или в любое время в этом столетии, безусловно, потребует строительства и укомплектования персоналом нескольких больниц.

При небольшом количестве жителей Марса и медицинского персонала можно было бы подумать о роботизированном хирургическом роботе. Член экипажа будет управлять роботом с помощью телекоммуникаций с Земли. [34] Два примера медицинских ситуаций, которые были упомянуты в отношении людей на Марсе, - это то, как справиться со сломанной ногой и аппендицитом . [34] Одна из проблем - не дать тому, что в противном случае было бы незначительной травмой, стать опасной для жизни из-за ограничений на количество медицинского оборудования , обучения и задержки связи с Землей. [35] Время задержки для одностороннего сообщения составляет от 4 до 24 минут, в зависимости. [36]Для ответа на сообщение требуется это время, задержка на обработку сообщения и создание ответа, плюс время, необходимое для того, чтобы сообщение отправилось на Марс (еще от 4 до 24 минут). [36]

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

  • Раны, порезы и ожоги
  • Воздействие токсина
  • Острые аллергические реакции ( анафилаксия )
  • Острая лучевая болезнь
  • Стоматологический
  • Глаз ( офтальмологический )
  • Психиатрическая

Примером чрезвычайной ситуации в области здравоохранения, связанной с космическим полетом, было удушение инертным газом азотом на борту космического шаттла «Колумбия» в 1981 году, когда он находился в процессе подготовки к запуску [37]. В этом случае обычная продувка азотом для снижения риска пожара привела к 5 неотложная медицинская помощь и 2 смерти. [37] Еще одна печально известная катастрофа, связанная с космосом, - это инцидент с Аполлоном-1 , когда во время испытаний на земле внутри космической капсулы загорелась чистая кислородная атмосфера, трое погибли. [38] 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. [39]Медицинский риск для миссии на поверхность Марса заключается в том, как астронавты будут выполнять операции на поверхности после нескольких месяцев в невесомости. [39] На Земле астронавтов часто приходится вывозить с космических кораблей. А потом они долго восстанавливаются. [39]

См. Космическая медицина

Библиотека [ править ]

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

Одна из идей для миссий на Марс - это отправка библиотеки на поверхность этой планеты. [40] Посадочный модуль «Феникс», который приземлился на северной полярной поверхности Марса в 2008 году, содержал библиотеку DVD, которая была объявлена ​​первой библиотекой на Марсе. [40] DVD с библиотекой Phoenix заберут будущие исследователи, которые смогут получить доступ к содержимому диска. [40] На создание диска, как памятника прошлому, так и послания в будущее, потребовалось 15 лет. [40] Содержимое диска включает « Видения Марса» . [40] Одна из идей для исследования - это ковчеги знаний для космоса, своего рода резервные копии знаний на случай, если с Землей что-то случится. [41]

Космический полет Biodome 2 и тест биосферы с замкнутым контуром включали библиотеку с жилыми помещениями. [42] Библиотека была расположена на вершине башни и известна как Библиотечная башня. [42] [43]

Удары метеорита [ править ]

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. [44] [6] Поскольку атмосфера тоньше, на поверхность попадает больше метеоров. Итак, одна проблема заключается в том, что метеор может проткнуть поверхность среды обитания и тем самым вызвать потерю давления и / или повредить системы. [44] [6]

В 2010-х годах было определено, что что-то ударилось о поверхность Марса, образуя разбрызгивающуюся картину из больших и малых кратеров между 2008 и 2014 годами. [45] В этом случае атмосфера только частично разрушила метеор до того, как он упал на поверхность. [44]

Радиация [ править ]

Радиационное облучение вызывает беспокойство у астронавтов даже на поверхности, поскольку на Марсе отсутствует сильное магнитное поле, а атмосфера тонкая, чтобы задерживать такое же количество излучения, как и Земля. Однако планета действительно 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. [46]

Мощность [ править ]

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

Для 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). [47] Некоторые из проблем для солнечной энергетики включают снижение интенсивности солнечного излучения (поскольку Марс находится дальше от Солнца), накопление пыли, периодические пыльные бури и сохранение энергии для использования в ночное время. [47] Глобальные марсианские пыльные бури вызывают снижение температуры и уменьшение попадания солнечного света на поверхность. [47] 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. [47] НАСА изучало ядерно-энергетические системы деления в 2010-х годах для полетов на Марс. [48]Одна конструкция планировала выходную мощность 40 киловатт; Деление ядерной энергии не зависит от солнечного света, достигающего поверхности Марса, на который могут воздействовать пыльные бури. [48] [49]

Другая идея для энергии - направить энергию на поверхность от солнечного энергетического спутника к приемнику выпрямительной антенны (также известной как ректенна ). [50] Были изучены 245 ГГц, лазер, прямая антенна на месте и конструкции на 5,8 ГГц. [51] Одна из идей - объединить эту технологию с солнечной электрической двигательной установкой для достижения меньшей массы, чем у солнечной энергии на поверхности. [51] Большим преимуществом этого подхода к питанию 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. [51]

Технология очистки солнечных панелей от пыли рассматривалась при разработке марсохода Mars Exploration Rover . [52] В 21 веке были предложены способы очистки солнечных панелей на поверхности Марса. [53] Воздействие марсианской поверхностной пыли на солнечные элементы было изучено в 1990-х годах в рамках эксперимента по обеспечению соответствия материалов на Mars Pathfinder . [54] [55] [56]

Мощность посадочного модуля ( примеры )
ИмяОсновная сила
Викинг 1 и 2Ядерная - РИТЭГ
Марсианский следопытСолнечные панели
MER A & BСолнечные панели
ФениксСолнечные панели
MSLЯдерная - РИТЭГ

История [ править ]

Видение НАСА первых людей на Марсе
(Artist Concept; 2019)

Одна из первых идей для марсианской среды обитания заключалась в использовании краткосрочного жилья в марсианском спускающемся аппарате. Эта комбинация называлась « Марсианский экскурсионный модуль» и обычно включала в себя 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 роботам-землекопам построить подземную среду обитания на Марсе. [4] Они выбрали интерьер, вдохновленный пещерой Фингала, и отметили повышенную защиту от высокоэнергетического излучения под землей. [4] С другой стороны, была также отмечена проблема сложности отправки копающих роботов, которые должны построить среду обитания, по сравнению с посадкой капсул на поверхность. [4] Альтернативой может быть строительство над землей с использованием толстого льда для защиты от радиации. Преимущество этого подхода в том, что он пропускает свет. [2]

В 2015 году в рамках проекта Self-deployable Habitat for Extreme Environments (SHEE) была исследована идея автономного строительства и подготовки к марсианской среде обитания по сравнению с человеческим строительством, поскольку последнее является «рискованным, сложным и дорогостоящим». [57]

НАСА [ править ]

Шестиногий мобильный модуль обитания НАСА (TRI-ATHLETE)
Демонстрационная группа Habitat Исследования пустынь и технологических исследований

В начале 2015 года НАСА разработало концептуальный план трехэтапной программы присуждения премий по проектированию и строительству марсианской среды обитания. [58] На первом этапе требовался дизайн. На следующем этапе требовались планы технологии строительства, в которой использовались отброшенные компоненты космического корабля. Третий этап включал создание среды обитания с использованием технологии 3D-печати. [58]

В сентябре 2015 года НАСА объявило победителей конкурса 3D Printed Habitat Challenge. [59] Победившая работа под названием « Mars Ice House » [60] от Clouds Architecture Office / SEArch предлагала напечатанную на 3D-принтере двойную ледяную оболочку, окружающую ядро ​​посадочного модуля. [2] Две европейские команды были удостоены призов, занявших второе место. [59] 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. [61] Было выбрано 30 финалистов из первоначального пула из 165 участников конкурса «Среда обитания». [62]Победитель, занявший второе место, предложил роботам-печатникам построить щит из материалов на месте вокруг надувных модулей. [63]

Другие проекты НАСА, разработавшие внеземные поверхностные среды обитания, - это проблема X-Hab и проект Habitation Systems Project . [64] [65]

Дом Sfero от Fabulous, также участвующий в программе 3D Mars Habitat, имел уровни над и под землей. [66] Предлагаемое место - кратер Гейла (известный марсоходом Curiosity) с акцентом на использование как железа на месте, так и воды, которые, мы надеемся, будут там доступны. [66] Он имеет сферическую конструкцию с двойными стенками, наполненную водой, чтобы удерживать более высокое давление в среде обитания Марса, но помогает защитить от радиации. [66]

В 2016 году НАСА присудило первый приз конкурса материалов на месте профессору инженерных наук Университета Южной Калифорнии Бехроху Хошневису «за селективное разделительное спекание - процесс 3D-печати, в котором используются порошкообразные материалы, обнаруженные на Марсе». [67]

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. [68] (см. Также Иглу )

В июне 2018 года НАСА выбрало десять лучших финалистов Фазы 3: Уровень 1 в 3D-Printed Habitat Challenge . [69]

Этап 3: Победители уровня 1: [69]

  • ALPHA Team - Марина Дель Рей, Калифорния
  • Колорадская горная школа и ICON - Голден, Колорадо
  • Hassell & EOC - Сан-Франциско, Калифорния
  • Кан-Йейтс - Джексон, Миссисипи
  • Марс-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. [70] В финальном испытании у участников было 30 часов на создание моделей в масштабе 1/3 с использованием роботизированной технологии строительства. [70]

Аналоги Марса и аналоговые исследования среды обитания [ править ]

Биосфера 2 испытала теплицу с замкнутым контуром и жилые помещения в начале 1990-х годов.
Основная статья: Марсианская аналоговая среда обитания

Миссии имитации Марса или аналогичные миссии Марса обычно создают наземные среды обитания на Земле и проводят имитационные миссии, предпринимая шаги для решения некоторых проблем, с которыми можно столкнуться на Марсе. [71] Примером этого была первоначальная миссия Биосферы 2 , которая была предназначена для тестирования закрытых экологических систем для поддержки и поддержания человеческой жизни в космическом пространстве. [72] « Биосфера 2» протестировала нескольких людей, живущих в замкнутой биологической системе с несколькими биологическими зонами поддержки, включая тропические леса, саванны, океан, пустыню, болота, сельское хозяйство и жилое пространство. [73]

Примером миссии аналогового сравнения Марса является HI-SEAS 2010-х годов. Другие Марса аналоговых исследования включают в себя исследовательскую станцию Mars Desert и Arctic Mars Аналоговое Шпицберген экспедиции .

  • Станция аналоговых исследований Марса в Австралии
  • Арктическая исследовательская станция Flashline Mars
  • МАРС-500
  • Станция Конкордия

МКС также была описана как предшественница марсианской экспедиции, и в отношении марсианской среды обитания была отмечена важность исследования и характер работы закрытой системы. [74]

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 (дополнительная информация об аналогах Марса Список аналогов Марса )

Биодомы [ править ]

Интерьер отеля ESO, который был назван «пансионатом на Марсе», потому что окрестности пустыни напоминают Марс; в нем размещаются сотрудники обсерватории в обсерватории в высокогорной чилийской пустыне. [75]
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 кислород и пищу для людей. [76] Примером деятельности в поддержку этой цели была программа по развитию бактерий, которые могли бы преобразовывать марсианский реголит или лед в кислород . [76] Некоторые проблемы с биодомами - это скорость утечки газа и уровень кислорода и других газов внутри него. [73]

Один вопрос для Biodomes - насколько низкое давление может быть понижено, и растения все еще будут полезны. [13] В одном исследовании, где давление воздуха было понижено до 1/10 от земного давления воздуха на поверхности, растения имели более высокую скорость испарения из листьев. [13] Это заставило растение подумать о засухе, несмотря на постоянный приток воды. [13] Примером культуры, выращиваемой НАСА при более низком давлении, является салат, а в другом тесте зеленые бобы были выращены при стандартном давлении воздуха, но на низкой околоземной орбите внутри Международной космической станции. [77]

DLR обнаружил, что некоторые лишайники и бактерии могут выжить в смоделированных марсианских условиях, включая состав воздуха, давление и спектр солнечного излучения. [78] Земные организмы выживали более 30 дней в условиях Марса, и хотя не было известно, выживут ли они после этого, было отмечено, что они, по-видимому, осуществляли фотосинтез в этих условиях. [78]

Чтобы напрямую преобразовать весь Марс в биодом, ученые предложили цианобактерии Chroococcidiopsis . [79] Это поможет преобразовать реголит в почву, создав органический элемент. [79] Известно, что бактерии выживают в чрезвычайно холодных и засушливых условиях на Земле, поэтому они могут стать основой для биоинженерии Марса в более пригодное для жизни место. [79] По мере размножения бактерий мертвые будут создавать органический слой в реголите, потенциально открывая путь для более развитой жизни. [79]

В исследовании , опубликованном в 2016 году показал , что криптография эндолиты IC грибы выжили в течение 18 месяцев в условиях , имитирующих Марс. [80] [81]

На Земле растения, которые используют реакцию фотосинтеза C4, составляют 3% видов цветковых растений, но 23% фиксированного углерода, и включают виды, популярные для потребления человеком, включая кукурузу (также известную как кукуруза) и сахарный тростник ; некоторые виды растений могут быть более продуктивными при производстве пищи при определенном количестве света. [82] Растения, известные тем, что колонизировали бесплодный ландшафт после извержения вулкана Святой Елены, включали Asteraceae и Epilobium , и особенно Lupinus lepidus за его (симбиотическую) способность фиксировать собственный азот. [83] (см. Также Категория: Азотфиксирующие культуры , Ризобии ,Фиксация азота )

Ресурсы на месте [ править ]

Концепция комбинированной наземной среды обитания и подъемного транспортного средства из миссии на основе Design Reference Mission 3.0 эпохи 1990-х годов , в которой в данном случае интегрировано производство ресурсов на месте для топлива
Были предложены сосны в сочетании с другими методами для создания более гостеприимной атмосферы на Марсе. [84]

Использование ресурсов на месте 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. [85] Железо также было предложено в качестве строительного материала для трехмерной печати на Марсе. [66]

В 2010-х годах в конструкциях появилась идея использовать воду на месте для создания ледового щита для защиты от радиации, температуры и т. Д. [68]

Завод по переработке материалов будет использовать ресурсы Марса, чтобы уменьшить зависимость от материалов, поставляемых с Земли. [86]

Запланированная миссия Mars 2020 включает в себя эксперимент Mars Oxygen ISRU (MOXIE), который преобразует углекислый газ Марса в кислород.

Чтобы превратить весь Марс в среду обитания, можно увеличить количество воздуха за счет испарения материалов на планете. [84] Со временем могли образоваться лишайник и мох, а затем, в конечном итоге, сосны. [84]

Существует теория производства ракетного топлива на Марсе по методу Сабатье . [84] В этом процессе водород и углекислый газ используются для производства метана и воды. [84] На следующем этапе вода разделяется на водород и кислород, при этом кислород и метан используются для метаново-кислородного ракетного двигателя, а водород можно использовать повторно. [84] Этот процесс требует больших затрат энергии, поэтому в дополнение к реагентам потребуется соответствующий источник энергии. [84]

См. Также [ править ]

  • Марсоход с экипажем , имеет те же требования, что и места обитания
  • Климат Марса  - Климатические закономерности планеты земная
  • Колонизация Марса  - Предлагаемые концепции колонизации Марса людьми
  • Угроза здоровью от космических лучей
  • Список аналогов Марса
  • Аналоговая среда обитания Марса  - исследования, моделирующие окружающую среду на Марсе
  • Марсианская лавовая труба  - вулканические пещеры на Марсе, которые, как полагают, образовались в результате быстро движущихся потоков базальтовой лавы.
  • Космическая архитектура # Марсианин  - Архитектура
  • МКС ECLSS (система жизнеобеспечения Международной космической станции)
  • Список искусственных объектов на Марсе  - статья со списком в Википедии
  • Экскурсионный модуль на Марс

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Photo-s89_51054" . Spaceflight.nasa.gov . Проверено 8 ноября 2015 .
  2. ^ a b c «Ледяной домик, который можно напечатать на 3D-принтере, может стать нашим домом на Марсе» . cnet.com. 29 сентября 2015 года . Проверено 20 ноября 2015 .
  3. ^ Фехт, Сара (2015-09-16). «8 печатных образцов марсианской среды обитания, в которых мы хотим жить | Популярная наука» . Popsci.com . Проверено 8 ноября 2015 .
  4. ^ a b c d Шуббер, Кадхим. «Концепция подземной среды обитания Марса знаменует собой зарождение марсианских кротолюдей (Wired UK)» . Wired.co.uk . Проверено 8 ноября 2015 .
  5. ^ "СТРУКТУРА журнал | Структурные проблемы для космической архитектуры" . www.structuremag.org . Проверено 31 декабря 2017 .
  6. ^ Б с д е е [1]
  7. ^ а б в [2]
  8. ^ a b c d «Проблемы контроля климата в среде обитания на Марсе - полевые заметки» . Blogs.discovermagazine.com. 2013-07-15 . Проверено 8 ноября 2015 .
  9. ^ «Восемь университетов, выбранных для академических инноваций НАСА 2016 X-Hab | НАСА» . Nasa.gov . Проверено 8 ноября 2015 .
  10. ^ [3]
  11. ^ а б [4]
  12. ^ а б [5]
  13. ^ а б в г [6]
  14. ^ "Теплицы для Марса | Управление научной миссии" . science.nasa.gov . Проверено 8 января 2018 .
  15. ^ а б «Пещеры Марса - плоские посевы для Марса» . 2007-07-01. Архивировано 01 июля 2007 года . Проверено 8 января 2018 .CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  16. ^ [7]
  17. ^ a b Bossinas, Les. «НАСА - Многофункциональная марсианская база» . www.nasa.gov . Проверено 20 февраля 2018 .
  18. ^ Б с д е е г ч я J к л м п о [8]
  19. ^ a b «Пещеры Марса - марсианские мыши, дышащие воздухом» . highmars.org . Архивировано из оригинала 24 июля 2007 года . Дата обращения 12 июня 2015 .
  20. ^ [9]
  21. ^ Кортленд, Рэйчел (2015-09-30). «Костюм для Красной планеты - IEEE Spectrum» . Spectrum.ieee.org . Проверено 8 ноября 2015 .
  22. ^ а б [10]
  23. ↑ Джон Б. Уэст (1 марта 1999 г.). «Джон Б. Уэст - Барометрическое давление на Эвересте: новые данные и физиологическое значение (1998 г.)» . Jap.physiology.org . Проверено 15 мая 2012 года .
  24. ^ Басилевский, Александр Т .; Голова, Джеймс У. (2003). «Поверхность Венеры» . Rep. Prog. Phys . 66 (10): 1699–1734. Bibcode : 2003RPPh ... 66.1699B . DOI : 10.1088 / 0034-4885 / 66/10 / R04 . S2CID 13338382 . 
  25. ^ «Восемь университетов, выбранных для академических инноваций НАСА 2016 X-Hab | НАСА» . Nasa.gov . Проверено 8 ноября 2015 .
  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. ^ [12]
  30. ^ a b «Решение для медицинских нужд и стесненных помещений в космосе IVGEN проходит испытания на протяжении всей жизни при подготовке к будущим миссиям» . НАСА . Дата обращения 12 июня 2015 .
  31. ^ a b «Какие лекарства мы бы взяли с собой для поездки на Марс?» . IFLScience . Проверено 7 марта 2018 .
  32. ^ [13]
  33. ^ [14]
  34. ^ a b Холлингем, Ричард. «Мрачная и кровавая реальность хирургии в космосе» . Проверено 7 марта 2018 .
  35. ^ [15]
  36. ^ а б [16]
  37. ^ а б [17]
  38. ^ [18]
  39. ^ а б в [19]
  40. ^ а б в г д [20]
  41. ^ [21]
  42. ^ а б [22]
  43. ^ [23]
  44. ^ a b c О'Нил, Ян (2017-02-08). "Марс недавно был сбит выстрелом из метеорита" из дробовика " . Искатель . Проверено 14 января 2018 .
  45. ^ [24]
  46. ^ "Как жизнь на Марсе повлияет на наше человеческое тело?" . Журнал космической безопасности . 2014-02-11 . Проверено 14 января 2018 .
  47. ^ а б в г [25]
  48. ^ а б «НАСА для испытания мощности деления для будущей колонии на Марсе» . Space.com . Проверено 25 марта 2018 .
  49. ^ Клотц, SPACE.com, Ирен. «НАСА ищет ядерную энергию для Марса» . Scientific American . Проверено 25 марта 2018 .
  50. ^ [26]
  51. ^ a b c Каррери, Питер; Франклин Роуз, М. (2001-02-01). «Строительство приемной ректенны с использованием материалов на месте Марса; подход к обработке материалов с низким энергопотреблением» . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  52. ↑ Спенсер, Генри (17 ноября 2008 г.). "Почему у марсоходов нет дворников?" . Новый ученый .
  53. ^ «Технология очистки Марса предлагает метод сметания пыли с солнечных панелей Земли» . Американское керамическое общество. 25 августа 2010 г.
  54. ^ Ландис, Джорджия; Дженкинс, ПП (1997). Пыль на Марсе: результаты эксперимента по соблюдению материалов на Mars Pathfinder . Конференция специалистов по фотовольтаике. 29 сентября - 3 октября 1997 года. Анахайм, Калифорния. DOI : 10,1109 / PVSC.1997.654224 .
  55. ^ Матиевич, младший; Crisp, J .; Биклер, DB; Banes, RS; Купер, Б.К .; и другие. (Декабрь 1997 г.). «Характеристика поверхностных отложений Марса марсоходом« Марс Патфайндер », Соджорнер» . Наука . 278 (5344): 1765–1768. Bibcode : 1997Sci ... 278.1765M . DOI : 10.1126 / science.278.5344.1765 . PMID 9388171 . 
  56. ^ "Исследование частиц частиц UALR" . Университет Арканзаса в Литл-Роке. 2013 . Проверено 20 февраля 2014 года .
  57. ^ Будущие исследователи Марса могут жить в среде обитания, которая сама себя строит
  58. ^ a b «НАСА предлагает 2,25 миллиона долларов на дизайн марсианской среды обитания - как этот конкурс может помочь людям на Земле?: НАУКА» . Tech Times . Проверено 8 ноября 2015 .
  59. ^ a b «НАСА награждает трех лучших финалистов дизайна в 3D-принтере Habitat Challenge | НАСА» . Nasa.gov . Проверено 8 ноября 2015 .
  60. ^ "MARS ICE HOUSE - Архитектурное бюро облаков" . www.cloudsao.com . Проверено 22 марта 2017 .
  61. ^ Фехт, Сара (2015-09-16). «8 печатных образцов марсианской среды обитания, в которых мы хотим жить | Популярная наука» . Popsci.com . Проверено 8 ноября 2015 .
  62. ^ "Напечатанная на 3D-принтере концепция ледяной среды обитания Марса получила признание НАСА" . ScienceAlert. 2015-10-02 . Проверено 8 ноября 2015 .
  63. ^ "10 лучших мест обитания на Марсе из проблемы космической среды обитания НАСА" . Телеграф . Проверено 8 ноября 2015 .
  64. ^ «НАСА - Академическая инновационная задача eXploration Habitat (X-Hab)» . Nasa.gov . Проверено 8 ноября 2015 .
  65. ^ "НАСА - Проект систем обитания - Среда обитания в глубоком космосе НАСА" . Nasa.gov. 2012-12-11 . Проверено 8 ноября 2015 .
  66. ^ a b c d Напечатанный на 3D-принтере дом из пузырей предлагается для жизни на Марсе
  67. ^ «Познакомьтесь с человеком, работающим с НАСА над 3D печатью колонии на Марсе» . CNN . 2017-02-22 . Проверено 21 июня 2017 .
  68. ^ a b Гиллард, Эрик (13 декабря 2016 г.). «Новый дом на Марсе: ледяная концепция НАСА Лэнгли для жизни на красной планете» . НАСА . Проверено 20 января 2018 .
  69. ^ а б Харбо, Дженнифер (2018-06-28). «10 лучших команд, выбранных на виртуальном этапе 3D-печати Habitat Challenge» . НАСА . Проверено 14 июля 2018 .
  70. ^ a b Tech, Элизабет Хауэлл 2019-05-10T13: 00: 06Z. «Вот победитель конкурса NASA на 3D-печать Mars Habitat Challenge» . Space.com . Проверено 29 сентября 2019 .
  71. ^ "Миссия имитация Марса: среда обитания Юты имитирует жизнь на красной планете" . CBS News . 2014-01-03 . Проверено 8 ноября 2015 .
  72. ^ "Факты, информация, фотографии Проекта Биосфера II | Статьи на Encyclopedia.com о Проекте Биосфера II" . www.encyclopedia.com . Проверено 9 февраля 2017 .
  73. ^ a b Аллинг, Эбигейл; Ван Тилло, Марк; Демпстер, Уильям; Нельсон, Марк; Сильверстоун, Салли; Аллен, Джон (01.01.2005). «Уроки, извлеченные из биосферы 2 и лабораторных экспериментов с замкнутыми системами биосферы для проекта« Марс на Земле »» . Биологические науки в космосе . 19 (4): 250–260. DOI : 10,2187 / bss.19.250 .
  74. ^ Мартин Дж. Л. Тернер (2004). Экспедиция Марс . Springer Science & Business Media. п. 298 . ISBN 978-1-85233-735-3.
  75. ^ [27]
  76. ^ a b «Нужен кислород на Марсе? Получите его от бактерий!: НАУКА» . Tech Times . Проверено 8 ноября 2015 .
  77. ^ Наука @ НАСА. «НАСА - Теплицы для Марса» . www.nasa.gov . Проверено 17 января 2018 .
  78. ^ а б [28]
  79. ^ a b c d "Озеленение Красной планеты | Управление научной миссии" . science.nasa.gov . Проверено 14 января 2018 .
  80. ^ "Могут ли грибы выжить на Марсе?" . Монитор христианской науки . 2016-01-28. ISSN 0882-7729 . Проверено 20 января 2018 . 
  81. ^ Онофри, Сильвано; де Вера, Жан-Пьер; Цуккони, Лаура; Зельбманн, Лаура; Скальци, Джулиано; Venkateswaran, Kasthuri J .; Раббоу, Элке; де ла Торре, Роза; Хорнек, Герда (01.12.2015). «Выживание антарктических криптоэндолитических грибов в смоделированных марсианских условиях на борту Международной космической станции». Астробиология . 15 (12): 1052–1059. Bibcode : 2015AsBio..15.1052O . DOI : 10.1089 / ast.2015.1324 . ISSN 1531-1074 . PMID 26684504 .  
  82. ^ Kellogg, Элизабет А. (2013-07-22). «Фотосинтез С4» . Текущая биология . 23 (14): R594 – R599. DOI : 10.1016 / j.cub.2013.04.066 . ISSN 0960-9822 . PMID 23885869 .  
  83. ^ дель Мораль, Роджер; Вуд, Дэвид М. (1993). «Ранняя первичная сукцессия на вулкане Сент-Хеленс» . Журнал науки о растительности . 4 (2): 223–234. DOI : 10.2307 / 3236108 . JSTOR 3236108 . S2CID 32291877 .  
  84. ^ Б с д е е г [29]
  85. ^ Брамфилд, Бен. «На Марсе можно дышать идеальным воздухом, - говорится в исследовании» . CNN . Проверено 20 января 2018 .
  86. ^ Bossinas, Les. «НАСА - Многофункциональная марсианская база» . www.nasa.gov . Проверено 21 февраля 2018 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Использование человеком подземных внеземных сред (Документ NIAC 2002 года о жизни под землей на Марсе)
  • Использование человеком подземных внеземных сред
  • 30 концепций 3D-печатных домов
  • Растения для еды в космосе
  • Первая архитектура среды обитания Марса (AIAA-2015-4517) (обзор различных привычек и технологий Марса, 2015 г.)
  • Жизнь за пределами земли (в космосе) (стенограмма подкаста, 27 июля 2018 г., Космический центр имени Джонсона НАСА)

Внешние ссылки [ править ]

  • Жизнь в запечатанном контейнере - НАСА (2010)
  • Телеграфная фотогалерея местообитаний Марса
  • Демонстрационная установка Habitat (НАСА)
  • Mars Habitat NASA-CR-189985 (.pdf)
  • Mars Ice House от SEArch and Clouds AO сайт проекта
  • Отчет о здоровье человека и радиации (октябрь 2015 г.) (НАСА)
  • Норман и Фостерс напечатали 3D-дизайн среды обитания Марса
  • Изображения NASA Ames Mars Habitat