แนวคิดของการสำรวจและการตั้งอาณานิคมบนดาวอังคารไม่เคยมีชีวิตมากกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน ในอีกสองทศวรรษข้างหน้ามีแผนการมากมายที่จะส่งภารกิจที่มีลูกเรือไปยังดาวเคราะห์แดงและมีแผนการที่ท้าทายอย่างมากในการเริ่มสร้างนิคมถาวรที่นั่น แม้จะมีความกระตือรือร้น แต่ก็ยังมีความท้าทายที่สำคัญหลายประการที่จำเป็นต้องได้รับการแก้ไขก่อนที่จะพยายามดำเนินการใด ๆ
ความท้าทายเหล่านี้ - ซึ่งรวมถึงผลกระทบของแรงโน้มถ่วงต่ำต่อร่างกายมนุษย์การแผ่รังสีและค่าใช้จ่ายทางจิตวิทยาของการอยู่ห่างจากโลกกลายเป็นสิ่งที่เด่นชัดเมื่อจัดการกับฐานถาวร ในการกล่าวถึงนี้วิศวกรโยธา Marco Peroni เสนอข้อเสนอสำหรับฐานดาวอังคารแบบแยกส่วน (และยานอวกาศเพื่อส่งมอบ) ที่จะอนุญาตให้อาณานิคมของดาวอังคารสามารถปกป้องผู้อยู่อาศัยด้วยการป้องกันรังสีประดิษฐ์
Peroni นำเสนอข้อเสนอนี้ที่ 2018 สถาบันการบินและอวกาศแห่งสหรัฐอเมริกา (AIAA) SPACE และเวทีดาราศาสตร์และนิทรรศการซึ่งจัดขึ้นระหว่างวันที่ 17 ถึง 19 กันยายนในออร์แลนโดฟลอริด้า งานนำเสนอเป็นหนึ่งในหลาย ๆ งานที่เกิดขึ้นในวันพุธที่ 19 กันยายนซึ่งเป็นธีมของ "Mars Mission Architectureures"
แนวคิดของการตั้งอาณานิคมบนดาวอังคาร (หรือที่ใดก็ตามในระบบสุริยะ) นั้นนำเสนอความท้าทายมากมายทั้งทางร่างกายและจิตใจ ในกรณีของดาวเคราะห์สีแดงสิ่งเหล่านี้รวมถึงบรรยากาศที่บางและไม่มีสภาพแวดล้อมสภาพแวดล้อมที่เย็นมากและความจริงที่ว่ามันไม่มีสนามแม่เหล็ก เป็นสิ่งสุดท้ายที่ท้าทายอย่างยิ่งเนื่องจากอาณานิคมในอนาคตจะต้องมีการป้องกันจากรังสีจำนวนมาก
ในระยะสั้นปริมาณรังสีโดยเฉลี่ยที่มนุษย์สัมผัสบนโลกนั้นมีค่าประมาณ 3.6 มิลลิวินาที (mSv) ต่อปีซึ่งต้องขอบคุณบรรยากาศที่หนาแน่นของโลกและสนามแม่เหล็กป้องกัน ตามธรรมชาติแล้วนี่หมายความว่านักบินอวกาศและผู้คนที่อยู่นอกเหนือโลกจะได้รับรังสีแสงอาทิตย์และรังสีคอสมิคในปริมาณที่สูงขึ้นอย่างมาก
เพื่อให้แน่ใจว่าสุขภาพและความปลอดภัยของนักบินอวกาศนาซ่าได้กำหนดขีด จำกัด สูงสุดที่ 500 mSv ต่อปีหรือ 2000 ถึง 4000 mSv (ขึ้นอยู่กับอายุและเพศ) ตลอดช่วงชีวิตของนักบินอวกาศ อย่างไรก็ตาม Peroni ประมาณการว่าขึ้นอยู่กับว่าพวกเขาใช้เวลาอยู่ในบ้านนานเท่าใดปริมาณรังสีโดยเฉลี่ยที่ผู้ตั้งถิ่นฐานบนดาวอังคารจะได้สัมผัสจะอยู่ที่ประมาณ 740 mSv ต่อปี ตามที่ Peroni อธิบายให้นิตยสารอวกาศทางอีเมล:
“ ปริมาณของวัสดุสำหรับการป้องกันที่มีประสิทธิภาพอาจเกินกว่าที่จะเป็นไปได้สำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศส่วนใหญ่ ยกตัวอย่างเช่นผนังอะลูมิเนียมของสถานีอวกาศนานาชาตินั้นมีความหนาประมาณ 7 มม. และมีประสิทธิภาพใน LEO แต่ไม่น่าเป็นไปได้ที่โล่ดังกล่าวจะเพียงพอในพื้นที่ระหว่างดาวเคราะห์ซึ่งพวกมันอาจเพิ่มปริมาณรังสีที่ดูดซึมได้
เพื่อรับมือกับภัยคุกคามนี้ข้อเสนอก่อนหน้านี้ได้แนะนำอาคารฐานที่มีชั้นดินหนาอังคาร - ในบางกรณีอาศัยการเผาและการพิมพ์ 3 มิติเพื่อแฟชั่นผนังด้านนอกเซรามิกแข็ง - และที่พักพิงฉุกเฉินในกรณีที่เกิดพายุสุริยะ ข้อเสนออื่น ๆ ได้เสนอแนะการสร้างฐานในท่อลาวาที่เสถียรเพื่อให้การป้องกันตามธรรมชาติ แต่ดังที่ Peroni ระบุไว้สิ่งเหล่านี้มีส่วนแบ่งอันตราย
เหล่านี้รวมถึงปริมาณของวัสดุที่จำเป็นในการสร้างกำแพงป้องกันที่มีประสิทธิภาพและการคุกคามของ claustrophobia ตามที่เขาอธิบาย:
“ การศึกษาของนาซ่าพบว่าสถานีอวกาศหรือที่อยู่อาศัยขนาดใหญ่ต้องการการป้องกัน 4 ตัน / เมตร2 ของ martol regolith (พิจารณาว่าความหนาแน่นอยู่ระหว่าง 1,000 kg / m3 ที่พื้นผิวถึง 2,000 kg / m3 ที่ความลึกไม่กี่ซม. นี้สอดคล้องกับความหนา 2 เมตรหรือน้อยกว่าหากวัสดุถูกบีบอัด [โดย] เผาด้วยเลเซอร์) เพื่อให้ได้อัตราปริมาณรังสีที่มีประสิทธิภาพ 2.5 mSv / y ...
“ ที่พักพิงใต้ดินสามารถใช้เป็นห้องนอนและสำหรับกิจกรรมทั้งหมดที่ไม่จำเป็นต้องมองออกไปข้างนอก (เช่นดูวิดีโอหรือเพลิดเพลินกับความบันเทิงอื่น ๆ ) แต่การใช้ชีวิตในโครงสร้างใต้ดินอาจเสี่ยงต่อสุขภาพจิต ของอาณานิคม (claustrophobia) การลดความสามารถในการประเมินระยะทางเมื่ออยู่นอกด่าน (ความยากลำบากในการปฏิบัติภารกิจ EVA) และอาจไม่ดีโดยเฉพาะในกรณีที่กิจกรรมหนึ่งของด่านคือการท่องเที่ยวในอวกาศ ปัญหาอีกประการหนึ่งคือการสร้างโรงเรือนซึ่งควรเปิดโอกาสให้แสงจากดวงอาทิตย์เข้ามาเสริมกำลังกลไกทางชีววิทยาของพืช "
เป็นทางเลือก Peroni แนะนำการออกแบบสำหรับฐานที่จะให้การป้องกันของตัวเองในขณะที่เพิ่มการเข้าถึงภูมิทัศน์ดาวอังคาร ฐานนี้จะถูกส่งไปยังดาวอังคารบนเรือด้วยแกนรูปทรงกลม (วัดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 300 เมตร (984 ฟุต)) ซึ่งจะจัดเรียงโมดูลฐานหกเหลี่ยม อีกทางหนึ่งคือ Peroni และเพื่อนร่วมงานแนะนำให้สร้างแกนทรงกระบอกเพื่อประกอบโมดูล
ยานอวกาศนี้จะขนส่งโมดูลและผู้อยู่อาศัยจากโลก (หรือวงโคจร cis-lunar) และจะได้รับการคุ้มครองโดยโล่แม่เหล็กประดิษฐ์ชนิดเดียวกับที่ใช้ในการปกป้องอาณานิคม สิ่งนี้จะถูกสร้างขึ้นโดยชุดสายไฟที่หุ้มโครงสร้างของเรือ ในระหว่างการเดินทางยานอวกาศจะหมุนรอบแกนกลางด้วยอัตรา 1.5 รอบต่อนาทีเพื่อสร้างแรงโน้มถ่วงประมาณ 0.8 กรัม
สิ่งนี้จะช่วยให้แน่ใจว่านักบินอวกาศเดินทางมาถึงวงโคจรรอบดาวอังคารโดยไม่ต้องทนทุกข์ทรมานจากผลกระทบจากการสัมผัสกับแรงโน้มถ่วงขนาดเล็กซึ่งรวมถึงการสูญเสียความหนาแน่นของกล้ามเนื้อและกระดูกสายตาที่ถูกบุกรุกระบบภูมิคุ้มกัน ตามที่ Peroni อธิบาย:
“ ที่ขอบเขตของ“ ทรงกลมเดินทาง” จะมีระบบขับเคลื่อนที่จำเป็นสำหรับทั้งการเดินทางและการหมุนร่วมสมัยของยานอวกาศเพื่อสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมในระหว่างการเดินทาง ยานอวกาศเหล่านี้ได้รับการพัฒนาเพื่อรวมองค์ประกอบรับน้ำหนักของเรือเข้ากับโครงสร้างของโมดูลได้ดียิ่งขึ้น โครงสร้างตลับลูกปืนของทรงกลมซึ่งประกอบเป็นร่างของเรือถูกสร้างขึ้นด้วยเส้นทแยงมุมหกเหลี่ยมและห้าเหลี่ยมดังนั้นจึงง่ายต่อการเชื่อมต่อและรวมโมดูลซึ่งมีรูปร่างคล้ายกัน”
เมื่ออยู่ในวงโคจรของดาวอังคารยานทรงกลมจะหยุดหมุนเพื่อให้แต่ละส่วนแยกออกและเริ่มลงมาที่พื้นผิวดาวอังคารโดยใช้ระบบของร่มชูชีพขับดันและความต้านทานอากาศเพื่อชะลอความเร็วและลงจอด แต่ละโมดูลจะมีขามอเตอร์แบบสี่ขาซึ่งจะช่วยให้พวกเขาเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ พื้นผิวและเชื่อมต่อกับโมดูลที่อยู่อาศัยอื่น ๆ เมื่อพวกเขามาถึง
โมดูลจะจัดเรียงตัวเองเป็นทรงกลมทีละน้อยภายใต้เครื่องมือรูปทรงวงแหวน เช่นเดียวกับที่ปกป้องยานอวกาศอุปกรณ์นี้จะทำจากสายไฟฟ้าแรงสูงที่สร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อป้องกันโมดูลจากรังสีคอสมิกและแสงอาทิตย์ ยานอวกาศ (เช่น BFR ที่เสนอโดย SpaceX) ยังสามารถออกจากแกนกลางของเรือได้ด้วย
เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของแนวคิดของพวกเขา Peroni และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ทำการคำนวณเชิงตัวเลขและการทดลองในห้องปฏิบัติการโดยใช้แบบจำลองขนาด (ดังแสดงด้านล่าง) จากนี้พวกเขาพบว่าเครื่องมือนี้สามารถสร้างสนามแม่เหล็กภายนอกที่ 4/5 Tesla ซึ่งเพียงพอที่จะทำให้ผู้อยู่อาศัยปลอดภัยจากรังสีคอสมิกที่เป็นอันตราย
ในเวลาเดียวกันอุปกรณ์สร้างสนามแม่เหล็กเกือบเป็นโมฆะภายในซึ่งหมายความว่ามันจะไม่ทำให้ผู้อยู่อาศัยสัมผัสกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า - ดังนั้นจึงไม่เป็นอันตรายต่อพวกเขา แต่ละโมดูลตามข้อเสนอของ Peroni จะเป็นรูปหกเหลี่ยมมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 ม. (65.6 ฟุต) และมีห้องแนวตั้งด้านในเพียงพอที่จะเป็นพื้นที่อาศัย
แต่ละโมดูลจะยกระดับประมาณ 5 ม. (16.5 ฟุต) เหนือพื้นดิน (ใช้ขาเครื่องยนต์) เพื่อให้ลมดาวอังคารวิ่งออกไปในระหว่างพายุทรายและป้องกันการสะสมของทรายรอบ ๆ โมดูล สิ่งนี้จะช่วยให้มั่นใจได้ว่ามุมมองจากภายในโมดูลซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญในการออกแบบของ Peroni จะไม่มีสิ่งกีดขวาง
ในความเป็นจริงข้อเสนอของ Peroni เรียกร้องให้ฐานเปิดให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้สำหรับทิวทัศน์โดยรอบผ่านหน้าต่างและห้องใต้ดินซึ่งจะทำให้ผู้อยู่อาศัยรู้สึกเชื่อมต่อกับสิ่งแวดล้อมอย่างใกล้ชิดยิ่งขึ้นและป้องกันความรู้สึกเหงา แต่ละโมดูลจะมีน้ำหนักประมาณ 40-50 เมตริกตัน (44-55 US ตัน) บนโลกซึ่งมีน้ำหนัก 15-19 ตัน (16.5-21 US ตัน) ในแรงโน้มถ่วงของดาวอังคาร
น้ำหนักเริ่มต้นบางส่วนจะรวมถึงเชื้อเพลิงที่จำเป็นสำหรับการสืบเชื้อสายซึ่งจะมีการหลั่งในระหว่างการสืบเชื้อสาย เช่นเดียวกับการออกแบบที่คล้ายกันแต่ละโมดูลจะมีความแตกต่างกันตามฟังก์ชั่นของพวกเขาโดยบางส่วนทำหน้าที่เป็นห้องนอนและสิ่งอำนวยความสะดวกด้านนันทนาการอื่น ๆ พื้นที่สีเขียวห้องปฏิบัติการเวิร์กช็อปการรีไซเคิลน้ำ
การสัมผัสครั้งสุดท้ายจะเป็นอาคารของ "แกนเทคโนโลยี" อุโมงค์ที่เดินได้ซึ่งสร้างขึ้นเหนือพื้นดินที่มีแบตเตอรี่แผงเซลล์แสงอาทิตย์และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กที่จะประจำการ สิ่งเหล่านี้จะเห็นความต้องการไฟฟ้าของฐานซึ่งรวมถึงพลังงานที่จำเป็นในการรักษาสนามแม่เหล็ก องค์ประกอบอื่น ๆ อาจรวมถึงโรงรถและคลังสินค้าสำหรับยานสำรวจรวมถึงหอดูดาวทางดาราศาสตร์
ข้อเสนอนี้คล้ายคลึงกันในหลาย ๆ ทางกับแนวคิดฐานดวงจันทร์ของโซลินอยด์ที่ Peroni นำเสนออย่างน้อยปีหนึ่งของ AIAA Space and Astronautics Forum และ Exposition ในโอกาสนี้ Peroni เสนอการสร้างฐานดวงจันทร์ที่ประกอบด้วยโดมโปร่งใสที่จะถูกล้อมรอบภายในโครงสร้างรูปทรงวงแหวนรูปวงแหวนซึ่งประกอบด้วยสายไฟฟ้าแรงสูง
ในทั้งสองกรณีที่อยู่อาศัยที่เสนอมีทั้งหมดเกี่ยวกับการรับประกันความต้องการของผู้อยู่อาศัยของพวกเขา - ซึ่งไม่เพียง แต่รวมถึงความปลอดภัยทางกายภาพ แต่ยังรวมถึงความเป็นอยู่ทางจิตใจด้วย เมื่อมองถึงอนาคต Peroni หวังว่าข้อเสนอของเขาจะส่งเสริมการสนทนาและการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับความท้าทายเฉพาะของการสร้างฐานนอกโลก เขายังหวังที่จะเห็นแนวคิดที่เป็นนวัตกรรมมากขึ้นที่ออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้
“ การวิจัยเบื้องต้นนี้อาจกระตุ้นให้เกิดการพัฒนาในอนาคตของทฤษฎีเหล่านี้และการศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับหัวข้อและหัวข้อที่ครอบคลุมในการมีส่วนร่วมนี้ว่าทำไมในอนาคตจะไม่อนุญาตให้มนุษย์ตระหนักถึงความฝันของการอยู่บนดาวอังคารเป็นเวลานาน ช่วงเวลาโดยไม่ต้องอยู่ภายใต้กรงโลหะหนักหรือถ้ำหินมืด” เขากล่าว
เป็นที่ชัดเจนว่าการตั้งถิ่นฐานใด ๆ ที่สร้างขึ้นบนดวงจันทร์, ดาวอังคาร, หรืออื่น ๆ ในอนาคตจะต้องเป็นตัวเองอย่างเพียงพอ - ผลิตอาหารน้ำและวัสดุก่อสร้างในแหล่งกำเนิด ในขณะเดียวกันกระบวนการนี้และการดำเนินชีวิตประจำวันจะขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีเป็นอย่างมาก ในรุ่นต่อ ๆ ไปดาวอังคารน่าจะเป็นพื้นที่พิสูจน์ที่ซึ่งวิธีการของเราสำหรับการใช้ชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่นได้รับการทดสอบและตรวจสอบแล้ว
ก่อนที่เราจะเริ่มส่งมนุษย์ไปยังดาวเคราะห์สีแดงเราต้องทำให้แน่ใจว่าเราจะนำวิธีการที่ดีที่สุดของเราไปข้างหน้า และให้แน่ใจว่าได้ตรวจสอบวิดีโอของโมดูลฐานที่ถูกปรับใช้กับดาวอังคารจากอวกาศความอนุเคราะห์จาก Marco Peroni Ingegneria:
