La idea de explorar y colonizar Marte nunca ha estado tan viva como hoy. En las próximas dos décadas, hay múltiples planes para enviar misiones tripuladas al Planeta Rojo, e incluso algunos planes muy ambiciosos para comenzar a construir un asentamiento permanente allí. A pesar del entusiasmo, hay muchos desafíos importantes que deben abordarse antes de que se puedan intentar tales esfuerzos.
Estos desafíos, que incluyen los efectos de la baja gravedad en el cuerpo humano, la radiación y el costo psicológico de estar lejos de la Tierra, se vuelven aún más pronunciados cuando se trata de bases permanentes. Para abordar esto, el ingeniero civil Marco Peroni ofrece una propuesta para una base marciana modular (y una nave espacial para entregarla) que permitiría la colonización de Marte al tiempo que protege a sus habitantes con un escudo de radiación artificial.
Peroni presentó esta propuesta en el Foro y Exposición SPACE y Astronáutica del Instituto Estadounidense de Aeronáutica y Astronáutica (AIAA) de 2018, que tuvo lugar del 17 al 19 de septiembre en Orlando, Florida. La presentación fue una de varias que tuvo lugar el miércoles 19 de septiembre, cuyo tema fue "Mars Mission Architectures".
En pocas palabras, la idea de colonizar Marte (o en cualquier parte del Sistema Solar) presenta muchos desafíos, tanto físicos como psicológicos. En el caso del Planeta Rojo, estos incluyen su atmósfera delgada e irrespirable, su ambiente muy frío y el hecho de que no tiene campo magnético. Es este último elemento el que es especialmente desafiante, ya que cualquier futuro colono deberá protegerse de una cantidad considerable de radiación.
En resumen, la cantidad promedio de radiación a la que un humano está expuesto en la Tierra equivale a alrededor de 3.6 miliSieverts (mSv) al año, lo que se debe a la densa atmósfera de la Tierra y al campo magnético protector. Naturalmente, esto significa que los astronautas y las personas que se aventuran más allá de la Tierra están expuestos a cantidades drásticamente más altas de radiación solar y cósmica.
Para garantizar la salud y seguridad de los astronautas, la NASA ha establecido un límite superior de 500 mSv por año o de 2000 a 4000 mSv (según la edad y el sexo) en el transcurso de la vida de un astronauta. Sin embargo, Peroni estima que dependiendo de cuánto tiempo pasen en el interior, la cantidad promedio de radiación a la que estaría expuesto un colono marciano sería de aproximadamente 740 mSv por año. Como Peroni explicó a Space Magazine por correo electrónico:
“La cantidad de material para un blindaje efectivo puede ser mucho mayor de lo que es practicable para la mayoría de las aplicaciones aeroespaciales. Las paredes de aluminio de la EEI, por ejemplo, tienen aproximadamente 7 mm de grosor y son efectivas en LEO, pero es poco probable que tales escudos sean suficientes en el espacio interplanetario, donde incluso podrían aumentar la dosis absorbida a menos que esté muy espesa ”.
Para abordar esta amenaza, las propuestas anteriores han recomendado construir bases con capas gruesas de suelo marciano, en algunos casos, confiando en la sinterización y la impresión 3D para crear un muro exterior de cerámica dura, y refugios de emergencia en caso de tormentas solares. Otras propuestas han sugerido construir bases en tubos de lava estables para proporcionar protección natural. Pero como indicó Peroni, estos presentan su propia cuota de riesgos.
Estos incluyen la cantidad de material necesario para crear muros de protección efectivos y la amenaza de claustrofobia. Como él explicó:
"Un estudio de la NASA encontró que una gran estación espacial o hábitat requería un blindaje de 4 t / m2 de regolito marciano (considerando que su densidad es de entre 1,000 kg / m3 en la superficie a 2,000 kg / m3 a una profundidad de unos pocos cm, esto corresponde a un grosor de 2 m, o menos si el material se compacta [al ser] sinterizado por láser), para lograr una tasa de dosis efectiva de 2.5 mSv / a ...
“Un refugio subterráneo se puede usar también como dormitorio y para todas aquellas actividades en las que no hay necesidad de mirar afuera (como mirar videos o disfrutar de otros entretenimientos), pero vivir siempre en estructuras subterráneas puede poner en riesgo la salud psicológica. de los colonos (claustrofobia), disminuyendo también su capacidad de evaluar distancias cuando están fuera del puesto avanzado (dificultades para realizar tareas de EVA) y puede ser particularmente malo en caso de que una de las actividades del puesto avanzado sea el turismo espacial. Otro problema es la construcción de invernaderos, que deberían permitir que entre la luz del Sol para alimentar los mecanismos biológicos de las plantas ".
Como alternativa, Peroni sugiere un diseño para una base que proporcione su propio blindaje mientras maximiza el acceso al paisaje marciano. Esta base sería transportada a Marte a bordo de una embarcación con núcleo en forma de esfera (que mide unos 300 metros (984 pies) de diámetro) alrededor del cual se colocarían los módulos de base hexagonal. Alternativamente, Peroni y sus colegas recomiendan crear un núcleo cilíndrico para alojar los módulos.
Esta nave espacial transportaría los módulos y habitantes de la Tierra (u órbita cis-lunar) y estaría protegida por el mismo tipo de escudo magnético artificial utilizado para proteger a la colonia. Esto sería generado por una serie de cables eléctricos que envolverían la estructura del barco. Durante el viaje, la nave espacial también rotaría alrededor de su eje central a una velocidad de 1.5 revoluciones por minuto para generar una fuerza de gravedad de aproximadamente 0.8 g.
Esto garantizaría que los astronautas llegaran a la órbita alrededor de Marte sin haber sufrido los efectos degenerativos de la exposición a la microgravedad, que incluyen la pérdida de densidad muscular y ósea, la vista comprometida, la disminución del sistema inmune y la función de los órganos. Como lo explicó Peroni:
“En el límite de la“ esfera de viaje ”habrá los sistemas de propulsión necesarios tanto para el viaje como para la rotación contemporánea de la nave espacial, a fin de generar gravedad artificial durante el viaje de ida y vuelta. Estas naves espaciales se han desarrollado para integrar mejor los elementos de carga de la nave con la estructura de los módulos. La estructura portante de la esfera, que constituye el cuerpo del vaso, está formada por un diagrid hexagonal y pentagonal y, por lo tanto, es más fácil conectar y agregar los módulos, que tienen formas similares ".
Una vez en la órbita marciana, la esfera de la nave dejaría de girar para permitir que cada elemento se separe y comience a descender a la superficie marciana, utilizando un sistema de paracaídas, propulsores y resistencia del aire para reducir la velocidad y aterrizar. Cada módulo estaría equipado con cuatro patas motorizadas que les permitirían moverse en la superficie y conectarse con los otros módulos de habitación una vez que lleguen.
Gradualmente, los módulos se organizarían en una configuración esférica bajo un aparato con forma de toroide. Al igual que el que protege la nave espacial, este aparato estaría hecho de cables eléctricos de alto voltaje que generan un campo electromagnético para proteger los módulos de la radiación cósmica y solar. Una nave espacial (como el BFR propuesto por SpaceX) también podría partir del núcleo central de la embarcación, transportando a los futuros colonos al planeta.
Para determinar la efectividad de su concepto, Peroni y sus colegas realizaron cálculos numéricos y experimentos de laboratorio utilizando un modelo a escala (que se muestra a continuación). A partir de esto, determinaron que el aparato era capaz de generar un campo magnético externo de 4/5 Tesla, que es suficiente para mantener a los habitantes a salvo de los dañinos rayos cósmicos.
Al mismo tiempo, el aparato generó un campo magnético casi nulo dentro del aparato, lo que significa que no expondría a los habitantes a ninguna radiación electromagnética, y por lo tanto no presenta ningún peligro para ellos. Cada módulo, según la propuesta de Peroni, tendría forma de hexágono, mediría 20 m (65,6 pies) de diámetro y tendría suficiente espacio vertical en el interior para constituir un espacio habitable.
Cada uno de los módulos se elevaría a unos 5 m (16.5 pies) sobre el suelo (usando sus patas motorizadas) para permitir que el viento marciano corra durante las tormentas de arena y evitar la acumulación de arena alrededor de los módulos. Esto aseguraría que la vista desde el interior de los módulos, un componente clave para el diseño de Peroni, no se vea obstruida.
De hecho, la propuesta de Peroni exige que la base esté abierta lo más posible al paisaje circundante a través de ventanas y bóvedas, lo que permitiría a los habitantes sentirse más estrechamente conectados con el medio ambiente y evitar sentimientos de aislamiento y claustrofobia. Cada módulo pesaría aproximadamente 40-50 toneladas métricas (44-55 toneladas estadounidenses) en la Tierra, lo que equivale a 15-19 toneladas (16.5-21 toneladas estadounidenses) en gravedad marciana.
Parte del peso inicial incluiría el combustible necesario para el descenso, que se eliminaría durante el descenso y significaría que los hábitats eran aún más ligeros una vez que llegaran a la superficie de Marte. Al igual que con diseños similares, cada módulo se diferenciaría de acuerdo con su función, y algunos servirían como dormitorios y otros como instalaciones recreativas, espacios verdes, laboratorios, talleres, reciclaje de agua e instalaciones de saneamiento, etc.
El toque final será la construcción de un "eje tecnológico", un túnel transitable construido sobre el suelo donde se estacionarían baterías, paneles fotovoltaicos y pequeños reactores nucleares. Estos atenderían a las considerables necesidades eléctricas de la base, que incluyen la potencia necesaria para mantener el campo magnético. Otros elementos podrían incluir garajes y almacenes para vehículos de exploración, así como un observatorio astronómico.
Esta propuesta es similar en muchos aspectos al concepto de base solenoide lunar que Peroni presentó al menos en el Foro y Exposición de AIAA sobre el espacio y la astronáutica del año. En esta ocasión, Peroni propuso construir una base lunar que consistiera en cúpulas transparentes que estarían encerradas dentro de una estructura en forma de toroide que consiste en cables de alto voltaje.
En ambos casos, los hábitats propuestos tienen que ver con garantizar las necesidades de sus habitantes, que incluyen no solo su seguridad física sino también su bienestar psicológico. Mirando hacia el futuro, Peroni espera que sus propuestas fomenten más discusión e investigación sobre los desafíos particulares de construir bases fuera del mundo. También espera ver conceptos más innovadores diseñados para abordarlos.
“Esta investigación preliminar puede alentar [el] desarrollo futuro de estas teorías y un estudio más profundo sobre temas y temas cubiertos en esta contribución, que, por qué no, en el futuro [permitirá] a los humanos realizar el sueño de vivir en Marte por mucho tiempo períodos sin estar encerrados bajo jaulas de metales pesados o cavernas de rocas oscuras ", dijo.
Está claro que cualquier asentamiento construido en la Luna, Marte o más allá en el futuro tendrá que ser en gran medida autosuficiente, produciendo su propia comida, agua y materiales de construcción in situ. Al mismo tiempo, este proceso y el acto de la vida diaria dependerán en gran medida de la tecnología. En las próximas generaciones, es probable que Marte sea el campo de pruebas donde nuestros métodos para vivir en otro planeta sean probados y examinados.
Antes de comenzar a enviar humanos al Planeta Rojo, debemos asegurarnos de presentar nuestros mejores métodos. Y asegúrese de ver este video de la base del módulo desplegado en Marte desde el espacio, cortesía de Marco Peroni Ingegneria:
