إن فكرة استكشاف واستعمار المريخ لم تكن على قيد الحياة أكثر مما هي عليه اليوم. خلال العقدين المقبلين ، هناك خطط متعددة لإرسال بعثات مأهولة إلى الكوكب الأحمر ، وحتى بعض الخطط الطموحة للغاية لبدء بناء تسوية دائمة هناك. على الرغم من الحماس ، هناك العديد من التحديات الهامة التي يجب معالجتها قبل محاولة أي مساعي من هذا القبيل.
هذه التحديات - التي تشمل آثار الجاذبية المنخفضة على جسم الإنسان ، والإشعاع ، والخسارة النفسية للابتعاد عن الأرض - تصبح أكثر وضوحًا عند التعامل مع القواعد الدائمة. ولمعالجة ذلك ، يقدم المهندس المدني ماركو بيروني عرضًا لقاعدة مريخية نموذجية (ومركبة فضائية لتسليمها) من شأنها أن تسمح باستعمار المريخ مع حماية سكانها بالوقاية من الإشعاع الاصطناعي.
قدم بيروني هذا الاقتراح في 2018 المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية (AIAA) SPACE والملاحة الفضائية والمعرض ، الذي عقد من 17 إلى 19 سبتمبر في أورلاندو ، فلوريدا. كان العرض واحدًا من العديد من العروض التي جرت يوم الأربعاء الموافق 19 سبتمبر ، والتي كان موضوعها "معمارية المريخ".
بكل بساطة ، فإن فكرة استعمار المريخ (أو في أي مكان في النظام الشمسي) تقدم العديد من التحديات - الجسدية والنفسية. في حالة الكوكب الأحمر ، تشمل هذه الأجواء الرقيقة وغير القابلة للتنفس ، وبيئتها شديدة البرودة ، وحقيقة عدم وجود مجال مغناطيسي. هذا هو العنصر الأخير الذي يمثل تحديًا خاصًا حيث سيحتاج أي مستعمرين مستقبليين إلى الحماية من كمية كبيرة من الإشعاع.
وباختصار ، فإن متوسط كمية الإشعاع التي يتعرض لها الإنسان على الأرض يصل إلى حوالي 3.6 ملي سيفرت (mSv) في السنة ، وذلك بفضل الغلاف الجوي الكثيف للأرض والمجال المغناطيسي الواقي. وهذا يعني بطبيعة الحال أن رواد الفضاء والأشخاص الذين يغامرون خارج الأرض يتعرضون لكميات أعلى بشكل كبير من الإشعاع الشمسي والكوني.
لضمان صحة وسلامة رواد الفضاء ، وضعت ناسا حدًا أعلى من 500 ملي سيفرت في السنة أو 2000 إلى 4000 ملي سيفرت (حسب العمر والجنس) على مدار حياة رائد الفضاء. ومع ذلك ، يقدر بيروني أنه بناءً على المدة التي يقضونها في الداخل ، فإن متوسط كمية الإشعاع التي يتعرض لها مستوطن المريخ ستكون حوالي 740 ملي سيفرت في السنة. كما أوضح بيروني لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
"قد تكون كمية المواد اللازمة للوقاية الفعالة أكبر بكثير مما هو ممكن عمليًا في معظم تطبيقات الفضاء. على سبيل المثال ، يبلغ سمك جدران الألمنيوم في محطة الفضاء الدولية حوالي 7 مم وهي فعالة في المدار الأرضي المنخفض ، ولكن من غير المحتمل أن تكون هذه الدروع كافية في الفضاء بين الكواكب ، حيث قد تزيد الجرعة الممتصة ما لم تكن سميكة بشكل كبير. "
لمواجهة هذا التهديد ، أوصت المقترحات السابقة ببناء قواعد ذات طبقات سميكة من تربة المريخ - في بعض الحالات ، بالاعتماد على التلبيد والطباعة ثلاثية الأبعاد لتصميم جدار خارجي من السيراميك الصلب - وملاجئ الطوارئ في حالة العواصف الشمسية. اقترحت مقترحات أخرى بناء قواعد في أنابيب الحمم المستقرة لتوفير الحماية الطبيعية. ولكن كما أشار بيروني ، فإن هذه تمثل حصتها الخاصة من المخاطر.
وتشمل هذه كمية المواد اللازمة لإنشاء جدران درع فعالة وتهديد رهاب الأماكن المغلقة. كما أوضح:
"وجدت دراسة لوكالة ناسا أن محطة فضائية أو موطنًا كبيرًا تتطلب حماية تبلغ 4 طن / م2 من المريخ Regolith (مع الأخذ في الاعتبار أن كثافته ما بين 1000 كجم / م3 على السطح إلى 2000 كجم / م3 على عمق بضعة سنتيمترات ، هذا يتوافق مع سمك 2 م ، أو أقل إذا تم ضغط المادة [عن طريق] تلبيد الليزر) ، لتحقيق معدل جرعة فعال 2.5 2.5 ملي سيفرت / سنة ...
"يمكن استخدام ملجأ تحت الأرض أيضًا كمكان للنوم ولكل تلك الأنشطة التي لا تحتاج إلى النظر إلى الخارج (مثل النظر إلى مقاطع الفيديو أو الاستمتاع بوسائل ترفيه أخرى) ، ولكن العيش دائمًا في المباني تحت الأرض قد يعرض الصحة النفسية للخطر من المستعمرين (رهاب الأماكن المغلقة) ، مما يقلل أيضًا من قدرتهم على تقييم المسافات عندما يكون خارج البؤرة الاستيطانية (صعوبات في أداء مهام EVA) وقد يكون سيئًا بشكل خاص في حالة أحد أنشطة البؤرة الاستيطانية هو السياحة الفضائية. مشكلة أخرى هي بناء البيوت الزجاجية ، والتي يجب أن تسمح للضوء من الشمس بالدخول لتشغيل الآليات البيولوجية للنباتات ".
كبديل ، تقترح Peroni تصميمًا لقاعدة توفر الحماية الخاصة بها مع زيادة الوصول إلى المناظر الطبيعية المريخية. سيتم نقل هذه القاعدة إلى المريخ على متن سفينة ذات قلب على شكل كرة (يبلغ قطرها حوالي 300 متر (984 قدمًا)) حولها يتم ترتيب وحدات القاعدة السداسية. بالتناوب ، يوصي بيروني وزملاؤه بإنشاء قلب أسطواني لإيواء الوحدات.
ستنقل سفينة الفضاء هذه الوحدات والسكان من الأرض (أو مدار CIS-lunar) وستكون محمية بنفس النوع من الدرع المغناطيسي الاصطناعي المستخدم لحماية المستعمرة. سيتم إنشاء هذا من خلال سلسلة من الكابلات الكهربائية التي من شأنها أن تطوق هيكل السفينة. خلال الرحلة ، ستدور سفينة الفضاء أيضًا حول محورها المركزي بمعدل 1.5 دورة في الدقيقة لتوليد قوة جاذبية تبلغ حوالي 0.8 جم.
وهذا سيضمن وصول رواد الفضاء إلى مدار حول المريخ دون أن يعانوا من الآثار التنكسية للتعرض للجاذبية الصغرى - والتي تشمل فقدان العضلات والعظام ، وضعف البصر ، وانخفاض جهاز المناعة ووظيفة الجهاز. كما أوضحه بيروني:
"عند حدود" المجال المتنقل ، ستكون هناك أنظمة دفع ضرورية لكل من الرحلة والدوران المعاصر للسفينة الفضائية ، من أجل توليد جاذبية اصطناعية أثناء الرحلة المستديرة. وقد تم تطوير هذه المركبات الفضائية لدمج العناصر الحاملة للسفينة بشكل أفضل مع هيكل الوحدات. يتكون الهيكل الحامل للكرة ، التي تشكل جسم الوعاء ، من خلال ثنائي سداسي وخماسي خماسي وبالتالي يسهل توصيل وتجميع الوحدات التي لها أشكال متشابهة. "
بمجرد دخوله إلى مدار المريخ ، ستتوقف كرة السفينة عن الدوران للسماح لكل عنصر بالانفصال والبدء في النزول إلى سطح المريخ ، باستخدام نظام المظلات والدفعات ومقاومة الهواء للإبطاء والهبوط. سيتم تجهيز كل وحدة بأربع أرجل آلية تسمح لهم بالتحرك على السطح والتواصل مع وحدات الإقامة الأخرى بمجرد وصولها.
تدريجياً ، ستقوم الوحدات بترتيب نفسها في تكوين كروي تحت جهاز على شكل حلقي. مثل الجهاز الذي يحمي سفينة الفضاء ، سيصنع هذا الجهاز من كابلات كهربائية عالية الجهد تولد مجالًا كهرومغناطيسيًا لحماية الوحدات من الإشعاع الكوني والشمسي. يمكن للمركبة الفضائية (مثل BFR المقترحة من SpaceX) أن تغادر أيضًا من القلب المركزي للسفينة ، وتنقل المستوطنين المستقبليين إلى الكوكب.
لتحديد فعالية مفهومهم ، أجرى بيروني وزملاؤه حسابات رقمية وتجارب مختبرية باستخدام نموذج مقياس (كما هو موضح أدناه). من هذا ، قرروا أن الجهاز قادر على توليد مجال مغناطيسي خارجي من 4/5 تسلا ، وهو ما يكفي للحفاظ على السكان في مأمن من الأشعة الكونية الضارة.
في الوقت نفسه ، ولّد الجهاز مجالًا مغناطيسيًا خالٍ تقريبًا داخل الجهاز ، مما يعني أنه لن يعرض السكان لأي إشعاع كهرومغناطيسي - وبالتالي لا يشكل أي خطر عليهم. كل وحدة ، وفقًا لاقتراح بيروني ، ستكون على شكل سداسي ، ويبلغ قطرها 20 مترًا (65.6 قدمًا) ، وسيكون لها مساحة رأسية كافية في الداخل لتشكل مساحة صالحة للسكن.
سترتفع كل من الوحدات حوالي 5 أمتار (16.5 قدمًا) فوق سطح الأرض (باستخدام أرجلها الآلية) للسماح للرياح المريخية بالتدفق أثناء العواصف الرملية ومنع تراكم الرمال حول الوحدات. سيضمن ذلك عدم إعاقة الرؤية من داخل الوحدات ، وهي مكون رئيسي لتصميم Peroni.
في الواقع ، يدعو اقتراح بيروني إلى أن تكون القاعدة مفتوحة قدر الإمكان على المناظر الطبيعية المحيطة من خلال النوافذ وأقبية السماء ، مما سيجعل السكان يشعرون بأنهم أكثر ارتباطًا بالبيئة ويمنعون مشاعر العزلة ورهاب الأماكن المغلقة. ستزن كل وحدة ما يقدر بـ 40-50 طنًا متريًا (44-55 طنًا أمريكيًا) على الأرض - والتي تصل إلى 15-19 طنًا (16.5-21 طنًا أمريكيًا) في جاذبية المريخ.
سيشمل بعض الوزن الأولي الوقود اللازم للنزول ، والذي سيتم التخلص منه أثناء الهبوط ويعني أن الموائل كانت أخف وزنا بمجرد وصولها إلى سطح المريخ. كما هو الحال مع التصميمات المماثلة ، سيتم التمييز بين كل وحدة نمطية وفقًا لوظيفتها ، حيث يعمل بعضها كمكان للنوم وبعض المرافق الترفيهية الأخرى والمساحات الخضراء والمختبرات وورش العمل وإعادة تدوير المياه ومرافق الصرف الصحي ، إلخ.
وستكون اللمسة الأخيرة بناء "محور تكنولوجي" ، وهو نفق قابل للمشي مبني فوق سطح الأرض حيث ستتمركز البطاريات والألواح الكهروضوئية والمفاعلات النووية الصغيرة. ستراعي هذه الاحتياجات الكهربائية الكبيرة للقاعدة ، والتي تشمل الطاقة اللازمة للحفاظ على المجال المغناطيسي. يمكن أن تشمل العناصر الأخرى المرائب والمستودعات لمركبات الاستكشاف ، بالإضافة إلى مرصد فلكي.
يشبه هذا الاقتراح من نواح عديدة مفهوم Solenoid Moon-base الذي قدمه Peroni على الأقل لمنتدى ومعرض AIAA للفضاء والملاحة الفضائية. في هذه المناسبة ، اقترح بيروني بناء قاعدة قمرية تتكون من قباب شفافة يتم وضعها داخل هيكل على شكل حلقي يتكون من كابلات عالية الجهد.
في كلتا الحالتين ، فإن الموائل المقترحة تدور حول ضمان احتياجات سكانها - والتي لا تشمل فقط سلامتهم الجسدية ولكن أيضًا سلامتهم النفسية. بالتطلع إلى المستقبل ، يأمل بيروني أن تعزز مقترحاته المزيد من النقاش والبحث في التحديات الخاصة لبناء قواعد خارج العالم. كما يأمل في رؤية مفاهيم أكثر ابتكارًا مصممة للتعامل معها.
"قد يشجع هذا البحث الأولي التطور المستقبلي لهذه النظريات ودراسة أعمق للموضوعات والموضوعات التي تغطيها هذه المساهمة ، لذلك ، لماذا لا تسمح في المستقبل للبشر بتحقيق حلم العيش على كوكب المريخ لفترة طويلة فترات دون وضعها تحت أقفاص معدنية ثقيلة أو كهوف صخرية داكنة.
من الواضح أن أي مستوطنات مبنية على القمر أو المريخ أو ما بعده في المستقبل يجب أن تكون مكتفية ذاتيا إلى حد كبير - تنتج طعامها ومياهها ومواد البناء الخاصة بها في الموقع. في الوقت نفسه ، ستعتمد هذه العملية وفعل الحياة اليومية اعتمادًا كبيرًا على التكنولوجيا. في الأجيال القادمة ، من المرجح أن يكون كوكب المريخ هو أرضية إثبات حيث يتم اختبار وفحص طرقنا للعيش على كوكب آخر.
قبل أن نبدأ بإرسال البشر إلى الكوكب الأحمر ، نحتاج إلى التأكد من أننا قدّمنا أفضل طرقنا إلى الأمام. وتأكد من التحقق من هذا الفيديو لقاعدة الوحدة التي يتم نشرها إلى المريخ من الفضاء ، بإذن من ماركو بيروني إنجينيريا:
