10 Key Tech Advances Vi har brug for at kolonisere Mars

Teknologien går fremad i spring og grænser, og det var bedre at fortsætte med at gøre det, hvis vi skal sende folk til at bo på Mars inden for de næste par årtier. Faktisk planlægger NASA at sende deres første bemandet mission til Mars allerede i 2030'erne. Men der er nogle få vigtige teknologier, som menneskeheden bliver nødt til at forbedre, før vi kan håbe at nå den røde planet sikkert.

10-vandsugere

På trods af den nylige opdagelse af noget flydende vand på Mars, vil fremtidige kolonister være afhængige af frosset vand fanget i jordens jord. Udvinding af vandet kan indebære fysisk at grave det op, eller det kan betyde at bruge mikrobølger til at fordampe vandet og bringe det til overfladen som en gas. Uheldigvis er der ikke blevet testet nogen store vandudvindingsanlæg på selve Mars selvom maskiner til begge dele er testet på Jorden.

Og det er absolut vigtigt at sikre, at maskinerne virker, før vi overvejer at etablere en permanent base på Mars. Det er ikke kun sådan, at kolonisterne ikke dør af dehydrering. Nogle eksperter har foreslået at bruge vandet til at levere ilt ved at adskille de hydrogen- og oxygenatomer, der udgør vandmolekyler. Hvis denne plan anvendes, og vandindsamlingsmaskinerne bryder sammen, ville kolonisatørerne være i fare for at dø af mangel på ilt. Men selvom der anvendes et alternativt system til at forsyne ilt (som f.eks. Nedbrydning af kuldioxid fra den martiske atmosfære) ville der være brug for vand til fremstilling af brændstof såvel som drikke. Et sådant vitalt udstyr skal testes i Mars 'miljø, hvilket gør det muligt at identificere fejl, før folks liv stole på det.

9Mars dragter

Mars 'miljø præsenterer nogle interessante udfordringer med mange farer, der måske ikke dræber kolonimenterne med det samme, men kan forårsage alvorlige helbredsproblemer ned ad vejen. Som sådan ville udforskning af Mars kræve specielle dragter endnu mere avancerede end de nuværende rumsække.

Til at begynde med er Mars ofte badet i dødbringende rumstråling. På jorden er vi beskyttet mod disse kosmiske stråler af atmosfæren og et magnetfelt kendt som magnetosfæren. Orbiting rumfartøjer som den internationale rumstation (ISS) er inde i magnetosfæren, så kun få astronauter har risikeret fuld eksponering for rumstråling på korte missioner ud over jordens kredsløb. En tur til Mars ville tage meget længere, hvilket gør strålingsafskærmning afgørende.

Det er særligt vanskeligt for Mars-dragter, som skal være lette nok til at bære samtidig med at der ydes tilstrækkelig beskyttelse. En kandidat kan være hydrogenerede bornitrid nanorør (BNNT). Oprindeligt udviklet til at beskytte rumfartøjer har forskere faktisk lavet BNNT'er i garn, som kunne blandes med stoffet i rumsække for at beskytte mod stråling.

Et andet problem er, at menneskekroppen har tendens til at bryde ned uden jordens tyngdekraft. Astronauter på ISS lider af muskelatrofi og kan miste op til 2 procent af deres knoglemasse pr. Måned. På ISS er dette håndterbart gennem motion, men for langsigtede missioner til Mars har forskere ved MIT udviklet Gravity Loading Countermeasure Skinsuit, som efterligner virkningerne af Jordens tyngdekraft ved forsigtigt at klemme kroppen. Dragten er skarp, så den kan bæres under større mellemrum uden for et rumfartøj eller på Mars overflade.

8Spaceships

Det siger sig selv, at at sætte en person på Mars vil være betydeligt mere udfordrende end at lande en ubemandet rover som nysgerrighed. Hidtil har vi kun styret en håndfuld korte bemandede missioner til månen, som er omkring 200 gange tættere på jorden end Mars er.

Men NASA drømmer stort med Orion rumkapslen. Designet med en mission til Mars i tankerne vil Orion forhåbentlig være i stand til langsigtet rumrejse med op til fire astronauter på en seks til ni måneders rejse til Mars.

Men Orions mission til Mars vil ikke ske før i det mindste 2030'erne. For det første planlægger NASA at teste det med missioner til månen og mindst en asteroide. Agenturet udvikler også en enorm ny raket kaldet Space Launch System til at drive Orion. De første bemandede tests er foreløbigt planlagt i 2021, selvom det nu synes sandsynligt, vil de blive forsinket indtil 2023 i det mindste.

I mellemtiden har Orion lavet sin første ubemandede flyvning i december 2014. Missionen var designet til at teste kapslen og indsamle oplysninger om strålingens virkninger. I øjeblikket vil stråling fra galaktiske kosmiske stråler forhindre mennesker i at bruge længere end 150 dage uden for jordbunden. En mission til Mars og tilbage ville tage meget længere tid end det, så det er nøglen at udvikle effektive strålingsskærme til Orion.

7Fuel

I øjeblikket er Orion et forholdsvis lille rumfartøj, men at holde astronauterne levende og sane på den måneds lange rejse til Mars vil kræve tilsætning af et meget større "habitatmodul." At drive et så stort rumfartøj helt til Mars ville kræve en stor mængde brændstof. Det brændstof ville i sig selv føje til skyttens vægt, begrænsende plads til instrumenter og kræve endnu større indsats for at komme ud af Jordens atmosfære.

En løsning ville være at finde en mere effektiv type brændstof. I øjeblikket er de fleste rumfartøjer drevet af et kemisk fremdriftssystem. Men NASA arbejder på en type fremdrivningssystem kendt som solenergi fremdrivning (SEP). Dette udnytter energi fra solen og bruger det til at accelerere xenonatomer i en udstødningsplume, der fremdriver rumfartøjet fremad. Dette system ville være langt lettere end nogen kemisk fremdrivningsmotor.

Der er dog et problem. I øjeblikket kan solarrayer ikke høste nok strøm til SEP-motorer til at give samme styrke som kemiske motorer, hvilket betyder, at et SEP-drevet fartøj ville tage længere tid at nå Mars.Dette er et stort problem for en bemandet mission, da vi allerede kæmper for at holde astronauterne levende og sane i mindst seks måneder, det ville tage for at nå Mars.

Som følge heraf har nogle eksperter foreslået, at brændstofeffektive SEP-motorer skal bruges til at transportere forsyninger og udstyr til Mars. Når de tunge forsyninger er sikkert landede, kunne astronauterne gøre en hurtigere tur på et afskalet, kemisk fremdrevet rumfartøj designet til kun at få dem der sikkert og hurtigt.

6Landingsudstyr

Selv hvis vi havde et skib, der kunne bære mennesker og forsyninger til Mars, er der stadig et uhåndterligt problem: Vi har bare ikke teknologien til at lande den sikkert. Vi kan lande rumfartøjer på Månen, hvor der i det væsentlige ikke er nogen atmosfære. Og vi kan nemt lande på Jorden, som har en meget tykkere atmosfære end Mars. Men den røde planets tynde atmosfære præsenterer unikke udfordringer, der gør landing selv lette robotprober en enorm kamp. Der er for øjeblikket ingen metode til sikkert at lande et skib, der er stort nok til at bære mennesker.

NASA har svært ved at løse problemet og tester for øjeblikket en kombination af en enorm supersonisk faldskærm og en donutformet luftbremse. En test i 2015 var ikke en succes, da faldskærmen blev revet fra hinanden, efter at den ikke havde blæst op. Testen gav dog værdifulde data, som NASA planlægger at bruge til at forbedre designet. Siden NASA's mission til Mars er forsigtigt planlagt til 2030'erne, har de masser af tid til at arbejde på problemet.

I mellemtiden planlægger det kontroversielle Mars One-projekt, der håber at etablere en privat koloni på Mars, at bruge et rumfartøj, der sænker sig selv ved hjælp af raketter og uden faldskærm. Dette har aldrig været gjort før, og eksperter har beskrevet Mars One-projektet generelt som "sindssyg."

5Green Thumbs

I den seneste filmtilpasning af Martianen, Matt Damons karakter Mark Watney er portrætteret som en genial botaniker, der er i stand til at dyrke kartofler i Marss røde jord. I virkeligheden er Watys nærmeste ækvivalent Bruce Bugbee, Utah State University forsker bag salat NASA, der for nylig voksede på ISS. Ifølge bugbee MartianenGrundbegreberne var korrekte, men filmen undervurderede vanskeligheden ved at dyrke planter på Mars.

Til at begynde med får Mars kun 60 procent af jordens sollys. Og Watys strålingsbeskyttede habitat ville have blokeret endnu mere af lyset. I virkeligheden siger Bugbee, at en gård på Mars ville have brug for en kunstig lyskilde eller et system af spejle og fiberoptik for at koncentrere sollyset Mars får.

Bugbee siger også, at det ville være yderst vanskeligt at dyrke planter i jordens jord. På passende vis er den røde planet faktisk ret rusten, for så vidt jorden er fuld af jernoxider. Denne oxiderede jord er ikke ideel til plantelivet, så martian kolonisatorer skal dyrke deres afgrøder i et system af hydroponics, ellers behandle jorden for at fjerne jernoxiderne og øge frugtbarheden.

Men takket være Bugbees og andres arbejde bør fremtidige martiner være udstyret med alt hvad de behøver for at dyrke spiselige planter på rejsen til Mars og på selve planeten. For få måneder siden blev astronaut Scott Kelly den første person til at smage salat dyrket i rummet. Tilsyneladende var det lækre.

4Builder-Bots

Vi kan ikke bare dumpe mennesker på Mars uden infrastruktur på plads og forventer, at de bygger alt de selv behøver. Alle realistiske koloniseringsplaner forestiller først at sende ubemandede skibe lastet med forsyninger, sammen med robotter til at udføre præparatet, inden mennesker kan komme frem. For eksempel kunne robotter opbygge livlige levesteder og begynde at udvinde vand fra jorden længe før det første menneske sætter mund på den røde Martian jord. Problemet er, at vi endnu ikke har bygget disse byggermotorer, og robotterne, som vi i øjeblikket kan bygge, er ret begrænsede i, hvad de kan opnå på Mars.

På nuværende tidspunkt arbejder NASA sammen med to universiteter på en humanoid robot kaldet R5. Nogle har dog stillet spørgsmålstegn ved, om en bipedal robot er den bedste måde at gå på, idet man argumenterer for, at fire ben eller helst dækbaner ville være robuste. Robots skeptikere har også argumenteret for ikke at lægge for meget pres på vores mekaniske arbejdere. I stedet hævder de, at vi bare skal gøre så meget af arbejdet som muligt på Jorden. For eksempel kunne der opbygges præbuede oppustelige hylder, hvilket sparer os for at skabe en robot for at opbygge husly fra råmaterialer. Det ville lade robotterne være fri til at fokusere på enkle opgaver, der ikke behøver problemløsende færdigheder eller fin motorstyring.

3Homes

Det er klart, at et vigtigt skridt til kolonisering af Mars vil designe specialiserede levesteder for kolonisterne. Disse levesteder skal presses til niveauer i nærheden af ​​jorden. De skal også beskytte mod støvvejr, stråling og fugtige vejrforhold. Og de bliver nødt til at være hjemlige, da fremtidige Martian-kolonister sandsynligvis vil bruge meget tid indendørs.

Og livet på Mars ville udgøre endnu mere uventede udfordringer. For eksempel virker det intuitivt, at martianske kolonister vil dyrke spiselige planter i deres levesteder. Problemet er, at planter producerer ilt, som ville bygge op i et lukket miljø, indtil luften blev giftig for mennesker, eller alting brød i flammer. Og det er svært at udlufte overflødig ilt uden også at miste værdifuld nitrogen, en vital atmosfærekomponent. Så før der er mulighed for pladsbesætninger, skal ingeniører udvikle et robust system til fjernelse af overskydende ilt under Martian-forholdene.

I sidste ende er det for tidligt at sige, hvordan et hus på Mars kan se ud. Men nogle af mulighederne er betagende. I 2015 afholdt NASA en konkurrence om at designe et marsk habitat. Den vindende indgang var et af de få til at ignorere planetens røde jord.I stedet anvendte designerne en lige så rigelig ressource, idet de foreslog en tårnhøje trekantet struktur, der helt blev bygget ud af martisk is.

2Modernitetsafdelinger

Generelt er astronauter forbudt at have seksuelle forhold under en mission. Men hvis du sender grupper af mennesker til Mars for resten af ​​deres liv, er det svært at forestille dem, at de alle forbliver permanent celibat. Og med sex på Mars kommer muligheden for graviditet på Mars. Det er helt ukendt territorium, og det er sandsynligt, at der skal træffes særlige forholdsregler for at sikre mor og barns sikkerhed.

Det store problem er som normalt stråling. Det DNA, der kontrollerer embryoudvikling, er yderst modtagelig for strålingsskader. Som følge heraf ville et barn, der blev opfattet på rejsen til Mars, næsten være sterilt og ville udgøre en høj risiko for mental retardation eller fødselsdefekter. På Mars selv ville situationen være mere håndterbar, men det ville helt sikkert være nødvendigt at træffe ekstra forholdsregler for at beskytte forventede mødre mod stråling. Det er endda blevet antydet, at kolonister bør etablere et levested i et krater på Marsmånen Phobos, hvor nogle kratervægge blokerer 90 procent af kosmisk stråling.

Det er også klart, at et barn opvokset på Mars kan udvikle sig på forskellige måder fra en opvokst på Jorden. I et af de få forsøg på emnet blev gravide rotter sendt i rummet og derefter vendt tilbage til jorden for at føde. De nye baby rotter havde ikke en ordentlig følelse af op og ned på grund af deres udvikling i null tyngdekraften. Men effekten forsvandt efter et par dage, hvilket viser, at rumbørn kan tilpasse sig til normal tyngdekraft.

Med alt det, kan rumgraviditet måske ikke være et så presserende spørgsmål. Forsker Joe Tash har foreslået, at lange perioder brugt i lav tyngdekraften kunne skade både mandlige og kvindelige reproduktive systemer. Hvis dette er tilfældet, ville en lang rejse til Mars gøre de første marchere "reproduktivt kompromitteret".

1A vej hjem

Mars One-projektet foreslår at sende kolonister på en envejsrejse til Mars, uden planer om en tilbagevenden til Jorden. Det er sandsynligvis det bedste, da en rapport fra MIT forudsiger, at Mars One-kolonisterne vil dø næsten øjeblikkeligt. Og mens du køber en envejsbillet til Mars, kan det lyde romantisk, og fangstfolk i rummet er nok ikke den bedste måde at gå på at kolonisere solsystemet.

Heldigvis planlægger NASA for sin Mars mission at inkludere en returflyvning. Selvfølgelig udgør dette en enorm teknisk udfordring. Uventet er rejsen tilbage til Jorden den forholdsvis let del - et rumskib kaldet Earth Return Vehicle vil forblive i kredsløb omkring Mars, indtil det er på tide at transportere astronauterne hjem. Vanskeligheden er at få astronauterne til jordens returkøretøj. At skubbe igennem den martianske atmosfære og i kredsløb kræver en enorm mængde drivmiddel, hvilket ville tage mange år at producere.

NASAs løsning er et rumskib kendt som Mars Ascent Vehicle (MAV), som sendes til Mars år før astronauterne. Når den lander, begynder MAV'en automatisk at udvinde kuldioxid fra atmosfæren og omdanne den til brændstof. Det vil nok tage cirka to år for MAV at udfylde sine brændstoftanke, og astronauterne vil ikke forlade jorden, indtil NASA får bekræftelse på, at der er produceret nok brændstof til at få dem hjem igen. Som følge heraf skal MAV'en være hård nok til at overleve det ufrivillige martianske landskab i op til fire år. NASA forventer, at det er den tungeste genstand, de skal lande på Mars, for missionen skal være en succes. Men det vil være værd at sørge for, at de første martians har en vej hjem.