Gagasan menjelajahi dan menjajah Mars tidak pernah lebih hidup dari sekarang. Dalam dua dekade mendatang, ada beberapa rencana untuk mengirim misi kru ke Planet Merah, dan bahkan beberapa rencana yang sangat ambisius untuk mulai membangun pemukiman permanen di sana. Terlepas dari antusiasme, ada banyak tantangan signifikan yang perlu diatasi sebelum upaya seperti itu dapat dilakukan.
Tantangan-tantangan ini - yang mencakup efek gravitasi rendah pada tubuh manusia, radiasi, dan jumlah psikologis karena jauh dari Bumi - menjadi semakin jelas ketika berhadapan dengan pangkalan permanen. Untuk mengatasinya, insinyur sipil Marco Peroni menawarkan proposal untuk pangkalan Mars modular (dan pesawat ruang angkasa untuk mengirimkannya) yang akan memungkinkan kolonisasi Mars sambil melindungi penduduknya dengan perisai radiasi buatan.
Peroni mempresentasikan proposal ini di 2018 American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) SPACE dan Astronautics Forum and Exposition, yang berlangsung dari 17-19 September di Orlando, Florida. Presentasi adalah salah satu dari beberapa yang berlangsung pada hari Rabu, 19 September, dengan tema "Arsitektur Misi Mars".
Sederhananya, gagasan menjajah Mars (atau di mana pun di Tata Surya) menghadirkan banyak tantangan - baik fisik maupun psikologis. Dalam kasus Planet Merah, ini termasuk atmosfernya yang tipis dan tidak dapat digantung, lingkungannya yang sangat dingin, dan fakta bahwa ia tidak memiliki medan magnet. Ini adalah item terakhir yang sangat menantang karena setiap penjajah masa depan perlu dilindungi dari sejumlah besar radiasi.
Singkatnya, jumlah rata-rata radiasi yang terpapar pada manusia di Bumi adalah sekitar 3,6 miliSieverts (mSv) per tahun, yang berkat atmosfer padat Bumi dan medan magnet pelindung. Secara alami, ini berarti bahwa astronot dan orang-orang yang menjelajah di luar Bumi terkena radiasi matahari dan kosmik yang secara drastis lebih tinggi.
Untuk memastikan kesehatan dan keselamatan astronot, NASA telah menetapkan batas atas 500 mSv per tahun atau 2000 hingga 4000 mSv (tergantung pada usia dan jenis kelamin) selama masa hidup seorang astronot. Namun, Peroni memperkirakan bahwa tergantung pada berapa lama mereka menghabiskan waktu di dalam ruangan, jumlah rata-rata radiasi yang dipaparkan pemukim Mars adalah sekitar 740 mSv per tahun. Seperti yang dijelaskan Peroni kepada Space Magazine melalui email:
“Jumlah material untuk pelindung yang efektif mungkin jauh melampaui apa yang praktis untuk sebagian besar aplikasi luar angkasa. Dinding aluminium ISS, misalnya, sekitar 7 mm tebal dan efektif dalam LEO, tetapi tidak mungkin bahwa perisai seperti itu akan cukup di ruang antarplanet, di mana mereka bahkan dapat meningkatkan dosis yang diserap kecuali secara substansial menebal. "
Untuk mengatasi ancaman ini, proposal sebelumnya telah merekomendasikan pangkalan bangunan dengan lapisan tanah Mars yang tebal - dalam beberapa kasus, mengandalkan sintering dan pencetakan 3D untuk membuat dinding luar keramik yang keras - dan tempat penampungan darurat jika terjadi badai matahari. Usulan lain telah menyarankan membangun pangkalan di tabung lava stabil untuk memberikan perisai alami. Tetapi seperti yang ditunjukkan Peroni, ini menghadirkan bagian bahayanya sendiri.
Ini termasuk jumlah bahan yang dibutuhkan untuk membuat dinding pelindung yang efektif dan ancaman claustrophobia. Seperti yang dia jelaskan:
“Sebuah penelitian NASA menemukan bahwa stasiun ruang angkasa besar atau habitat membutuhkan perlindungan 4 t / m2 martian regolith (mengingat kepadatannya antara 1.000 kg / m3 di permukaan hingga 2.000 kg / m3 pada kedalaman beberapa cm, ini sesuai dengan ketebalan 2 m, atau kurang jika bahan dipadatkan [dengan] disinter oleh laser), untuk mencapai tingkat dosis efektif 2,5 mSv / tahun ...
“Tempat penampungan bawah tanah dapat juga digunakan sebagai tempat tidur dan untuk semua kegiatan di mana tidak perlu melihat ke luar (seperti menonton video atau menikmati hiburan lainnya), tetapi hidup selalu dalam struktur bawah tanah dapat membahayakan kesehatan psikologis. dari penjajah (claustrophobia), menurun juga kemampuan mereka untuk menilai jarak ketika di luar pos (kesulitan dalam melakukan tugas-tugas EVA) dan mungkin sangat buruk jika salah satu kegiatan pos adalah wisata ruang. Masalah lain adalah pembangunan rumah kaca, yang seharusnya memungkinkan cahaya dari Matahari masuk untuk memberi daya pada mekanisme biologis tanaman. "
Sebagai alternatif, Peroni menyarankan desain untuk pangkalan yang akan memberikan perisai sendiri sambil memaksimalkan akses ke lanskap Mars. Pangkalan ini akan diangkut ke Mars di atas kapal dengan inti berbentuk bola (berdiameter sekitar 300 meter (984 kaki)) di sekitar tempat modul dasar heksagonal akan disusun. Bergantian, Peroni dan rekan-rekannya merekomendasikan untuk membuat inti silinder untuk menampung modul.
Pesawat ruang angkasa ini akan mengangkut modul dan penduduk dari Bumi (atau orbit cis-lunar) dan akan dilindungi oleh jenis pelindung magnet buatan yang sama yang digunakan untuk melindungi koloni. Ini akan dihasilkan oleh serangkaian kabel listrik yang akan membungkus struktur kapal. Selama perjalanan, pesawat ruang angkasa juga akan berputar di sekitar poros pusatnya pada kecepatan 1,5 putaran per menit untuk menghasilkan gaya gravitasi sekitar 0,8 g.
Ini akan memastikan bahwa para astronot tiba di orbit di sekitar Mars tanpa menderita efek degeneratif dari paparan gravitasi mikro - yang meliputi hilangnya kepadatan otot dan tulang, penglihatan yang terganggu, penurunan sistem kekebalan, dan fungsi organ. Seperti yang dijelaskan Peroni:
“Pada batas“ sphere traveling ”akan ada sistem propulsi yang diperlukan untuk pelayaran dan rotasi kontemporer dari kapal ruang angkasa, untuk menghasilkan gravitasi buatan selama perjalanan pulang pergi. Pesawat ruang angkasa ini telah dikembangkan untuk mengintegrasikan elemen-elemen penahan beban kapal dengan struktur modul yang lebih baik. Struktur bantalan bola, yang membentuk badan kapal, dibentuk oleh diagrid heksagonal dan pentagonal dan oleh karena itu lebih mudah untuk menghubungkan dan menggabungkan modul-modul, yang memiliki bentuk serupa. "
Begitu berada di orbit Mars, bola-kapal akan berhenti berputar untuk memungkinkan setiap elemen untuk melepaskan dan mulai turun ke permukaan Mars, menggunakan sistem parasut, pendorong dan hambatan udara untuk memperlambat dan mendarat. Setiap modul akan dilengkapi dengan empat kaki bermotor yang memungkinkan mereka untuk bergerak di permukaan dan terhubung dengan modul tempat tinggal lainnya begitu mereka tiba.
Secara bertahap, modul akan mengatur diri mereka dalam konfigurasi bola di bawah alat berbentuk toroid. Sama seperti yang melindungi pesawat ruang angkasa, peralatan ini akan terbuat dari kabel listrik tegangan tinggi yang menghasilkan medan elektromagnetik untuk melindungi modul dari radiasi kosmik dan matahari. Sebuah pesawat ruang angkasa (seperti BFR yang diusulkan SpaceX) juga bisa berangkat dari inti pusat kapal, mengangkut para pemukim masa depan ke planet ini.
Untuk menentukan efektivitas konsep mereka, Peroni dan rekan-rekannya melakukan perhitungan numerik dan eksperimen laboratorium menggunakan model skala (ditunjukkan di bawah). Dari ini, mereka menentukan bahwa peralatan itu mampu menghasilkan medan magnet eksternal 4/5 Tesla, yang cukup untuk menjaga penduduk aman dari sinar kosmik berbahaya.
Pada saat yang sama, peralatan menghasilkan medan magnet yang hampir nol di dalam peralatan, yang berarti tidak akan membuat penduduk terkena radiasi elektromagnetik apa pun - dan karenanya tidak membahayakan mereka. Setiap modul, sesuai dengan proposal Peroni, akan berbentuk segi enam, berdiameter 20 m (65,6 kaki), dan akan memiliki cukup ruang vertikal di dalamnya untuk membentuk ruang yang layak huni.
Setiap modul akan terangkat sekitar 5 m (16,5 kaki) di atas tanah (menggunakan kaki bermotornya) untuk memungkinkan angin Mars mengalir selama badai pasir dan mencegah akumulasi pasir di sekitar modul. Ini akan memastikan bahwa tampilan dari dalam modul, komponen utama untuk desain Peroni, tidak akan terhalang.
Faktanya, proposal Peroni menyerukan agar pangkalan terbuka sebanyak mungkin ke lanskap sekitarnya melalui jendela dan kubah langit, yang akan membuat penghuni merasa lebih dekat dengan lingkungan dan mencegah perasaan terisolasi dan claustrophobia. Setiap modul diperkirakan memiliki bobot 40-50 metrik ton (44-55 US ton) di Bumi - yang menghasilkan 15-19 ton (16,5-21 ton AS) dalam gravitasi Mars.
Beberapa bobot awal akan termasuk bahan bakar yang dibutuhkan untuk turun, yang akan ditumpahkan selama turun dan berarti habitat itu bahkan lebih ringan begitu mereka mencapai permukaan Mars. Seperti halnya desain yang serupa, setiap modul akan dibedakan sesuai fungsinya, dengan beberapa berfungsi sebagai tempat tidur dan fasilitas rekreasi lainnya, ruang hijau, laboratorium, bengkel, daur ulang air, dan fasilitas sanitasi, dll.
Sentuhan terakhir adalah pembangunan "sumbu teknologi", sebuah terowongan walkable yang dibangun di atas tanah tempat baterai, panel fotovoltaik, dan reaktor nuklir kecil akan ditempatkan. Ini akan memenuhi kebutuhan listrik dasar yang besar, yang meliputi daya yang diperlukan untuk mempertahankan medan magnet. Elemen-elemen lain dapat mencakup garasi dan gudang untuk kendaraan eksplorasi, serta observatorium astronomi.
Proposal ini mirip dalam banyak hal dengan konsep dasar-Bulan Solenoid yang disajikan Peroni setidaknya AIAA Space and Astronautics Forum and Exposition. Pada kesempatan ini, Peroni mengusulkan untuk membangun pangkalan bulan yang terdiri dari kubah transparan yang akan dimasukkan ke dalam struktur berbentuk toroid yang terdiri dari kabel tegangan tinggi.
Dalam kedua kasus tersebut, habitat yang diusulkan adalah tentang memastikan kebutuhan penghuninya - yang mencakup tidak hanya keselamatan fisik mereka tetapi juga kesejahteraan psikologis mereka. Melihat ke masa depan, Peroni berharap bahwa usulannya akan mendorong lebih banyak diskusi dan penelitian tentang tantangan khusus dalam membangun pangkalan-pangkalan dunia. Dia juga berharap untuk melihat konsep-konsep inovatif yang dirancang untuk mengatasi ini.
"Penelitian pendahuluan ini dapat mendorong pengembangan teori-teori ini di masa depan dan studi yang lebih mendalam tentang tema dan topik yang tercakup dalam kontribusi ini, bahwa, mengapa tidak, di masa depan akan [memungkinkan] manusia untuk mewujudkan impian hidup di Mars untuk waktu yang lama periode tanpa ditutup di bawah sangkar logam berat atau gua-gua batu gelap, "katanya.
Jelas bahwa setiap pemukiman yang dibangun di Bulan, Mars, atau lebih di masa depan harus sebagian besar mandiri - menghasilkan makanan, air, dan bahan bangunan mereka sendiri di tempat. Pada saat yang sama, proses dan tindakan hidup sehari-hari ini akan sangat bergantung pada teknologi. Dalam generasi mendatang, Mars kemungkinan akan menjadi dasar pembuktian di mana metode kita untuk hidup di planet lain diuji dan diperiksa.
Sebelum kita mulai mengirim manusia ke Planet Merah, kita perlu memastikan bahwa kita mengedepankan metode terbaik kita. Dan pastikan untuk melihat video dari pangkalan modul ini yang dikerahkan ke Mars dari luar angkasa, milik Marco Peroni Ingegneria:
