10 klíčových technických pokroků Potřebujeme kolonizovat Mars

Technologie postupuje mílovými kroky a mělo by to lépe pokračovat, kdybychom v následujících několika desetiletích poslali lidi na Mars. Ve skutečnosti plánuje NASA vyslat svou první posádkovou misi na Mars již ve třicátých letech. Existuje však několik klíčových technologií, které se lidstvo bude muset vylepšit dříve, než budeme moci bezpečně dosáhnout na červenou planetu.

10Water Extraktory

Navzdory nedávnému objevu nějaké kapalné vody na Marsu budou budoucí kolonizátoři závislí na zmrzlé vodě uvíznuté v marťanské půdě. Vytahování této vody by mohlo zahrnovat fyzické vykopávání nebo může znamenat použití mikrovlny k odpaření vody a přivedení na povrch jako plyn. Bohužel, zatímco stroje, které mají být testovány na Zemi, nebyly na Marsu testovány žádné velkoplošné odlučovače vody.

A je rozhodně důležité zajistit, aby stroj fungoval předtím, než zvážíme vytvoření trvalé základny na Marsu. Není to jen proto, aby kolonizátoři nezemřeli na dehydrataci. Někteří odborníci navrhli použití vody k dodávce kyslíku oddělením vodíku a atomů kyslíku, které tvoří molekuly vody. Pokud se tento plán použije a strojní zařízení pro sběr vody se rozpadne, kolonizátoři by byli ohroženi smrtí z nedostatku kyslíku. Ale i když se použije alternativní systém zásobování kyslíkem (jako je rozbití oxidu uhličitého z atmosféry Marsu), voda by byla potřebná k výrobě paliva i pití. Takové životně důležité zařízení by mělo být testováno v prostředí Marsu, což by umožnilo identifikovat nedostatky před tím, než se lidské životy spoléhají na ně.

9Mars obleky

Prostředí Marsu představuje některé zajímavé výzvy s množstvím nebezpečí, které by okamžitě nezničily kolonizátory, ale mohly způsobit vážné zdravotní problémy po silnici. Jako takové by zkoumání Marsu vyžadovalo speciální obleky, které by byly dokonce ještě pokročilejší než současné kosmické sady.

Pro začátečníky je Mars často okouzlený smrtícím vesmírným zářením. Na Zemi jsme chráněni před kosmickými paprsky atmosférou a magnetickým polem známým jako magnetosféra. Oběžné dráhy, jako je Mezinárodní kosmická stanice (ISS), jsou uvnitř magnetosféry, takže jen několik astronautů riskovalo úplné vystavení kosmického záření krátkým misím za nízkou oběžnou dráhou Země. Výlet na Mars by trvalo mnohem déle, což by znamenalo, že záření je životně důležité.

To je obzvláště komplikované pro obleky Marsu, které musí být dostatečně lehké na opotřebení a současně poskytují odpovídající ochranu. Jedním kandidátem mohou být hydrogenované nanotrubice nitridu bóru (BNNT). Původně vyvinuté k ochraně kosmických lodí, vědci skutečně vyrobili BNNT do příze, která by mohla být smíchána s textiliemi kosmických předmětů, aby byla zajištěna ochrana před zářením.

Dalším problémem je to, že lidské tělo má sklon k rozpadu bez tlaku gravitace Země. Astronauti na ISS trpí svalovou atrofií a mohou ztratit až 2% své kostní hmoty za měsíc. Na ISS je to zvládnutelné díky cvičení, ale při dlouhodobých misích na Marsu vyvinuli vědci z MIT Gravity Loading Countermeasure Skinsuit, který napodobuje účinky gravitace Země jemným stisknutím těla. Oblek je odolný vůči povětrnostním vlivům, který dovoluje, aby se nosil pod většími kosmyslovými předměty mimo kosmickou loď nebo na povrchu Marsu.

8Spasová místa

Je samozřejmé, že uvedení člověka na Mars bude mnohem náročnější než přistání bezpilotního roveru jako zvědavost. Zatím se nám podařilo jen několik krátkých posádky na Měsíci, které jsou asi 200 krát blíže k Zemi než na Marsu.

Ale NASA se s veselou kapslí Orion snuje velká. Navržený s úmyslem na Mars v mysli, Orion bude doufat, že bude schopen dlouhodobého vesmírného cestování, který nese až čtyři astronauty na šesti až devítiměsíční cestě na Mars.

Nicméně, Orionova mise na Marsu se nestane přinejmenším ve třicátých letech 20. století. Nejprve plánuje NASA otestovat s posádkami na Měsíci a alespoň jedním asteroidem. Agentura také vyvíjí obrovskou novou raketu nazvanou systém Space Launch, který propojí Orion. První testy s posádkou jsou předběžně naplánovány na rok 2021, i když se zdá, že budou pravděpodobně zpožděny nejméně do roku 2023.

Mezitím uskutečnil první bezpilotní let Orion v prosinci 2014. Mise byla navržena tak, aby testovala kapsli a shromažďovala informace o účincích radiace. V současné době by záření z galaktických kosmických paprsků zabránilo lidem, aby strávili déle než 150 dnů mimo oběžnou dráhu s nízkou oběžnou dráhou. Poslání na Mars a zpět by trvalo mnohem déle než to, takže vyvíjení účinných radiačních štítů pro Orion bude klíčové.

7Palivo

V současné době je Orion poměrně malá kosmická loď, ale udržení astronautů živých a zdravých na měsíční cestě na Mars bude vyžadovat přidání mnohem většího modulu "habitatů". Propouštění takové velké kosmické lodi po celou cestu na Mars by vyžadovalo obrovské množství paliva. Toto palivo samo o sobě zvýší váhu raketoplánu, omezuje prostor pro nástroje a vyžaduje ještě větší úsilí, aby se dostala ven ze zemské atmosféry.

Jedním z řešení by bylo najít účinnější druh paliva. V současné době je většina kosmických lodí napájena systémem chemického pohonu. Nicméně, NASA pracuje na typu pohonného systému známého jako solární elektrický pohon (SEP). Toto využívá energii ze Slunce a využívá ji k urychlení atomů xenonu do výfukového dýmu, který pohání kosmickou loď dopředu. Tento systém by byl daleko lehčí než kterýkoliv jiný chemický pohon.

Existuje však problém. V současné době sluneční pole prostě nemohou sklízet dostatek energie pro motory SEP, aby poskytly stejný tlak jako chemické motory, což znamená, že plavidlo se systémem SEP bude trvat déle, než se dostane na Mars.To je velký problém pro posádku s posádkou, protože už se snažíme udržet astronautů živých a zdravých po dobu minimálně šesti měsíců, která by trvala na dosažení Marsu.

V důsledku toho někteří odborníci navrhli, aby se pohonné hmoty SEP využívající paliva využily k přepravě zásob a vybavení na Mars. Jakmile se těžké dodávky bezpečně přistálo, astronauti by mohli urychleně vyrazit na zbývající chemicky poháněnou kosmickou loď určenou k tomu, aby je tam dostala bezpečně a rychle.

6Přístroje pro leštění

Dokonce i kdybychom měli loď, která by mohla přenášet lidi a zásoby na Mars, stále existuje nesnesitelný problém: prostě nemáme technologii, která by ji bezpečně přistála. Můstky můžeme přistát na Měsíci, kde není v podstatě žádná atmosféra. A můžeme snadno přistát na Zemi, která má mnohem silnější atmosféru než Mars. Ale tenká atmosféra červené planety představuje jedinečné výzvy, které dělají přistání dokonce i lehkých robotických sond obrovský boj. V současné době neexistuje žádný způsob, jak bezpečně přistát loď dostatečně velká, aby mohla přenášet lidi.

NASA tvrdě pracuje na tomto problému a v současné době testuje kombinaci obrovského nadzvukového padáku a vzduchové brzdy ve tvaru koblihy. Zkušební test v roce 2015 nebyl úspěšný, protože padák byl po neúspěšném nafouknutí rozdělen. Test však poskytl cenné údaje, které plánuje NASA využít ke zlepšení návrhu. Jelikož mise NASA na Marsu je předběžně plánována na třicátých lét, mají dostatek času na to, aby se na problém zabývali.

Mezitím, kontroverzní projekt Mars One, který doufá, že založí soukromou kolonii na Marsu, plánuje použít kosmickou loď, která se sama zpomalí pomocí raket a bez padáku. To se ještě nikdy nestalo a odborníci popsali projekt Mars One jako "šílený".

5 zelené palec

V nedávné adaptaci filmu Marťan, Matt Damon charakter Mark Watney je zobrazen jako geniální botanik, schopný růst brambor v červené půdě Marsu. V reálném životě je nejbližším ekvivalentem Watneyho Bruce Bugbee, vědec z Utahské státní univerzity za salátkem NASA, který nedávno rostl na ISS. Podle Bugbee, MarťanZákladní pojmy byly správné, ale film podceňoval potíže s rostoucími rostlinami na Marsu.

Pro začátek, Mars dostane jen 60 procent slunečního světla Země. A Watneyův radiační štít by zablokoval ještě více světla. V reálném životě říká Bugbee, že farma na Marsu potřebuje umělý světelný zdroj nebo systém zrcadel a optických vláken, aby soustředil sluneční světlo, které Mars dostává.

Bugbee také říká, že by bylo nesmírně obtížné pěstovat rostliny na marťanské půdě. Červená planeta je vlastně docela hrdlivá, pokud je půda plná oxidů železa. Tato oxidovaná půda není ideální pro život rostlin, takže by marťanští kolonizátoři museli pěstovat své plodiny v systému hydroponie nebo jiným způsobem zacházet s půdou, aby odstranily oxidy železa a zvýšily plodnost.

Ale díky práci Bugbee a dalších budoucích Marťané by měli být vybaveni všemi, co potřebují k pěstování jedlých rostlin na cestě na Mars a na samotnou planetu. Jen před několika měsíci se astronaut Scott Kelly stal prvním člověkem, který ochutnal šalát pěstovaný ve vesmíru. Zdálo se, že to bylo výborné.

4Builder-Bots

Nemůžeme jen vyvrhnout lidi na Marsu bez infrastruktury na místě a očekávat, že budou stavět vše, co potřebují samy. Všechny realistické kolonizační plány představují nejprve posílání bezpilotních lodí naložených zásobami, spolu s roboty, aby provedli přípravnou práci předtím, než lidé dorazí. Například roboti by mohli postavit obydlí, které by se nacházely naživu, a začít vybírat vodu z půdy dlouho předtím, než první člověk položí nohu na červenou marťanskou půdu. Problém je v tom, že jsme zatím nevybudují tyto roboty robotů a roboty, které můžeme v současné době stavět, jsou poměrně omezené v tom, co mohou na Marsu dosáhnout.

V současné době spolupracuje NASA ve spolupráci s dvěma univerzitami na humanoidním robotovi, který byl nazván R5. Někteří se ovšem dotazovali, zda je nejlepším způsobem, jak robotní robot robotů biped, a tvrdil, že čtyři nohy nebo nejlépe běhoun pneumatiky by byly silnější. Roboti skeptici také argumentovali proti přílišnému tlaku na naše mechanické pracovníky. Místo toho tvrdí, že bychom měli prostě udělat co nejvíce práce na Zemi. Mohli bychom například sestavit předem postavené nafukovací úkryty, což by nám ušetřilo problémy s vytvořením robota, který by vytvořil přístřešek ze surovin. To by bomby umožnilo volně se soustředit na jednoduché úkoly, které by nepotřebovaly dovednosti pro řešení problémů nebo jemnou kontrolu motoru.

3Homes

Je zřejmé, že klíčovým krokem k kolonizaci Marsu bude navržení specializovaných stanovišť pro kolonisty. Tyto přírodní stanoviště budou muset být natlakovány na úroveň blízko Země. Budou také potřebovat ochranu před prachovými bouřemi, zářením a chladnými povětrnostními podmínkami. A budou muset být doma, protože budoucí marťanští kolonisté pravděpodobně budou trávit hodně času v domě.

A život na Marsu by představoval ještě nečekané výzvy. Například se zdá intuitivní, že marťanští kolonisté budou v jejich stanovištích pěstovat jedlé rostliny. Problémem je, že rostliny produkují kyslík, který by se vytvořil v zapečetěném prostředí, dokud se vzduch nestane toxickým pro člověka nebo se vše nevybuchne plamenům. A je obtížné odvzdušnit přebytečný kyslík bez ztráty drahého dusíku, životně důležitého složení atmosféry. Takže předtím, než budou vesmírné farmy možné, budou muset inženýři vyvinout robustní systém pro odstraňování přebytečného kyslíku v podmínkách Marsu.

Nakonec je příliš brzy říct, jak vypadá dům na Marsu. Ale některé z možností jsou úchvatné. V roce 2015 uspořádala NASA soutěž o vytvoření marťanského prostředí. Vítězný vstup byl jedním z mála, kteří ignorovali červenou půdu planety.Místo toho návrháři použili stejně bohatý zdroj a navrhli vyvýšenou trojúhelníkovou konstrukci postavenou zcela z ledového ledu.

2Střídové oddělení

Obecně platí, že kosmonautům je zakázáno mít sexuální vztahy na misi. Ale pokud posíláte skupiny lidí na Mars po zbytek svého života, je těžké si je představit, že všichni zůstanou trvale celibát. A se sexem na Marsu přichází možnost těhotenství na Marsu. To je úplně nezmapované území a je pravděpodobné, že je třeba přijmout zvláštní opatření, která zajistí bezpečnost matky a dítěte.

Velkým problémem, jako obvykle, je záření. DNA, která kontroluje vývoj embryí, je extrémně náchylná na radiační poškození. Výsledkem je, že dítě, které bylo na cestě na Mars vytvořeno, bude téměř jistě sterilní a bude mít vysoké riziko mentální retardace nebo vrozených vad. Na samotném Marsu by situace byla mnohem zvládnutelnější, ale jistě by bylo nutno přijmout další opatření, která by chránila matky před radiací. Bylo dokonce navrženo, aby kolonisté založili stanoviště v kráteru na měsíci Marsu Phobos, kde některé stěny kráteru zablokují 90 procent kosmického záření.

Je také zřejmé, že dítě vychované na Marsu by se mohlo vyvíjet různými způsoby, než jeden zvednutý na Zemi. V jednom z mála experimentů na toto téma byly těhotné krysy poslány do vesmíru a pak se vrátily na Zem, aby porodily. Nové kojenecké potkany neměly kvůli vývoji v nulové gravitaci náležitý pocit vzhůru a dolů. Ovšem tento efekt zmizel po několika dnech, což ukazuje, že vesmírné děti se mohou přizpůsobit normální hmotnosti.

Se všemi uvedenými skutečnostmi nemusí vesmírné těhotenství vůbec být tak naléhavým problémem. Vědecký pracovník Joe Tash naznačil, že dlouhá doba strávená v nízké gravitaci může vážně poškodit reprodukční systémy mužského i ženského pohlaví. Pokud tomu tak je, dlouhá cesta na Mars by způsobila, že první marťané budou "reproduktivně ohroženi".

1A Way Home

Projekt Mars One navrhuje vyslat kolonisty na jednosměrný výlet na Mars bez plánů návratu na Zemi. Což je pravděpodobně nejlepší, protože zpráva od MIT předpovídá, že kolonisté Marsu jedna zemřou téměř okamžitě. A když si koupíte jednosměrnou lístek na Mars, může to znít romanticky a lidé ve vesmíru pravděpodobně nejsou nejlepší cestou k kolonizaci sluneční soustavy.

Naštěstí NASA plánuje na svou misi Mars zahrnout zpáteční cestu. Samozřejmě to představuje obrovskou technickou výzvu. Nečekaně je cesta zpět na Zem poměrně snadnou částí - kosmická loď s názvem Earth Return Vehicle zůstane na oběžné dráze kolem Marsu, dokud není čas dopravit astronauty domů. Obtíž je dostat astronauty na Earth Return Vehicle. Pohybovat se přes Marťanskou atmosféru a na oběžnou dráhu vyžaduje obrovské množství hnací látky, což by trvalo několik let.

Řešení NASA je kosmická loď známá jako Mars Ascent Vehicle (MAV), která bude odeslána na Marsu let před astronautem. Jakmile přistane, MAV začne automaticky extrahovat oxid uhličitý z atmosféry a přeměnit ho na palivo. Pravděpodobně bude trvat asi dva roky, než MAV naplní své palivové nádrže a astronauti nezanechá Zemi, dokud NASA nedostane potvrzení, že bylo vyrobeno dostatečné množství paliva, aby se dostali domů znovu. Výsledkem je, že MAV musí být dost odolný, aby přežil nehostinnou krajinu Marsu po dobu až čtyř let. NASA očekává, že bude nejtěžším objektem, který bude muset přistát na Marsu, aby mise mohla být úspěšná. Ale stojí za to, aby se ujistilo, že první marťané mají cestu domů.