10 viktige teknologiske fremskritt Vi må kolonisere Mars

Teknologien utvikler seg ved hopp og det har vært bedre å fortsette å gjøre det hvis vi skal sende folk til å bo på Mars i løpet av de neste tiårene. Faktisk planlegger NASA å sende sitt første bemannede oppdrag til Mars allerede i 2030-årene. Men det er noen få viktige teknologiske deler som menneskeheten må forbedre før vi kan håpe å nå den røde planeten trygt.

10 Vannutsugere

Til tross for den nylige oppdagelsen av noe flytende vann på Mars, vil fremtidige kolonisatorer være avhengige av frosset vann fanget i jordens jord. Ekstrahering av vann kan innebære fysisk å grave det opp, eller det kan bety at du bruker mikrobølger for å fordampe vannet og bringe det til overflaten som en gass. Dessverre, mens maskiner til å gjøre begge deler har blitt testet på Jorden, har ingen store vannavtrekkere ennå blitt testet på Mars selv.

Og det er definitivt viktig å sørge for at maskineri fungerer før vi vurderer å etablere en fast base på Mars. Det er ikke bare slik at kolonisatørene ikke dør av dehydrering. Noen eksperter har antydet å bruke vannet til å tilveiebringe oksygen ved å skille hydrogen og oksygenatomer som utgjør vannmolekyler. Hvis den planen blir brukt og vanninnsamlingsmaskinen bryter ned, vil kolonisatørene være i fare for å dø av mangel på oksygen. Men selv om et alternativt oksygenforsyningssystem benyttes (for eksempel å kutte karbondioksid fra Martians atmosfæren), ville det være behov for vann for å lage både brensel og drikke. Et slikt vitalt utstyr bør testes i Mars 'miljø, slik at feil kan identifiseres før folks liv stole på det.

9Mars drakter

Mars 'miljø presenterer noen interessante utfordringer, med mange farer som ikke kan drepe kolonisatorer med en gang, men kan forårsake alvorlige helseproblemer nedover veien. Som å utforske Mars ville det kreve spesielle drakter enda mer avanserte enn dagens romvesker.

For det første blir Mars ofte badet i dødelig romstråling. På jorden er vi beskyttet mot disse kosmiske strålene av atmosfæren og et magnetfelt kjent som magnetosfæren. Kryssende romfartøy som den internasjonale romstasjonen (ISS) befinner seg inne i magnetosfæren, så bare noen få astronauter har risikert full eksponering for romstråling på korte oppdrag utover lav-jord bane. En tur til Mars vil ta mye lengre tid, noe som gjør strålingsskjerming avgjørende.

Det er spesielt vanskelig for Mars-drakter, som må være lette nok til å ha på seg samtidig som de gir tilstrekkelig beskyttelse. En kandidat kan være hydrogenert bonnitrid nanorør (BNNT). Originalt utviklet for å beskytte romfartøy, har forskere faktisk gjort BNNTs i garn, som kan blandes med stoffet i spaceuits for å gi beskyttelse mot stråling.

Et annet problem er at menneskekroppen har en tendens til å bryte ned uten presset av jordens tyngdekraft. Astronautene på ISS lider av muskelatrofi og kan miste opptil 2 prosent av sin benmasse per måned. På ISS er dette håndterbart gjennom trening, men for langsiktige oppdrag til Mars har forskere ved MIT utviklet Gravity Loading Countermeasure Skinsuit, som etterligner virkningen av jordens tyngdekraft ved forsiktig å klemme kroppen. Klærne er skinnete, slik at den kan brukes under større mellomrom mens de er utenfor et romfartøy eller på overflaten av Mars.

8Spaceships

Det står selvsagt at å sette en person på Mars vil være betydelig mer utfordrende enn å lande en ubemannet rover som nysgjerrighet. Så langt har vi bare klart en håndfull korte bemannede oppdrag til månen, som er rundt 200 ganger nærmere jorden enn Mars er.

Men NASA drømmer stort med Orion romkapsel. Designet med et oppdrag til Mars i tankene, vil Orion forhåpentligvis være i stand til langsiktig rymdreise, med opptil fire astronauter på en seks til ni måneders reise til Mars.

Imidlertid vil Orions oppdrag til Mars ikke skje før minst 2030-årene. Først planlegger NASA å teste det med oppdrag til månen og minst en asteroide. Byrået utvikler også et stort nytt rakett kalt Space Launch System for å drive Orion. De første bemannede testene er foreløpig planlagt i 2021, selv om det nå synes sannsynlig at de vil bli forsinket til 2023 i det minste.

I mellomtiden har Orion gjort sin første ubemannede flytur i desember 2014. Oppdraget ble utformet for å teste kapselen og samle informasjon om strålens virkninger. For øyeblikket vil stråling fra galaktiske kosmiske stråler hindre at mennesker bruker mer enn 150 dager utenfor jordbanen. Et oppdrag til Mars og tilbake ville ta mye lengre tid enn det, så utviklingen av effektive strålingsskjold for Orion vil være nøkkelen.

7Fuel

For øyeblikket er Orion et relativt lite romfartøy, men å holde astronautene levende og sømne på den måneds lange reisen til Mars vil kreve tillegg av en mye større "habitatmodul." Driving av et så stort romfartøy helt til Mars vil kreve en stor mengde drivstoff. Det brennstoffet ville i seg selv legge til vekten av skyttelbussen, begrense rommet for instrumenter og kreve enda større innsats for å komme seg ut av jordens atmosfære.

En løsning ville være å finne en mer effektiv type drivstoff. For tiden er de fleste romfartøy drevet av et kjemisk fremdriftssystem. Men, NASA jobber med en type fremdriftssystem kjent som solenergi elektrisk fremdrift (SEP). Dette utnytter energi fra solen og bruker den til å akselerere xenonatomer i en eksosplume som fremdriver romfartøyet fremover. Dette systemet ville være langt lettere enn noen kjemisk fremdriftsmotor.

Det er imidlertid et problem. For øyeblikket kan solarmatriser ikke høste nok kraft til SEP-motorer til å gi samme styrke som kjemiske motorer, noe som betyr at et SEP-drevet fartøy ville ta lengre tid å nå Mars.Dette er et stort problem for et bemannet oppdrag, siden vi allerede sliter med å holde astronautene levende og sane i minimum seks måneder det ville ta for å nå Mars.

Som et resultat, har noen eksperter foreslått at brensel-effektive SEP-motorer skal brukes til å transportere forsyninger og utstyr til Mars. Når de store forsyningene er trygt landet, kan astronautene gjøre en raskere tur på et avskjemt, kjemisk fremdrevet romfartøy designet for å bare få dem der trygt og raskt.

6Landutstyr

Selv om vi hadde et skip som kunne bære mennesker og forsyninger til Mars, er det fortsatt et uhåndterlig problem: Vi har bare ikke teknologien til å lande den trygt. Vi kan lande romfartøy på Månen, der det egentlig ikke er noen atmosfære. Og vi kan enkelt lande på jorden, som har en mye tykkere atmosfære enn Mars. Men den røde planets tynne atmosfære gir unike utfordringer som gjør landing til og med lyse robotprober en stor kamp. Det er for tiden ingen metode for å lande et skip som er stort nok til å bære mennesker.

NASA er vanskelig på jobben på problemet og tester for øyeblikket en kombinasjon av en stor supersonisk fallskjerm og en doughnutformet luftbrems. En test i 2015 var ikke en suksess, da fallskjermen ble revet fra hverandre etter at den ikke hadde blåst opp. Testen ga imidlertid verdifulle data, som NASA planlegger å bruke for å forbedre utformingen. Siden NASAs oppdrag til Mars er forsiktig planlagt for 2030-årene, har de god tid til å jobbe med problemet.

I mellomtiden planlegger det kontroversielle Mars One-prosjektet, som håper å etablere en privat koloni på Mars, å bruke et romfartøy som bremser seg ved hjelp av raketter og uten fallskjerm. Dette har aldri blitt gjort før, og eksperter har beskrevet Mars One-prosjektet generelt som "vanvittig".

5grønne tommelen

I den siste filmen tilpasning av Marsboeren, Matt Damons karakter Mark Watney er portrettert som en geni-botaniker, som kan vokse poteter i Marss røde jord. I virkeligheten er Watneys nærmeste ekvivalent Bruce Bugbee, Utah State University forsker bak salat NASA nylig vokst på ISS. Ifølge Bugbee, Marsboerengrunnleggende konseptene var korrekte, men filmen undervurderte vanskeligheten med å dyrke planter på Mars.

For startere får Mars bare 60 prosent av jordens sollys. Og Watys strålingsskjermede habitat ville ha blokkert enda mer av lyset. I virkeligheten, sier Bugbee, ville en gård på Mars trenge en kunstig lyskilde eller et system av speil og fiberoptikk for å konsentrere sollyset Mars får.

Bugbee sier også at det ville være ekstremt vanskelig å dyrke planter i jordens jord. På riktig måte er den røde planeten faktisk ganske rusten, forutsatt at jorden er full av jernoksyder. Denne oksyderte jorda er ikke ideell for plantelivet, så martian kolonisatorer må vokse avlinger i et system av hydroponics, ellers behandle jorda for å fjerne jernoksidene og øke fruktbarheten.

Men takket være Bugbees og andre arbeid, bør fremtidige marianere være utstyrt med alt de trenger for å dyrke spiselige planter på reisen til Mars og på selve planeten. For bare noen få måneder siden ble astronaut Scott Kelly den første personen som smakt salat vokst i rommet. Tilsynelatende var det deilig.

4Builder-Bots

Vi kan ikke bare dumpe folk på Mars uten infrastruktur på plass og forvente at de skal bygge alt de trenger selv. Alle realistiske koloniseringsplaner forutsetter først å sende ubemannede skip lastet med forsyninger, sammen med roboter for å gjøre prep-arbeidet før mennesker kan komme fram. For eksempel kan roboter bygge levende habitater og begynne å trekke ut vann fra jorden lenge før det første mennesket setter foten på den røde, martianske jorda. Problemet er at vi ennå ikke har bygget disse byggmesterbotsene, og robotene som vi for tiden kan bygge er ganske begrensede i hva de kan oppnå på Mars.

I dag jobber NASA sammen med to universiteter på en humanoid robot kalt R5. Imidlertid har noen spurt om en bipedal robot er den beste måten å gå på, og hevder at fire ben eller helst dekkfeltene ville være sterkere. Robot skeptikere har også argumentert for å legge for mye press på våre mekaniske arbeidere. I stedet hevder de at vi bare skal gjøre så mye av arbeidet som mulig på jorden. For eksempel kan forhåndsbygde oppblåsbare lyskilder bli satt opp, noe som sparer oss for å lage en robot for å bygge lyet fra råvarer. Det ville gi botsene fri til å fokusere på enkle oppgaver som ikke ville trenge problemløsende ferdigheter eller fin motorstyring.

3Homes

Klart, et sentralt skritt for å kolonisere Mars, vil være å designe spesialiserte habitater for kolonistene. Disse habitatene må trykkes til nær jordens nivå. De må også beskytte mot støvstormer, stråling og frostige værforhold. Og de må være hjemmekoselige, siden fremtidige Martian-kolonister sannsynligvis kommer til å tilbringe mye tid innendørs.

Og livet på Mars ville utgjøre enda mer uventede utfordringer. For eksempel virker det intuitivt at martiansk kolonister vil dyrke spiselige planter i deres habitater. Problemet er at planter produserer oksygen, som vil bygge seg opp i et forseglet miljø til luften ble giftig for mennesker eller alt brister i flammer. Og det er vanskelig å lufte overflødig oksygen uten å miste kostbart nitrogen, en viktig atmosfærekomponent. Derfor må ingeniører utvikle et robust system for å fjerne overflødig oksygen under Martian-forholdene før det er mulig å plassere rom.

Til slutt er det for tidlig å si hva et hus på Mars kan se ut. Men noen av mulighetene er fantastisk. I 2015 holdt NASA en konkurranse om å designe en martian habitat. Den vinnende oppføringen var en av de få til å ignorere planets røde jord.I stedet brukte designerne en like rikelig ressurs, og foreslo en tverrgående triangulær struktur bygget helt ut av marsisk is.

2morndomsavdelinger

Generelt er astronauter forbudt å ha seksuelle relasjoner mens de er på oppdrag. Men hvis du sender grupper av mennesker til Mars for resten av livet, er det vanskelig å forestille seg alle som bor permanent celibat. Og med sex på Mars kommer muligheten for graviditet på Mars. Det er helt ukjent territorium, og det er sannsynlig at det må tas spesielle forholdsregler for å sikre mor og barns sikkerhet.

Det store problemet, som vanlig, er stråling. DNA som kontrollerer embryoutvikling er ekstremt utsatt for strålingsskader. Som et resultat, ville et barn som ble oppfattet på reisen til Mars, nesten være sterilt og ville utgjøre høy risiko for mental retardasjon eller fødselsskader. På Mars i seg selv ville situasjonen være mer håndterlig, men det ville sikkert være behov for ekstra forholdsregler for å beskytte forventningsfulle mødre fra stråling. Det har selv blitt foreslått at kolonister bør etablere et habitat i et krater på Marsmånen Phobos, hvor noen kratermurer blokkerer 90 prosent av kosmisk stråling.

Det er også klart at et barn oppvokst på Mars kan utvikle seg på forskjellige måter fra en oppvokst på Jorden. I et av de få forsøkene på emnet ble gravide rotter sendt inn i rommet og deretter returnert til jorden for å føde. De nye babyrotene hadde ikke en riktig følelse av opp og ned på grunn av deres utvikling i null tyngdekraften. Men effekten forsvant etter noen dager, og viste at rombarn kan tilpasse seg til normal tyngdekraft.

Med alt det sagt kan romgraviditet ikke være et så stort problem. Forsker Joe Tash har antydet at lange perioder brukt i lav tyngdekraften kan skade både mannlige og kvinnelige reproduktive systemer. Hvis dette er tilfelle, ville en lang tur til Mars gjøre de første martierne "reproduktivt kompromittert".

1A vei hjem

Mars One-prosjektet foreslår å sende kolonister på en enveiskjøring til Mars, uten planer om retur til Jorden. Det er sannsynligvis det beste, siden en rapport fra MIT forutser at Mars One-kolonistene vil dø nesten umiddelbart. Og mens du kjøper en enveisbillett til Mars, kan det hende at det er romantisk å fange folk i rommet, det er sannsynligvis ikke den beste måten å gå på å kolonisere solsystemet.

Heldigvis planlegger NASA for Mars-oppdraget å inkludere en tur / retur. Selvfølgelig presenterer dette en stor teknisk utfordring. Uventet er reisen tilbake til jorden den relativt enkelt del - et romskip som kalles Earth Return Vehicle vil holde seg i bane rundt Mars til det er på tide å transportere astronautene hjem. Vanskeligheten er å få astronautene til Earth Return Vehicle. Pushing gjennom Martian atmosfære og i bane krever en stor mengde drivmiddel, noe som vil ta år å produsere.

NASAs løsning er et romskip som kalles Mars Ascent Vehicle (MAV), som sendes til Mars år før astronautene. Når den lander, vil MAV automatisk begynne å utvinne karbondioksid fra atmosfæren og konvertere den til drivstoff. Det vil nok ta omtrent to år for MAV å fylle drivstofftankene, og astronautene vil ikke forlate jorden før NASA mottar bekreftelse på at nok drivstoff har blitt produsert for å få dem hjem igjen. Som et resultat må MAV være tøft nok til å overleve det ugjestmilde martianske landskapet i opptil fire år. NASA forventer at det er den tyngste gjenstanden de trenger å lande på Mars for oppdraget å være en suksess. Men det vil være verdt det å sørge for at de første martiansne har en vei hjem.