Habitat martien - Mars habitat

Conception de Mars Ice Home pour une base martienne (NASA LaRC / SEArch+ /Clouds Architecture Office, 2016)
Diverses composantes de la proposition Mars Outpost . (M. Dowman, 1989)
Conception de la NASA des années 1990 avec des atterrisseurs d'habitat de type « canette de spam ». L'inconvénient peut être un blindage minimal pour l'équipage, et deux idées sont d'utiliser des matériaux martiens, tels que la glace pour augmenter le blindage, et une autre est de se déplacer sous terre, peut-être des grottes

Un habitat martien est un endroit où les humains peuvent vivre sur Mars . Les habitats de Mars doivent faire face à des conditions de surface qui n'incluent presque pas d'oxygène dans l' air , un froid extrême, une basse pression et un rayonnement élevé. Alternativement, l'habitat peut être placé sous terre, ce qui permet de résoudre certains problèmes mais crée de nouvelles difficultés.

L'un des défis est le coût extrême des matériaux de construction pour Mars, qui, dans les années 2010, était estimé à environ 2 millions de dollars US par brique à la surface de Mars. Alors que la gravité sur Mars est inférieure à celle sur Terre , il y a une augmentation du rayonnement solaire, des cycles de température et des forces internes élevées nécessaires pour que les habitats sous pression contiennent de l'air.

Pour faire face à ces contraintes, les architectes ont travaillé pour comprendre le bon équilibre entre les matériaux et la construction in-situ, et ex-situ vers Mars. Par exemple, une idée est d'utiliser le régolithe disponible localement pour se protéger contre l'exposition aux rayonnements, et une autre idée est d'utiliser de la glace transparente pour permettre à une lumière non nocive d'entrer dans l'habitat. La conception de l'habitat de Mars peut également impliquer l'étude des conditions locales, y compris les pressions, les températures et les matériaux locaux, en particulier l'eau.

Aperçu

Une conception de tour unique pour cette structure d'exposition universelle, met en évidence les formes alternatives que la structure pourrait prendre dans de nouveaux environnements
Solar54 - Argentine
Solar54 - Argentine

Les défis importants pour les habitats martiens sont le maintien d'un environnement artificiel et la protection contre le rayonnement solaire intense . Les humains ont besoin d'un environnement sous pression en tout temps et d'une protection contre l'atmosphère martienne toxique. La connexion des habitats est utile, car se déplacer entre des structures distinctes nécessite une combinaison pressurisée ou peut-être un rover martien. L'un des plus gros problèmes consiste simplement à se rendre sur Mars, ce qui signifie s'échapper de l'atmosphère terrestre, poursuivre le voyage vers Mars et enfin atterrir à la surface de Mars. Un aspect utile est l'atmosphère de Mars, qui permet l'aérofreinage, ce qui signifie moins de besoin d'utiliser du propulseur pour ralentir un engin pour un atterrissage en toute sécurité. Cependant, la quantité d'énergie nécessaire pour transférer de la matière à la surface de Mars est une tâche supplémentaire au-delà de la simple mise en orbite. À la fin des années 1960, les États-Unis ont produit la fusée Saturn V, qui était capable de lancer suffisamment de masse en orbite pour un seul voyage de lancement avec un équipage de trois personnes à la surface de la Lune et vice-versa. Cet exploit a nécessité un certain nombre de pièces de matériel spécialement conçues et le développement d'une technique connue sous le nom de Lunar Orbit Rendezvous . Le Lunar Orbit Rendezvous était un plan pour coordonner les véhicules de descente et de remontée pour un rendez-vous en orbite lunaire. En se référant à Mars, une technique similaire nécessiterait un module d'excursion sur Mars , qui combine un véhicule de descente-ascension avec équipage et un habitat de surface de courte durée. Des plans ultérieurs ont séparé le véhicule de descente-montée et l'habitat de surface, qui s'est ensuite développé en véhicules de descente, de séjour de surface et de montée séparés en utilisant une nouvelle architecture de conception. En 2010, le Space Launch System , ou ses variantes de croissance, est envisagé comme ayant la capacité de charge utile et les qualités nécessaires pour les missions humaines sur Mars, utilisant la capsule Orion .

L'un des défis pour les habitats martiens est de maintenir le climat, en particulier la bonne température aux bons endroits. Les appareils électroniques et les lumières génèrent de la chaleur qui monte dans l'air, même s'il y a des fluctuations extrêmes de température à l'extérieur.

Une idée pour un habitat martien est d'utiliser une grotte martienne ou un tube de lave , et un sas gonflable a été proposé par le projet Caves of Mars pour utiliser une telle structure. L'idée de vivre dans des tubes de lave a été suggérée pour leur potentiel de protection accrue contre les radiations , les fluctuations de température, la lumière du soleil martienne, etc. Une autre idée est d'utiliser des robots pour construire la base avant l'arrivée de l'homme.

Amène ton cul sur Mars

Buzz Aldrin

Un habitat mobile en mouvement, comme pour un tour de la planète

L'utilisation de plantes vivantes ou d'autres produits biologiques vivants pour faciliter l'approvisionnement en air et en nourriture, si désiré, peut avoir un impact majeur sur la conception. Un exemple de la façon dont les exigences techniques et les objectifs opérationnels peuvent interagir est une zone de serre à pression réduite. Cela réduirait les exigences structurelles du maintien de la pression atmosphérique , mais nécessiterait que les plantes concernées survivent à cette pression plus basse.

Poussée à l'extrême, la question reste de savoir comment une basse pression peut-elle survivre et être toujours utile.

Un habitat de Mars peut avoir besoin de se concentrer sur le maintien d'un certain type de plante en vie, par exemple, dans le cadre du soutien de ses habitants.

L' étude Caves of Mars de la NASA a suggéré les caractéristiques suivantes de la nourriture et de la production alimentaire :

  • Croissance rapide
  • survie en basse lumière
  • large gamme de pH
  • haute nutrition
  • déchets minimes

L'étude a noté deux plantes, la lentille d'eau ( Lemna minor ) et la fougère aquatique ( Azolla filiculoides ), comme particulièrement adaptées, et elles poussent à la surface de l'eau. L'habitat de Mars devrait supporter les conditions de ces sources de nourriture, en incorporant éventuellement des éléments de la conception des serres ou de l'agriculture.

Historiquement, les missions spatiales ont tendance à avoir un approvisionnement alimentaire non croissant qui consomme une quantité définie de rations comme Skylab , reconstituée avec un réapprovisionnement de la Terre. L'utilisation de plantes pour affecter l'atmosphère et même améliorer l'approvisionnement alimentaire a été expérimentée dans les années 2010 à bord de la Station spatiale internationale.

Un autre problème est la gestion des déchets. Sur Skylab, tous les déchets étaient placés dans un grand réservoir ; sur Apollo et la navette spatiale, l' urine pourrait être évacuée dans l'espace ou repoussée dans des sacs pour rentrer dans l'atmosphère terrestre.

Considérations relatives au maintien de l'environnement dans un système fermé, notamment l'élimination du dioxyde de carbone, le maintien de la pression atmosphérique, l'apport d'oxygène, la température et l'humidité et l'arrêt des incendies. Un autre problème avec le système fermé est de le garder exempt de contamination par les émissions de différents matériaux, de la poussière ou de la fumée. Une préoccupation sur Mars est l'effet de la fine poussière martienne qui pénètre dans les quartiers d'habitation ou les appareils. La poussière est très fine et s'accumule sur les panneaux solaires, entre autres surfaces. (voir aussi le sol martien )

Un habitat martien en conjonction avec d'autres éléments de surface sur Mars (illustration)

Technologies pertinentes

vaisseau spatial Orion

Certains domaines possibles de la technologie ou de l'expertise nécessaires :

Le contexte

Un habitat martien est souvent conçu comme faisant partie d'un ensemble de technologies de base et d'infrastructure martienne. Certains exemples incluent les combinaisons Mars EVA, le rover Mars, les avions, les atterrisseurs, les réservoirs de stockage, les structures de communication, l'exploitation minière et les moteurs de Mars (par exemple, les équipements de terrassement ).

Un habitat martien peut exister dans le contexte d'une expédition humaine, d'un avant-poste ou d'une colonie sur Mars.

Air

Bulles de gaz dans une boisson gazeuse (soda pop)
Les gens à l'intérieur d'une cloche de plongée claire sur Terre

En créant un habitat pour les gens, certaines considérations sont le maintien de la bonne température de l'air, la bonne pression atmosphérique et la composition de cette atmosphère.

Bien qu'il soit possible pour les humains de respirer de l'oxygène pur, une atmosphère d'oxygène pur a été impliquée dans l' incendie d' Apollo 1 . En tant que tels, les habitats martiens peuvent avoir besoin de gaz supplémentaires. Une possibilité est de prélever de l' azote et de l' argon dans l' atmosphère de Mars ; cependant, ils sont difficiles à séparer les uns des autres. En conséquence, un habitat martien peut utiliser 40 % d'argon, 40 % d'azote et 20 % d'oxygène. Voir aussi Argox , pour le mélange de gaz respiratoire argon utilisé en plongée sous-marine

Un concept pour éliminer le CO
2de l'air respirable est d'utiliser des épurateurs de dioxyde de carbone à billes d' amine réutilisables . Tandis qu'un épurateur de dioxyde de carbone filtre l'air de l'astronaute, l'autre peut évacuer le CO épuré
2 à l'atmosphère de Mars, une fois ce processus terminé, un autre peut être utilisé, et celui qui a été utilisé peut faire une pause.

Habitats martiens avec des astronautes

Une force structurelle unique à laquelle les habitats de Mars doivent faire face s'ils sont pressurisés dans l'atmosphère terrestre est la force de l'air sur les murs intérieurs. Cela a été estimé à plus de 2 000 livres par pied carré pour un habitat pressurisé à la surface de Mars, ce qui est radicalement augmenté par rapport aux structures terrestres. Une comparaison plus étroite peut être faite avec les aéronefs à haute altitude avec équipage, qui doivent résister à des forces de 1 100 à 1 400 livres par pied carré en altitude.

À environ 150 000 pieds d'altitude (28 miles (45 km)) sur Terre, la pression atmosphérique commence à être équivalente à la surface de Mars.

Comparaison de la pression atmosphérique
Emplacement Pression
Sommet de l' Olympe Mons 0,03  kPa (0,0044  psi )
Mars moyenne 0,6 kPa (0,087 psi)
Fond Hellas Planitia 1,16 kPa (0,168 psi)
Limite Armstrong 6,25 kPa (0,906 psi)
Sommet du mont Everest 33,7 kPa (4,89 psi)
Niveau de la mer Terre 101,3 kPa (14,69 psi)
Surface de Vénus 9 200 kPa (1 330 psi)

Voir aussi Effets de la haute altitude sur l'homme

Température

L'un des défis pour un habitat martien est de maintenir des températures appropriées aux bons endroits dans un habitat. Des choses comme l'électronique et les lumières génèrent de la chaleur qui monte dans l'air, même s'il y a des fluctuations extrêmes de température à l'extérieur. Il peut y avoir de grandes variations de température sur Mars, par exemple à l'équateur, elle peut atteindre 70 degrés F (20 degrés C) le jour, puis descendre à moins 100 degrés F (-73 C) la nuit.

Exemples de températures à la surface de Mars :

  • Moyenne -80 degrés Fahrenheit (-60 degrés Celsius).
  • Emplacements polaires en hiver −195 degrés F (−125 degrés C).
  • Équateur pendant la journée d'été Haute 70 degrés F (20 degrés C)

Habitation temporaire vs permanente

Une vision des habitats publiée par la NASA de CASE FOR MARS à partir des années 1980, mettant en vedette la réutilisation des véhicules d'atterrissage, l'utilisation du sol in situ pour une meilleure protection contre les rayonnements et des serres. Une baie pour un rover martien est également visible.
Un atterrissage humain sur Mars nécessiterait différents niveaux de soutien à l'habitation

Un séjour de courte durée à la surface de Mars ne nécessite pas qu'un habitat ait un grand volume ou une protection complète contre les radiations. La situation serait similaire à celle de la Station spatiale internationale , où des individus reçoivent une quantité inhabituellement élevée de rayonnement pendant une courte durée, puis repartent. Un habitat petit et léger peut être transporté vers Mars et utilisé immédiatement.

Les habitats permanents à long terme nécessitent beaucoup plus de volume (c'est-à-dire une serre ) et un blindage épais pour minimiser la dose annuelle de rayonnement reçue. Ce type d'habitat est trop grand et lourd pour être envoyé sur Mars, et doit être construit en utilisant certaines ressources locales. Les possibilités comprennent le recouvrement des structures avec de la glace ou de la terre, l'excavation d'espaces souterrains ou le scellement des extrémités d'un tube de lave existant .

Une colonie plus importante peut être en mesure d'avoir un personnel médical plus important, ce qui augmente la capacité de faire face aux problèmes de santé et aux urgences. Alors qu'une petite expédition de 4 à 6 personnes peut avoir un médecin, un avant-poste de 20 personnes peut en avoir plus d'un et des infirmières, en plus de ceux ayant une formation d'urgence ou de soins paramédicaux. Un règlement complet peut être en mesure d'atteindre le même niveau de soins qu'un hôpital terrestre contemporain.

Médical

Un problème pour les soins médicaux lors des missions sur Mars est la difficulté de retourner sur Terre pour des soins avancés et de fournir des soins d'urgence adéquats avec un équipage réduit. Un équipage de six personnes peut n'avoir qu'un seul membre d'équipage formé au niveau de technicien médical d'urgence et un médecin, mais pour une mission qui durerait des années. De plus, les consultations avec la Terre seraient entravées par un décalage de 7 à 40 minutes. Les risques médicaux comprennent l'exposition aux radiations et à une gravité réduite, et un risque mortel est un événement de particules solaires qui peut générer une dose mortelle au cours de plusieurs heures ou jours si les astronautes ne disposent pas d'une protection suffisante. Des tests de matériaux ont récemment été effectués pour explorer des combinaisons spatiales et des "abris anti-tempête" pour la protection contre le rayonnement cosmique galactique (GRC) et les événements de particules solaires (SPE) pendant le lancement, le transit et l'habitation sur Mars. La préparation médicale exige également que l'effet des rayonnements sur les produits pharmaceutiques stockés et la technologie médicale soit également pris en compte.

L'une des fournitures médicales qui peuvent être nécessaires est le liquide intraveineux , qui est principalement de l'eau mais contient d'autres choses afin qu'il puisse être ajouté directement à la circulation sanguine. S'il peut être créé sur place à partir de l'eau existante, il pourrait épargner le poids du transport d'unités produites en terre, dont le poids est principalement de l'eau. Un prototype de cette capacité a été testé sur la Station spatiale internationale en 2010.

Lors de certaines des premières missions en équipage, trois types de médicaments mis en orbite étaient un antinauséeux, un analgésique et un stimulant. Au moment de l'ISS, les membres de l'équipage spatial disposaient de près de 200 médicaments, avec des armoires à pilules séparées pour les Russes et les Américains. L'une des nombreuses préoccupations des missions en équipage sur Mars est de savoir quelles pilules apporter et comment les astronautes y réagiraient dans différentes conditions.

En 1999, le Johnson Space Center de la NASA a publié Medical Aspects of Exploration Missions dans le cadre du Decadal Survey . Sur une petite mission, il pourrait être possible d'avoir un médecin et un autre ambulancier, sur un équipage de peut-être 4 à 6 personnes, mais sur une mission plus importante avec 20 personnes, il pourrait également y avoir une infirmière et des options comme mineur la chirurgie pourrait être possible. Deux catégories principales pour l'espace seraient les soins médicaux d'urgence, puis les soins plus avancés, traitant d'un large éventail de problèmes liés aux voyages dans l'espace. Pour les très petites équipes, il est difficile de traiter un large éventail de problèmes avec des soins avancés, alors qu'avec une équipe d'une taille globale de 12 à 20 sur Mars, il pourrait y avoir plusieurs médecins et infirmières, en plus des certifications de niveau EMT. Bien que n'étant pas au niveau d'un hôpital terrestre typique, cela ferait passer les soins médicaux au-delà des options de base typiques des très petites tailles d'équipage (2 à 3) où le risque accepté est plus élevé. Pour examen, Elon Musk et sa SpaceX Corporation développent leur StarShip pour transporter 100 passagers vers Mars par voyage. SpaceX a produit un guide de l'utilisateur, qui affirme que "La configuration de l'équipage du vaisseau spatial comprend des cabines privées, de grands espaces communs, un stockage centralisé, des abris solaires contre les tempêtes et une galerie d'observation." Ce nombre de passagers créerait la possibilité d'un équipage médical important. Musk a également prévu qu'il transportera 1 million de personnes vers Mars d'ici 2150, ce qui, si cela devait se produire à cette date ou à n'importe quel moment de ce siècle, nécessiterait certainement la construction et la gestion de plusieurs hôpitaux.

Avec un nombre modeste d'habitants de Mars et d'équipage médical, un robot de chirurgie robotique pourrait être envisagé. Un membre d'équipage actionnerait le robot avec l'aide des télécommunications terrestres. Deux exemples de situations de soins médicaux qui ont été mentionnés en ce qui concerne les personnes sur Mars sont la façon de traiter une jambe cassée et une appendicite . L'une des préoccupations est d'empêcher ce qui serait autrement une blessure mineure de devenir mortelle en raison des restrictions sur la quantité d' équipement médical , la formation et le retard de communication avec la Terre. Le délai pour un message à sens unique varie de 4 à 24 minutes, selon. Une réponse à un message prend ce temps, le délai de traitement du message et de création d'une réponse, plus le temps nécessaire à ce message pour se rendre sur Mars (encore 4 à 24 minutes).

Exemples de possibilités d'urgence médicale aiguë pour les missions sur Mars :

Un exemple d'urgence sanitaire liée aux vols spatiaux était l' asphyxie au gaz inerte avec de l'azote gazeux à bord de la navette spatiale Columbia en 1981, alors qu'elle subissait les préparatifs de son lancement. Dans ce cas, une purge de routine avec de l'azote pour réduire le risque d'incendie a conduit à 5 urgences médicales et 2 décès. Un autre accident notoire lié à l'espace est l' incident d' Apollo 1 , lorsqu'une atmosphère d'oxygène pur s'est enflammée à l'intérieur de la capsule spatiale lors d'essais au sol, trois personnes sont décédées. Une étude de 1997 portant sur environ 280 voyageurs spatiaux entre 1988 et 1995 a révélé que seulement 3 n'avaient pas eu de problème médical lors de leur vol spatial. Un risque médical pour une mission à la surface de Mars est la façon dont les astronautes géreront les opérations à la surface après plusieurs mois en apesanteur. Sur Terre, les astronautes doivent souvent être transportés hors du vaisseau spatial. Et puis ils mettent beaucoup de temps à récupérer.

Voir Médecine spatiale

Une bibliothèque

Library Tower of Biodome 2, un habitat spatial analogue à la Terre testé dans les années 1990

Une idée pour une mission sur Mars est une bibliothèque envoyée à la surface de cette planète. L'atterrisseur Phoenix, qui a atterri sur la surface polaire nord de Mars en 2008, comprenait une bibliothèque de DVD qui a été présentée comme la première bibliothèque sur Mars. Le DVD de la bibliothèque Phoenix serait pris par les futurs explorateurs qui pourraient accéder au contenu du disque. Le disque, à la fois mémorial du passé et message pour l'avenir, a duré 15 ans. Le contenu du disque comprend Visions of Mars . Une idée pour l'exploration est les arches de la connaissance pour l'espace, une sorte de sauvegarde de la connaissance au cas où quelque chose arriverait à la Terre.

Le vol spatial Biodôme 2 et le test de biosphère en boucle fermée comprenaient une bibliothèque avec les quartiers d'habitation. La bibliothèque était située au sommet d'une tour, et connue sous le nom de tour de la bibliothèque.

Impacts de météores

De nouveaux cratères d'impact détectés au début des années 2000 par les satellites martiens

Une autre considération pour les habitats martiens, en particulier pour les séjours à long terme, est la nécessité de faire face potentiellement à un impact de météore. Parce que l'atmosphère est plus mince, plus de météores remontent à la surface. Ainsi, une préoccupation est qu'un météore pourrait perforer la surface de l'habitat et ainsi provoquer une perte de pression et/ou endommager les systèmes.

Dans les années 2010, il a été déterminé que quelque chose avait heurté la surface de Mars, créant un motif d'éclaboussures de cratères plus grands et plus petits entre 2008 et 2014. Dans ce cas, l'atmosphère n'a que partiellement désintégré le météore avant qu'il ne frappe la surface.

Radiation

L'exposition aux radiations est une préoccupation pour les astronautes même à la surface, car Mars manque d'un champ magnétique puissant et l'atmosphère est mince pour arrêter autant de radiations que la Terre. Cependant, la planète réduit considérablement le rayonnement, en particulier à la surface, et elle n'est pas détectée comme étant elle-même radioactive.

Il a été estimé que seize pieds (5 mètres) de régolithe martien arrêtent la même quantité de rayonnement que l'atmosphère terrestre.

Puissance

Art de l'espace illustrant un groupe s'approchant de la sonde de l'atterrisseur Viking 2, qui était soutenu par la puissance RTG

Pour une mission Mars en équipage de 500 jours, la NASA a étudié l'utilisation de l'énergie solaire et nucléaire pour sa base, ainsi que des systèmes de stockage d'énergie (par exemple des batteries). Certains des défis pour l'énergie solaire comprennent une réduction de l'intensité solaire (parce que Mars est plus éloigné du soleil), l'accumulation de poussière, les tempêtes de poussière périodiques et le stockage de l'énergie pour une utilisation nocturne. Les tempêtes de poussière mondiales sur Mars provoquent des températures plus basses et réduisent la lumière du soleil atteignant la surface. Deux idées pour surmonter cela sont d'utiliser un réseau supplémentaire déployé pendant une tempête de poussière et d'utiliser une partie de l'énergie nucléaire pour fournir une alimentation de base qui n'est pas affectée par les tempêtes. La NASA a étudié les systèmes de fission de l'énergie nucléaire dans les années 2010 pour les missions à la surface de Mars. Une conception prévoyait une puissance de 40 kilowatts; La fission de l'énergie nucléaire est indépendante de la lumière solaire atteignant la surface de Mars, qui peut être affectée par les tempêtes de poussière.

Une autre idée de puissance est de transmettre la puissance à la surface d'un satellite à énergie solaire à un récepteur d' antenne redresseuse (aka rectenna ). Des conceptions à 245 GHz, laser, rectenna in-situ et 5,8 GHz ont été étudiées. Une idée est de combiner cette technologie avec la propulsion électrique solaire pour obtenir une masse inférieure à l'énergie solaire de surface. Le gros avantage de cette approche de l'alimentation est que les rectennas devraient être à l'abri de la poussière et des changements météorologiques, et avec la bonne orbite, un satellite à énergie solaire de Mars pourrait émettre de l'énergie en continu vers la surface.

La technologie pour nettoyer la poussière des panneaux solaires a été envisagée pour le développement de Mars Exploration Rover . Au 21e siècle, des moyens ont été proposés pour nettoyer les panneaux solaires à la surface de Mars. Les effets de la poussière de surface martienne sur les cellules solaires ont été étudiés dans les années 1990 par l' expérience d'adhérence des matériaux sur Mars Pathfinder .

Puissance de l'atterrisseur ( exemples )
Nom Alimentation principale
Viking 1 & 2 Nucléaire – RTG
Éclaireur de Mars Panneaux solaires
MER A & B Panneaux solaires
Phénix Panneaux solaires
MSL Nucléaire – RTG

Histoire

Vision de la NASA pour le premier Humans On Mars
(Artist Concept ; 2019)

L'une des premières idées pour un habitat martien était d'utiliser un hébergement de courte durée dans un véhicule de montée-descente de Mars. Cette combinaison s'appelait un module d'excursion sur Mars et comportait également généralement d'autres composants tels que le rover de base et l'équipement scientifique. Les missions ultérieures ont eu tendance à passer à une descente/montée dédiée avec un habitat séparé.

En 2013, les architectes de ZA ont proposé que des robots creuseurs construisent un habitat martien sous terre. Ils ont choisi un intérieur inspiré de la grotte de Fingal et ont noté la protection accrue contre les radiations à haute énergie sous terre. D'autre part, la question de la difficulté d'envoyer des robots creuseurs qui doivent construire l'habitat versus des capsules d'atterrissage en surface a également été relevée. Une alternative peut être de construire au-dessus du sol en utilisant de la glace épaisse pour se protéger des radiations. Cette approche a l'avantage de laisser entrer la lumière.

En 2015, le projet Habitat auto-déployable pour les environnements extrêmes (SHEE) a exploré l'idée d'une construction et d'une préparation autonomes pour l'habitat de Mars par rapport à la construction humaine, car cette dernière est « risquée, complexe et coûteuse ».

Nasa

Module d'habitat mobile à six pattes de la NASA (TRI-ATHLETE)
Unité de démonstration d'habitat des études de recherche et de technologie du désert

Au début de 2015, la NASA a présenté un plan conceptuel pour un programme de récompenses en trois étapes pour la conception et la construction de l'habitat de Mars. La première étape a nécessité une conception. L'étape suivante demandait des plans pour la technologie de construction qui utilisait des composants d'engins spatiaux mis au rebut. La troisième étape consistait à construire un habitat à l'aide de la technologie d'impression 3D.

En septembre 2015, la NASA a annoncé les gagnants de son 3-D Printed Habitat Challenge. La soumission gagnante intitulée « Mars Ice House » par Clouds Architecture Office / SEArch proposait une double coque de glace imprimée en 3D entourant un noyau de module d'atterrisseur. Deux équipes européennes ont été récompensées. Les candidats ont exploré de nombreuses possibilités de matériaux, l'une suggérant d'affiner séparément le fer et la silice de la poussière martienne et d'utiliser le fer pour fabriquer un treillis rempli de panneaux de silice. Il y avait 30 finalistes sélectionnés parmi un groupe initial de 165 entrées dans le défi de l'habitat. Le gagnant de la deuxième place a proposé que les robots d'impression construisent un bouclier à partir de matériaux in situ autour de modules gonflables.

D'autres projets de la NASA qui ont développé des habitats de surface extraterrestres sont le défi X-Hab et le projet Habitation Systems .

La maison Sfero de Fabulous, également concurrente du programme 3D Mars Habitat, comportait des niveaux au-dessus et au-dessous du sol. L'emplacement proposé était le cratère Gale (de la renommée du rover Curiosity) en mettant l'accent sur l'utilisation à la fois de fer et d'eau in situ qui, espérons-le, y seraient disponibles. Il a une conception sphérique à double paroi remplie d'eau pour à la fois maintenir la pression plus élevée de l'habitat de Mars, mais aider à protéger contre les radiations.

En 2016, la NASA a décerné le premier prix de son In-Situ Materials Challenge au professeur d'ingénierie de l'Université de Californie du Sud, Behrokh Khoshnevis, "pour Selective Separation Sintering - un processus d'impression 3D qui utilise des matériaux ressemblant à de la poudre trouvés sur Mars".

En 2016, la NASA Langley a montré le Mars Ice Dome, qui utilisait de l'eau in situ pour intégrer une structure de glace dans la conception d'un habitat martien. (voir aussi Igloo )

En juin 2018, la NASA a sélectionné les dix meilleurs finalistes de la phase 3 : niveau 1 du 3D-Printed Habitat Challenge .

Phase 3 : Gagnants de niveau 1 :

  • Équipe ALPHA – Marina Del Rey, Californie
  • Colorado School of Mines et ICON – Golden, Colorado
  • Hassell et EOC – San Francisco, Californie
  • Kahn-Yates – Jackson, Mississippi
  • Incubateur Mars – New Haven, Connecticut
  • IA. SpaceFactory – New York, New York
  • Université Northwestern – Evanston, Illinois
  • SEArch+/Apis Cor – New York, New York
  • Équipe Zopherus – Rogers, Arkansas
  • X-Arc – San Antonio, Texas

En mai 2019, la NASA a annoncé que le premier gagnant du 3D Printed Habitat Challenge était d'AI SpaceFactory, avec une entrée intitulée « Marsha », et plusieurs autres prix ont également été décernés. Dans le dernier défi, les participants avaient 30 heures pour construire des modèles à l'échelle 1/3 en utilisant la technologie de construction robotique.

Analogues de Mars et études d'habitats analogiques

Biosphere 2 a testé une serre et un hébergement en boucle fermée au début des années 1990
Article principal: Habitat analogique de Mars

Les missions simulées sur Mars ou les missions analogiques sur Mars construisent généralement des habitats terrestres sur Terre et mènent des missions simulées, en prenant des mesures pour résoudre certains des problèmes qui pourraient être rencontrés sur Mars. Un exemple en est la mission originale de Biosphère 2 , qui était censée tester des systèmes écologiques fermés pour soutenir et maintenir la vie humaine dans l'espace. Biosphère 2 a testé plusieurs personnes vivant dans un système biologique en boucle fermée, avec plusieurs zones de soutien biologique, notamment la forêt tropicale, la savane, l'océan, le désert, les marais, l'agriculture et un espace de vie.

Un exemple de mission de comparaison analogique de Mars est HI-SEAS des années 2010. D'autres études analogues à Mars incluent Mars Desert Research Station et Arctic Mars Analog Svalbard Expedition .

L'ISS a également été décrite comme un prédécesseur de l'expédition sur Mars, et en ce qui concerne un habitat martien, l'importance de l'étude et la nature de l'opération d'un système fermé ont été notées.

À environ 28 miles (45 km, 150 mille pieds) d'altitude de la Terre, la pression commence à être équivalente à la pression à la surface de Mars.

Un exemple de simulant de régolithe est le simulant de régolithe martien (plus d'informations sur les analogues de Mars Liste des analogues de Mars )

Biodômes

Intérieur de l' hôtel ESO qui a été appelé « pension sur Mars », car les environs désertiques ressemblent à Mars ; il abrite le personnel de l'observatoire dans un observatoire dans le haut désert chilien.
Illustration de plantes poussant dans une base martienne.

Un exemple de concept qui est ou est à l'appui de l'habitat est un biodôme de Mars, une structure qui pourrait contenir la vie générant l'oxygène et la nourriture nécessaires pour les humains. Un exemple d'activité à l'appui de ces objectifs était un programme de développement de bactéries capables de convertir le régolithe ou la glace martienne en oxygène . Certains problèmes avec les biodômes sont la vitesse à laquelle le gaz s'échappe et le niveau d'oxygène et d'autres gaz à l'intérieur.

Une question pour les Biodômes est de savoir jusqu'où la pression pourrait être abaissée et les plantes encore utiles. Dans une étude où la pression atmosphérique a été abaissée à 1/10 de la pression atmosphérique de la Terre à la surface, les plantes avaient un taux d'évaporation plus élevé de ses feuilles. Cela a poussé la plante à penser qu'il y avait de la sécheresse, malgré un approvisionnement constant en eau. Un exemple de culture testée par la NASA pour pousser à basse pression est la laitue, et dans un autre test, les haricots verts ont été cultivés à une pression atmosphérique standard, mais en orbite terrestre basse à l'intérieur de la Station spatiale internationale.

Le DLR a découvert que certains lichens et bactéries pouvaient survivre dans des conditions martiennes simulées, notamment la composition de l'air, la pression et le spectre de rayonnement solaire. Les organismes terrestres ont survécu plus de 30 jours dans les conditions de Mars, et bien qu'on ne sache pas s'ils survivraient au-delà, il a été noté qu'ils semblaient effectuer la photosynthèse dans ces conditions.

Pour convertir directement l'intégralité de Mars en biodôme, des scientifiques ont suggéré la cyanobactérie Chroococcidiopsis . Cela aiderait à convertir le régolithe en sol en créant un élément organique. Cette bactérie est connue pour survivre dans des conditions extrêmement froides et sèches sur Terre, elle pourrait donc fournir une base pour la bio-ingénierie de Mars dans un endroit plus habitable. Au fur et à mesure que les bactéries se reproduisent, les bactéries mortes créeraient une couche organique dans le régolithe, ouvrant potentiellement la voie à une vie plus avancée.

Une étude publiée en 2016 a montré que Crypto endolith ic champignons ont survécu pendant 18 mois dans des conditions simulées Mars.

Sur Terre, les plantes qui utilisent la réaction de photosynthèse C4 représentent 3% des espèces de plantes à fleurs mais 23% du carbone qui est fixé, et comprend des espèces populaires pour la consommation humaine, notamment le maïs (alias maïs) et la canne à sucre ; certains types de plantes peuvent être plus productifs pour produire de la nourriture pour une quantité de lumière donnée. Les plantes connues pour avoir colonisé le paysage aride à la suite de l'éruption du mont Sainte-Hélène comprenaient Asteraceae et Epilobium , et en particulier Lupinus lepidus pour sa capacité (symbiotique) à fixer son propre azote. (voir aussi Catégorie:Cultures fixatrices d'azote , Rhizobium , Fixation d'azote )

Ressources in situ

Un concept pour un habitat de surface combiné et un véhicule d'ascension de l'ère des années 1990, une mission basée sur la mission de référence de conception 3.0 , qui intégrait la production de ressources in situ dans ce cas pour le propulseur
Des pins ont été suggérés, en combinaison avec d'autres techniques pour créer une atmosphère plus hospitalière sur Mars.

L' utilisation des ressources in situ implique l'utilisation de matériaux rencontrés sur Mars pour produire les matériaux nécessaires. Une idée pour soutenir un habitat martien est d'extraire de l'eau souterraine, qui, avec une puissance suffisante, pourrait ensuite être divisée en hydrogène et oxygène, avec l'intention de mélanger l'oxygène avec de l'azote et de l'argon pour l'air respirable. L'hydrogène peut être combiné avec du dioxyde de carbone pour fabriquer des plastiques ou du méthane pour le carburant des fusées. Le fer a également été suggéré comme matériau de construction pour les habitats martiens imprimés en 3D.

Dans les années 2010, l'idée d'utiliser de l'eau in situ pour construire un bouclier de glace pour la protection contre les radiations et la température, etc. est apparue dans les conceptions.

Une usine de traitement des matériaux utiliserait les ressources de Mars pour réduire la dépendance à l'égard des matériaux fournis par la Terre.

La mission Mars 2020 prévue comprend l' expérience Mars Oxygen ISRU (MOXIE), qui convertirait le dioxyde de carbone de Mars en oxygène.

Pour convertir l'ensemble de Mars en un habitat, une augmentation de l'air pourrait provenir de la vaporisation de matériaux sur la planète. Avec le temps, du lichen et de la mousse pourraient s'établir, puis éventuellement des pins.

Il existe une théorie pour fabriquer du carburant pour fusée sur Mars, par le procédé Sabatier . Dans ce processus, l'hydrogène et le dioxyde de carbone sont utilisés pour produire du méthane et de l'eau. Dans l'étape suivante, l'eau est divisée en hydrogène et oxygène, l'oxygène et le méthane étant utilisés pour un moteur de fusée méthane-oxygène, et l'hydrogène pourrait être réutilisé. Ce processus nécessite une grande quantité d'énergie, de sorte qu'une source d'alimentation appropriée serait nécessaire en plus des réactifs.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes