10 belangrijke technologische ontwikkelingen die we nodig hebben om Mars te koloniseren

Technologie ontwikkelt zich met sprongen vooruit en het is beter om dat te blijven doen als we mensen binnen de komende decennia naar Mars willen laten leven. NASA is zelfs van plan al in de jaren 2030 hun eerste bemande missie naar Mars te sturen. Maar er zijn een paar belangrijke stukjes technologie die de mensheid zal moeten verbeteren voordat we kunnen hopen de veilige planeet veilig te bereiken.

10 Water Extractors

Ondanks de recente ontdekking van wat vloeibaar water op Mars, zullen toekomstige kolonisatoren afhankelijk zijn van bevroren water gevangen in de bodem van Mars. Het extraheren van dat water kan inhouden dat je het fysiek moet opgraven, of het zou kunnen betekenen dat je microgolven gebruikt om het water te verdampen en het als een gas naar de oppervlakte te brengen. Helaas zijn er, terwijl machines die beide zijn getest op aarde, nog geen grootschalige waterzuigers getest op Mars zelf.

En het is absoluut belangrijk om ervoor te zorgen dat machines werken voordat we overwegen om een ​​permanente basis op Mars te vestigen. Dat is niet alleen zo dat de kolonisatoren niet sterven aan uitdroging. Sommige deskundigen hebben voorgesteld om het water te gebruiken om zuurstof te leveren door de waterstof- en zuurstofatomen van watermoleculen te scheiden. Als dat plan wordt gebruikt en het waterverzamelapparaat kapot gaat, zouden de kolonisatoren het gevaar lopen dood te gaan door gebrek aan zuurstof. Maar zelfs als een alternatief systeem voor zuurstoftoevoer wordt gebruikt (zoals het afbreken van koolstofdioxide uit de atmosfeer van Mars), zou water nodig zijn om brandstof te maken en te drinken. Dergelijke vitale apparatuur moet worden getest in de omgeving van Mars, waardoor fouten kunnen worden geïdentificeerd voordat het leven van mensen erop vertrouwt.

9Mars Suits

De omgeving van Mars biedt een aantal interessante uitdagingen, met veel gevaren die de kolonisatoren misschien niet meteen doden, maar die op den duur ernstige gezondheidsproblemen kunnen veroorzaken. Als zodanig zou het verkennen van Mars speciale pakken vereisen die zelfs geavanceerder zijn dan de huidige ruimtepakken.

Om te beginnen wordt Mars vaak badend in dodelijke ruimtestraling. Op aarde worden we beschermd tegen deze kosmische straling door de atmosfeer en een magnetisch veld dat bekend staat als de magnetosfeer. Baanbrekende ruimtevaartuigen zoals het internationale ruimtestation ISS bevinden zich in de magnetosfeer, dus slechts een paar astronauten hebben het risico genomen op volledige blootstelling aan ruimtestraling tijdens korte missies buiten de baan om de aarde. Een reis naar Mars zou veel langer duren, waardoor stralingsafscherming van vitaal belang zou zijn.

Dat is bijzonder lastig voor Mars-pakken, die licht genoeg moeten zijn om te dragen en tegelijkertijd voldoende bescherming bieden. Een kandidaat kan gehydrogeneerde boornitride-nanobuizen (BNNT's) zijn. Oorspronkelijk ontwikkeld om ruimtevaartuigen af ​​te schermen, hebben onderzoekers BNNT's eigenlijk tot garen gemaakt, dat kan worden gemengd met de stof van ruimtepakken om bescherming tegen straling te bieden.

Een ander probleem is dat het menselijk lichaam de neiging heeft om af te breken zonder de druk van de zwaartekracht van de aarde. Astronauten op het ISS lijden aan spieratrofie en kunnen tot 2 procent van hun botmassa per maand verliezen. Op het ISS is dit te managen door oefening, maar voor langdurige missies naar Mars hebben onderzoekers van het MIT het gravitatielaadmasker tegen overbelasting ontwikkeld, dat de effecten van de zwaartekracht van de aarde nabootst door het lichaam zachtjes in te drukken. Het pak is nauwsluitend, waardoor het onder grotere ruimtepakken kan worden gedragen buiten een ruimtevaartuig of op het oppervlak van Mars.

8Spaceships

Het spreekt voor zich dat het plaatsen van een persoon op Mars aanzienlijk uitdagender zal zijn dan het landen van een onbemande rover als Curiosity. Tot dusverre hebben we slechts een handvol korte bemande missies naar de maan geleid, die ongeveer 200 keer dichter bij de aarde is dan Mars.

Maar NASA droomt groots met de Orion-ruimtecapsule. Ontworpen met een missie naar Mars in gedachten, zal Orion hopelijk in staat zijn tot ruimtevaart op lange termijn, waarbij hij maximaal vier astronauten vervoert tijdens een reis van zes tot negen maanden naar Mars.

De missie van Mars naar Mars zal echter pas in de 2030's plaatsvinden. Ten eerste is NASA van plan om het te testen met missies naar de maan en ten minste één asteroïde. Het bureau ontwikkelt ook een enorme nieuwe raket, het Space Launch System, om Orion voort te stuwen. De eerste bemande tests zijn voorlopig gepland voor 2021, hoewel het nu waarschijnlijk lijkt dat ze worden uitgesteld tot 2023 tenminste.

In de tussentijd maakte Orion zijn eerste onbemande vlucht in december 2014. De missie was bedoeld om de capsule te testen en informatie te verzamelen over de effecten van straling. Op dit moment zou straling van galactische kosmische stralen voorkomen dat mensen meer dan 150 dagen buiten een baan met een lage baan om de aarde zouden doorbrengen. Een missie naar Mars en terug zou veel langer duren dan dat, dus het ontwikkelen van effectieve stralingsschilden voor Orion zal de sleutel zijn.

7Fuel

Op dit moment is Orion een relatief klein ruimtevaartuig, maar om astronauten levend en gezond te houden tijdens de maandenlange reis naar Mars, is de toevoeging van een veel grotere "habitatmodule" vereist. Het voortbewegen van zo'n groot ruimtevaartuig helemaal naar Mars zou vereisen dat een enorme hoeveelheid brandstof. Die brandstof zou zelf het gewicht van de shuttle vergroten, waardoor de ruimte voor instrumenten wordt beperkt en er nog meer inspanning nodig is om uit de atmosfeer van de aarde te komen.

Een oplossing zou zijn om een ​​efficiëntere brandstofsoort te vinden. Op dit moment worden de meeste ruimtevaartuigen aangedreven door een chemisch voortstuwingssysteem. NASA werkt echter aan een type voortstuwingssysteem dat bekend staat als elektrische zonne-energie (SEP). Dit maakt gebruik van energie van de zon en gebruikt het om xenon-atomen te versnellen in een uitlaatpluim die het ruimteschip voortstuwt. Dit systeem zou veel lichter zijn dan eender welke chemische voortstuwingsmotor.

Er is echter een probleem. Op dit moment kunnen zonnepanelen niet genoeg vermogen voor SEP-motoren oogsten om dezelfde stuwkracht te bieden als chemische motoren, wat betekent dat een SEP-aangedreven voertuig langer nodig zou hebben om Mars te bereiken.Dit is een groot probleem voor een bemande missie, omdat we al worstelen om de astronauten levend en gezond te houden gedurende de minimum zes maanden die nodig zijn om Mars te bereiken.

Als een resultaat hebben sommige experts gesuggereerd dat zuinige SEP-motoren moeten worden gebruikt om benodigdheden en apparatuur naar Mars te transporteren. Zodra de zware voorraden veilig zijn geland, kunnen de astronauten een snellere reis maken op een gestript, chemisch aangedreven ruimtevaartuig dat is ontworpen om ze daar veilig en snel te brengen.

6 Lijnuitrusting

Zelfs als we een schip hadden dat mensen en voorraden naar Mars kon vervoeren, is er nog steeds een probleem: we hebben gewoon niet de technologie om het veilig te landen. We kunnen ruimtevaartuigen op de maan landen, waar er in wezen geen atmosfeer is. En we kunnen gemakkelijk landen op aarde, wat een veel dikkere atmosfeer heeft dan Mars. Maar de dunne atmosfeer van de rode planeet biedt unieke uitdagingen die het landen van zelfs lichte robotische sondes tot een enorme strijd maken. Er is momenteel geen methode om een ​​schip veilig te landen dat groot genoeg is om mensen te vervoeren.

NASA werkt hard aan het probleem en test momenteel een combinatie van een enorme supersonische parachute en een donutvormige luchtrem. Een test in 2015 was geen succes, de parachute werd uit elkaar gescheurd nadat hij niet was opgeblazen. De test leverde echter waardevolle gegevens op, die de NASA van plan is te gebruiken om het ontwerp te verbeteren. Omdat NASA's missie naar Mars voorlopig gepland is voor de jaren 2030, hebben ze ruim de tijd om aan het probleem te werken.

Ondertussen is het controversiële Mars One-project, dat hoopt een privékolonie op Mars te vestigen, van plan een ruimtevaartuig te gebruiken dat zichzelf vertraagt ​​met raketten en zonder parachute. Dit is nog nooit eerder gedaan en experts hebben het Mars One-project in het algemeen beschreven als 'krankzinnig'.

5 groene duimen

In de recente filmaanpassing van The Martian, Matt Damons karakter Mark Watney wordt afgebeeld als een geniale botanicus, in staat om aardappelen te telen in de rode aarde van Mars. In het echte leven is Watney's dichtstbijzijnde equivalent Bruce Bugbee, de Utah State University-wetenschapper achter de sla NASA groeide recent op het ISS. Volgens Bugbee, The MartianDe basisconcepten waren correct, maar de film onderschatte de moeilijkheid van het kweken van planten op Mars.

Om te beginnen krijgt Mars maar 60 procent van het zonlicht van de aarde. En Watney's stralingsbeschermde leefgebied zou nog meer van het licht hebben geblokkeerd. In het echte leven, zegt Bugbee, zou een boerderij op Mars een kunstmatige lichtbron of een systeem van spiegels en glasvezel nodig hebben om het zonlicht te concentreren dat Mars wel krijgt.

Bugbee zegt ook dat het buitengewoon moeilijk zou zijn om planten in de bodem van Mars te laten groeien. Juist, de rode planeet is eigenlijk behoorlijk roestig, in zoverre dat de grond vol is met ijzeroxiden. Deze geoxideerde aarde is niet ideaal voor het plantenleven, dus kolonisten van Mars zouden hun gewassen moeten laten groeien in een systeem van hydroponie of de grond moeten behandelen om de ijzeroxiden te verwijderen en de vruchtbaarheid te vergroten.

Maar dankzij het werk van Bugbee en anderen moeten toekomstige marsmannetjes worden uitgerust met alles wat ze nodig hebben om eetbare planten te laten groeien op de reis naar Mars en op de planeet zelf. Slechts een paar maanden geleden, was astronaut Scott Kelly de eerste persoon die sla in de ruimte oogstte. Blijkbaar was het heerlijk.

4Builder-Bots

We kunnen mensen niet zomaar op Mars dumpen zonder infrastructuur en verwachten van hen dat ze alles zelf bouwen wat ze nodig hebben. Alle realistische kolonisatieplannen voorzien eerst in het sturen van onbemande schepen geladen met voorraden, samen met robots om het voorbereidende werk te doen voordat mensen kunnen aankomen. Bijvoorbeeld, robots kunnen leefbare habitats construeren en beginnen met het extraheren van water uit de grond lang voordat de eerste mens voet zet op de rode Marsgrond. Het probleem is dat we deze builder-bots nog niet hebben gebouwd en dat de robots die we momenteel kunnen bouwen vrij beperkt zijn in wat ze op Mars kunnen bereiken.

Op dit moment werkt NASA samen met twee universiteiten aan een humanoïde robot genaamd de R5. Sommigen hebben echter betwijfeld of een tweevoetige robot de beste manier is om te gaan, met het argument dat vier poten of bij voorkeur loopvlakken van de banden steviger zouden zijn. Robot-sceptici hebben ook gepleit voor het opleggen van te veel druk op onze mechanische arbeiders. In plaats daarvan beweren ze dat we gewoon zoveel mogelijk van het werk op aarde zouden moeten doen. Er zouden bijvoorbeeld voorgebouwde opblaasbare schuilplaatsen kunnen worden opgezet, die ons de moeite besparen om een ​​robot te maken om de schuilplaats van grondstoffen te maken. Dat zou de bots vrijlaten om zich te concentreren op eenvoudige taken die geen probleemoplossende vaardigheden of fijne motorische controle behoeven.

3Homes

Het is duidelijk dat een belangrijke stap naar het koloniseren van Mars het ontwerpen van gespecialiseerde habitats voor de kolonisten zal zijn. Deze habitats moeten onder druk worden gezet tot bijna-aarde niveaus. Ze zullen ook moeten beschermen tegen stofstormen, straling en ijskoude weersomstandigheden. En ze zullen huiselijk moeten zijn, want toekomstige kolonisten van de Marokkaanse koloniën zullen waarschijnlijk veel tijd binnenshuis doorbrengen.

En het leven op Mars zou nog meer onverwachte uitdagingen opleveren. Het lijkt bijvoorbeeld intuïtief dat Martiaanse kolonisten eetbare planten in hun habitat zouden laten groeien. Het probleem is dat planten zuurstof produceren, dat zich zou opbouwen in een afgesloten omgeving totdat de lucht giftig werd voor mensen of alles in vlammen opging. En het is moeilijk om overtollige zuurstof af te voeren zonder ook kostbare stikstof te verliezen, een onderdeel van de vitale atmosfeer. Dus voordat er ruimtevaartbedrijven mogelijk zijn, zullen ingenieurs een robuust systeem moeten ontwikkelen voor het verwijderen van overtollige zuurstof onder Marsomstandigheden.

Uiteindelijk is het te vroeg om te zeggen hoe een huis op Mars eruit zou kunnen zien. Maar sommige van de mogelijkheden zijn adembenemend. In 2015 hield de NASA een wedstrijd om een ​​Mars-habitat te ontwerpen. De winnende inzending was een van de weinigen die de rode aarde van de planeet negeerde.In plaats daarvan gebruikten de ontwerpers een even rijke bron, met een torenhoge driehoekige structuur die volledig uit Marsachtig ijs was gebouwd.

2Universiteitswijken

Over het algemeen is het astronauten verboden seksuele relaties te hebben tijdens een missie. Maar als je groepen mensen naar Mars stuurt voor de rest van je leven, is het moeilijk je voor te stellen dat ze allemaal permanent celibatair blijven. En met seks op Mars komt de mogelijkheid van zwangerschap op Mars. Dat is volledig onbekend terrein en het is waarschijnlijk dat er speciale voorzorgsmaatregelen genomen moeten worden om de veiligheid van moeder en kind te waarborgen.

Het grote probleem is, zoals gewoonlijk, straling. Het DNA dat de embryo-ontwikkeling regelt, is buitengewoon gevoelig voor stralingsschade. Dientengevolge, zou een kind dat werd verwekt tijdens de reis naar Mars vrijwel zeker steriel zijn en een hoog risico lopen op mentale retardatie of geboorteafwijkingen. Op Mars zelf zou de situatie beter beheersbaar zijn, maar er zouden zeker extra voorzorgsmaatregelen genomen moeten worden om aanstaande moeders tegen straling te beschermen. Er is zelfs gesuggereerd dat kolonisten een habitat zouden moeten vestigen in een krater op de Mars-maan Phobos, waar sommige kraterwanden 90 procent van de kosmische straling blokkeren.

Het is ook duidelijk dat een kind dat op Mars is grootgebracht zich op verschillende manieren zou kunnen ontwikkelen dan een kind dat op aarde is grootgebracht. In een van de weinige experimenten op dit onderwerp werden zwangere ratten de ruimte ingestuurd en vervolgens naar de aarde teruggebracht om te bevallen. De nieuwe babyratten hadden geen echt gevoel van op en neer vanwege hun ontwikkeling in zwaartekracht. Maar het effect verdween na een paar dagen, wat aantoont dat baby's zich kunnen aanpassen aan de normale zwaartekracht.

Met al dat gezegd, ruimtevaart zwangerschap misschien toch niet zo'n een dringende kwestie. Onderzoeker Joe Tash heeft gesuggereerd dat langdurige perioden van lage zwaartekracht zowel mannelijke als vrouwelijke reproductieve systemen ernstig zouden kunnen schaden. Als dit het geval is, zou een lange reis naar Mars de eerste Marsbewoners "reproductief aangetast" maken.

1A Way Home

Het Mars One-project stelt voor om kolonisten op een enkele reis naar Mars te sturen, zonder plannen voor een terugkeer naar de aarde. Dat is waarschijnlijk het beste, omdat een rapport van MIT voorspelt dat de kolonisten van Mars One bijna onmiddellijk zullen sterven. En hoewel het kopen van een enkeltje naar Mars misschien romantisch klinkt, is het vangen van mensen in de ruimte waarschijnlijk niet de beste manier om het zonnestelsel te koloniseren.

Gelukkig is NASA van plan om zijn Mars-missie op te nemen met een terugreis. Dit is natuurlijk een enorme technische uitdaging. Onverwachts is de reis terug naar de aarde het relatief gemakkelijke deel - een ruimteschip genaamd het Earth Return Vehicle zal in een baan rond Mars blijven totdat het tijd is om de astronauten naar huis te brengen. De moeilijkheid is om de astronauten naar het Earth Return Vehicle te brengen. Duwen door de atmosfeer van Mars en in de ruimte vereist een enorme hoeveelheid drijfgas, wat jaren zou kosten om te produceren.

NASA's oplossing is een ruimteschip dat bekend staat als het Mars Ascent Vehicle (MAV), dat Mars vóór de astronauten naar Mars zal worden gestuurd. Zodra het landt, begint de MAV automatisch kooldioxide uit de atmosfeer te halen en om te zetten in brandstof. Het duurt waarschijnlijk ongeveer twee jaar voordat de MAV zijn brandstoftanks heeft gevuld en de astronauten zullen de aarde niet verlaten voordat de NASA de bevestiging heeft gekregen dat er voldoende brandstof is geproduceerd om ze weer thuis te krijgen. Dientengevolge moet de MAV sterk genoeg zijn om het ongastvrije Marslandschap tot vier jaar te overleven. NASA verwacht dat dit het zwaarste object is dat ze nodig hebben om op Mars te landen, zodat de missie een succes wordt. Maar het is de moeite waard om ervoor te zorgen dat de eerste marsmannetjes naar huis kunnen.