La idea de explorar y colonizar Marte nunca ha estado tan viva como hoy. En las próximas dos décadas, hay varios planes para enviar misiones tripuladas al Planeta Rojo, e incluso algunos planes muy ambiciosos para comenzar a construir un asentamiento permanente allí. A pesar del entusiasmo, Hay muchos desafíos importantes que deben abordarse antes de que se puedan intentar tales esfuerzos.

Estos desafíos, que incluyen los efectos de la baja gravedad en el cuerpo humano, radiación, y el costo psicológico de estar lejos de la Tierra, se vuelven aún más pronunciados cuando se trata de bases permanentes. Para abordar esto, El ingeniero civil Marco Peroni ofrece una propuesta para una base marciana modular (y una nave espacial para entregarla) que permitiría la colonización de Marte mientras protege a sus habitantes con escudos artificiales contra la radiación.

Peroni presentó esta propuesta en el Foro y Exposición SPACE y Astronáutica del Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica 2018, que tuvo lugar del 17 al 19 de septiembre en Orlando, Florida. La presentación fue una de las varias que tuvieron lugar el miércoles, 19 de septiembre cuyo tema es "Arquitecturas de la misión a Marte".

Para hacerlo mas simple, la idea de colonizar Marte (o cualquier parte del sistema solar) presenta muchos desafíos, tanto físicos como psicológicos. En el caso del Planeta Rojo, estos incluyen su atmósfera fina e irrespirable, su ambiente muy frío, y el hecho de que no tiene campo magnético. Es este último elemento el que es especialmente desafiante, ya que los futuros colonos deberán estar protegidos de una cantidad considerable de radiación.

En breve, la cantidad promedio de radiación a la que está expuesto un ser humano en la Tierra es de aproximadamente 3.6 miliSieverts (mSv) al año, que es gracias a la atmósfera densa de la Tierra y al campo magnético protector. Naturalmente, esto significa que los astronautas y las personas que se aventuran más allá de la Tierra están expuestos a cantidades drásticamente mayores de radiación solar y cósmica.

Para garantizar la salud y seguridad de los astronautas, La NASA ha establecido un límite superior de 500 mSV por año o de 2000 a 4000 mSV (según la edad y el género) durante el transcurso de la vida de un astronauta. Sin embargo, Peroni estima que, dependiendo de cuánto tiempo pasen en interiores, la cantidad promedio de radiación a la que estaría expuesto un colono marciano sería de aproximadamente 740 mSv por año. Como Peroni explicó a Universe Today por correo electrónico:

"La cantidad de material para un blindaje eficaz puede ser mucho más allá de lo que es factible para la mayoría de las aplicaciones aeroespaciales. Las paredes de aluminio de la ISS, por ejemplo, tienen un grosor aproximado de 7 mm y son eficaces en LEO, pero es poco probable que tales escudos sean suficientes en el espacio interplanetario, donde incluso podrían aumentar la dosis absorbida a menos que se espese sustancialmente ".

Para hacer frente a esta amenaza, propuestas anteriores han recomendado construir bases con gruesas capas de suelo marciano; en algunos casos, confiando en la sinterización y la impresión 3D para crear una pared exterior de cerámica dura y refugios de emergencia en caso de tormentas solares. Otras propuestas han sugerido construir bases en tubos de lava estables para proporcionar un blindaje natural. Pero como indicó Peroni, estos presentan su propia parte de los peligros.

Estos incluyen la cantidad de material necesario para crear muros de protección efectivos, y la amenaza de claustrofobia. Como él explicó:

"Un estudio de la NASA encontró que una gran estación espacial o hábitat requería un blindaje de 4 t / m2 de regolito marciano (considerando que su densidad está entre 1, 000 kg / m3 en la superficie a 2, 000 kg / m3 a una profundidad de unos pocos cm, esto corresponde a un espesor de 2 m, o menos si el material se compacta [al ser] sinterizado por láser), para lograr una tasa de dosis efectiva de 2,5 mSv / año ...

"Un refugio subterráneo se puede utilizar también como dormitorio y para todas aquellas actividades en las que no hay necesidad de mirar hacia afuera (como mirar videos o disfrutar de otros entretenimientos), pero vivir siempre en estructuras subterráneas puede poner en riesgo la salud psicológica de los colonos (claustrofobia), disminuyendo también su capacidad para evaluar distancias cuando están fuera del puesto de avanzada (dificultades para realizar tareas de EVA) y puede ser particularmente malo en caso de que una de las actividades del puesto de avanzada sea el turismo espacial. Otro problema es la construcción de invernaderos, lo que debería permitir la entrada de la luz del sol para impulsar los mecanismos biológicos de las plantas ".

Como alternativa, Peroni sugiere un diseño para una base que proporcionaría su propio blindaje mientras maximizaba el acceso al paisaje marciano. Esta base sería transportada a Marte a bordo de una nave con núcleo en forma de esfera (de unos 300 metros (984 pies) de diámetro) alrededor de la cual se dispondrían los módulos base hexagonales. Alternativamente, Peroni y sus colegas recomiendan crear un núcleo cilíndrico para albergar los módulos.

Esta nave espacial transportaría los módulos y habitantes de la Tierra (u órbita cis-lunar), y estaría protegido por el mismo tipo de escudo magnético artificial utilizado para proteger la colonia. Esta sería generada por una serie de series de cables eléctricos que envolverían la estructura de la nave. Durante el viaje, la nave espacial también giraría alrededor de su eje central a una velocidad de 1,5 revoluciones por minuto para generar una fuerza de gravedad de aproximadamente 0,8 g.

Esto aseguraría que los astronautas llegaran en órbita alrededor de Marte sin haber sufrido los efectos degenerativos de la exposición a la microgravedad, que incluyen pérdida de densidad muscular y ósea, vista comprometida, Disminución del funcionamiento del sistema inmunológico y de los órganos. Como lo explicó Peroni:

"En el límite de la 'esfera viajera' estarán los sistemas de propulsión necesarios tanto para el viaje como para la rotación contemporánea de la nave espacial, para generar gravedad artificial durante el viaje de ida y vuelta. Estas naves espaciales se han desarrollado para integrar mejor los elementos de carga de la nave con la estructura de los módulos. La estructura portante de la esfera, que constituye el cuerpo del buque, está formado por una cuadrícula hexagonal y pentagonal y por lo tanto es más fácil conectar y agregar los módulos, que tienen formas similares ".

Una vez en la órbita marciana, la nave-esfera dejaría de girar para permitir que cada elemento se desprenda y comience a descender a la superficie marciana, utilizando un sistema de paracaídas, propulsores y resistencia del aire para reducir la velocidad y aterrizar. Cada módulo estaría equipado con cuatro patas motorizadas que les permitirían moverse por la superficie y conectarse con los otros módulos habitacionales una vez que lleguen.

Gradualmente, los módulos se colocarían ellos mismos en una configuración esférica bajo un aparato en forma de toroide. Al igual que el que protege la nave espacial, este aparato estaría hecho de cables eléctricos de alto voltaje que generan un campo electromagnético para proteger los módulos de la radiación cósmica y solar. Una nave espacial (como el BFR propuesto por SpaceX) también podría partir del núcleo central de la nave, transportando a los futuros colonos al planeta.

Para determinar la efectividad de su concepto, Peroni y sus colegas realizaron cálculos numéricos y experimentos de laboratorio utilizando un modelo a escala (que se muestra a continuación). De esto, determinaron que el aparato era capaz de generar un campo magnético externo de 4/5 Tesla, lo cual es suficiente para mantener a los habitantes a salvo de los dañinos rayos cósmicos.

Al mismo tiempo, el aparato generó un campo magnético casi nulo dentro del aparato, lo que significa que no expondría a los habitantes a ninguna radiación electromagnética y, por lo tanto, no representaría ningún peligro para ellos. Cada módulo, según la propuesta de Peroni, tendría forma de hexágono, miden 20 m (65,6 pies) de diámetro, y tendría suficiente espacio vertical en el interior para constituir un espacio habitable.

Cada uno de los módulos se elevaría unos 5 m (16,5 pies) sobre el suelo (utilizando sus patas motorizadas) para permitir que el viento marciano se escurra durante las tormentas de arena y evitar la acumulación de arena alrededor de los módulos. Esto aseguraría que la vista desde el interior de los módulos, un componente clave del diseño de Peroni, estaría libre de obstáculos.

De hecho, La propuesta de Peroni exige que la base se abra lo más posible al paisaje circundante a través de ventanas y bóvedas. lo que permitiría a los habitantes sentirse más conectados con el entorno y evitaría sentimientos de aislamiento y claustrofobia. Cada módulo pesaría unas 40-50 toneladas métricas (44-55 toneladas estadounidenses) en la Tierra, lo que equivale a 15-19 toneladas (16,5-21 toneladas estadounidenses) en gravedad marciana.

Parte del peso inicial incluiría el combustible necesario para el descenso, lo que se eliminaría durante el descenso y significaría que los hábitats serían aún más claros una vez que llegaran a la superficie de Marte. Al igual que con diseños similares, cada módulo se diferenciaría según su función, algunos sirven como dormitorios y otros como instalaciones recreativas, espacios verdes, laboratorios, Talleres de trabajo, instalaciones de saneamiento y reciclaje de agua, etc.

El toque final será la construcción de un "eje tecnológico, "un túnel transitable construido sobre el suelo donde las baterías, Se colocarían paneles fotovoltaicos y pequeños reactores nucleares. Estos se ocuparían de las considerables necesidades eléctricas de la base, que incluyen la potencia necesaria para mantener el campo magnético. Otros elementos podrían incluir garajes y almacenes para vehículos de exploración, así como un observatorio astronómico.

Esta propuesta es similar en muchos aspectos al concepto de solenoide de base lunar que Peroni presentó al menos el año AIAA Space and Astronautics Forum and Exposition. En esta ocasión, Peroni propuso construir una base lunar que consistía en cúpulas transparentes que estarían encerradas dentro de una estructura en forma de toroide que consistía en cables de alto voltaje.

En ambos casos, Los hábitats propuestos tienen que ver con garantizar las necesidades de sus habitantes, que incluyen no solo su seguridad física, sino también su bienestar psicológico. Mirando hacia el futuro, Peroni espera que sus propuestas fomenten más debates e investigaciones sobre los desafíos particulares de construir bases fuera del mundo. También espera ver conceptos más innovadores diseñados para abordar estos.

"Esta investigación preliminar puede alentar [el] desarrollo futuro de estas teorías y un estudio más profundo de los temas y tópicos cubiertos en esta contribución, ese, Por qué no, en el futuro [permitirá] a los humanos realizar el sueño de vivir en Marte durante largos períodos sin estar encerrados bajo jaulas de metales pesados ​​o cavernas de rocas oscuras, " él dijo.

Está claro que cualquier asentamiento construido en la Luna, Marte, o más allá en el futuro tendrán que ser en gran medida autosuficientes:producir sus propios alimentos, agua, y materiales de construcción in situ. Al mismo tiempo, este proceso y el acto de la vida diaria dependerán en gran medida de la tecnología. En las generaciones venideras, Es probable que Marte sea el campo de pruebas donde se prueben y examinen nuestros métodos para vivir en otro planeta.

Antes de que comencemos a enviar humanos al planeta rojo, tenemos que asegurarnos de presentar nuestros mejores métodos.