Марсианская среда обитания — это гипотетическое место, где люди могли бы жить на Марсе . [2] [3] Марсианские среды обитания должны были бы бороться с условиями на поверхности, которые включают в себя почти полное отсутствие кислорода в воздухе , экстремальный холод, низкое давление и высокую радиацию. [4] В качестве альтернативы среда обитания могла бы быть размещена под землей, что помогает решить некоторые проблемы, но создает новые трудности. [5]
Одной из проблем является чрезвычайная стоимость транспортировки строительных материалов на поверхность Марса, которая к 2010-м годам оценивалась примерно в 2 миллиона долларов США за кирпич. [6] Хотя гравитация на Марсе ниже, чем на Земле , там сильнее солнечное излучение и температурные циклы, а также высокие внутренние силы, необходимые для герметичных сред обитания, чтобы удерживать воздух. [7]
Чтобы справиться с этими ограничениями, архитекторы работали над пониманием правильного баланса между материалами и строительством на месте, а также вне места на Марсе. [8] Например, одна идея заключается в использовании местного реголита для защиты от воздействия радиации, а другая идея заключается в использовании прозрачного льда, чтобы позволить безвредному свету проникать в среду обитания. [8] Проектирование среды обитания на Марсе может также включать изучение местных условий, включая давление, температуру и местные материалы, особенно воду. [8]
Значительными проблемами для марсианских мест обитания являются поддержание искусственной среды и защита от интенсивного солнечного излучения . Людям постоянно требуется герметичная среда и защита от токсичной марсианской атмосферы. Соединение мест обитания полезно, так как перемещение между отдельными структурами требует скафандра или, возможно, марсохода. Одна из самых больших проблем заключается в том, чтобы просто добраться до Марса, что означает выход из атмосферы Земли, поддержание путешествия на Марс и, наконец, посадку на поверхность Марса. Одним из полезных аспектов является атмосфера Марса, которая допускает аэродинамическое торможение, что означает меньшую необходимость использования топлива для замедления корабля для безопасной посадки. Однако количество энергии, необходимое для переноса материала на поверхность Марса, является дополнительной задачей, выходящей за рамки простого выхода на орбиту. В конце 1960-х годов Соединенные Штаты создали ракету Saturn V, которая была способна выводить на орбиту достаточно массы, необходимой для одного запуска, вмещающего экипаж из трех человек на поверхность Луны и обратно. Этот подвиг потребовал ряда специально разработанных единиц оборудования и разработки метода, известного как Lunar Orbit Rendezvous . Lunar Orbit Rendezvous был планом по координации спускаемых и подъемных аппаратов для сближения на лунной орбите. Что касается Марса, аналогичный метод потребовал бы Mars Excursion Module , который объединяет пилотируемый спуско-подъемный аппарат и кратковременную поверхностную среду обитания. Более поздние планы разделили спуско-подъемный аппарат и поверхностную среду обитания, которые в дальнейшем развились в отдельные спусковые, поверхностные и подъемные аппараты с использованием новой архитектуры дизайна. В 2010 году Space Launch System или варианты роста, следовательно, предполагаются как имеющие грузоподъемность и качества, необходимые для миссий человека на Марс, с использованием капсулы Orion .
Одной из проблем для марсианских жилищ является поддержание климата, особенно правильной температуры в правильных местах. [9] Электронные устройства и освещение генерируют тепло, которое поднимается в воздух, даже если на улице наблюдаются экстремальные колебания температуры. [9] [10]
Одна из идей для марсианской среды обитания заключается в использовании марсианской пещеры или лавовой трубы , и надувной воздушный шлюз был предложен проектом Caves of Mars для использования такой структуры. [11] Идея проживания в лавовых трубах была предложена из-за их потенциала обеспечения повышенной защиты от радиации , колебаний температуры, марсианского солнечного света и т. д. [12] Преимущество жизни под землей заключается в том, что она позволяет избежать необходимости создания радиационного щита над землей. [13] Другая идея заключается в использовании роботов для строительства базы до прибытия человека. [13]
Использование живых растений или других живых биологических веществ для обеспечения воздухом и продовольствием, если это необходимо, может оказать существенное влияние на проект. [14] Примером того, как инженерные требования и эксплуатационные цели могут взаимодействовать, является тепличная зона с пониженным давлением. Это снизит структурные требования к поддержанию давления воздуха , но потребует, чтобы соответствующие растения выживали при этом более низком давлении. Доведенный до крайности, вопрос остается, насколько низкое давление может выживать растение и при этом быть полезным. [14]
Марсианская среда обитания, возможно, должна будет сосредоточиться на сохранении определенного типа растений, например, в рамках поддержки ее обитателей. [15] Исследование NASA Caves of Mars предполагает следующие характеристики продовольствия и производства продовольствия: [15]
В исследовании отмечены два растения: ряска ( Lemna minor ) и водный папоротник ( Azolla filiculoides ), как особенно подходящие, и они растут на поверхности воды. [16] Марсианская среда обитания должна будет поддерживать условия этих источников пищи, возможно, включая элементы из тепличного дизайна или сельского хозяйства.
Исторически сложилось так, что космические миссии, как правило, имеют нерастущий запас продовольствия, питающийся из установленного количества пайков, как Skylab , пополняемый поставками с Земли. Использование растений для воздействия на атмосферу и даже улучшения запасов продовольствия было опробовано в 2010-х годах на борту Международной космической станции .
Еще одна проблема — утилизация отходов. На «Скайлэбе» все отходы помещались в большой бак; на «Аполлоне» и « Спейс Шаттле» мочу можно было выбрасывать в космос или убирать в мешках, чтобы она снова вошла в атмосферу Земли.
Соображения по поддержанию окружающей среды в закрытой системе включали удаление углекислого газа, поддержание давления воздуха, подачу кислорода, температуры и влажности, а также прекращение пожаров. Другая проблема с закрытой системой заключается в том, чтобы не допустить ее загрязнения выбросами различных материалов, пылью или дымом. Одной из проблем на Марсе является влияние мелкой пыли марсианской почвы, проникающей в жилые помещения или устройства. Пыль очень мелкая и накапливается на солнечных панелях и других поверхностях. [17]
Некоторые возможные области, где требуются технологии или экспертные знания:
Марсианская среда обитания часто рассматривается как часть ансамбля марсианской базы и инфраструктурных технологий. [18] Некоторые примеры включают в себя марсианские скафандры EVA, марсоход, самолеты, посадочные модули, резервуары для хранения, коммуникационные структуры, горнодобывающую промышленность и марсианские двигатели (например, оборудование для перемещения земли ). [18]
Марсианская среда обитания может существовать в контексте человеческой экспедиции, аванпоста или колонии на Марсе. [19]
При создании среды обитания для людей необходимо учитывать такие факторы, как поддержание правильной температуры воздуха, правильного давления воздуха и состава этой атмосферы.
Хотя люди могут дышать чистым кислородом, в пожаре Аполлона-1 участвовала атмосфера с чистым кислородом . Таким образом, марсианским жилищам могут потребоваться дополнительные газы. Одна из возможностей — взять азот и аргон из атмосферы Марса ; однако их трудно отделить друг от друга. [20] В результате марсианская среда обитания может использовать 40% аргона, 40% азота и 20% кислорода. [20] См. также Argox , для аргоновой дыхательной газовой смеси, используемой при подводном плавании.
Концепция очистки воздуха для дыхания от CO2 заключается в использовании многоразовых скрубберов углекислого газа с аминовыми шариками . [21] В то время как один скруббер углекислого газа фильтрует воздух астронавта, другой может выбрасывать очищенный CO2 в атмосферу Марса, после завершения этого процесса можно использовать другой, а тот, который использовался, может сделать перерыв. [22]
Одной из уникальных структурных сил, с которой марсианские жилища должны бороться, если они находятся под давлением земной атмосферы, является сила воздуха на внутренних стенах. [7] Она была оценена в более чем 2000 фунтов на квадратный фут (9800 кг/м 2 ) для герметичного жилища на поверхности Марса, что радикально больше по сравнению с земными сооружениями. [7] Более близкое сравнение можно провести с пилотируемыми высотными самолетами, которые должны выдерживать силы от 1100 до 1400 фунтов на квадратный фут (от 5400 до 6800 кг/м 2 ) на высоте. [7]
На высоте около 150 тысяч футов (28 миль (45 км)) на Земле атмосферное давление начинает соответствовать давлению на поверхности Марса. [23]
Одной из проблем для марсианской среды обитания является поддержание подходящей температуры в нужных местах среды обитания. [9] Такие вещи, как электроника и освещение, генерируют тепло, которое поднимается в воздух, даже если снаружи наблюдаются экстремальные колебания температуры. [9] [26] На Марсе могут быть большие перепады температур, например, на экваторе она может достигать 70 градусов по Фаренгейту (20 градусов по Цельсию) днем, но затем опускаться до минус 100 градусов по Фаренгейту (−73 градуса по Цельсию) ночью. [27]
Примеры температур поверхности Марса: [27]
Краткосрочное пребывание на поверхности Марса не требует, чтобы среда обитания имела большой объем или полную защиту от радиации. Ситуация будет похожа на Международную космическую станцию , где люди получают необычно большое количество радиации в течение короткого периода времени, а затем покидают ее. [28] Небольшую и легкую среду обитания можно транспортировать на Марс и использовать немедленно.
Долгосрочные постоянные места обитания требуют гораздо большего объема (например, теплицы ) и толстой защиты, чтобы минимизировать годовую дозу получаемой радиации. Этот тип среды обитания слишком большой и тяжелый, чтобы отправлять его на Марс, и должен быть построен с использованием некоторых местных ресурсов. Возможности включают покрытие конструкций льдом или почвой, выемку подземных пространств или герметизацию концов существующей лавовой трубки . [29]
Более крупное поселение может иметь больший медицинский персонал, что повышает способность решать проблемы со здоровьем и чрезвычайные ситуации. [19] В то время как небольшая экспедиция из 4–6 человек может иметь 1 врача, аванпост из 20 человек может иметь более одного врача и медсестер, в дополнение к тем, кто имеет подготовку в области оказания неотложной помощи или парамедицины. [19] Полное поселение может достичь того же уровня ухода, что и современная земная больница. [19]
Одной из проблем медицинского обслуживания во время миссий на Марс является сложность возвращения на Землю для оказания расширенной помощи и предоставления адекватной неотложной помощи при небольшом размере экипажа. [19] Экипаж из шести человек может иметь только одного члена экипажа, обученного на уровне техника неотложной медицинской помощи, и одного врача, но для миссии, которая продлится годы. [19] Кроме того, консультации с Землей будут затруднены задержкой во времени в 7–40 минут. [19] Медицинские риски включают воздействие радиации и пониженную гравитацию, а одним из смертельных рисков является событие солнечных частиц , которое может генерировать смертельную дозу в течение нескольких часов или дней, если у астронавтов нет достаточной защиты. [19] Недавно были проведены испытания материалов для изучения скафандров и «штормовых убежищ» для защиты от галактического космического излучения (ГКР) и событий солнечных частиц (СЧС) во время запуска, транзита и проживания на Марсе. [30] Медицинская готовность также требует, чтобы влияние радиации на хранящиеся фармацевтические препараты и медицинские технологии также учитывалось. [19]
Одним из медицинских принадлежностей, которые могут понадобиться, является внутривенная жидкость , которая в основном состоит из воды, но содержит и другие вещества, поэтому ее можно добавлять непосредственно в кровоток. Если ее можно создать на месте из существующей воды, то она может сэкономить вес, необходимый для перевозки земных единиц, вес которых в основном состоит из воды. [31] Прототип этой возможности был испытан на Международной космической станции в 2010 году. [31]
В некоторых из первых пилотируемых миссий на орбиту брали три типа лекарств: противорвотное триметобензамид ; обезболивающее петидин ; стимулятор декстроамфетамин . [32] К моменту посадки на МКС члены экипажа имели в своем распоряжении почти 200 лекарств, а для россиян и американцев были отдельные таблетницы. [32] Одной из многих проблем пилотируемых миссий на Марс было то, какие таблетки брать с собой и как астронавты будут реагировать на них в разных условиях. [32]
В 1999 году Космический центр имени Джонсона НАСА опубликовал «Медицинские аспекты исследовательских миссий» в рамках « Десятилетнего обзора» . [19] В небольшой миссии один человек может быть врачом, а другой — фельдшером, из экипажа, возможно, из 4–6 человек, однако в более крупной миссии из 20 человек может быть также медсестра, и возможны такие варианты, как небольшая хирургия. [19] Две основные категории для космоса — это неотложная медицинская помощь и затем более продвинутая помощь, имеющая дело с широким спектром проблем, связанных с космическими путешествиями. [19] Для очень маленьких экипажей сложно лечить широкий спектр проблем с помощью продвинутой помощи, тогда как в команде с общим размером 12–20 человек на Марсе может быть несколько врачей и медсестер, в дополнение к сертификатам уровня EMT. [19] Хотя это и не соответствует уровню типичной земной больницы, это выведет медицинские услуги за рамки базовых опций, типичных для очень маленьких экипажей (2–3), где приемлемый риск выше. [19]
При небольшом количестве жителей Марса и медицинского персонала можно было бы рассмотреть возможность проведения хирургических операций с использованием робота . Член экипажа будет управлять роботом с помощью телекоммуникаций с Земли. [33] Два примера ситуаций, связанных с оказанием медицинской помощи, которые были упомянуты в отношении людей на Марсе, — это как справиться со сломанной ногой и аппендицитом . [33] Одна из проблем заключается в том, чтобы не допустить, чтобы то, что в противном случае было бы незначительной травмой, стало угрозой для жизни из-за ограничений на количество медицинского оборудования , обучения и задержки во времени связи с Землей. [33] Задержка времени для одностороннего сообщения составляет от 4 до 24 минут, в зависимости от. [34] Ответ на сообщение занимает это время, задержка на обработку сообщения и создание ответа, плюс время, необходимое для того, чтобы это сообщение отправилось на Марс (еще от 4 до 24 минут). [34]
Примеры сценариев неотложной медицинской помощи для миссий на Марс: [19]
Примером чрезвычайной ситуации, связанной со здоровьем в ходе космического полета, было удушье инертным газом с азотом на борту космического челнока Columbia в 1981 году, когда он готовился к запуску [35]. В этом случае плановая продувка азотом для снижения риска возгорания привела к 5 случаям неотложной медицинской помощи и 2 смертельным случаям. [35] Еще одной печально известной аварией, связанной с космосом, является инцидент с Apollo 1 , когда во время испытаний на Земле внутри космической капсулы воспламенилась чистая кислородная атмосфера, в результате чего погибло трое человек. [36] Исследование, проведенное в 1997 году среди около 280 космических путешественников в период с 1988 по 1995 год, показало, что только у 3 не было никаких медицинских проблем во время космического полета. [37] Медицинский риск для миссии на поверхность Марса заключается в том, как астронавты будут справляться с операциями на поверхности после нескольких месяцев в невесомости. [37] На Земле астронавтов обычно вывозят из космического корабля, и им требуется много времени, чтобы прийти в себя. [37]
Одна из идей для миссий на Марс — это библиотека, отправленная на поверхность этой планеты. [38] Посадочный модуль Phoenix, который приземлился на северной полярной поверхности Марса в 2008 году, включал библиотеку DVD, которая была объявлена первой библиотекой на Марсе. [38] Библиотека DVD Phoenix будет взята будущими исследователями, которые смогут получить доступ к содержимому на диске. [38] Диск, являющийся одновременно памятником прошлому и посланием в будущее, был создан в течение 15 лет. [38] Содержимое диска включает Visions of Mars . [38] Одна из идей для исследования — ковчеги знаний для космоса, своего рода резервная копия знаний на случай, если что-то случится с Землей. [39]
Космический полет Биодома 2 и испытание замкнутой биосферы включали библиотеку с жилыми помещениями. [40] Библиотека была расположена на вершине башни и известна как Библиотечная башня. [40] [41]
Другим соображением для марсианских жилищ, особенно для долгосрочного пребывания, является необходимость потенциально иметь дело с ударом метеорита. [42] [7] Поскольку атмосфера тоньше, больше метеоритов достигает поверхности. Поэтому одной из проблем является то, что метеор может пробить поверхность жилища и тем самым вызвать потерю давления и/или повредить системы. [42] [7]
В 2010-х годах было установлено, что что-то ударилось о поверхность Марса, создав в период с 2008 по 2014 год узор из разбрызгивания больших и малых кратеров. [43] В этом случае атмосфера лишь частично разрушила метеорит до того, как он ударился о поверхность. [42]
Воздействие радиации является проблемой для астронавтов даже на поверхности, поскольку на Марсе нет сильного магнитного поля, а атмосфера слишком тонка, чтобы остановить столько же радиации, сколько на Земле. Однако планета значительно снижает радиацию, особенно на поверхности, и сама по себе не обнаруживается как радиоактивная.
Было подсчитано, что шестнадцать футов (5 метров) марсианского реголита задерживают такое же количество радиации, как и атмосфера Земли. [44]
Для 500-дневной миссии на Марс с экипажем НАСА изучало использование солнечной и ядерной энергии для своей базы, а также систем хранения энергии (например, аккумуляторов). [45] Некоторые из проблем солнечной энергии включают снижение интенсивности солнечного излучения (поскольку Марс находится дальше от Солнца), накопление пыли, периодические пылевые бури и хранение энергии для использования в ночное время. [45] Глобальные пылевые бури на Марсе вызывают более низкие температуры и уменьшают количество солнечного света, достигающего поверхности. [45] Две идеи для преодоления этого заключаются в использовании дополнительной батареи, развернутой во время пылевой бури, и использовании некоторой ядерной энергии для обеспечения базовой мощности, на которую не влияют бури. [45] НАСА изучало ядерные энергетические системы деления в 2010-х годах для миссий на поверхность Марса. [46] Одна из конструкций планировала выходную мощность 40 киловатт; ядерное деление энергии не зависит от солнечного света, достигающего поверхности Марса, на которую могут влиять пылевые бури. [46] [47]
Другая идея для получения энергии заключается в том, чтобы направлять энергию на поверхность со спутника солнечной энергии на приемник выпрямительной антенны (также известной как ректенна ). [48] Были изучены конструкции 245 ГГц, лазера, конструкции ректенны на месте и 5,8 ГГц. [49] Одна из идей заключается в том, чтобы объединить эту технологию с солнечным электрическим движением, чтобы достичь меньшей массы, чем у поверхностной солнечной энергии. [49] Большим преимуществом такого подхода к энергии является то, что ректенны должны быть невосприимчивы к пыли и погодным изменениям, и при правильной орбите спутник солнечной энергии на Марсе мог бы непрерывно направлять энергию на поверхность. [49]
Технология очистки солнечных панелей от пыли рассматривалась для разработки марсохода Mars Exploration Rover . [50] В 21 веке были предложены способы очистки солнечных панелей на поверхности Марса. [51] Влияние марсианской поверхностной пыли на солнечные элементы изучалось в 1990-х годах в ходе эксперимента по адгезии материалов на Mars Pathfinder . [52] [53] [54]
Одной из ранних идей для марсианской среды обитания было использование краткосрочного размещения в марсианском подъемно-спусковом аппарате. Эта комбинация называлась Mars Excursion Module и также обычно включала другие компоненты, такие как базовый марсоход и научное оборудование. Более поздние миссии, как правило, переходили к выделенному спуску/подъему с отдельной средой обитания.
В 2013 году архитекторы ZA предложили, чтобы роботы-копатели построили подземную марсианскую среду обитания. [5] Они выбрали интерьер, вдохновленный Фингаловой пещерой , и отметили повышенную защиту от высокоэнергетического излучения под землей. [5] С другой стороны, также была отмечена проблема сложности отправки роботов-копателей, которые должны построить среду обитания, по сравнению с посадочными капсулами на поверхности. [5] Альтернативой может быть строительство над землей с использованием толстого льда для защиты от радиации. Этот подход имеет преимущество в том, что пропускает свет. [3]
В 2015 году проект «Саморазвертываемая среда обитания для экстремальных условий» (SHEE) исследовал идею автономного строительства и подготовки среды обитания на Марсе по сравнению с человеческим строительством, поскольку последнее является «рискованным, сложным и дорогостоящим». [55]
.jpg/1280px-Tri-ATHLETE_(2010).jpg)
_cropped_androtated.jpg/1280px-Habitat_Demonstration_Unit_(2010)_cropped_androtated.jpg)
В начале 2015 года НАСА изложило концептуальный план трехэтапной программы грантов на проектирование и строительство марсианской среды обитания. [56] На первом этапе требовался дизайн. На следующем этапе запрашивались планы по технологии строительства, которая использовала бы отбракованные компоненты космических аппаратов. На третьем этапе предполагалось строительство среды обитания с использованием технологии 3D-печати. [56]
В сентябре 2015 года НАСА объявило победителей своего конкурса среды обитания, напечатанной на 3D-принтере. [57] Победившая заявка под названием « Ледяной дом на Марсе » [58] от Clouds Architecture Office / SEArch предлагала напечатанную на 3D-принтере двойную ледяную оболочку, окружающую ядро посадочного модуля. [3] Две европейские команды были награждены призами за второе место. [57] Претенденты исследовали множество возможностей для материалов, причем одна из них предложила отдельно очищать железо и кремний из марсианской пыли и использовать железо для создания решетки, заполненной кремниевыми панелями. [59] Из первоначального пула из 165 заявок на конкурс среды обитания было отобрано 30 финалистов. [60] Победитель, занявший второе место, предложил роботам-печатникам построить щит из имеющихся на месте материалов вокруг надувных модулей. [61]
Другие проекты НАСА, в рамках которых были разработаны внеземные среды обитания на поверхности, — это проект X-Hab и проект Habitation Systems. [62] [63]
Sfero House от Fabulous, также претендующий на участие в программе 3D Mars Habitat, имел уровни над и под землей. [64] Предложенное месторасположение — кратер Гейла (знаменитый марсоход Curiosity) с упором на использование как железа на месте, так и воды, которая, как мы надеемся, будет там доступна. [64] Он имеет сферическую конструкцию с двойными стенками, заполненную водой, чтобы удерживать более высокое давление марсианской среды обитания, но и защищать от радиации. [64]
В 2016 году НАСА присудило первую премию конкурса In-situ Materials Challenge профессору инженерного дела Университета Южной Калифорнии Бехроху Хошневису «за селективное разделительное спекание — процесс 3D-печати, в котором используются порошкообразные материалы, найденные на Марсе». [65]
В 2016 году НАСА в Лэнгли продемонстрировало Mars Ice Home, в котором использовалась вода на месте для создания ледяной структуры, концептуально похожей на игло , как часть проекта марсианской среды обитания. [67]
В июне 2018 года НАСА выбрало десять лучших финалистов Фазы 3: Уровня 1 в конкурсе 3D-печатных жилищ. [68]
Фаза 3: Победители уровня 1: [68]
В мае 2019 года NASA объявило, что главным победителем конкурса 3D Printed Habitat Challenge стала компания AI SpaceFactory с проектом под названием «Марша», а также было вручено несколько других призов. [69] В финальном конкурсе у участников было 30 часов на постройку моделей в масштабе 1/3 с использованием роботизированной строительной технологии. [69]
Миссии Mock Mars или миссии-аналоги Mars обычно строят наземные среды обитания на Земле и проводят фиктивные миссии, предпринимая шаги для решения некоторых проблем, с которыми можно столкнуться на Марсе. [70] Примером этого была первоначальная миссия Biosphere 2 , которая была предназначена для тестирования закрытых экологических систем для поддержки и сохранения человеческой жизни в открытом космосе. [71] Biosphere 2 испытывала нескольких людей, живущих в замкнутой биологической системе с несколькими зонами биологической поддержки, включая тропический лес, саванну, океан, пустыню, болото, сельское хозяйство и жилое пространство. [72]
Примером миссии по сравнению с марсианскими аналогами является HI-SEAS 2010-х годов. Другие исследования марсианских аналогов включают Mars Desert Research Station и Arctic Mars Analog Svalbard Expedition .
МКС также описывалась как предшественник марсианской экспедиции, а в отношении марсианской среды обитания отмечалась важность изучения и характер работы замкнутой системы. [73]
На высоте около 28 миль (45 км, 150 тысяч футов) над уровнем Земли давление начинает соответствовать давлению на поверхности Марса. [23]
Примером имитатора реголита является имитатор марсианского реголита (дополнительная информация об аналогах Марса Список аналогов Марса )
Одним из примеров концепции, которая является средой обитания или поддерживает ее, является биокупол Марса, структура, которая могла бы поддерживать жизнь, вырабатывающую необходимый кислород и пищу для людей. [74] Примером деятельности в поддержку этих целей была программа по разработке бактерий, которые могли бы преобразовывать марсианский реголит или лед в кислород . [74] Некоторые проблемы с биокуполами связаны со скоростью утечки газа и уровнем кислорода и других газов внутри него. [72]
Один из вопросов для Biodomes заключается в том, насколько низко можно понизить давление, чтобы растения все еще были полезны. [14] В одном исследовании, где давление воздуха было снижено до 1/10 от давления воздуха на Земле у поверхности, у растений наблюдалась более высокая скорость испарения с листьев. [14] Это заставило растение подумать, что наступила засуха, несмотря на то, что у него был постоянный запас воды. [14] Примером культуры, которую НАСА тестировало выращивание при более низком давлении, является салат, а в другом тесте зеленая фасоль выращивалась при стандартном давлении воздуха, но на низкой околоземной орбите внутри Международной космической станции. [75]
DLR обнаружил, что некоторые лишайники и бактерии могут выживать в имитированных марсианских условиях, включая состав воздуха, давление и спектр солнечного излучения. [76] Земные организмы выживали в условиях Марса более 30 дней, и хотя было неизвестно, выживут ли они после этого, было отмечено, что они, по-видимому, осуществляли фотосинтез в этих условиях. [76]
Чтобы напрямую преобразовать весь Марс в биокупол, ученые предложили использовать цианобактерии Chroococcidiopsis . [77] Это помогло бы преобразовать реголит в почву, создав органический элемент. [77] Известно, что эти бактерии выживают в чрезвычайно холодных и сухих условиях на Земле, поэтому они могут стать основой для биоинженерии Марса в более пригодное для жизни место. [77] По мере размножения бактерий мертвые будут создавать органический слой в реголите, потенциально прокладывая путь для более развитой жизни. [77]
Исследование, опубликованное в 2016 году, показало, что криптоэндолитические грибы выживали в течение 18 месяцев в условиях, имитирующих условия Марса. [78] [79]
На Земле растения, использующие реакцию фотосинтеза C4, составляют 3% видов цветковых растений, но 23% фиксируемого углерода и включают виды, популярные для потребления человеком, такие как кукуруза (также известная как маис) и сахарный тростник ; некоторые типы растений могут быть более продуктивными в производстве пищи при заданном количестве света. [81] Растения, известные тем, что колонизировали бесплодный ландшафт после извержения вулкана Сент-Хелен, включали Asteraceae и Epilobium , и особенно Lupinus lepidus за его (симбиотическую) способность фиксировать собственный азот. [82] Бактерии Rhizobia способны фиксировать азот .
Использование ресурсов на месте предполагает использование материалов, встречающихся на Марсе, для производства необходимых материалов. Одна из идей для поддержки марсианской среды обитания заключается в извлечении подземной воды, которая при достаточной мощности может быть затем разделена на водород и кислород с намерением смешать кислород с азотом и аргоном для получения пригодного для дыхания воздуха. Водород можно объединить с углекислым газом для производства пластика или метана для ракетного топлива. [84] Железо также было предложено в качестве строительного материала для 3D-печатных марсианских сред обитания. [64]
В 2010-х годах в проектах появилась идея использовать воду на месте для создания ледяного щита, защищающего от радиации, температуры и т. д. [67]
Завод по переработке материалов будет использовать ресурсы Марса, чтобы снизить зависимость от материалов, поставляемых с Земли. [85]
Планируемая миссия «Марс-2020» включает эксперимент по исследованию кислорода на Марсе (MOXIE), который позволит преобразовать углекислый газ Марса в кислород.
Чтобы превратить весь Марс в среду обитания, увеличение количества воздуха может происходить за счет испарения материалов на планете. [83] Со временем могут появиться лишайники и мох, а затем, в конечном итоге, сосны. [83]
Существует теория о производстве ракетного топлива на Марсе с помощью процесса Сабатье . [83] В этом процессе водород и углекислый газ используются для производства метана и воды. [83] На следующем этапе вода разделяется на водород и кислород, причем кислород и метан используются для ракетного двигателя метан-кислород, а водород может быть использован повторно. [83] Этот процесс требует большого количества энергии, поэтому в дополнение к реагентам потребуется соответствующий источник питания. [83]