Марсианская среда обитания — это гипотетическое место, где люди могли бы жить на Марсе . [2] [3] Марсианским средам обитания придется столкнуться с условиями на поверхности, которые включают почти полное отсутствие кислорода в воздухе , сильный холод, низкое давление и высокую радиацию. [4] В качестве альтернативы среду обитания можно разместить 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 , здесь более сильная солнечная радиация и температурные циклы, а также высокие внутренние силы, необходимые для того, чтобы среды обитания под давлением удерживали воздух. [7]
Чтобы справиться с этими ограничениями, архитекторы работали над пониманием правильного баланса между материалами и строительством на месте и на Марсе. [8] Например, одна идея состоит в том, чтобы использовать доступный на месте реголит для защиты от радиационного воздействия, а другая идея состоит в том, чтобы использовать прозрачный лед, чтобы позволить безвредному свету проникать в среду обитания. [8] Проектирование марсианской среды обитания может также включать изучение местных условий, включая давление, температуру и местные материалы, особенно воду. [8]
Серьезными проблемами для среды обитания на Марсе являются поддержание искусственной среды и защита от интенсивной солнечной радиации . Людям постоянно требуется среда под давлением и защита от токсичной марсианской атмосферы. Соединение сред обитания полезно, поскольку для перемещения между отдельными структурами требуется скафандр или, возможно, марсоход. Одна из самых больших проблем заключается в том, чтобы просто добраться до Марса, что означает выход из атмосферы Земли, продолжение путешествия на Марс и, наконец, приземление на поверхность Марса. Одним из полезных аспектов является марсианская атмосфера, которая позволяет использовать аэродинамическое торможение, что означает меньшую необходимость использования топлива для замедления корабля для безопасной посадки. Однако количество энергии, необходимое для транспортировки материала на поверхность Марса, — это дополнительная задача, помимо простого выхода на орбиту. В конце 1960-х годов в Соединенных Штатах была произведена ракета «Сатурн V», которая была способна вывести на орбиту достаточно массы, необходимой для одного запуска с экипажем из трех человек на поверхность Луны и обратно. Этот подвиг потребовал ряда специально разработанных аппаратных средств и разработки техники, известной как « Свидание на лунной орбите» . Встреча на лунной орбите представляла собой план координации спускаемых и поднимающихся аппаратов для встречи на лунной орбите. Что касается Марса, то для подобной технологии потребуется марсианский экскурсионный модуль , который сочетает в себе спускаемый аппарат с экипажем и наземную среду обитания для кратковременного пребывания. Более поздние планы разделили спускаемый аппарат и надводную среду обитания, которые в дальнейшем превратились в отдельные спускаемые, надводные и поднимающиеся аппараты с использованием новой архитектуры конструкции. В 2010 году система космического запуска , или, следовательно, ее варианты расширения, предполагается, будет иметь полезную нагрузку и качества, необходимые для миссий человека на Марс с использованием капсулы Орион .
Одной из проблем среды обитания на Марсе является поддержание климата, особенно правильной температуры в нужных местах. [9] Электронные устройства и освещение генерируют тепло, которое поднимается в воздух даже при резких колебаниях температуры на улице. [9] [10]
Одна из идей для среды обитания на Марсе — использовать марсианскую пещеру или лавовую трубу , а для использования такой структуры проектом «Пещеры Марса» был предложен надувной шлюз . [11] Идея жизни в лавовых трубах была выдвинута из-за их способности обеспечивать повышенную защиту от радиации , колебаний температуры, марсианского солнечного света и т. д. [12] Преимущество жизни под землей заключается в том, что она позволяет избежать необходимости создавать радиационный щит. над землей. [13] Другая идея состоит в том, чтобы использовать роботов для строительства базы до прибытия человека. [13]
Использование живых растений или других живых биологических веществ для улучшения качества воздуха и продовольствия, если это необходимо, может оказать существенное влияние на дизайн. [14] Примером того, как могут взаимодействовать инженерные требования и эксплуатационные цели, является теплица с пониженным давлением. Это уменьшит структурные требования к поддержанию давления воздуха , но потребует, чтобы соответствующие растения выжили при этом более низком давлении. Если довести до крайности, остается вопрос, насколько низкое давление может привести к тому, что растение выживет и при этом будет приносить пользу. [14]
Марсианская среда обитания, возможно, должна быть сосредоточена на поддержании жизни определенного типа растений, например, в рамках поддержки своих обитателей. [15] Исследование НАСА « Пещеры Марса» выявило следующие характеристики продуктов питания и их производства: [15]
В исследовании были отмечены два растения, ряска малая ( Lemnaminor ) и водяной папоротник ( Azolla filiculoides ), как особенно подходящие, и они растут на поверхности воды. [16] Среда обитания на Марсе должна будет поддерживать условия этих источников пищи, возможно, включая элементы конструкции теплиц или сельского хозяйства.
Исторически сложилось так, что космические миссии, как правило, имеют нерастущие запасы продовольствия, питающиеся из установленного количества рационов, таких как «Скайлэб» , пополняемых за счет пополнения запасов с Земли. В 2010-х годах на борту Международной космической станции экспериментировали с использованием растений для воздействия на атмосферу и даже увеличения запасов продовольствия .
Еще одна проблема – обращение с отходами. На Скайлэбе все отходы складывались в большой бак; на «Аполлоне» и космическом корабле «Шаттл» мочу можно было выбрасывать в космос или выбрасывать в мешках для повторного входа в атмосферу Земли.
Соображения по поддержанию окружающей среды в закрытой системе включали удаление углекислого газа, поддержание давления воздуха, подачу кислорода, температуру и влажность, а также тушение пожаров. Еще одна проблема закрытой системы — защитить ее от загрязнения выбросами различных материалов, пыли или дыма. Одной из проблем на Марсе является воздействие мелкой пыли марсианского грунта , проникающей в жилые помещения или устройства. Пыль очень мелкая и скапливается на солнечных батареях, а также на других поверхностях. [17]
Некоторые возможные области необходимых технологий или опыта:
Марсианская среда обитания часто рассматривается как часть ансамбля марсианских баз и инфраструктурных технологий. [18] Некоторые примеры включают костюмы для выхода в открытый космос на Марс, марсоходы, самолеты, спускаемые аппараты, резервуары для хранения, структуры связи, горнодобывающую промышленность и марсианские транспортные средства (например, землеройное оборудование ). [18]
Марсианская среда обитания могла бы существовать в контексте человеческой экспедиции, аванпоста или колонии на Марсе. [19]
При создании среды обитания для людей необходимо учитывать поддержание правильной температуры воздуха, правильного давления воздуха и состава этой атмосферы.
Хотя люди могут дышать чистым кислородом, в пожаре на Аполлоне-1 была замешана атмосфера чистого кислорода . Таким образом, места обитания на Марсе могут нуждаться в дополнительных газах. Одна из возможностей — взять азот и аргон из атмосферы Марса ; однако их трудно отделить друг от друга. [20] В результате среда обитания на Марсе может использовать 40% аргона, 40% азота и 20% кислорода. [20] См. также Argox , о смеси аргона для дыхания, используемой при подводном плавании.
Идея очистки CO 2 от воздуха для дыхания заключается в использовании многоразовых скрубберов углекислого газа с аминными шариками . [21] В то время как один скруббер углекислого газа фильтрует воздух астронавта, другой может сбрасывать очищенный CO 2 в атмосферу Марса. Как только этот процесс завершится, можно использовать другой, а тот, который использовался, может сделать перерыв. [22]
Одной из уникальных структурных сил, с которыми марсианским обитателям приходится бороться, если они находятся под давлением атмосферы Земли, является сила воздуха, действующего на внутренние стены. [7] Это было оценено в более чем 2000 фунтов на квадратный фут (9800 кг/м 2 ) для герметичной среды обитания на поверхности Марса, что радикально увеличено по сравнению с земными структурами. [7] Более близкое сравнение можно провести с высотным самолетом с экипажем, который должен выдерживать нагрузки 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 становится эквивалентным давлению на поверхности Марса. [23]
Одной из проблем среды обитания на Марсе является поддержание подходящей температуры в нужных местах среды обитания. [9] Такие вещи, как электроника и освещение, генерируют тепло, которое поднимается в воздух, даже если на улице наблюдаются резкие колебания температуры. [9] [26] На Марсе могут быть большие перепады температуры, например, на экваторе она может достигать 70 градусов F (20 градусов C) в дневное время, но затем опускаться до минус 100 градусов F (-73 C) ночью. . [27]
Примеры температуры поверхности Марса: [27]
Кратковременное пребывание на поверхности Марса не требует наличия большого объема среды обитания или полной защиты от радиации. Ситуация будет аналогична ситуации на Международной космической станции , где люди на короткое время получают необычно большое количество радиации, а затем покидают ее. [28] Небольшую и легкую среду обитания можно перевезти на Марс и немедленно использовать.
Для долгосрочных постоянных мест обитания требуется гораздо больший объем (например, теплица ) и толстая защита, чтобы минимизировать получаемую годовую дозу радиации. Этот тип среды обитания слишком велик и тяжел, чтобы его можно было отправить на Марс, и его необходимо строить с использованием некоторых местных ресурсов. Возможности включают покрытие сооружений льдом или почвой, раскопки подземных пространств или герметизацию концов существующей лавовой трубы . [29]
В более крупном поселении может быть больше медицинского персонала, что увеличит возможности решения проблем со здоровьем и чрезвычайных ситуаций. [19] В то время как небольшая экспедиция из 4–6 человек может иметь 1 врача, аванпост из 20 человек может иметь более одного и медсестер, в дополнение к тем, кто имеет подготовку по оказанию неотложной помощи или парамедицинскому обучению. [19] Полное поселение может обеспечить тот же уровень ухода, что и современная земная больница. [19]
Одной из проблем медицинского обслуживания во время миссий на Марс является сложность возвращения на Землю для оказания более сложной медицинской помощи и оказания адекватной неотложной помощи при небольшом составе экипажа. [19] Экипаж из шести человек мог бы иметь только одного члена экипажа, обученного на уровне техника скорой медицинской помощи, и одного врача, но для миссии, которая продлится годы. [19] Кроме того, консультации с Землей будут затруднены из-за задержки во времени от 7 до 40 минут. [19] Медицинские риски включают воздействие радиации и пониженную гравитацию, а одним из смертельных рисков является событие, связанное с солнечными частицами , которое может вызвать смертельную дозу в течение нескольких часов или дней, если астронавты не имеют достаточной защиты. [19] Недавно были проведены испытания материалов для изучения скафандров и «штормовых укрытий» для защиты от галактического космического излучения (GRC) и событий солнечных частиц (SPE) во время запуска, транзита и проживания на Марсе. [30] Для обеспечения медицинской готовности также необходимо учитывать воздействие радиации на хранящиеся фармацевтические препараты и медицинскую технику. [19]
Одним из медицинских препаратов, которые могут потребоваться, является жидкость для внутривенного введения , которая в основном состоит из воды, но содержит и другие вещества, поэтому ее можно добавлять непосредственно в кровоток. Если его можно будет создать на месте из существующей воды, то он сможет сэкономить вес, связанный с транспортировкой объектов, произведенных на земле, 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 были доставлены три типа лекарств; противорвотное средство триметобензамид ; обезболивающее петидин ; стимулятор декстроамфетамин . [32] Ко времени создания МКС у членов космического экипажа было в наличии почти 200 лекарств, а для русских и американцев были отдельные шкафы для таблеток. [32] Одна из многих проблем пилотируемых миссий на Марс заключается в том, какие таблетки взять с собой и как астронавты отреагируют на них в различных условиях. [32]
В 1999 году Космический центр имени Джонсона НАСА опубликовал « Медицинские аспекты исследовательских миссий» в рамках Десятилетнего исследования . [19] В небольшой миссии можно было бы назначить одного врачом, а другого фельдшером из команды, состоящей примерно из 4–6 человек, однако в более крупной миссии из 20 человек также могли бы быть медсестра и возможны такие варианты, как небольшая операция. [19] Двумя основными категориями космоса будут неотложная медицинская помощь, а затем более продвинутая помощь, касающаяся широкого спектра проблем, связанных с космическими путешествиями. [19] Для очень маленьких экипажей сложно лечить широкий спектр проблем с помощью расширенного ухода, тогда как в команде общим размером 12–20 человек на Марсе может быть несколько врачей и медсестер в дополнение к сертификатам уровня скорой медицинской помощи. [19] Хотя это и не уровень типичной земной больницы, но переходная медицина выходит за рамки базовых вариантов, типичных для очень небольшого размера экипажа (2–3), где допустимый риск выше. [19]
При скромном количестве жителей Марса и медицинского персонала можно рассмотреть возможность проведения роботизированной хирургии . 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] Одной из задач является предотвращение того, чтобы то, что в противном случае было бы незначительной травмой, стало опасным для жизни из-за ограничений на количество медицинского оборудования , обучения и временной задержки связи с Землей. [33] Задержка времени для сообщения в одну сторону составляет от 4 до 24 минут в зависимости от этого. [34] Ответ на сообщение занимает это время, задержку обработки сообщения и создания ответа, а также время, необходимое для доставки этого сообщения на Марс (еще от 4 до 24 минут). [34]
Примеры сценариев неотложной медицинской помощи для миссий на Марс: [19]
Примером чрезвычайной ситуации в области здравоохранения, связанной с космическими полетами, была удушье инертным газом азотом на борту космического корабля «Колумбия» в 1981 году, когда он готовился к запуску [35]. В этом случае обычная продувка азотом для снижения риска возгорания привела к 5 неотложная медицинская помощь и 2 смерти. [35] Еще одной печально известной катастрофой, связанной с космосом, является инцидент с «Аполлоном-1» , когда во время испытаний на земле внутри космической капсулы загорелась атмосфера чистого кислорода, трое человек погибли. [36] Исследование, проведенное в 1997 году среди около 280 космических путешественников в период с 1988 по 1995 год, показало, что только у троих не было каких-либо проблем со здоровьем во время космического полета. [37] Медицинский риск для миссии на поверхность Марса заключается в том, как астронавты будут выполнять операции на поверхности после нескольких месяцев в невесомости. [37] На Земле астронавтов обычно вывозят с космического корабля, и им требуется много времени, чтобы прийти в себя. [37]
Одной из идей для миссий на Марс является доставка библиотеки на поверхность этой планеты. [38] Посадочный модуль «Феникс», приземлившийся на северной полярной поверхности Марса в 2008 году, включал в себя библиотеку DVD, которая была объявлена первой библиотекой на Марсе. [38] DVD с библиотекой Феникса будут забраны будущими исследователями, которые смогут получить доступ к содержимому диска. [38] На создание диска, одновременно памятника прошлому и послания будущему, ушло 15 лет. [38] Содержимое диска включает «Видения Марса» . [38] Одной из идей исследования являются ковчеги знаний для космоса, своего рода резервные копии знаний на случай, если что-то случится с Землей. [39]
Космический полет «Биодом-2» и испытание биосферы с замкнутым контуром включали библиотеку с жилыми помещениями. [40] Библиотека располагалась на вершине башни и была известна как Библиотечная башня. [40] [41]
Еще одним соображением в отношении среды обитания на Марсе, особенно для долгосрочного пребывания, является необходимость потенциально справиться с воздействием метеорита. [42] [7] Поскольку атмосфера тоньше, на поверхность поднимается больше метеоров. Итак, одна из проблем заключается в том, что метеор может пробить поверхность среды обитания 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 картину разбрызгивания больших и меньших кратеров. [43] В этом случае атмосфера лишь частично разрушила метеор, прежде чем он ударился о поверхность. [42]
Радиационное воздействие является проблемой для астронавтов даже на поверхности, поскольку у Марса нет сильного магнитного поля, а атмосфера слишком тонка, чтобы сдерживать такое же количество радиации, как Земля. Однако планета значительно снижает радиацию, особенно на поверхности, и сама по себе радиоактивность не обнаружена.
Было подсчитано, что шестнадцать футов (5 метров) марсианского реголита задерживают такое же количество радиации, как и атмосфера Земли. [44]
В ходе 500-дневной миссии на Марс НАСА изучало использование солнечной и ядерной энергии для своей базы, а также систем хранения энергии (например, батарей). [45] Некоторые из проблем солнечной энергетики включают снижение интенсивности солнечной активности (поскольку Марс находится дальше от Солнца), накопление пыли, периодические пылевые бури и накопление энергии для использования в ночное время. [45] Глобальные пылевые бури на Марсе вызывают понижение температуры и уменьшение количества солнечного света, достигающего поверхности. [45] Две идеи для преодоления этой проблемы заключаются в использовании дополнительной батареи, развернутой во время пыльной бури, и использовании некоторой ядерной энергии для обеспечения базовой мощности, на которую не влияют бури. [45] НАСА изучало системы ядерного деления в 2010-х годах для миссий на поверхность Марса. [46] Один проект планировал мощность 40 киловатт; Деление ядерной энергии не зависит от солнечного света, достигающего поверхности Марса, на которую могут повлиять пылевые бури. [46] [47]
Другая идея получения энергии — передать энергию на поверхность со спутника солнечной энергии на приемник выпрямляющей антенны (также известной как ректенна ). [48] Были изучены конструкции лазера на частоте 245 ГГц, конструкции ректенны на месте и конструкции на частоте 5,8 ГГц. [49] Одна из идей — объединить эту технологию с солнечной электрической тягой, чтобы добиться меньшей массы, чем наземная солнечная энергия. [49] Большим преимуществом такого подхода к энергоснабжению является то, что ректенны должны быть невосприимчивы к пыли и изменениям погоды, а при правильной орбите спутник Марса, работающий на солнечной энергии, сможет непрерывно излучать энергию на поверхность. [49]
Технология очистки солнечных панелей от пыли рассматривалась при разработке 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 прилипанию материалов на Mars Pathfinder . [52] [53] [54]
Одной из первых идей создания среды обитания на Марсе было использование жилья для краткосрочного пребывания в марсианском взлетно-посадочном аппарате. Эта комбинация называлась «Марсианский экскурсионный модуль» и обычно включала в себя другие компоненты, такие как базовый марсоход и научное оборудование. Более поздние миссии имели тенденцию переходить к специальному спуску/восхождению с отдельной средой обитания.
В 2013 году архитекторы ZA предложили поручить роботам-копателям построить подземную среду обитания на Марсе. [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 поверхность. [5] Альтернативой может стать строительство над землей с использованием толстого льда для защиты от радиации. Преимущество этого подхода заключается в том, что он 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 «рискованно, сложно и дорого». [55]
.jpg/1280px-Tri-ATHLETE_(2010).jpg)
_cropped_androtated.jpg/1280px-Habitat_Demonstration_Unit_(2010)_cropped_androtated.jpg)
В начале 2015 года НАСА представило концептуальный план трехэтапной программы награждения за проектирование и строительство среды обитания на Марсе. [56] На первом этапе был разработан дизайн. На следующем этапе потребовались разработки технологии строительства с использованием выброшенных компонентов космического корабля. Третий этап заключался в создании среды обитания с использованием технологии 3D-печати. [56]
В сентябре 2015 года НАСА объявило победителей конкурса 3D Printed Habitat Challenge. [57] Победившая работа под названием « Марсианский ледяной дом » [58] от Clouds Architecture Office / SEArch предлагала напечатанную на 3D-принтере двойную ледяную оболочку, окружающую ядро посадочного модуля. [3] Две европейские команды заняли вторые места. [57] Претенденты исследовали множество возможностей получения материалов, один из которых предлагал отдельно очищать железо и кремнезем из марсианской пыли и использовать железо для изготовления решетчатой конструкции, заполненной панелями из кремнезема. [59] Было выбрано 30 финалистов из первоначального пула в 165 заявок на участие в конкурсе «Среда обитания». [60] Победитель, занявший второе место, предложил печатающим роботам построить щит из материалов, находящихся на месте, вокруг надувных модулей. [61]
Другими проектами НАСА, которые разработали внеземные наземные среды обитания, являются вызов X-Hab и проект систем обитания. [62] [63]
Дом Sfero от Fabulous, также участвующего в программе 3D Mars Habitat, имеет уровни над и под землей. [64] Предложенным местом был кратер Гейла (известный марсоходу «Кьюриосити») с акцентом на использование как железа, так и воды, которые, как мы надеемся, будут там доступны. [64] Он имеет сферическую конструкцию с двойными стенками, наполненную водой, чтобы не только выдерживать более высокое давление среды обитания на Марсе, но и защищать от радиации. [64]
В 2016 году НАСА вручило первый приз конкурса In-Situ Materials Challenge профессору инженерного дела Университета Южной Калифорнии Бероху Хошневису «за селективное разделительное спекание — процесс 3D-печати, в котором используются порошкообразные материалы, найденные на Марсе». [65]
В 2016 году НАСА в Лэнгли продемонстрировало Марсианский ледяной дом, 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 этапа 3: уровень 1 конкурса 3D-Printed Habitat Challenge. [68]
Фаза 3: Победители уровня 1: [68]
В мае 2019 года НАСА объявило, что главным победителем конкурса 3D Printed Habitat Challenge стала компания AI SpaceFactory с работой под названием «Марша», а также было вручено несколько других призов. [69] В финальном испытании участникам было 30 часов, чтобы построить модели в масштабе 1/3 с использованием технологии роботизированного строительства. [69]
Миссии по имитации Марса или аналоговые миссии по Марсу обычно создают наземные среды обитания на Земле и проводят имитационные миссии, предпринимая шаги для решения некоторых проблем, с которыми можно столкнуться на Марсе. [70] Примером этого была первоначальная миссия « Биосферы-2» , целью которой было испытание закрытых экологических систем для поддержки и поддержания человеческой жизни в космическом пространстве. [71] В рамках проекта «Биосфера-2» были протестированы несколько человек, живущих в замкнутой биологической системе с несколькими областями биологической поддержки, включая тропический лес, саванну, океан, пустыню, болото, сельское хозяйство и жилое пространство. [72]
Примером миссии сравнения аналогов Марса является HI-SEAS 2010-х годов. Другие аналогичные исследования Марса включают исследовательскую станцию Марсианской пустыни и арктическую марсианскую аналоговую экспедицию на Шпицберген .
МКС также описывалась как предшественница марсианской экспедиции, а в отношении марсианской среды обитания отмечалась важность исследования и характер работы закрытой системы. [73]
Примерно на высоте 28 миль (45 км 150 тысяч футов) над Землей давление становится эквивалентным 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 поддерживает или поддерживает среду обитания, является биокупол Марса, структура, которая может поддерживать жизнь, производя необходимый людям кислород и пищу. [74] Примером деятельности в поддержку этой цели была программа по разработке бактерий, которые могли бы преобразовывать марсианский реголит или лед в кислород . [74] Некоторые проблемы с биокуполами — это скорость утечки газа и уровень кислорода и других газов внутри него. [72]
Один из вопросов для Биодомов заключается в том, до какого уровня можно снизить давление, чтобы растения по-прежнему были полезны. [14] В одном исследовании, где давление воздуха было снижено до 1/10 давления воздуха на Земле, у растений наблюдалась более высокая скорость испарения с листьев. [14] Это заставило растение подумать, что наступила засуха, несмотря на постоянный запас воды. [14] Примером урожая, который НАСА тестировало выращивать при более низком давлении, является салат-латук, а в другом тесте стручковая фасоль выращивалась при стандартном давлении воздуха, но на низкой околоземной орбите внутри Международной космической станции. [75]
DLR обнаружил, что некоторые лишайники и бактерии могут выжить в смоделированных марсианских условиях, включая состав воздуха, давление и спектр солнечного излучения. [76] Земные организмы выжили более 30 дней в условиях Марса, и хотя не было известно, выживут ли они после этого, было отмечено, что они, похоже, осуществляли фотосинтез в этих условиях. [76]
Чтобы напрямую превратить весь Марс в биокупол, ученые предложили использовать цианобактерии Chroococcidiopsis . [77] Это поможет превратить реголит в почву, создав органический элемент. [77] Известно, что эти бактерии выживают в чрезвычайно холодных и сухих условиях на Земле, поэтому могут стать основой для биоинженерии Марса и превращения его в более пригодное для жизни место. [77] По мере размножения бактерий мертвые бактерии создают органический слой в реголите, потенциально открывая путь для более развитой жизни. [77]
Исследование, опубликованное в 2016 году, показало, что криптоэндолитические грибы выживали в течение 18 месяцев в условиях, моделирующих Марс. [78] [79]
На Земле растения, использующие реакцию фотосинтеза C4, составляют 3% видов цветковых растений, но 23% фиксированного углерода, и включают виды, популярные для потребления человеком, включая кукурузу (также известную как кукуруза) и сахарный тростник ; определенные виды растений могут быть более продуктивными при производстве продуктов питания при определенном количестве света. [81] Растения, известные тем, что колонизировали бесплодный ландшафт после извержения горы Сент-Хелен, включали Asteraceae и Epilobium , и особенно Lupinus lepidus за его (симбиотическую) способность фиксировать собственный азот. [82] Бактерии -ризобии способны фиксировать азот .
Использование ресурсов на месте предполагает использование материалов, обнаруженных на Марсе, для производства необходимых материалов. Одна из идей поддержки марсианской среды обитания — добывать подземную воду, которую при наличии достаточной мощности можно было бы затем разделить на водород и кислород с целью смешивания кислорода с азотом и аргоном для получения воздуха, пригодного для дыхания. Водород можно объединить с углекислым газом для производства пластмасс или метана для ракетного топлива. [84] Железо также предлагалось в качестве строительного материала для 3D-печатной среды обитания на Марсе. [64]
В 2010-е годы в проектах появилась идея использовать подземную воду для создания ледяного щита для защиты от радиации, температуры и т. д. [67]
Завод по переработке материалов будет использовать ресурсы Марса, чтобы уменьшить зависимость от материалов, поставляемых с Земли. [85]
Запланированная миссия «Марс 2020» включает эксперимент ISRU «Марсианский кислород» (MOXIE), который преобразует углекислый газ Марса в кислород.
Чтобы превратить весь Марс в среду обитания, нужно увеличить количество воздуха в результате испарения материалов на планете. [83] Со временем могут появиться лишайник и мох, а затем, в конечном итоге, сосны. [83]
Существует теория производства ракетного топлива на Марсе по процессу 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, при этом кислород и метан используются для метан-кислородного ракетного двигателя, а водород может быть использован повторно. [83] Этот процесс требует больших затрат энергии, поэтому в дополнение к реагентам потребуется соответствующий источник энергии. [83]