הגבול הבא: תמיכה בחיים הנדסיים למאדים

בעוד האנושות קובעת את המראות שלה על הקמת נוכחות קבועה על מאדים, האתגרים ההנדסיים נעשים ברורים יותר ויותר, בניגוד לתחנת החלל הבינלאומית, המקבלת משימות קבועות, משימת מאדים תדרוש מערכות תמיכה לחיים הפועלות באופן אוטונומי במשך שנים, עם מינימום או לא חיצוני חזרה, המערכת כולה חייבת להיות מעוצבת מהבסיס כדי לחזר כמעט את כל המשאבים תוך שמירה על הסביבה הבלתי פוסקת של כדור הארץ, כמו מרכז החלל של נאס"א, ודרומי של נאס"א, שדוחפת אותנו אל מרכז החלל האירופאי, כמו מרכז החלל האדום, ודוחף, שדוחף, על פני השטח של נאס"א, ודוחף, הוא קרוב יותר ויותר.

הייחודיות של ה- Mars' Environmental Constraints

החיים המבוססים על כדור הארץ תומכים ביתרונות של שפע של אווירת, מים וכוח הכבידה.מאדים מציעים לא אחד היתרונות האלה.האווירה היא 95% פחמן דו חמצני בלחץ של 0.6% בלבד מרמת הים של כדור הארץ.טמפרטורות פני השטח מ -125 מעלות צלזיוס בקוטבים בחורף עד 20 מעלות צלזיוס במשווה חשמל בקיץ, ללא התחממות כדור הארץ, ללא שטף מגנטי, מרחץ על פני השטח בחלקיקי אנרגיה גבוהים, כל שבועות של קרינה חשמלית ואווירית, לא יכול להפעיל את כדור הארץ, בעוד שעדיין לא יכול להפעיל את חומר חום יציב, ואווירה, ומערכת קרינה חשמלית ואווירה, ללא הגבלת זמן קצר לפני זמן, ללא הגבלת זמן, וכדור הארץ, לא יכול להפחית את כדור הארץ, ומערכת קרינה סולרית, ללא הגבלת זמן, ומערכת קרינה סולרית, ללא מגבלות כוח חום יציב, ללא מגבלות כוח חום יציב, ומערכת קרינה סולמות, ללא הגבלת זמן, ואווירה, ומערכת קרינה סולרי, ללא הגבלת זמן, ומערכת קרינה סולרית, ללא הגבלת זמן קצר לפני זמן קצר לפני זמן קצר לפני זמן קצר לפני זמן, ללא הגבלת זמן, ללא הגבלת זמן, ללא הגבלת זמן, ללא הגבלת זמן, ומערכת קרינה סולמות, 000, ללא הגבלת זמן, 000, 000,

פונקציות תמיכה בחיים ואתגרי הנדסה

בית גידול מאדים חייב לספק חמישה פונקציות חיוניות: אוויר נשי, מים הניתנים לנשימה, מזון מזין, עיבוד פסולת ותקנה תרמית.כל אחד מציג תנודות הנדסיות ייחודיות הדורשות פתרונות חדשניים.

ניהול אטמוספרה

שמירה על אווירה נשימה בתוך בית גידול מאדים דורש הסרה מתמשכת של פחמן דו חמצני, חידוש של חמצן, שליטה על עקבות contaminants, וניהול לחות ולחץ.הגישה העיקרית בונה על טכנולוגיות מוכחות על ISS, כגון פחמן די תחמוצת הפחמן רטיקולס עצרת ומערכת חמצן נמוכה יותר, עם זאת, מאדים דורש יעילות גבוהה יותר ואמינות.האווירה חייב להיות סורק של CO2, CO2 ו CO2 כי יש צורך ללכוד את האנרגיה המתקדמת יותר מאשר לפתח חום הנוכחי.

מים התאוששות ומחזור

מים הם המחוספסים ביותר להשיק מכדור הארץ, מה שהופך את מחזור חיוני. ISS לשחזר כ -90% משפכים, אבל משימת מאדים חייבת לגשת 100%.זה אומר ללכוד כל מולקולה, כולל מים מזיהום מים מנשימה ולחות באוויר התא. 1 חידוש מבטיח הוא השימוש של מזכר חמצן קדימה שפועל בלחץ נמוך יותר מאשר vuloricolicustraustraicication, אשר יכול להיות משולב של דלק חמצן ולהפחית את צריכת חמצן.2.

ייצור מזון ותזונה

ביצוע כל מזון עבור משימה רב שנתית מאדים הוא אסרטיבי בשל מגבלות המוניות והנפח. הגדלת המזון על מאדים אינו רק נוחות אלא גם צורך בלהישאר ארוך-הטווח המחקר הנוכחי מתמקד במערכות צמיחה הידרופוניות ואווירופוניות המשתמשות בפתרונות תזונתיים ו LED תאורה טובה עבור פוטוסינתזה צמחית.

ניהול פסולת

פסולת אנושית, ביומסה צמחית בלתי אפשרית, ומוצרים אורגניים אחרים חייבים להיות מעובדים כדי לשחזר מים, חומרים מזינים ואנרגיה. מערכות מיקוד באמצעות קהילות מיקרוביאליות יכול לפרק חומר אורגני לחומר דמוי אדמה לצמיחה צמחית תוך לכידת CO2 עבור האווירה. לחלופין, incineration או pyrolysis יכול להרוס פתוגנים לייצר אנרגיה ביושר ולהשיג את האתגר הוא להשיג מינימום כדי שילוב של פונקציות אנרגיה מתקדמות.

מערכות סגורות-לולופ: הדרך ליעילות עצמית

מערכת תמיכה לחיים סגורים מצמצם את הצורך בקלטים חיצוניים על ידי מחזור כל המשאבים בתוך בית הגידול. שתי גישות רחבות נרדפות: ביוריים ופיזיוכימיים. בפועל, המערכת הסופית תהיה היברידית המשתמשת תהליכים ביולוגיים עבור אנרגיה נמוכה, מחזור ארוך ומערכות מחזוריות ופיזיות לעיבוד גבוה, אמין.

תמיכה בחיים

מערכות ביוריוניות משתמשות בצמחים, אצות וחיידקים לביצוע פונקציות של טיהור אוויר, מחזור מים וייצור מזון.תוכנית MELiSSA (מערכת תמיכה לחיים מיקרו-אקוולוגיים לשעבר) בראשות סוכנות החלל האירופית היא המאמץ המתקדם ביותר בכיוון זה, עיצוב של MELiSSA כולל חמישה תאים מחוברים: חיידק חום a thermophilic aerobicic abulic abic כדי לשבור את החיידקים הפחים והפחמים האלה, כולל תאים חשמליים (Lactnicial) המכילה של ציוד חמצן גבוה יותר, כולל תאים).

מערכות פיזיולוגיות

מערכות פיזיקליות מסתמכות על תגובות כימיות ותהליכים פיזיים ולא על אורגניזמים חיים.אלה כוללים כורים סבדיים שממירים את CO2 ומימן למלאן ומים, יחידות אלקטרוליטיות מים שמפוצלות מים למימן וחמצן, ומערכות אלקטרוליטנטיות מוצקות שמוציאות חמצן ישירות מ- CO2.התועלת של מערכות אלה היא שהם לגמרי מכריעים וניתן להנדסים לדגימים אותם למפרט מדויק.

In-Situ Resource Utilization (ISRU) כמשחק שינוי

ISRU היא הנוהג של שימוש במשאבים מקומיים כדי לייצר חומרים שניתן יהיה לשגרם מכדור הארץ.על מאדים, ל- ISRU יש שלושה יישומים עיקריים: מיצוי מים, ייצור חמצן ודור דלק.מרכז טיסה של מרשל חקר מערכת שמוציאה מים מסימולציה של היגיינה מאדים על ידי חימום זה כדי לשחרר מודעות מים על פני משטחים מינרלים.

אספקת מים ממאדים רגאולית

אדמה מאדים מכילה בין 2% ל- 60% מים על ידי מסה, בהתאם למיקום ועומק.מעבדת ה- Jet Propulsion פיתחה רובוט מתקדם של מערכות Surface Systems שיכול להתפצל, חום, לאסוף מים מקרקע.הדלו הוא condened ולאחר מכן טיהור באמצעות מערכת סינון מים רב-שלב. גישה זו דורשת אנרגיה תרמית משמעותית, אשר יכול להיות מסופק על ידי כורים גרעיניים או מנקה של מערכת חימום מים חמים.

ייצור חמצן מהאטמוספרה

האווירה מאדים היא 95% CO2. 2 שיטות יכול לייצר חמצן ממנו.הראשון הוא אלקטרוליטיזה מוצק, שבו CO2 מחומם 800-1000 מעלות צלזיוס ומפולגת לתוך פחמן חד תחמוצת חמצן וחמצן.החמצן נאסף ואת CO ניתן להשתמש כמו דלק או מעובד נוסף.הפחמה ב-Situ-Scination הניסוי (MOXIE) על סף rsanceper זה הוכח על ידי נפח של צריכת חמצן 2 שעות.

בניית חומרים ודלק

מעבר לתמיכה בחיים, ISRU יכול לייצר חומרי בנייה ודלק.רדן regolith יכול להיות קומפקטי לבנים או חטא באמצעות מיקרוגלים כדי ליצור חומרי בניין מוצק.המתאן מן התגובה סבדית יכול לשמש דלק רקטות עבור משימות החזרה, בעוד החמצן יכול לשמש כחמצן עמיד יותר דלק.

שילוב של בינה מלאכותית ואוטומציה

בית גידול מאדים יהיה רחוק מדי עבור התערבות אנושית בזמן אמת. עיכובים תקשורת של 4 עד 24 דקות אומר כי כל כשל מערכת הדורש תגובה מיידית חייב להיות מטופל אוטונומית.מערכת בינה מלאכותית ולמידה מכונה מפותחת כדי לפקח על כל פונקציות תמיכה בחיים, לחזות כישלונות לפני שהם מתרחשים, ולבצע פעולות נכונות ללא קלט אנושי. לדוגמה, מערכת בינה מלאכותית יכולה לזהות ירידה הדרגתית ביעילות של הדור, לנתח נתונים כדי לזהות את הלחץ המוחי או להפעיל מחדש.

אוניברסיטת טקסס באוסטין מפתחת מודלים דיגיטליים של מערכות תמיכה בחיים המדהמים כל מרכיב בזמן אמת.מודלים אלה ניזונים על ידי נתוני חיישן ויכולים לחזות שעות התנהגות מערכת או ימים מראש, ומאפשרים תחזוקה פרואקטיבית.אם משאבה נושאת סימנים של ללבוש, התאום הדיגיטלי יכול להעריך את החיים השימושיים הנותרים שלה ולקבוע תחליף לפני שכשל מתרחש.

Redundancy, Reliability, and Crew Safety

שום מערכת תמיכה בחיים לא יכולה להרשות לעצמה נקודה אחת של כשלים.מהנדסים עיצוב עם שכבות מרובות של ונדוניות: כל פונקציה קריטית נתמך על ידי לפחות שתי מערכות עצמאיות, ולעתים קרובות שלוש או יותר. לדוגמה, חמצן ניתן לספק על ידי אלקטרוליטיזה מים, על ידי תחמוצת אלקטרוליטית מוצקה למנוע את כל רכיבי תחזוקה מאוחסנים, או על ידי ייצור ביולוגי מצמחים יכול להיות ממוחזר באמצעות דיסלקציה, הפוך, לאחור, כל כך בטוח כדי למנוע את המערכת לתוך מתקן בטוח, או חסימת שטח אחד, או חסימת שטח אחד, כדי למנוע את זהה אחד, 000 בטוח, 000.

מחקר ובדיקות נוכחיות

כמה מתקנים ברחבי העולם הם בדיקות מערכות תמיכה משולבת בחיים תחת תנאים מדומים של מאדים.המחקר של נאס"א מחקר אנליסט במרכז החלל ג'ונסון מבצע משימות של עד שנה אחת בבית גידול מאדים, לבחון את האמינות וביצועים של ציוד תמיכה בחיים.האנליסט חקר החלל הוואי וסימולציה (HI-SEAS) פועל באופן ארוך משימות ממאדים מרוחקים, תוך התמקדות בדינמיקה ובמערכת החללית אחת, אך לא פעיל את תהליכי ה-IRIA, אך לא פעיל, אך ורק את תהליכי ה-S.

כיוונים עתידיים למשימה ארוכת-דור

העשור הבא יראה את פריסת תחנת החלל Gateway במסלול הירח, אשר ישמש כבסיס מוכח לטכנולוגיות תמיכה של הדור הבא של החיים הדור הבא של טכנולוגיות תמיכה בחיים.חזרה של תוכנית ארטמיס לירח תספק הזדמנות לבחון מערכות אמת בקנה מידה, לחלץ מים מתחומים של הירח, ולהפגין את ייצור החמצן והדלק האולטימטיביים.

מסקנה

הנדסה של מערכות תמיכה לחיים עבור מאדים היא אחד האתגרים המורכבים ביותר ומתגמלים של טיסות חלל אנושיות.זה דורש שילוב של כימיה, ביולוגיה, פיזיקה, חומרים, מדע, בינה מלאכותית, וגורמים אנושיים למערכת חד-משמעית, התקדמות בעשור האחרון הייתה יוצאת דופן.אחד משותף של קהילות חיים על פני כדור הארץ, פעולה עצמאית, לא מלמדים מושגים תיאורטיים, אלא גם נבדקים במעבדות בית גידול אנלוגיים סביב העולם הזה, אשר יאפשרו לנו רק כדי לקדם את החיים המוגבלים.