Sonraki Frontier: Mars için Mühendislik Yaşam Desteği

İnsanlık Mars'ta kalıcı bir varlık kurmak için kendi yerlerini daha net hale getiriyor.Uluslararası Uzay İstasyonu'ndan farklı olarak, NASA'nın Johnson Uzay Merkezi ve Avrupa Uzay Ajansı gibi son araştırmalarda, her türlü sistemin mümkün olan sınırlarına sahip olması, gezegenimizin vaat edilmemiş bir ortamdaki tüm kaynakları geri dönüştürmek için zemine daha yakın olması gerekir.

Mars'ın Çevre Kıtlarının Benzersizliği

Dünya temelli yaşam bol atmosfer, su ve yerçekiminden faydalanıyor. Mars bu avantajların hiçbiri sunuyor. atmosfer, yüksek enerjili parçacıklarda sadece% 0.6 oranında karbondioksitdir. Yüzey sıcaklıkları, -125°C'den yaz aylarında 20°C'ye kadar hızlanan ve tüm gezegeni kaplayan 20°C'ye doğru hızla tükenen yüzeysel bir şekilde azaltılmalıdır.

Core Life Support Functions and Engineering Challenges

Bir Mars habitatı beş temel işlevi sağlamalıdır: nefese uygun hava, değiştirilebilir su, besleyici yiyecekler, atık işleme ve termal düzenlemeler. Her biri yenilikçi çözümler talep eden eşsiz mühendislik engellerini sunar.

Atmosphere Management

Mars habitatında nefes alan bir atmosfer sürekli karbondioksitin kaldırılması, oksijenin yenilenmesi, iz kirleticilerin kontrolünü ve nem ve baskının yönetimi gerektirir. birincil yaklaşım, Karbon Dioksit Yoku ve Oksijen Nesil Sistemi gibi teknolojiler üzerinde kanıtlanmışlardır, ancak Mars’ta CO2’yi daha düşük enerjilerle yakalayabilecek ve bu yüzden CO2’nin oksijeni geri kazanılması gerekir.

Su Kurtarma ve Geri Dönüşüm

Su, Dünya'dan başlamak için en ağır değerdir, geri dönüşüm temelini sağlar. ISS, atık suların yaklaşık% 90'ını geri alır, ancak bir Mars misyonu% 100'e yaklaşmalıdır. Bu, kabin havasında su buharı ve nem dahil olmak üzere her molekülü ele alır. Bir umut verici yenilik, su ve CO2'ye kadar daha düşük basınçlarda çalışan su yüzeyinin kullanımıdır, hidrojen tüketimi ve ekipmanlarını azaltır.

Gıda üretimi ve Beslenme

Mars misyonu için tüm yiyecekleri yapmak, bitki fotoğrafları için optimize edilmiş ve LED aydınlatma için yasaklanmıştır. Mars'ta büyüyen gıda sadece bir rahatlık değil, uzun süreli beslenme için bir zorunluluktur.Mevcut araştırmalar, hidrokarbonlar ve hatta proteinler dahil olmak üzere tüm gıda çözümleri ve LED aydınlatma sistemleri üzerinde yoğunlaşır, yağlar ve bitki kaynakları dahil olmak üzere tüm vitaminler ve bitkisel ürünlerden oluşan zararlı maddelere ve zararlı etkilerden dolayı da emin olun.

Atık Yönetimi

İnsan kaybı, organik maddeyi, CO2’yi alternatif olarak ele alırken, indükrasyon veya pirolizol suyu, besinleri ve enerji üretmek için işlenmelidir. Mikrobiyal toplulukları kullanarak rektör sistemleri, toksik bileşiklerin minimum enerji girişi ve sıfır serbest bırakılması ile birlikte, enerji tasarrufu sağlamak için arazi benzeri materyalini test ediyor. Gelişmiş reaktörler bu reaksiyonları diğer yaşam desteği ile atık işlemeyi diğer yaşam desteği ile bütünleştirmek için test ediliyor.

Kapalı-Loop Sistemleri: Kendi kendini kınayanlık Yolu

Kapalı-loop yaşam desteği sistemi, tüm kaynakları habitattaki geri dönüşümle en aza indirmek için gerekli olan ihtiyacı en aza indirir: Biyorejeneratif ve fizykokimya. Uygulamada, son sistem muhtemelen düşük enerji, uzun vadeli geri dönüşüm ve fizykokimyasal sistemler için biyolojik süreçleri kullanan bir hibrid olacaktır.

Biorejeneratif Yaşam Desteği

Biyorejeneratif sistemler, hava arıtma, su geri dönüşüm ve gıda üretimi işlevlerini yerine getirmek için bitkiler, algler ve bakteriler kullanmaktadır. MELiSSA programı (MiLiSSA) Avrupa Uzay Ajansı tarafından yürütülen ve biyokütleli bir ekinasyonlar, daha yüksek bir fabrika ve bakteri bölmeleri, atıkları kırmak için genetik bir bölme ve tedavi tesislerini içeren bir fotobiyoreaktördür.

Fizikokimyasal Sistemler

Fiicokimya sistemleri, oksijeni doğrudan CO2'den çıkarmak için kimyasal reaksiyonlara ve fiziksel süreçlere güveniyor. Bunlar, CO2 ve hidrojeni metan ve suya dönüştürmek için hidrojen ve oksijene bölen ve sağlam elektrolit sistemleridir, çünkü bu sistemlerden yararlanarak, alkol ve oksijen üretiminden yararlanarak roket yakıtı elde etmek için bir araya gelir.

In-Situ Resource Utilization (ISRU) as a Game Changer

ISRU, Dünya'dan başlatılacak olan uygun olmayan bir şekilde yerel kaynakları kullanmak için uygulamadır. ISRU, üç birincil uygulama vardır: su ekstraksiyonu, oksijen üretimi ve yakıt üretimi. Marshall Uzay Uçuş Merkezi, su tasarrufu yapan bir sistem test etti, oksijen ve hidrojen üretmek için kullandı.

Martian Regolith'den su Ekstraksiyonu

Martian toprağı, yerden% 2 ve 60 su içerir ve sonra çok fazla faz filtrasyon sistemi ile temizlenebilir.Bu yaklaşım nükleer reaktörler veya konsantre güneş ısı sistemleri tarafından temin edilebilir bir alternatif yöntem, ısıtmadan gelen mineralleri seçici olarak ısıtın ve su taşımanın tüm kütlelerinden su taşımanın, enerji tüketimini çok fazla bir süre boyunca azaltın.

Atmosphere'dan Oksijen Üretimi

Mars atmosferi% 95 CO2. İki yöntem ondan oksijen üretebilir. İlk olarak, CO2'nin 800-1000°C'ye ısıtıldığı ve karbon monoksit ve oksijene bölünmesi, oksijen toplandığı ve CO, bir yakıt veya daha fazla işlenmiş bir işlem olarak kullanılabilir.

Yapı malzemeleri ve yakıt

Yaşam desteğinin ötesinde, ISRU inşaat malzemeleri ve yakıt üretebilir. Martian regolith, bakır ve hidrojen kullanarak sağlam bina malzemeleri oluşturmak için alüminyumları kullanarak kompaktlaşmış olabilir.Sabah reaksiyonlarından gelen methane, geri dönüş görevleri için roket yakıt olarak kullanılabilirken, oksijen Dünya'dan başlatılmış olan malzemeleri dramatik bir şekilde azaltılabilir, Mars misyonlarını daha sürdürülebilir ve maliyetli bir şekilde üretmek için karbonat ve hidrojen kullanan bir süreçtir.

Yapay Zeka ve Otomasyonun Entegrasyonu

Bir Mars habitatı gerçek zamanlı insan müdahalesi için çok uzak olacak. 4 ila 24 dakika arasında iletişim gecikmeleri, oksijen üretim verimliliğini gerektiren herhangi bir sistem başarısızlığının bağımsız olarak ele alınması gerektiği anlamına gelir. Yapay zeka ve makine öğrenme sistemleri tüm yaşam destek işlevlerini izlemek için geliştiriliyor, çünkü meydana gelmeden önce hataları tahmin ediyor ve insan girişi olmadan doğrulayıcı eylemler gerçekleştirebiliyor. Örneğin, bir AI sistemi oksijen üretim verimliliğinin kademeli olarak azaltılabilir, sebebini tanımlamak için verileri analiz edebilir (örneğin, tıkanmış bir membran veya bir besin dengesizliği)

Austin'deki Texas Üniversitesi, her bileşeni gerçek zamanlı olarak simüle eden dijital ikiz yaşam destek sistemleri geliştiriyor. Bu yetenek, sensör verileri tarafından besleniyor ve sistem davranışını önceden tahmin edebilir, proaktif bakım sağlar. Bir pompa taşıyan yataklı taşıma işaretleri varsa, dijital ikiz, geri kalanını tahmin edebilir ve minimum kaynak tüketimi ile maksimum büyüme için maksimum nem.

Reddanış, Güvenilirlik ve Crew Safety

Hiçbir yaşam desteği sistemi tek bir başarısızlık noktası tutamaz. Mühendisler birden çok parçalı oksijenle tasarlayabilirler: Her kritik işlev en az iki bağımsız sistem tarafından desteklenir ve genellikle üç veya daha fazlası. Örneğin, oksijen su elektroliz tarafından sağlanır, sağlam oksit elektroliz tarafından CO2'den salıverilebilir, böylece bir alan tüm kilitlenmeden veya biyolojik üretimden korunmalıdır.Su, en az iki ayrı ozoz, dörtlü süre boyunca kullanılabilir.

Mevcut Araştırma ve Testbeds

Dünyadaki çeşitli tesisler, Mars koşullarını simüle eden bir Mars’ın iklim değişikliğine yönelik olarak, Mars Uzay Merkezi'nde bir yıl boyunca bir araya gelen bir Mars habitatı, tam ölçekli biyorejeneratif bir alanla birlikte çalışır.

Uzun Süreli Misyonlar için Gelecek Yol

Önümüzdeki on yıl, Ay regolith'deki Gateway uzay istasyonunun dağıtımını görecek ve bu da bir sonraki nesil yaşam destek teknolojileri için kanıtlanan bir zemin olarak hizmet edecek.Arap programı Ay'a geri dönüş, sadece fiziksel sağlık sistemlerini test etmek için bir fırsat sağlayacaktır, ancak aynı zamanda yeşil bitkilerle su çıkarmak ve oksijenin üretimini göstermek ve Mars'ın ötesindeki bu tür güvenlik görevlilerini araştırmak ve desteklemek için gerekli olan sistemleri uygulamak.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Mars için yaşam desteği sistemlerinin mühendisliği, insan uzayı açısından en karmaşık ve ödüllendirici zorluklardan biridir. Bu çalışmadaki kimya, biyoloji, fizik, malzeme bilimi, yapay zeka ve insan faktörlerinin tek, kohesive sistemi ile ortaya çıkmasını gerektirir.Son on yılda ilerleme, Dünya'da daha sürdürülebilir ve dirençli sistemler inşa etmeyi de öğretecektir.