Колонизация Марса представляет собой захватывающую возможность, которая может быть реализована в относительно недалеком будущем, и архитекторы будут играть жизненно важную роль в ее воплощении в жизнь, несмотря на множество проблем, требующих преодоления.
«Космические путешествия снова сделали детей из всех нас». Хотя прошло уже почти семь десятилетий с тех пор, как Рэй Брэдбери написал эти слова, они недавно приобрели новый резонанс в современном мире. Некогда химерная мечта о руке человечества, протянувшейся к красному небесному телу Марса, стала не только достижимой, но и возможной в не столь отдаленном будущем.
Но для того, чтобы сделать «Один гигантский скачок для человечества: часть II» («Это один маленький шаг для человека и огромный скачок для человечества», - слова, произнесенные Нилом Армстронгом, когда он впервые ступил на Луну 20 июля 1969 года), потребуется провести много тяжелой работы целым рядом умных, новаторских людей: ученых-ракетчиков и инженеров, астронавтов и аналитиков, и, конечно, архитекторов.
Если люди хотят колонизировать Марс, им понадобятся здания/конструкции, чтобы жить и работать на поверхности планеты. И прежде, чем они попадут в конечную точку, им придется преодолеть почти 60 миллионов километров, а затем выдержать суровые трудности и проблемы, связанные с повседневной марсианской жизнью, когда они появятся. При этом необходимо учитывать все сложности с выведением полезной нагрузки на орбиту и еще большие проблемы с ее посадкой на Красную планету.
Самые явные из проблем: поддержание давления, тепловое сжатие и расширение и, возможно, самая большая опасность из всех, радиация. Что еще более усложняет ситуацию, так это тот факт, что на Земле нет ни одного места, которое точно имитировало бы Марс для проведения структурных и материальных испытаний.
«Дневные температуры на марсианском экваторе могут считаться схожими с земными и могут достигать +21ºС, но ночью падать до страшных -70ºС, что можно сравнить только с континентальной Антарктидой. Условия на Марсе также очень сухие, что можно сравнить только с самыми сухими частями пустыни Атакама в Чили», - директор Международного центра космической архитектуры Сасакава (SICSA) в Университете Хьюстона Ольга Баннова
Кроме того, поскольку атмосфера Марса сильно отличается по составу, плотности и давлению от земной, марсианские конструкции лучше всего испытывать в подводном пространстве.
Однако, благодаря достижениям современной науки, многие из этих сред могут быть искусственно созданы в лабораториях. Это может помочь решить некоторые проблемы, связанные со строительством и тестированием потенциальных марсианских мест обитания здесь, на Земле, но для того, чтобы они действительно стали марсианскими жилищами, необходимо учесть такую небольшую деталь, как расстояние, на которое из придется транспортировать. И вот тогда все становится действительно сложно.
«Первые места обитания на Марсе не будут возводиться с использованием технологии 3D-печати. Они будут изготовлены заранее и доставлены с на поверхность ракетами», - руководитель отдела внепланетных мест обитания и систем AI SpaceFactory Джеффри Монтес.
Ольга Баннова в данном вопросе однозначно согласна с Джеффри Монтесом.
«В настоящее время все, что нам может понадобиться для поддержания жилья на Марсе, необходимо доставлять туда с Земли», - директор Международного центра космической архитектуры Сасакава (SICSA) в Университете Хьюстона Ольга Баннова
Это означает, что потребуются не только сверхтяжелые системы для выведения нагрузки на орбиту Земли, но также понадобятся большие корабли для посадки конструкций, поскольку парашюты будут неэффективны в тонкой атмосфере Марса. Это также означает, что установка/возведение первых конструкций будет осуществляться не с помощью роботов и 3D-принтера, а с использованием ручного труда астронавтами за миллионы километров от родной планеты. В свою очередь это приводит к еще одной проблеме, которую необходимо решить - ограничить время пребывания астронавтов в глубоком космосе, чтобы они были максимально здоровыми и продуктивными, когда прибудут к месту назначения.
По словам Банновой, все вышеперечисленные проблемы требуют разработки новых силовых установок, способных быстрее доставить корабль до Марса. Более быстрый полет означает, что астронавты будут в лучшем физическом и психологическом состоянии по прибытии на Красную планету. Чем здоровее астронавты, тем больше шансов на успех, чтобы создать и испытать первые жилища.
Но даже если астронавты и все их оборудование достигнут Марса быстро и безопасно, существует одна проблема, которая превалирует над всеми остальными – радиация. Красная планета не имеет такой защитной магнитосферы, как Земля. В сочетании с ее тонкой атмосферой это означает, что поверхность Марса регулярно подвергается воздействию высоких уровней радиации от солнечного ветра, космических лучей и солнечных вспышек. В течение одного года астронавт на Марсе будет подвергаться воздействию уровней излучения, примерно в два с половиной раза превышающих то, что испытал бы астронавт на Международной космической станции. Неизвестно, как такое длительное воздействие радиации подобной интенсивности отразится на астронавтах, занятых колонизацией Марса, но вполне можно предположить, что их поджидают рак, лучевая болезнь или даже смерть.
При всем при этом следует учитывать, что бесстрашные покорители космоса, благополучно избежав смерти во время длительного полета и пытаясь избежать излучения после посадки на Марс, должны наладить бесперебойное снабжение энергией (минимум мегаватт), поставлять/выращивать пищу, и поддерживать свое физическое, эмоциональное и психологическое благополучие. Учитывая все вышеперечисленное, приходит понимание, что проектирование и строительство архитектуры на Марсе должно быть действительно легким делом. Хотя этот список проблем довольно прост, в настоящее время разрабатывается множество решений, которые призваны сделать Красную планету немного более гостеприимной.
Некоторые ученые считают, что единственный способ жить на Марсе и быть защищенным от радиации и больших перепадов температур - это располагать жилые и рабочие помещения под поверхностью. Илон Маск предложил идею использования технологии своей компании Boring Company (занимается инфраструктурой и строительством туннелей) для создания не только отдельных подземных аналогов домов, но и целых подземных городов на Марсе.
Однако не все согласны с тем, что нам суждено стать популяцией «кротов», если мы хотим колонизировать Марс. Ольга Баннова заявляет, что спроектировать архитектуру для долгосрочной жизни и процветания и избежать жизни под землей, необходимо изменить менталитет, «чтобы видеть марсианскую среду не только с оборонительной позиции, но и как место сосуществования, адаптации, и даже наслаждаться ей». Ключом к этому является минимизация логистики с Земли и максимальное использование ресурсов на месте для наружных конструкций. После того, как первые астронавты и их сборные конструкции доберутся до Марса, абсолютно необходимо, чтобы все последующие структуры были построены из материалов, которые может предоставить сам Марс.
На этом фронте уже была проделана большая работа. Кажется, почти каждый день новая архитектурная фирма или группа мозговитых деятелей предлагает новые идеи относительно того, как жить на Марсе.
Студия Redhouse (архитектурная фирма из Кливленда) совместно с исследовательницей из НАСА Линн Ротшильд, предложили использовать водоросли и мицелий (вегетативная часть гриба, состоящая из сети мелких белых нитей) в качестве строительного материала для марсианских домов. Тем временем НАСА в рамках своей программы Centennial Challenges проводит постоянный конкурс 3D Printed Habitat по созданию технологии 3D-печати с использованием местных ресурсов для строительства на Марсе.
Монтес и AI SpaceFactory участвовали в данном проекте НАСА и предложили свою концепцию под названием MARSHA. Разработанная командой 3D-печатная конструкция отличается от типичного низкопрофильного купола в пользу вертикального строения, получила второе место на этапе испытании.
Авторы проекта предложили использовать для 3D-печати на Марсе полимолочную кислоту (PLA), армированную базальтовым волокном. Базальтовое волокно будет добываться из марсианской породы, а PLA - из растений, выращенных на Красной планете. Из-за низкого общего атомного веса PLA, он оказался бы эффективным экраном для ионизирующего космического излучения. Кроме того, полимолочная кислота и базальт обеспечат поселенцев защитой от экстремальных колебаний температуры.
PLA известна своей низкой проводимостью, а базальт является одним из лучших доступных изоляторов. MARSHA также использует систему с двойной оболочкой (например, окна с двойным стеклом), которая изолирует жилые помещения от естественного расширения и сжатия, вызванного колебаниями температуры.
Однако 3D-печать любой структуры на Марсе имеет свой собственный набор проблем, которые необходимо решить. Во время 3D-печати материал (в случае MARSHA, PLA, армированная базальтовым волокном) наносится слой за слоем. И если печатается крупная структура, то ее возведение занимает длительное время (приостанавливается на ночь). Учитывая изменчивость марсианских условий в зависимости от времени суток, возможно нарушение связей между слоями. По заявлению Монтеса, в проекте MARSHA связь между слоями является «главной инженерной проблемой».
Материал сжимается в течение ночи, поскольку он затвердевает и охлаждается, при этом резкие тепловые изменения температуры на Марсе усиливают эффект. Это проблема, потому что, когда печать возобновится на следующий день, робот «думает», что окончание конструкции находится в определенном месте, в результате следующий слой будет нанесен неправильно. Если планируется строить марсианские поселения в автоматическим режиме, с использованием технологии 3D-печати, то компьютеры и роботы, отвечающие за возведение зданий, должны будут иметь возможность самокалибровки.
Другой вариант, однако, состоит в том, чтобы отказаться от полной автономии в пользу полуавтономного строительства, когда компьютеры работают под управлением людей, но об этом чуть позже.
Прилагая столько усилий для разработки конструкции с внешним слоем, способным выдержать суровые условия Марса, легко прийти к тому, что внутренние пространства могут отойти на второй план. Однако, это неправильно, так как она не менее важны для здоровья и благополучия поселенцев.
«Мой подход заключается в разработке пространств, которые могут быть настраиваемыми и многофункциональными, особенно в личных помещениях, где экипаж должен иметь возможность изменять пространство по своему вкусу. Мы не знаем, что люди будут чувствовать, когда они уже на Марсе. Переселенцы могут обнаружить, что все, что было заранее спроектировано для них на Земле, на самом деле не служит им лучше всего на Марсе и должно быть изменено», - директор Международного центра космической архитектуры Сасакава (SICSA) в Университете Хьюстона Ольга Баннова.
Выходя за рамки гибкой мебели и физических пространственных расположений, биометрические сигналы членов экипажа можно использовать для изменения среды в реальном времени, скажем, для регулировки температуры на основе температуры ядра данного элемента или для регулирования потока кислорода на основе показаний пульсовой оксиметрии.
Другим важным компонентом, который выделили, как Баннова, так и Монтес, является использование реальных окон, чтобы предоставить переселенцам возможности внешнего обзора, даже если виртуальные окна также включены.
MARSHA в своей конструкции предусматривает небольшие обзорные окна и большое окно на вершине здания заполненные водой (чтобы блокировать излучение), которые пропускают естественный свет, тем самым снижая ощущение клаустрофобии. Циркадная (с периодичностью 24 часа) система освещения также включена конструкцию, чтобы помочь воссоздать земное освещение для переселенцев.
Кроме того, технологии не только помогут построить марсианские жилища, но и станут ключевыми компонентами, интегрированным в среду обитания. Такие технологии, как искусственный интеллект, машинное обучение, виртуальная и смешанная реальность и/или помощники роботы, будут интегрированы в эти среды обитания с конечной целью обеспечения средств для эффективного взаимодействия человека с машиной. Но насколько умным мы хотим сделать роботизированных помощников?
«Определение баланса между автономными системами и операциями, контролируемыми экипажем, помогает создать оптимизированный дизайн среды обитания для удовлетворения экипажа и миссии», - директор Международного центра космической архитектуры Сасакава (SICSA) в Университете Хьюстона Ольга Баннова.
Другими словами, это помогает держать команду в тонусе.
«Я не думаю, что полная автоматизация - это ответ. Вы должны знать, когда сказать, «Мы достаточно автономны», - руководитель отдела внепланетных мест обитания и систем AI SpaceFactory Джеффри Монтес.
Например, давайте вернемся к идее полностью автономной 3D-печати. Это звучит великолепно в теории, но на самом деле может вызвать больше головной боли, чем потенциальных преимуществ. Использование астронавтов для перекалибровки 3D-принтера после паузы на ночь не только избавит от необходимости создавать робота, который может выполнять эту задачу сам, но также позволит переселенцам быть более тесно связанными с окружающей средой, что означает меньше ошибок.
Люди, работающие напрямую с марсианскими ресурсами, помогут нам лучше понять планету и создадут возможности для разработки новых технологий и методов, для создания марсианского архитектурного языка и ландшафта. Как и здесь, на Земле, это позволит марсианской архитектуре развиваться и становиться более приспособленной к человеческим потребностям и желаниям.
«Это то, что мы исследуем в космической архитектуре. Мы заполняем пробелы между проектированием для людей, инженерными системами и окружающей средой. Как только эти пробелы будут заполнены, картина жизни на Марсе действительно начинает обретать форму», - директор Международного центра космической архитектуры Сасакава (SICSA) в Университете Хьюстона Ольга Баннова.
