Hvis og når vi beslutter at tage til Mars (og blive der), vil de Martiske bosættere få nogle alvorlige udfordringer. For det første er planeten ekstremt kold sammenlignet med Jorden, i gennemsnit ca. -63 ° C (-82 ° F), hvilket kan sammenlignes med den kolde nat i Antarktis. Oven i det er der den utroligt tynde atmosfære, der er uforudsigelig for mennesker og jordbaserede væsener. Tilføj dertil strålingen, og du begynder at se, hvorfor det vil være vanskeligt at sætte Mars ned.
Men som man siger, nødvendigheden er opfindelsens mor. Og for at stimulere opfindelsesprocessen har NASA samarbejdet med Bradley University of Peoria for at lancere 3D-Printed Habitat Centennial Challenge-konkurrence. Som en del af NASAs Centennial Challenge, som er sponsoreret af Space Technology Mission Directorate, tildelte denne konkurrence for nylig $ 100.000 i præmiepenge til fem hold for deres designkoncepter.
NASAs Centennial Challenge blev iværksat i 2005 for direkte at engagere offentligheden og producere revolutionerende applikationer til udforskning af rummet. Programmet tilbyder incitamentspriser for at stimulere innovation inden for grundlæggende og anvendt forskning, teknologiudvikling og prototype demonstration. For at administrere konkurrencen samarbejdede Bradley University også med sponsorerne Caterpillar, Bechtel og Brick & Mortar Ventures.
Til konkurrencen fik deltagerne til opgave at skabe digitale repræsentationer af de fysiske og funktionelle egenskaber ved et Mars-habitat ved hjælp af specialiserede softwareværktøjer. Et panel af NASA, akademiske eksperter og brancheeksperter tildelte holdets point baseret på forskellige kriterier, som bestemte hvor mange præmiepenge hvert vindende hold fik. Ud af 18 indsendelser fra hele verden blev 5 hold valgt.
I rækkefølge af hvor mange præmiepenge de blev tildelt, var de vindende hold:
- Team Zopherus fra Rogers, Arkansas - $ 20.957,95
- AI. SpaceFactory i New York - $ 20.957,24
- Kahn-Yates af Jackson, Mississippi - $ 20.622,74
- SEArch + / Apis Cor i New York - $ 19.580,97
- Northwestern University of Evanston, Illinois - $ 17.881.10
Designkonkurrencen understreger alle de udfordringer, som opbygning af et livsunderstøttende habitat på Mars ville medføre, som inkluderer de store involverede afstande og forskellene i atmosfære og landskaber. Kort sagt, holdene havde brug for at skabe naturtyper, der ville være isolerede og lufttætte og også kunne bygges ved hjælp af lokale materialer (også kendt som ressourceudnyttelse in situ).
Konkurrencen startede i 2014 og er struktureret i tre faser. I fase 1, designkonkurrencen (som blev afsluttet i 2015 med $ 50.000 præmiepung), blev holdene forpligtet til at indsende en gengivelse af deres foreslåede habitat. Fase 2, strukturkonkurrencen, fokuserede på materialeteknologier og krævede hold til at skabe strukturelle komponenter. Denne fase blev afsluttet i 2017 med en præmiepung på $ 1,1 millioner.
I fase 3 var konkurrencen på stedet-habitat - som er den aktuelle fase af konkurrencen - konkurrenterne opdraget med fabrikerede underskala-versioner af deres levesteder. Denne fase har fem konkurrenceniveauer, der består af to virtuelle niveauer og tre konstruktionsniveauer. For de førstnævnte fik holdene til opgave at bruge Building Information Modelling (BIM) software til at designe et habitat, der kombinerer alle de strukturelle krav og systemer, den skal indeholde.
For konstruktionsniveauerne bliver holdene forpligtet til autonomt at fremstille 3D-trykte elementer i habitatet, og kulminere med en tredjedel skala trykt habitat til det endelige niveau. Ved afslutningen af denne fase får hold præmiepenge fra en pung på $ 2 millioner. Som Monsi Roman, programlederen for NASAs Centennial Challenges, sagde i en nylig pressemeddelelse fra NASA:
”Vi er glade for at se succes for denne forskellige gruppe af hold, der har nærmet sig denne konkurrence i deres egne unikke stilarter. De er ikke kun ved at designe strukturer, de designer naturtyper, der giver vores rumudforskere mulighed for at leve og arbejde på andre planeter. Vi er glade for at se deres design komme til live, når konkurrencen går videre. ”
De vindende poster inkluderede team Zorphues 'koncept for et modulopbygget habitat, der var inspireret af biologiske strukturer her på Jorden. Bygningsprocessen begynder med, at en lander (som også er en mobilprintfabrik) når frem til overfladen og scanner miljøet for at finde et godt “udskriftsområde”. Derefter går det over dette område og udsætter rovers for at samle materialer og forsegler derefter til jorden for at give et trykmiljø under tryk.
Hovedmodulet samles derefter ved hjælp af præfabrikerede komponenter (som luftlåse, vinduer, atmosfærisk kontrol, toiletter, dræn osv.), Og strukturen udskrives omkring det. Printeren går derefter selv til et tilstødende sted og udskriver et andet modul ved hjælp af den samme metode. Med tiden er der en række naturtyper forbundet til hovedmodulet, der giver rum til ophold, rekreation, fødevareproduktion, videnskabelige studier og andre aktiviteter.
For deres koncept valgte teamet på andet sted (Team AI. SpaceFactory) en lodret orienteret cylinder som den mest effektive form for deres Marsha-habitat. Ifølge teamet er dette design ikke kun det ideelle trykmiljø, men maksimerer også mængden af brugbar plads, gør det muligt for strukturen at blive lodret opdelt baseret på aktiviteter, er velegnet til 3D-udskrivning og tager mindre overfladeareal.
Holdets designede også deres levesteder til at håndtere temperaturændringer på Mars, som er betydningsfulde. Deres løsning var at designe hele strukturen som en flanget skal, der bevæger sig på glidelejer ved dens fundament som reaktion på temperaturændringer. Strukturen er også en dobbelt skal, hvor den ydre (tryk) skal er adskilt fra det indre habitat. Dette optimerer luftstrømmen og giver mulighed for lys til at filtrere ind i hele levestedet.
Dernæst er Khan-Yates-habitatet, som teamet designet til at være specielt velegnet til at modstå støvstorme og hårde klimaer på den røde planet. Denne korallignende kuppel består af en lander, der vil sætte sig ned i ækvatorregionen og derefter udskrive et fundament og fodlag ved hjælp af lokale materialer. Printarmen overgik derefter lodret for at begynde at udskrive skallen og gulve.
Den ydre skal er besat med vinduer, der giver mulighed for et godt oplyst miljø, den ydre skal er adskilt fra kernen, og formen på strukturen er designet til at sikre, at støvstorme strømmer rundt om strukturen. På fjerde sted var SEArch + / Apis Cor's Mars X-hus, et levested designet til at give maksimal strålingsbeskyttelse og samtidig sikre naturligt lys og forbindelser til det Martiske landskab.
Livsmiljøet er konstrueret af mobile robotprintere, der distribueres fra en Hercules-genanvendelig Lander-enkeltstage. Designet er inspireret af nordisk arkitektur og bruger “lys scoops” og åbninger på gulvniveau for at sikre, at sollys i de nordlige breddegrader bringer det ind i interiøret. De to ydre (og overlappende) skaller huser boligarealerne, der består af to oppustelige rum med gennemsigtigt CO2 oppustede vindueslommer.
Femte plads gik til teamet fra Northwestern University for deres Martian 3Design-habitat, der består af en lukket skal inden for en indre sfære og en ydre parabolsk kuppel. Ifølge teamet giver dette habitat beskyttelse mod de Martiske elementer gennem tre designfunktioner. Den første er den indvendige form af strukturen, der består af et cirkulært fundament, en oppustelig trykbeholder, der fungerer som det vigtigste opholdsområde, og den ydre skal.
Den anden funktion er indgangssystemet, der strækker sig fra modsatte ender af strukturen og fungerer som indgange og udgange og kunne give kryds med fremtidige bælter. Det tredje træk er tværbjælkerne, der er den strukturelle rygrad i kupplen og er optimeret til trykbelastning under Mars-tyngdekraften og atmosfæriske forhold og giver kontinuerlig beskyttelse mod stråling og elementerne.
Det indvendige layout er baseret på NASA Hawai’i Space Exploration Analog and Simulation (HI-SEAS) -habitat og er opdelt mellem ”våde områder” og ”tørre områder”. Disse områder er placeret på modsatte sider af habitatet for at optimere brugen af ressourcer ved at koncentreres i dem på den ene side (snarere end at få dem til at løbe gennem hele dette habitat), og rummet er også divideret med en central, udtrækkelig væg, der adskiller det indre i offentlige og private områder.
Sammen udgør disse koncepter målene for 3D-Printed Habitat Centennial Challenge, der er at udnytte borgernes opfinders talenter til at udvikle de teknologier, der er nødvendige for at opbygge bæredygtige krisecentre, der en dag vil give mennesker mulighed for at leve på Månen, Mars og videre . Som Lex Akers, dekan ved Caterpillar College for Engineering and Technology ved Bradley University, sagde om konkurrencen:
”Vi opfordrer en bred vifte af mennesker til at komme med innovative design til, hvordan de forestiller sig et levested på Mars. De virtuelle niveauer gør det muligt for hold fra gymnasier, universiteter og virksomheder, der muligvis ikke har adgang til store 3D-printere, stadig at være en del af konkurrencen, fordi de kan slå sig sammen med dem, der har adgang til sådanne maskiner til det endelige niveau af konkurrencen .”
Ved at fortsætte med traditionen for Centennial-præmierne søger NASA offentligt engagement i denne konkurrence for at fremme interessen for rumforskning og imødegå fremtidige udfordringer. Det søger også at udnytte nye teknologier for at løse de mange tekniske, tekniske og logistiske problemer, som rumrejsen præsenterer. En dag, hvis og når mennesker lever på Månen, Mars og andre steder i solsystemet, kan de levesteder, de kalder hjem, meget vel være arbejdet for studerende, borgeropfindere og rumentusiaster.
For mere information om 3-D Pinrted Habitat Challenge, se konkurrencewebsiden.
