A idéia de explorar e colonizar Marte nunca esteve tão viva quanto é hoje. Nas próximas duas décadas, existem vários planos para enviar missões tripuladas para o Planeta Vermelho, e até mesmo alguns planos altamente ambiciosos para começar a construir um assentamento permanente lá. Apesar do entusiasmo, há muitos desafios significativos que precisam ser enfrentados antes que qualquer empreendimento possa ser tentado.
Esses desafios - que incluem os efeitos da baixa gravidade no corpo humano, a radiação e o número psicológico de estar longe da Terra - tornam-se ainda mais pronunciados quando se lida com bases permanentes. Para resolver isso, o engenheiro civil Marco Peroni oferece uma proposta para uma base marciana modular (e uma espaçonave para entregá-la) que permitiria a colonização de Marte enquanto protegia seus habitantes com blindagem artificial contra radiação.
Peroni apresentou essa proposta no Fórum e Exposição de Espaço e Astronáutica do Instituto Americano de Aeronáutica e Astronáutica (AIAA) de 2018, que ocorreu de 17 a 19 de setembro em Orlando, Flórida. A apresentação foi uma das várias que ocorreram na quarta-feira, 19 de setembro, cujo tema é “Mars Mission Architectures”.
Simplificando, a idéia de colonizar Marte (ou em qualquer lugar do Sistema Solar) apresenta muitos desafios - físicos e psicológicos. No caso do Planeta Vermelho, isso inclui sua atmosfera fina e respirável, seu ambiente muito frio e o fato de não possuir campo magnético. É este último item que é especialmente desafiador, pois quaisquer futuros colonos precisarão ser protegidos contra uma quantidade considerável de radiação.
Em resumo, a quantidade média de radiação à qual um ser humano é exposto na Terra atinge cerca de 3,6 miliSieverts (mSv) por ano, o que é graças à densa atmosfera da Terra e ao campo magnético protetor. Naturalmente, isso significa que os astronautas e as pessoas que se aventuram além da Terra são expostos a quantidades drasticamente mais altas de radiação solar e cósmica.
Para garantir a saúde e a segurança dos astronautas, a NASA estabeleceu um limite superior de 500 mSv por ano ou 2000 a 4000 mSv (dependendo da idade e sexo) ao longo da vida de um astronauta. No entanto, Peroni estima que, dependendo de quanto tempo eles passam em ambientes fechados, a quantidade média de radiação a que um colono marciano seria exposto seria de cerca de 740 mSv por ano. Como Peroni explicou à Space Magazine por e-mail:
“A quantidade de material para uma blindagem eficaz pode estar muito além do praticável na maioria das aplicações aeroespaciais. As paredes de alumínio da ISS, por exemplo, têm cerca de 7 mm de espessura e são eficazes no LEO, mas é improvável que essas blindagens sejam suficientes no espaço interplanetário, onde podem até aumentar a dose absorvida, a menos que sejam substancialmente espessadas. ”
Para enfrentar essa ameaça, propostas anteriores recomendaram a construção de bases com espessas camadas de solo marciano - em alguns casos, contando com sinterização e impressão 3D para modelar uma parede externa de cerâmica dura - e abrigos de emergência em caso de tempestades solares. Outras propostas sugeriram a construção de bases em tubos de lava estáveis para fornecer proteção natural. Mas, como Peroni indicou, estes apresentam sua própria parcela de perigos.
Isso inclui a quantidade de material necessário para criar paredes de escudos eficazes e a ameaça de claustrofobia. Como ele explicou:
“Um estudo da NASA descobriu que uma grande estação espacial ou habitat exigia uma blindagem de 4 t / m2 de regolito marciano (considerando que sua densidade está entre 1.000 kg / m3 na superfície a 2.000 kg / m3 a uma profundidade de alguns cm, isso corresponde a uma espessura de 2 m, ou menos, se o material for compactado [por ser sinterizado por lasers), para atingir uma taxa de dose efetiva de 2,5 mSv / ano…
“Um abrigo subterrâneo pode ser usado também como quartos de dormir e para todas as atividades em que não há necessidade de olhar para fora (como assistir a vídeos ou desfrutar de outros entretenimentos), mas viver sempre em estruturas subterrâneas pode colocar em risco a saúde psicológica dos colonos (claustrofobia), diminuindo também sua capacidade de avaliar distâncias quando estão fora do posto avançado (dificuldades na execução de tarefas de EVA) e podem ser particularmente ruins no caso de uma das atividades do posto avançado ser o turismo espacial. Outro problema é a construção de estufas, que devem permitir que a luz do Sol entre para alimentar os mecanismos biológicos das plantas. ”
Como alternativa, Peroni sugere um projeto para uma base que forneça sua própria blindagem enquanto maximiza o acesso à paisagem marciana. Essa base seria transportada para Marte a bordo de uma embarcação com núcleo em forma de esfera (medindo cerca de 300 metros (984 pés) de diâmetro) ao redor do qual os módulos hexagonais da base seriam dispostos. Como alternativa, Peroni e seus colegas recomendam a criação de um núcleo cilíndrico para alojar os módulos.
Essa nave espacial transportaria os módulos e habitantes da Terra (ou órbita cis-lunar) e seria protegida pelo mesmo tipo de escudo magnético artificial usado para proteger a colônia. Isso seria gerado por uma série de cabos elétricos que envolveriam a estrutura do navio. Durante a viagem, a nave espacial também giraria em torno de seu eixo central a uma taxa de 1,5 rotações por minuto, a fim de gerar uma força de gravidade de cerca de 0,8 g.
Isso garantiria que os astronautas chegassem à órbita de Marte sem sofrer os efeitos degenerativos da exposição à microgravidade - que incluem perda de densidade muscular e óssea, visão comprometida, diminuição do sistema imunológico e da função dos órgãos. Como Peroni explicou:
“No limite da“ esfera itinerante ”haverá os sistemas de propulsão necessários para a viagem e a rotação contemporânea da nave espacial, a fim de gerar gravidade artificial durante a ida e volta. Essas naves foram desenvolvidas para integrar melhor os elementos de suporte de carga do navio com a estrutura dos módulos. A estrutura de suporte da esfera, que constitui o corpo do vaso, é formada por uma diagrelha hexagonal e pentagonal e, portanto, é mais fácil conectar e agregar os módulos, que têm formas semelhantes. ”
Uma vez na órbita marciana, a esfera do navio parava de girar para permitir que cada elemento se destacasse e começava a descer para a superfície marciana, usando um sistema de pára-quedas, propulsores e resistência do ar para desacelerar e aterrar. Cada módulo seria equipado com quatro pernas motorizadas que lhes permitiriam se movimentar na superfície e se conectar com os outros módulos de habitação assim que chegassem.
Gradualmente, os módulos se organizariam em uma configuração esférica sob um aparelho em forma de toróide. Assim como aquele que protege a nave espacial, esse aparato seria feito de cabos elétricos de alta tensão que geram um campo eletromagnético para proteger os módulos da radiação cósmica e solar. Uma espaçonave (como a BFR proposta pela SpaceX) também pode partir do núcleo central da embarcação, transportando os futuros colonos para o planeta.
Para determinar a eficácia de seu conceito, Peroni e seus colegas realizaram cálculos numéricos e experimentos de laboratório usando um modelo em escala (mostrado abaixo). A partir disso, eles determinaram que o aparelho era capaz de gerar um campo magnético externo de 4/5 Tesla, o suficiente para manter os habitantes a salvo de raios cósmicos nocivos.
Ao mesmo tempo, o aparelho gerou um campo magnético quase nulo dentro do aparelho, o que significa que não exporia os habitantes a nenhuma radiação eletromagnética - e, portanto, não representa perigo para eles. Cada módulo, de acordo com a proposta de Peroni, teria o formato de um hexágono, mediria 20 m (65,6 pés) de diâmetro e teria espaço vertical suficiente para constituir um espaço habitável.
Cada um dos módulos elevaria cerca de 5 m (16,5 pés) acima do solo (usando suas pernas motorizadas) para permitir que o vento marciano escorresse durante tempestades de areia e evitasse o acúmulo de areia ao redor dos módulos. Isso garantiria que a visão de dentro dos módulos, um componente essencial para o design da Peroni, fosse desobstruída.
De fato, a proposta de Peroni pede que a base seja aberta o máximo possível para a paisagem circundante através de janelas e abóbadas, o que permitiria que os habitantes se sentissem mais conectados ao ambiente e evitasse sentimentos de isolamento e claustrofobia. Cada módulo pesaria entre 40 e 50 toneladas métricas (44 a 55 toneladas) na Terra - o que equivale a 15 a 19 toneladas (16,5 a 21 toneladas) em gravidade marciana.
Parte do peso inicial incluiria o combustível necessário para a descida, que seria derramado durante a descida e significaria que os habitats ficariam ainda mais leves quando atingissem a superfície de Marte. Assim como em projetos similares, cada módulo seria diferenciado de acordo com sua função, com alguns servindo como dormitórios e outras instalações de recreação, espaços verdes, laboratórios, oficinas, reciclagem de água e instalações de saneamento, etc.
O toque final será a construção de um “eixo tecnológico”, um túnel percorrível construído acima do solo, onde estariam baterias, painéis fotovoltaicos e pequenos reatores nucleares. Isso atenderia às consideráveis necessidades elétricas da base, que incluem a energia necessária para manter o campo magnético. Outros elementos podem incluir garagens e armazéns para veículos de exploração, bem como um observatório astronômico.
Essa proposta é semelhante, em muitos aspectos, ao conceito de base da lua solenoide que Peroni apresentou pelo menos um ano no Fórum e na Exposição de Espaço e Astronáutica da AIAA. Nesta ocasião, Peroni propôs a construção de uma base lunar que consistisse em cúpulas transparentes que seriam fechadas dentro de uma estrutura em forma de toróide, consistindo em cabos de alta tensão.
Nos dois casos, os habitats propostos visam garantir as necessidades de seus habitantes - que incluem não apenas sua segurança física, mas também seu bem-estar psicológico. Olhando para o futuro, Peroni espera que suas propostas promovam mais discussões e pesquisas sobre os desafios específicos da construção de bases fora do mundo. Ele também espera ver conceitos mais inovadores projetados para abordá-los.
“Esta pesquisa preliminar pode incentivar [o] desenvolvimento futuro dessas teorias e um estudo mais aprofundado sobre os temas e tópicos abordados nesta contribuição, que, por que não, no futuro [permitirá] que os humanos realizem o sonho de viver em Marte por muito tempo? períodos sem ser fechado sob gaiolas de metais pesados ou cavernas de rochas escuras ”, afirmou.
É claro que quaisquer assentamentos construídos na Lua, Marte ou além no futuro terão que ser amplamente auto-suficientes - produzindo sua própria comida, água e materiais de construção no local. Ao mesmo tempo, esse processo e o ato da vida diária dependerão fortemente da tecnologia. Nas próximas gerações, Marte provavelmente será o campo de provas onde nossos métodos para viver em outro planeta são testados e examinados.
Antes de começarmos a enviar humanos para o Planeta Vermelho, precisamos garantir que apresentemos nossos melhores métodos. E não deixe de conferir este vídeo da base do módulo que está sendo implantada em Marte a partir do espaço, cortesia de Marco Peroni Ingegneria:
