L'idée d'explorer et de coloniser Mars n'a jamais été aussi vivante qu'aujourd'hui. Au cours des deux prochaines décennies, il y a plusieurs plans pour envoyer des missions en équipage sur la planète rouge, et même des plans très ambitieux pour commencer à y construire une colonie permanente. Malgré l'enthousiasme, il y a de nombreux défis importants qui doivent être relevés avant que de tels efforts puissent être tentés.

Ces défis - qui incluent les effets de la faible gravité sur le corps humain, radiation, et le bilan psychologique de l'éloignement de la Terre - devient d'autant plus prononcé lorsqu'il s'agit de bases permanentes. Pour remédier à ce, L'ingénieur civil Marco Peroni propose une proposition de base martienne modulaire (et un vaisseau spatial pour la livrer) qui permettrait la colonisation de Mars tout en protégeant ses habitants avec un blindage artificiel contre les rayonnements.

Peroni a présenté cette proposition au Forum et exposition SPACE and Astronautics 2018 de l'American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA), qui s'est déroulé du 17 au 19 septembre à Orlando, Floride. La présentation était l'une des nombreuses qui ont eu lieu mercredi, 19 septembre, dont le thème « Mars Mission Architectures ».

Pour faire simple, l'idée de coloniser Mars (ou n'importe où dans le système solaire) présente de nombreux défis - à la fois physiques et psychologiques. Dans le cas de la planète rouge, ceux-ci incluent son atmosphère mince et irrespirable, son environnement très froid, et le fait qu'il n'a pas de champ magnétique. C'est ce dernier élément qui est particulièrement difficile, puisque tout futur colon devra être protégé d'une quantité considérable de rayonnement.

En bref, la quantité moyenne de rayonnement à laquelle un être humain est exposé sur Terre s'élève à environ 3,6 milliSieverts (mSv) par an, qui est grâce à l'atmosphère dense de la Terre et au champ magnétique protecteur. Naturellement, Cela signifie que les astronautes et les personnes qui s'aventurent au-delà de la Terre sont exposés à des quantités considérablement plus élevées de rayonnement solaire et cosmique.

Pour assurer la santé et la sécurité des astronautes, La NASA a établi une limite supérieure de 500 mSV par an ou de 2000 à 4000 mSV (selon l'âge et le sexe) au cours de la vie d'un astronaute. Cependant, Peroni estime que selon le temps qu'ils passent à l'intérieur, la quantité moyenne de rayonnement à laquelle un colon martien serait exposé serait d'environ 740 mSv par an. Comme Peroni l'a expliqué à Universe Today par e-mail :

"La quantité de matériau pour un blindage efficace peut alors être bien au-delà de ce qui est praticable pour la plupart des applications aérospatiales. Les parois en aluminium de l'ISS, par exemple, font environ 7 mm d'épaisseur et sont efficaces en LEO, mais il est peu probable que de tels boucliers suffisent dans l'espace interplanétaire, où ils pourraient même augmenter la dose absorbée à moins qu'ils ne soient substantiellement épaissis. »

Pour faire face à cette menace, les propositions précédentes ont recommandé de construire des bases avec des couches épaisses de sol martien - dans certains cas, s'appuyant sur le frittage et l'impression 3D pour façonner un mur extérieur en céramique dure - et des abris d'urgence en cas de tempête solaire. D'autres propositions ont suggéré de construire des bases dans des tubes de lave stables pour fournir une protection naturelle. Mais comme Peroni l'a indiqué, ceux-ci présentent leur propre part de dangers.

Ceux-ci incluent la quantité de matériau nécessaire pour créer des murs de protection efficaces, et la menace de claustrophobie. Comme il l'a expliqué :

"Une étude de la NASA a révélé qu'une grande station spatiale ou un habitat nécessitait un blindage de 4 t/m2 de régolithe martien (considérant que sa densité est comprise entre 1, 000 kg/m3 en surface à 2, 000 kg/m3 à quelques cm de profondeur, cela correspond à une épaisseur de 2 m, ou moins si le matériau est compacté [en étant] fritté par des lasers), pour atteindre un débit de dose efficace de 2,5 mSv/an…

"Un abri souterrain peut également être utilisé comme dortoir et pour toutes les activités dans lesquelles il n'est pas nécessaire de regarder à l'extérieur (comme regarder des vidéos ou profiter d'autres divertissements), mais vivre toujours dans des structures souterraines peut mettre en danger la santé psychologique des colons (claustrophobie), diminuant également leur capacité à évaluer les distances à l'extérieur de l'avant-poste (difficultés à effectuer les tâches EVA) et peut être particulièrement mauvaise si l'une des activités de l'avant-poste est le tourisme spatial. Un autre problème est la construction de serres, qui devrait permettre à la lumière du soleil d'entrer pour alimenter les mécanismes biologiques des plantes."

Comme alternative, Peroni suggère une conception pour une base qui fournirait son propre blindage tout en maximisant l'accès au paysage martien. Cette base serait transportée sur Mars à bord d'un vaisseau à noyau en forme de sphère (mesurant environ 300 mètres (984 pieds) de diamètre) autour duquel seraient disposés les modules de base hexagonaux. Alternativement, Peroni et ses collègues recommandent de créer un noyau cylindrique pour loger les modules.

Ce vaisseau spatial transporterait les modules et les habitants depuis la Terre (ou orbite cis-lunaire), et serait protégé par le même type de bouclier magnétique artificiel utilisé pour protéger la colonie. Celle-ci serait générée par une série de séries de câbles électriques qui envelopperaient la structure du navire. Pendant le voyage, le vaisseau spatial tournerait également autour de son axe central à une vitesse de 1,5 tours par minute afin de générer une force de gravité d'environ 0,8 g.

Cela garantirait que les astronautes arrivent en orbite autour de Mars sans avoir souffert des effets dégénératifs de l'exposition à la microgravité - qui incluent la perte de densité musculaire et osseuse, vue compromise, diminution du système immunitaire et de la fonction des organes. Comme Peroni l'a expliqué :

"A la limite de la 'sphère qui voyage', il y aura les systèmes de propulsion nécessaires à la fois au voyage et à la rotation contemporaine du vaisseau spatial, afin de générer une gravité artificielle pendant l'aller-retour. Ces engins spatiaux ont été développés pour mieux intégrer les éléments porteurs du navire avec la structure des modules. La structure portante de la sphère, qui constitue le corps du vaisseau, est formé par un sommier hexagonal et pentagonal et il est donc plus facile de connecter et d'agréger les modules, qui ont des formes similaires.

Une fois en orbite martienne, le vaisseau-sphère cesserait de tourner pour permettre à chaque élément de se détacher et de commencer à descendre vers la surface martienne, à l'aide d'un système de parachutes, propulseurs et résistance de l'air pour ralentir et atterrir. Chaque module serait équipé de quatre pieds motorisés qui leur permettraient de se déplacer en surface et de se connecter avec les autres modules d'habitation une fois arrivés.

Progressivement, les modules s'arrangeraient dans une configuration sphérique sous un appareil en forme de tore. Tout comme celui qui protège le vaisseau spatial, cet appareil serait constitué de câbles électriques à haute tension qui génèrent un champ électromagnétique pour protéger les modules du rayonnement cosmique et solaire. Un vaisseau spatial (tel que le BFR proposé par SpaceX) pourrait également partir du noyau central du vaisseau, transporter les futurs colons sur la planète.

Pour déterminer l'efficacité de leur concept, Peroni et ses collègues ont effectué des calculs numériques et des expériences de laboratoire à l'aide d'un modèle à l'échelle (illustré ci-dessous). De là, ils ont déterminé que l'appareil était capable de générer un champ magnétique externe de 4/5 Tesla, ce qui est suffisant pour protéger les habitants des rayons cosmiques nocifs.

À la fois, l'appareil a généré un champ magnétique presque nul à l'intérieur de l'appareil, ce qui signifie qu'il n'exposerait les habitants à aucun rayonnement électromagnétique – et ne présente donc aucun danger pour eux. Chaque module, selon la proposition de Peroni, serait de forme hexagonale, mesurer 20 m (65,6 pi) de diamètre, et aurait suffisamment d'espace vertical à l'intérieur pour constituer un espace habitable.

Chacun des modules s'élèverait à environ 5 m (16,5 pi) au-dessus du sol (à l'aide de leurs pieds motorisés) pour permettre au vent martien de s'échapper pendant les tempêtes de sable et empêcher l'accumulation de sable autour des modules. Cela garantirait que la vue de l'intérieur des modules, un élément clé de la conception de Peroni, serait dégagée.

En réalité, La proposition de Peroni demande que la base soit ouverte autant que possible sur le paysage environnant à travers des fenêtres et des voûtes célestes, ce qui permettrait aux habitants de se sentir plus proches de l'environnement et d'éviter les sentiments d'isolement et de claustrophobie. Chaque module pèserait environ 40 à 50 tonnes métriques (44 à 55 tonnes américaines) sur Terre, ce qui correspond à 15 à 19 tonnes (16,5 à 21 tonnes américaines) en gravité martienne.

Une partie du poids initial comprendrait le carburant nécessaire à la descente, qui seraient perdus pendant la descente et signifieraient que les habitats seraient encore plus légers une fois qu'ils auraient atteint la surface de Mars. Comme pour les conceptions similaires, chaque module serait différencié selon sa fonction, certains servant de dortoirs et d'autres d'installations de loisirs, espaces verts, laboratoires, ateliers, installations de recyclage de l'eau et d'assainissement, etc.

La touche finale sera la construction d'un « axe technologique, " un tunnel piétonnier construit au-dessus du sol où les batteries, des panneaux photovoltaïques et de petits réacteurs nucléaires seraient stationnés. Ceux-ci assureraient les besoins électriques considérables de la base, qui incluent la puissance nécessaire pour maintenir le champ magnétique. D'autres éléments pourraient inclure des garages et des entrepôts pour les véhicules d'exploration, ainsi qu'un observatoire astronomique.

Cette proposition est similaire à bien des égards au concept de base de solénoïde lunaire que Peroni a présenté au moins un an au forum et à l'exposition sur l'espace et l'astronautique de l'AIAA. A cette occasion, Peroni a proposé de construire une base lunaire composée de dômes transparents qui seraient enfermés à l'intérieur d'une structure en forme de tore constituée de câbles à haute tension.

Dans les deux cas, les habitats proposés visent tous à assurer les besoins de leurs habitants - qui incluent non seulement leur sécurité physique, mais aussi leur bien-être psychologique. En regardant vers l'avenir, Peroni espère que ses propositions favoriseront davantage de discussions et de recherches sur les défis particuliers de la construction de bases hors du monde. Il espère également voir des concepts plus innovants conçus pour y remédier.

"Cette recherche préliminaire peut encourager [le] développement futur de ces théories et une étude plus approfondie des thèmes et sujets abordés dans cette contribution, cette, Pourquoi pas, à l'avenir, [permettra] aux humains de réaliser le rêve de vivre sur Mars pendant de longues périodes sans être enfermés sous des cages métalliques lourdes ou des cavernes rocheuses sombres, " il a dit.

Il est clair que toutes les colonies construites sur la Lune, Mars, ou au-delà à l'avenir devront être largement autosuffisants - produire leur propre nourriture, l'eau, et matériaux de construction in situ. À la fois, ce processus et l'acte de la vie quotidienne dépendront fortement de la technologie. Dans les générations à venir, Mars est susceptible d'être le terrain d'essai où nos méthodes pour vivre sur une autre planète sont testées et vérifiées.

Avant de commencer à envoyer des humains sur la planète rouge, nous devons nous assurer de mettre en avant nos meilleures méthodes.