火星を探索して植民地化するという考えは、今日よりも今までにないほど生き生きとしています。次の20年以内に、クルードミッションをレッドプラネットに派遣する複数の計画があり、恒久的な解決策の構築を開始するという非常に野心的な計画もいくつかあります。熱意にもかかわらず、そのような試みを試みる前に取り組む必要がある多くの重要な課題があります。
人体への低重力の影響、放射線、地球から離れることの心理的犠牲を含むこれらの課題は、恒久的な基地を扱うときにさらに顕著になります。これに対処するために、土木技師のマルコペローニは、火星の植民地化を可能にする一方で、人工放射線シールドで住民を保護するモジュール式火星基地（およびそれを提供する宇宙船）の提案を提供します。
ペローニは、この提案を2018年9月17日から19日までフロリダ州オーランドで開催された2018年米国航空宇宙研究所（AIAA）のSPACE and Astronautics Forum and Expositionで発表しました。プレゼンテーションは、9月19日水曜日に開催された「火星ミッションアーキテクチャ」のテーマの1つでした。
簡単に言えば、火星（または太陽系のどこかに）を植民地化するという考えは、物理的および心理的な両方の多くの課題を提示します。赤い惑星の場合、これらには、その薄くて通気性のない大気、その非常に寒い環境、および磁場がないという事実が含まれます。将来の入植者はかなりの量の放射線から保護される必要があるので、これは特に挑戦的な最後のアイテムです。
つまり、人間が地球に曝す平均放射線量は年間約3.6ミリシーベルト（mSv）に達します。これは、地球の高密度大気と保護磁場のおかげです。当然のことながら、これは宇宙飛行士や地球を越えて冒険する人々が劇的に大量の太陽および宇宙放射線にさらされていることを意味します。
宇宙飛行士の健康と安全を確保するために、NASAは、宇宙飛行士の人生を通じて、年間500 mSvまたは2000〜4000 mSv（年齢と性別による）の上限を設定しています。しかし、ペローニは、彼らが屋内で過ごす時間に応じて、火星人入植者が曝される平均放射線量は年間約740 mSvになると推定しています。 PeroniがSpace Magazineにメールで説明したように：
「この場合、効果的なシールドのための材料の量は、ほとんどの航空宇宙アプリケーションで実行可能な量をはるかに超える可能性があります。たとえば、ISSのアルミニウムの壁は約7 mmの厚さで、LEOで効果的ですが、そのようなシールドが惑星間空間で十分であるとは考えられません。
この脅威に対処するために、以前の提案では、火星の土壌の厚い層で土台を構築することを推奨しました-場合によっては、焼結と3D印刷を使用して硬質セラミック外壁を作成しました-太陽嵐の場合の緊急避難所。他の提案では、自然のシールドを提供するために、安定した溶岩洞内に基盤を構築することが提案されています。しかし、ペローニが指摘したように、これらは独自の危険のシェアを示しています。
これには、効果的なシールド壁を作成するために必要な材料の量と閉所恐怖症の脅威が含まれます。彼が説明したように：
「NASAの調査では、大きな宇宙ステーションや生息地には4 t / mのシールドが必要であることがわかりました2 火星のレゴリス（密度が1,000 kg / mであることを考慮）3 地表で2,000 kg / m3 数cmの深さでは、これは2 mの厚さに相当します。材料がレーザーで焼結されている場合は、2.5 mSv / yの実効線量率を達成するために…
「地下シェルターは寝室や、外を見る必要のないすべての活動（ビデオを見たり、他の娯楽を楽しむなど）にも使用できますが、常に地下の構造物に住んでいると、精神的健康に危険を及ぼす可能性があります入植者（閉所恐怖症）の割合、前哨基地の外にいるときの距離を評価する能力（EVAタスクの実行の難しさ）も低下し、前哨基地の活動の1つが宇宙観光である場合は特に悪い可能性があります。もう1つの問題は、植物の生物学的メカニズムに電力を供給するために太陽からの光が入ることを可能にする温室の建設です。」
代替案として、ペローニは、火星の景観へのアクセスを最大化しながら独自のシールドを提供するベースの設計を提案しています。このベースは、六角形のベースモジュールが配置される球形のコア（直径約300メートル（984フィート）の大きさ）を備えた船に乗って火星に輸送されます。あるいは、Peroniと彼の同僚は、モジュールを収納するための円筒形のコアを作成することを推奨しています。
この宇宙船はモジュールと居住者を地球（またはcis-lunar軌道）から輸送し、コロニーを保護するために使用されたのと同じタイプの人工磁気シールドによって保護されます。これは、船の構造を包む一連の電気ケーブルによって生成されます。旅の間、宇宙船は中心軸を中心に毎分1.5回転の速度で回転し、約0.8 gの重力を生成します。
これにより、宇宙飛行士は、筋肉と骨密度の低下、視力の低下、免疫系と臓器機能の低下などの微小重力への曝露による退行性の影響を受けずに、火星の軌道に到着しました。ペローニが説明したように：
「「移動球」の境界には、往復中に人工重力を生成するために、宇宙船の航海と現代の回転の両方に必要な推進システムがあります。これらの宇宙船は、船の耐荷重要素をモジュールの構造とよりよく統合するために開発されました。容器の本体を構成する球のベアリング構造は、六角形と五角形のダイアグリッドで形成されているため、類似した形状のモジュールを接続して集約するのが簡単です。」
火星の軌道に入ると、船の球体は回転を停止し、パラシュート、スラスタ、空気抵抗のシステムを使用して減速して着陸するために、各要素が分離して火星の表面に降下し始めます。各モジュールには4つのモーター付きの脚が装備されており、それらが表面上を動き回って他の居住モジュールに到達したら、それらを接続できます。
徐々に、モジュールはトロイド型の装置の下で球形の構成に配置されます。宇宙船を保護する装置と同様に、この装置は、モジュールを宇宙線および太陽放射から保護するために電磁場を生成する高電圧電気ケーブルでできています。宇宙船（SpaceXが提案するBFRなど）も、船の中心部から出発し、将来の入植者を惑星に運ぶことができます。
彼らの概念の有効性を判断するために、ペローニと彼の同僚は、スケールモデル（下図）を使用して数値計算と実験室実験を行いました。このことから、彼らは装置が4/5テスラの外部磁場を発生させることができ、それは住民を有害な宇宙線から安全に保つのに十分であると判断しました。
同時に、装置は装置内にほぼゼロの磁場を生成しました。つまり、居住者を電磁放射にさらさないため、居住者に危険がありません。ペローニの提案によると、各モジュールは六角形で、直径20 m（65.6フィート）の大きさで、居住可能なスペースを構成するのに十分な垂直の部屋が内部にあります。
各モジュールは、地面から約5 m（16.5フィート）上昇し（電動脚を使用）、砂嵐の際に火星の風を逃がし、モジュール周辺の砂の堆積を防ぎます。これにより、Peroniの設計にとって重要なコンポーネントであるモジュール内部からの視界が遮られることがなくなります。
実際、ペローニの提案では、基地が窓や空の丸天井を通じて周囲の風景にできる限り開かれるように求められています。これにより、住民は環境とより密接につながり、孤立感や閉所恐怖症を防ぐことができます。各モジュールは、地球上で推定40〜50メートルトン（44〜55 USトン）の重量を計算します。これは、火星の重力で15〜19トン（16.5〜21 USトン）になります。
最初の重量には降下に必要な燃料が含まれ、降下中に放出され、火星の表面に到達すると生息地はさらに軽くなります。同様の設計と同様に、各モジュールは機能に応じて区別され、一部は寝室、その他のレクリエーション施設、緑地、研究所、ワークショップ、水のリサイクル、衛生施設などとして機能します。
最後の仕上げは、「技術軸」の構築です。これは、バッテリー、太陽電池パネル、小型原子炉が配置される地上に構築された歩行可能なトンネルです。これらは、磁場を維持するために必要な電力を含む、基地のかなりの電気的必要性を認識します。その他の要素には、探査車のガレージや倉庫、天文台などがあります。
この提案は、多くの点で、ペローニが少なくとも1年間のAIAA宇宙および天文学フォーラムおよび博覧会で提示したソレノイドムーンベースのコンセプトに多くの点で類似しています。この機会に、ペローニは、高圧ケーブルからなるトロイド型構造の内部に囲まれる透明なドームからなる月面ベースの構築を提案しました。
どちらの場合も、提案されている生息地はすべて、住民のニーズを確保することです。これには、物理的な安全だけでなく、心理的な安寧も含まれます。ペロニ氏は、将来に目を向けると、彼の提案が、世界外の基地を建設する際の特定の課題についての議論と研究を促進することを期待しています。彼はまた、これらに対処するために設計されたより革新的な概念を見たいと望んでいます。
「この予備的な研究は、これらの理論の将来の発展と、この寄稿でカバーされるテーマとトピックに関するより深い研究を促進するかもしれません。そうしないと、将来、人間が火星に長く住むという夢を実現できるようになるでしょう。重金属製のケージや暗い岩の洞窟に囲まれていない期間」と彼は言った。
将来、月、火星、またはそれ以降に構築される居住地は、大部分が自給自足である必要があることは明らかです。つまり、独自の食料、水、建築材料を現場で生産します。同時に、このプロセスと日常生活の行為はテクノロジーに大きく依存します。次の世代では、火星は、別の惑星に住むための私たちの方法がテストされ、吟味される立証地になる可能性があります。
人間を赤い惑星に送り出す前に、最善の方法を前進させる必要があります。そして、Marco Peroni Ingegneriaの好意により、宇宙から火星に配備されているモジュールベースのこのビデオを必ずチェックしてください。
