10 wichtige technische Fortschritte, die wir brauchen, um den Mars zu besiedeln

Die Technologie entwickelt sich sprunghaft weiter und sollte besser so weitergehen, wenn wir in den nächsten Jahrzehnten Menschen auf den Mars schicken werden. Tatsächlich plant die NASA, bereits in den 2030er Jahren ihre erste bemannte Mission zum Mars zu schicken. Aber es gibt ein paar Schlüsseltechnologien, die die Menschheit verbessern muss, bevor wir hoffen können, den roten Planeten sicher zu erreichen.

10Wasserextraktoren

Trotz der jüngsten Entdeckung von flüssigem Wasser auf dem Mars werden künftige Kolonisatoren auf gefrorenes Wasser angewiesen sein, das auf dem Marsboden eingeschlossen ist. Das Extrahieren dieses Wassers kann bedeuten, dass es physikalisch aufgegraben wird, oder dass Mikrowellen verwendet werden müssen, um das Wasser zu verdampfen und es als Gas an die Oberfläche zu bringen. Während Maschinen auf der Erde getestet wurden, wurden leider keine großen Wasserentnahmegeräte auf dem Mars selbst getestet.

Es ist auf jeden Fall wichtig, dass die Maschinen funktionieren, bevor wir eine dauerhafte Basis auf dem Mars in Betracht ziehen. Das ist nicht nur so, dass die Kolonisatoren nicht an Austrocknung sterben. Einige Experten haben vorgeschlagen, mit dem Wasser Sauerstoff zuzuführen, indem die Wasserstoff- und Sauerstoffatome, aus denen die Wassermoleküle bestehen, getrennt werden. Wenn dieser Plan angewendet wird und die Wasseraufbereitungsanlage ausfällt, besteht die Gefahr, dass die Siedler an Sauerstoffmangel sterben. Aber selbst wenn ein alternatives Sauerstoffzufuhrsystem verwendet wird (z. B. der Abbau von Kohlendioxid aus der Marsatmosphäre), wäre Wasser für die Herstellung von Brennstoff sowie für das Trinken erforderlich. Eine solche lebenswichtige Ausrüstung sollte in der Marsumgebung getestet werden, damit Fehler erkannt werden können, bevor das Leben der Menschen davon abhängt.

9Mars Anzüge

Die Umgebung des Mars stellt einige interessante Herausforderungen dar, mit zahlreichen Gefahren, die die Kolonisatoren möglicherweise nicht sofort töten, aber auf der Straße schwerwiegende Gesundheitsprobleme verursachen können. Für die Erkundung des Mars wären daher spezielle Anzüge erforderlich, die noch weiter fortgeschritten sind als die derzeitigen Raumanzüge.

Für den Anfang ist der Mars häufig in tödliche Weltraumstrahlung getaucht. Auf der Erde sind wir vor diesen kosmischen Strahlen durch die Atmosphäre und ein Magnetfeld geschützt, das als Magnetosphäre bekannt ist. Umlaufende Raumsonden wie die International Space Station (ISS) befinden sich in der Magnetosphäre. Daher haben nur wenige Astronauten bei kurzen Missionen jenseits der erdnahen Umlaufbahn die volle Strahlung der Weltraumstrahlung riskiert. Eine Reise zum Mars würde viel länger dauern, was die Abschirmung von Strahlung entscheidend machen würde.

Das ist besonders schwierig für Marsanzüge, die leicht genug zum Tragen sein müssen und gleichzeitig ausreichenden Schutz bieten. Ein Kandidat könnten hydrierte Bornitrid-Nanoröhren (BNNTs) sein. Ursprünglich zur Abschirmung von Raumfahrzeugen entwickelt, haben Forscher BNNTs zu Garnen verarbeitet, die zum Schutz vor Strahlung mit dem Gewebe von Raumanzügen vermischt werden könnten.

Ein anderes Problem besteht darin, dass der menschliche Körper ohne den Druck der Erdanziehung zum Zusammenbruch neigt. Astronauten auf der ISS leiden an Muskelatrophie und können bis zu 2 Prozent ihrer Knochenmasse pro Monat verlieren. Auf der ISS ist dies durch Übung überschaubar, aber für langfristige Missionen zum Mars haben Forscher am MIT den Gravity Loading Countermeasure Skinsuit entwickelt, der die Auswirkungen der Schwerkraft der Erde durch sanftes Drücken des Körpers nachahmt. Der Anzug ist hintendicht, sodass er unter größeren Raumanzügen getragen werden kann, wenn er sich außerhalb eines Raumfahrzeugs oder auf der Marsoberfläche befindet.

8Spaceships

Es versteht sich von selbst, dass es wesentlich schwieriger ist, eine Person auf den Mars zu bringen, als einen unbemannten Rover wie Curiosity zu landen. Bisher haben wir nur eine Handvoll bemannter Missionen zum Mond geleistet, die etwa 200 Mal näher an der Erde liegen als der Mars.

Mit der Orion-Weltraumkapsel träumt die NASA jedoch groß. Orion wurde im Hinblick auf eine Mission zum Mars entwickelt und wird hoffentlich längerfristig im Weltraum unterwegs sein. Bis zu vier Astronauten werden auf einer sechs- bis neunmonatigen Reise zum Mars befördert.

Orions Mission zum Mars wird jedoch erst in den 2030er Jahren stattfinden. Zunächst plant die NASA, es mit Missionen zum Mond und mindestens einem Asteroiden zu testen. Die Agentur entwickelt auch eine riesige neue Rakete namens Space Launch System, um Orion voranzutreiben. Die ersten bemannten Tests sind vorläufig für 2021 geplant, obwohl es jetzt wahrscheinlich erscheint, dass sie sich mindestens bis 2023 verzögern werden.

In der Zwischenzeit machte Orion im Dezember 2014 seinen ersten unbemannten Flug. Die Mission sollte die Kapsel testen und Informationen über die Auswirkungen der Strahlung sammeln. Im Moment würde die Strahlung aus galaktischen kosmischen Strahlen den Menschen daran hindern, länger als 150 Tage außerhalb der erdnahen Umlaufbahn zu bleiben. Eine Mission zum Mars und zurück würde viel länger dauern. Deshalb ist es wichtig, effektive Strahlungsschilde für Orion zu entwickeln.

7Treibstoff

Im Moment ist Orion ein relativ kleines Raumfahrzeug. Um die monatelange Reise zum Mars aufrechterhalten zu können, ist es jedoch erforderlich, ein viel größeres „Habitat-Modul“ hinzuzufügen eine riesige Menge Kraftstoff. Dieser Treibstoff würde das Gewicht des Shuttles erhöhen, würde den Platz für Instrumente einschränken und noch mehr Anstrengung erfordern, um die Erdatmosphäre zu verlassen.

Eine Lösung wäre die Suche nach einem effizienteren Kraftstoff. Zur Zeit werden die meisten Raumfahrzeuge von einem chemischen Antriebssystem angetrieben. Die NASA arbeitet jedoch an einer Art Antriebssystem, das als Solar Electric Propulsion (SEP) bekannt ist. Diese nutzt die Energie der Sonne und beschleunigt damit Xenonatome in eine Abgasfahne, die das Raumfahrzeug vorwärts treibt. Dieses System wäre weitaus leichter als jeder chemische Antriebsmotor.

Es gibt jedoch ein Problem. Im Moment können Solaranlagen nicht genug Energie für SEP-Motoren gewinnen, um den gleichen Schub zu bieten wie chemische Motoren. Dies bedeutet, dass ein SEP-angetriebenes Fahrzeug länger braucht, um den Mars zu erreichen.Dies ist ein Hauptproblem für eine bemannte Mission, da wir uns bereits bemühen, die Astronauten mindestens sechs Monate am Leben und gesund zu halten, um den Mars zu erreichen.

Einige Experten haben daher vorgeschlagen, sparsame SEP-Motoren für den Transport von Verbrauchsmaterial und Ausrüstung zum Mars einzusetzen. Sobald die schweren Vorräte sicher gelandet sind, könnten die Astronauten eine schnellere Reise mit einem abgespeckten, chemisch angetriebenen Raumschiff machen, das dafür ausgelegt ist, sie sicher und schnell dorthin zu bringen.

6Landausrüstung

Selbst wenn wir ein Schiff hätten, das Menschen und Vorräte zum Mars befördern könnte, gibt es immer noch ein hartnäckiges Problem: Wir haben einfach nicht die Technologie, um es sicher zu landen. Wir können ein Raumschiff auf dem Mond landen, wo im Wesentlichen keine Atmosphäre herrscht. Und wir können leicht auf der Erde landen, die eine viel dickere Atmosphäre als der Mars hat. Die dünne Atmosphäre des roten Planeten stellt jedoch einzigartige Herausforderungen dar, die die Landung selbst leichter Robotersonden zu einem großen Kampf machen. Derzeit gibt es keine Methode, um ein Schiff sicher zu landen, das groß genug ist, um Menschen zu befördern.

Die NASA arbeitet hart an dem Problem und testet derzeit eine Kombination aus einem riesigen Überschallschirm und einer ringförmigen Luftbremse. Ein Test im Jahr 2015 war kein Erfolg, da der Fallschirm nach dem Aufblasen auseinander gerissen wurde. Der Test lieferte jedoch wertvolle Daten, die die NASA zur Verbesserung des Designs verwenden will. Da die NASA-Mission zum Mars vorläufig für die 2030er Jahre geplant ist, bleibt ihnen viel Zeit, um an dem Problem zu arbeiten.

Inzwischen plant das umstrittene Mars One-Projekt, das eine private Kolonie auf dem Mars gründen will, ein Raumschiff, das sich mit Raketen und ohne Fallschirm verlangsamt. Dies wurde noch nie zuvor getan, und Experten haben das Mars One-Projekt im Allgemeinen als "verrückt" bezeichnet.

5 grüne Daumen

In der aktuellen Verfilmung von Der Marsmensch, Der Charakter von Matt Damon, Mark Watney, wird als genialer Botaniker dargestellt, der in der Lage ist, Kartoffeln im roten Boden des Mars anzubauen. In Wirklichkeit ist Watneys nächstgelegenes Äquivalent Bruce Bugbee, der Wissenschaftler der Utah State University hinter dem Salat, den die NASA kürzlich auf der ISS aufgebaut hat. Laut Bugbee Der MarsmenschDie Grundkonzepte waren richtig, aber der Film unterschätzte die Schwierigkeit, Pflanzen auf dem Mars zu züchten.

Für den Anfang erhält der Mars nur 60 Prozent des Sonnenlichts der Erde. Und Watneys strahlungsgeschützter Lebensraum hätte das Licht noch mehr blockiert. Im wirklichen Leben, so Bugbee, würde eine Farm auf dem Mars eine künstliche Lichtquelle oder ein System aus Spiegeln und Glasfaseroptik benötigen, um das Sonnenlicht zu konzentrieren, das der Mars bekommt.

Bugbee sagt auch, dass es extrem schwierig sein würde, Pflanzen auf dem Marsboden anzubauen. Passenderweise ist der rote Planet tatsächlich ziemlich rostig, sofern der Boden mit Eisenoxiden gefüllt ist. Dieser oxidierte Boden ist nicht ideal für das Pflanzenleben, so dass die Besiedlung der Marsbewohner ihre Kulturen in einem System der Hydrokultur anbauen oder den Boden behandeln muss, um die Eisenoxide zu entfernen und die Fruchtbarkeit zu erhöhen.

Dank der Arbeit von Bugbee und anderen sollten zukünftige Marsianer mit allem ausgestattet sein, was sie brauchen, um auf der Reise zum Mars und auf dem Planeten essbare Pflanzen anzubauen. Vor wenigen Monaten war der Astronaut Scott Kelly der erste, der im Weltraum angebauten Salat schmeckte. Anscheinend war es sehr lecker.

4Builder-Bots

Wir können nicht einfach Menschen ohne Infrastruktur auf den Mars werfen und erwarten, dass sie alles selbst bauen, was sie brauchen. Alle realistischen Kolonisationspläne sehen zunächst die Entsendung unbemannter Schiffe vor, die mit Vorräten beladen sind, zusammen mit Robotern, um die Vorbereitungsarbeiten zu erledigen, bevor Menschen ankommen können. Zum Beispiel könnten Roboter bewohnbare Lebensräume bauen und beginnen, Wasser aus dem Boden zu extrahieren, lange bevor der erste Mensch den roten Marsboden betritt. Das Problem ist, dass wir diese Builder-Bots noch nicht gebaut haben, und die Roboter, die wir derzeit bauen können, sind ziemlich begrenzt, was sie auf dem Mars erreichen können.

Derzeit arbeitet die NASA zusammen mit zwei Universitäten an einem humanoiden Roboter, der als R5 bezeichnet wird. Einige haben sich jedoch gefragt, ob ein zweibeiniger Roboter der beste Weg ist, da vier Beine oder vorzugsweise Reifenlaufflächen robuster sind. Roboter-Skeptiker haben auch dagegen protestiert, dass unsere mechanischen Arbeiter nicht zu stark unter Druck gesetzt werden. Stattdessen argumentieren sie, dass wir einfach so viel Arbeit wie möglich auf der Erde erledigen sollten. Zum Beispiel könnten vorgebaute aufblasbare Unterstände eingerichtet werden, was uns die Mühe erspart, einen Roboter zu bauen, der die Unterstände aus Rohmaterialien baut. Dies würde den Bots die Freiheit lassen, sich auf einfache Aufgaben zu konzentrieren, die keine Problemlösungsfähigkeiten oder Feinmotorik erfordern.

3Wohnungen

Ein entscheidender Schritt bei der Besiedlung des Mars ist eindeutig die Schaffung spezieller Lebensräume für die Kolonisten. Diese Lebensräume müssen auf erdnahen Ebenen unter Druck gesetzt werden. Sie müssen auch vor Staubstürmen, Strahlung und kalten Wetterbedingungen schützen. Und sie müssen heimelig sein, da künftige marsianische Kolonisten wahrscheinlich viel Zeit in Innenräumen verbringen werden.

Und das Leben auf dem Mars würde noch unerwartete Herausforderungen darstellen. Zum Beispiel scheint es intuitiv zu sein, dass Marskolonisten essbare Pflanzen in ihren Lebensräumen anbauen. Das Problem ist, dass Pflanzen Sauerstoff produzieren, der sich in einer verschlossenen Umgebung aufbaut, bis die Luft giftig für den Menschen wurde oder alles in Flammen aufging. Und es ist schwierig, überschüssigen Sauerstoff abzulassen, ohne wertvollen Stickstoff, eine wichtige Komponente der Atmosphäre, zu verlieren. Bevor also Weltraumfarmen möglich sind, müssen Ingenieure ein robustes System zur Entfernung von überschüssigem Sauerstoff unter marsianischen Bedingungen entwickeln.

Letztendlich ist es noch zu früh, um zu sagen, wie ein Haus auf dem Mars aussehen könnte. Aber einige der Möglichkeiten sind atemberaubend. Im Jahr 2015 veranstaltete die NASA einen Wettbewerb zur Gestaltung eines Lebensraums für Mars. Der erfolgreiche Beitrag war einer der wenigen, die die rote Erde des Planeten ignorierten.Stattdessen nutzten die Planer eine ebenso reichhaltige Ressource und schlugen eine hoch aufragende dreieckige Struktur vor, die vollständig aus Marseis bestand.

2Mutterschaftsabteilungen

Im Allgemeinen ist es Astronauten untersagt, während einer Mission sexuelle Beziehungen einzugehen. Wenn Sie jedoch Gruppen von Menschen für den Rest ihres Lebens zum Mars schicken, ist es schwer vorstellbar, dass sie alle dauerhaft im Zölibat bleiben. Und beim Sex auf dem Mars besteht die Möglichkeit einer Schwangerschaft auf dem Mars. Das ist völlig unbekanntes Gebiet und es ist wahrscheinlich, dass besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen, um die Sicherheit von Mutter und Kind zu gewährleisten.

Das große Problem ist wie immer Strahlung. Die DNA, die die Embryoentwicklung steuert, ist extrem empfindlich gegen Strahlenschäden. Infolgedessen wäre ein Kind, das auf der Reise zum Mars gezeugt wurde, höchstwahrscheinlich steril und würde ein hohes Risiko für geistige Behinderung oder Geburtsfehler haben. Auf dem Mars selbst wäre die Situation überschaubarer, aber es müssten zusätzliche Vorkehrungen getroffen werden, um werdende Mütter vor Strahlung zu schützen. Es wurde sogar vorgeschlagen, dass Kolonisten einen Lebensraum in einem Krater auf dem Marsmond Phobos errichten sollten, wo einige Kraterwände 90 Prozent der kosmischen Strahlung blockieren.

Es ist auch klar, dass sich ein auf dem Mars aufgewachsenes Kind auf andere Weise entwickeln kann als ein auf der Erde aufgewachsenes Kind. In einem der wenigen Experimente zu diesem Thema wurden schwangere Ratten in den Weltraum geschickt und zur Geburt auf die Erde gebracht. Die neuen Babyratten hatten aufgrund ihrer Entwicklung in der Schwerelosigkeit kein richtiges Gefühl von Auf und Ab. Der Effekt verschwand jedoch nach wenigen Tagen und zeigte, dass Weltraumkinder sich der normalen Schwerkraft anpassen können.

Mit allem, was gesagt wird, ist die Weltraumschwangerschaft doch kein so dringliches Thema. Der Forscher Joe Tash hat vorgeschlagen, dass längere Perioden in der Schwerelosigkeit sowohl männliche als auch weibliche Fortpflanzungssysteme schädigen könnten. Wenn dies der Fall ist, würde eine längere Reise zum Mars die ersten Marsmenschen "reproduktiv kompromittieren".

1A Weg nach Hause

Das Mars One-Projekt schlägt vor, Kolonisten auf eine Einbahnreise zum Mars zu schicken, ohne dass eine Rückkehr zur Erde geplant ist. Was wahrscheinlich das Beste ist, da ein Bericht des MIT vorhersagt, dass die Mars-One-Kolonisten fast sofort sterben werden. Und obwohl der Kauf eines One-Way-Tickets zum Mars romantisch klingt, ist es wahrscheinlich nicht der beste Weg, um das Sonnensystem zu kolonisieren.

Glücklicherweise plant die NASA für ihre Mars-Mission eine Rückreise. Dies ist natürlich eine große technische Herausforderung. Unerwartet ist die Reise zurück zur Erde der vergleichsweise einfache Teil - ein Raumschiff namens Earth Return Vehicle wird im Orbit um den Mars bleiben, bis es Zeit ist, die Astronauten nach Hause zu transportieren. Die Schwierigkeit besteht darin, die Astronauten zum Fahrzeug der Rückgabe zu bringen. Um durch die Marsatmosphäre und in die Umlaufbahn zu drängen, ist eine riesige Menge Treibmittel erforderlich, dessen Produktion Jahre dauern würde.

Die Lösung der NASA ist ein Raumschiff, das als Mars Ascent Vehicle (MAV) bekannt ist und das Jahre vor den Astronauten zum Mars geschickt wird. Sobald das MAV gelandet ist, beginnt es automatisch, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu extrahieren und in Kraftstoff umzuwandeln. Es wird voraussichtlich etwa zwei Jahre dauern, bis der MAV seine Kraftstofftanks auffüllt, und die Astronauten werden die Erde nicht verlassen, bis die NASA die Bestätigung erhalten hat, dass genug Kraftstoff produziert wurde, um sie nach Hause zu bringen. Daher muss der MAV hart genug sein, um die unwirtliche Marslandschaft für bis zu vier Jahre zu überleben. Die NASA erwartet, dass es das schwerste Objekt ist, das sie benötigen werden, um auf dem Mars zu landen, damit die Mission erfolgreich verläuft. Aber es lohnt sich, sicherzustellen, dass die ersten Marsmenschen einen Weg nach Hause haben.