Wenn wir uns entscheiden, zum Mars zu gehen (und dort zu bleiben), werden die Mars-Siedler vor einigen ernsthaften Herausforderungen stehen. Zum einen ist der Planet im Vergleich zur Erde extrem kalt und liegt im Durchschnitt bei etwa -63 ° C (-82 ° F), was mit der kalten Nacht in der Antarktis vergleichbar ist. Hinzu kommt die unglaublich dünne Atmosphäre, die für Menschen und Landbewohner nicht zu atmen ist. Fügen Sie dazu die Strahlung hinzu, und Sie beginnen zu sehen, warum es schwierig sein wird, den Mars zu besiedeln.
Aber wie das Sprichwort sagt, ist die Notwendigkeit die Mutter der Erfindung. Um den Erfindungsprozess zu stimulieren, hat die NASA in Zusammenarbeit mit der Bradley University of Peoria den Wettbewerb 3D-Printed Habitat Centennial Challenge gestartet. Im Rahmen der Centennial Challenges der NASA, die von der Direktion für Weltraumtechnologie-Mission gesponsert werden, hat dieser Wettbewerb kürzlich fünf Teams ein Preisgeld von 100.000 US-Dollar für ihre Designkonzepte verliehen.
Die NASA Centennial Challenges wurden 2005 ins Leben gerufen, um die Öffentlichkeit direkt einzubeziehen und revolutionäre Anwendungen für Herausforderungen der Weltraumforschung zu entwickeln. Das Programm bietet Anreizpreise, um Innovationen in den Bereichen Grundlagenforschung und angewandte Forschung, Technologieentwicklung und Demonstration von Prototypen anzuregen. Zur Verwaltung des Wettbewerbs arbeitete die Bradley University auch mit den Sponsoren Caterpillar, Bechtel und Brick & Mortar Ventures zusammen.
Für den Wettbewerb wurden die Teilnehmer beauftragt, mit speziellen Softwaretools digitale Darstellungen der physischen und funktionalen Eigenschaften eines Marslebensraums zu erstellen. Ein Gremium aus NASA-, Wissenschafts- und Branchenexperten vergab die Teampunkte anhand verschiedener Kriterien, die bestimmten, wie viel Preisgeld jedes Gewinnerteam erhielt. Aus 18 Einsendungen aus aller Welt wurden 5 Teams ausgewählt.
In der Reihenfolge, wie viel Preisgeld sie erhalten haben, waren die Gewinnerteams:
- Team Zopherus von Rogers, Arkansas - $ 20.957,95
- AI. SpaceFactory von New York - 20.957,24 USD
- Kahn-Yates aus Jackson, Mississippi - 20.622,74 USD
- SEArch + / Apis Cor aus New York - 19.580,97 USD
- Northwestern University von Evanston, Illinois - 17.881,10 USD
Der Designwettbewerb betont alle Herausforderungen, die der Bau eines lebenserhaltenden Lebensraums auf dem Mars mit sich bringen würde, einschließlich der damit verbundenen Entfernungen und der Unterschiede in Atmosphäre und Landschaften. Kurz gesagt, die Teams mussten Lebensräume schaffen, die isoliert und luftdicht sind und auch aus lokalen Materialien gebaut werden können (auch bekannt als In-situ-Ressourcennutzung).
Der Wettbewerb begann 2014 und ist in drei Phasen gegliedert. Für Phase 1, den Designwettbewerb (der 2015 mit einem Preisgeld von 50.000 US-Dollar abgeschlossen wurde), mussten die Teams eine Darstellung ihres vorgeschlagenen Lebensraums einreichen. Phase 2, der Strukturmitgliedswettbewerb, konzentrierte sich auf Materialtechnologien und erforderte Teams zur Erstellung von Strukturkomponenten. Diese Phase wurde 2017 mit einem Preisgeld von 1,1 Millionen US-Dollar abgeschlossen.
In Phase 3, dem Vor-Ort-Habitat-Wettbewerb - der aktuellen Phase des Wettbewerbs - wurden die Wettbewerber mit der Herstellung von Sub-Scale-Versionen ihrer Habitate beauftragt. Diese Phase besteht aus fünf Wettbewerbsebenen, die aus zwei virtuellen Ebenen und drei Konstruktionsebenen bestehen. Für erstere wurden die Teams beauftragt, mithilfe der BIM-Software (Building Information Modeling) einen Lebensraum zu entwerfen, der alle darin enthaltenen strukturellen Anforderungen und Systeme kombiniert.
Für die Bauebenen müssen die Teams autonom 3D-gedruckte Elemente des Lebensraums herstellen, die mit einem gedruckten Lebensraum im Maßstab von einem Drittel für die endgültige Ebene gipfeln. Am Ende dieser Phase erhalten die Teams ein Preisgeld aus einem Geldbeutel von 2 Millionen US-Dollar. Wie Monsi Roman, Programmmanager für die Centennial Challenges der NASA, kürzlich in einer Pressemitteilung der NASA sagte:
„Wir freuen uns sehr über den Erfolg dieser vielfältigen Gruppe von Teams, die sich diesem Wettbewerb in ihrem eigenen Stil gestellt haben. Sie entwerfen nicht nur Strukturen, sondern auch Lebensräume, in denen unsere Weltraumforscher auf anderen Planeten leben und arbeiten können. Wir freuen uns, dass ihre Designs im weiteren Verlauf des Wettbewerbs zum Leben erweckt werden. “
Zu den Gewinnerbeiträgen gehörte das Konzept von Team Zorphues für einen modularen Lebensraum, der von biologischen Strukturen hier auf der Erde inspiriert wurde. Der Bauprozess beginnt damit, dass ein Lander (der auch eine mobile Druckfabrik ist) die Oberfläche erreicht und die Umgebung scannt, um einen guten „Druckbereich“ zu finden. Es geht dann über diesen Bereich und setzt Rover ein, um Materialien zu sammeln, und versiegelt dann den Boden, um eine Druckumgebung mit Druck bereitzustellen.
Das Hauptmodul wird dann unter Verwendung vorgefertigter Komponenten (wie Luftschleusen, Fenster, atmosphärische Steuerung, Toiletten, Waschbecken usw.) zusammengebaut und die Struktur wird darauf herum gedruckt. Der Drucker führt sich dann zu einem benachbarten Ort und druckt ein anderes Modul auf dieselbe Weise. Mit der Zeit werden eine Reihe von Lebensräumen mit dem Hauptmodul verbunden, die Räume für Wohnen, Erholung, Lebensmittelproduktion, wissenschaftliche Studien und andere Aktivitäten bieten.
Für ihr Konzept wählte das zweitplatzierte Team (Team AI. SpaceFactory) einen vertikal ausgerichteten Zylinder als effizienteste Form für ihren Marsha-Lebensraum. Laut dem Team ist dieses Design nicht nur die ideale Druckumgebung, sondern maximiert auch die nutzbare Fläche, ermöglicht eine vertikale Aufteilung der Struktur nach Aktivitäten, ist für den 3D-Druck gut geeignet und nimmt weniger Platz in Anspruch Oberfläche.
Das Team hat seinen Lebensraum auch so gestaltet, dass er mit Temperaturänderungen auf dem Mars fertig wird, die von Bedeutung sind. Ihre Lösung bestand darin, die gesamte Struktur als Flanschschale zu konstruieren, die sich als Reaktion auf Temperaturänderungen auf Gleitlagern an ihrem Fundament bewegt. Die Struktur ist auch eine Doppelschale, wobei die äußere (Druck-) Schale vollständig vom inneren Lebensraum getrennt ist. Dies optimiert den Luftstrom und ermöglicht, dass Licht in den gesamten Lebensraum eindringt.
Als nächstes kommt der Lebensraum Khan-Yates, den das Team speziell für Staubstürme und raues Klima auf dem Roten Planeten entwickelt hat. Diese korallenartige Kuppel besteht aus einem Lander, der sich im Äquatorbereich niederlässt und dann mit lokalen Materialien eine Fundament- und Fundamentschicht bedruckt. Der Druckarm würde dann vertikal übergehen, um mit dem Drucken der Schale und der Böden zu beginnen.
Die Außenhülle ist mit Fenstern besetzt, die eine gut beleuchtete Umgebung ermöglichen, die Außenhülle ist vom Kern getrennt und die Form der Struktur ist so konzipiert, dass Staubstürme um die Struktur herum fließen. An vierter Stelle stand das Mars X-Haus von SEArch + / Apis Cor, ein Lebensraum, der maximalen Strahlenschutz bietet und gleichzeitig natürliches Licht und Verbindungen zur Marslandschaft gewährleistet.
Der Lebensraum wird von mobilen Roboterdruckern konstruiert, die von einem einstufigen wiederverwendbaren Hercules-Lander aus eingesetzt werden. Das Design ist von der nordischen Architektur inspiriert und verwendet „Lichtschaufeln“ und bodennahe Sichtöffnungen, um sicherzustellen, dass das Sonnenlicht in den nördlichen Breiten in den Innenraum gelangt. Die beiden äußeren (und überlappenden) Schalen beherbergen die Wohnbereiche, die aus zwei aufblasbaren Räumen mit transparentem CO bestehen2 aufgeblasene Fenstertaschen.
Der fünfte Platz ging an das Team der Northwestern University für den Lebensraum Martian 3Design, der aus einer geschlossenen Hülle mit innerer Kugel und einer äußeren parabolischen Kuppel besteht. Laut dem Team bietet dieser Lebensraum durch drei Gestaltungsmerkmale Schutz vor den Marselementen. Die erste ist die innere Form der Struktur, die aus einem kreisförmigen Fundament, einem aufblasbaren Druckbehälter, der als Hauptwohnbereich dient, und der Außenhülle besteht.
Das zweite Merkmal ist das Eingangssystem, das sich von entgegengesetzten Enden der Struktur erstreckt und als Ein- und Ausgänge dient und Kreuzungen mit zukünftigen Pods bereitstellen könnte. Das dritte Merkmal sind die Querträger, die das strukturelle Rückgrat der Kuppel bilden und für die Druckbelastung unter der Schwerkraft des Mars und unter atmosphärischen Bedingungen optimiert sind und einen kontinuierlichen Schutz vor Strahlung und den Elementen bieten.
Die Innenausstattung basiert auf dem Lebensraum der NASA Hawai'i Space Exploration Analog and Simulation (HI-SEAS) und ist in „feuchte Gebiete“ und „trockene Gebiete“ unterteilt. Diese Bereiche befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten des Lebensraums, um die Ressourcennutzung zu optimieren, indem sie auf einer Seite konzentriert werden (anstatt sie durch diesen Lebensraum laufen zu lassen). Der Raum wird auch durch eine zentrale, versenkbare Wand unterteilt, in die das Innere unterteilt ist öffentliche und private Bereiche.
Zusammen verkörpern diese Konzepte die Ziele der 3D-gedruckten Habitat Centennial Challenge, bei der die Talente der Erfinder der Bürger genutzt werden sollen, um die Technologien zu entwickeln, die für den Bau nachhaltiger Schutzräume erforderlich sind, die es den Menschen eines Tages ermöglichen, auf dem Mond, dem Mars und darüber hinaus zu leben . Wie Lex Akers, Dekan des Caterpillar College für Ingenieurwesen und Technologie an der Bradley University, über den Wettbewerb sagte:
„Wir ermutigen eine breite Palette von Menschen, innovative Designs für die Vorstellung eines Lebensraums auf dem Mars zu entwickeln. Die virtuellen Ebenen ermöglichen es Teams von Gymnasien, Universitäten und Unternehmen, die möglicherweise keinen Zugang zu großen 3D-Druckern haben, weiterhin Teil des Wettbewerbs zu sein, da sie sich mit denen zusammenschließen können, die für die letzte Stufe des Wettbewerbs Zugang zu solchen Maschinen haben . ”
In Fortsetzung der Tradition der Centennial Prizes bemüht sich die NASA um ein öffentliches Engagement für diesen Wettbewerb, um das Interesse an der Erforschung des Weltraums zu fördern und zukünftige Herausforderungen anzugehen. Es wird auch versucht, neue Technologien zu nutzen, um die vielen technischen, technischen und logistischen Probleme der Raumfahrt zu lösen. Eines Tages, wenn und wenn Menschen auf dem Mond, dem Mars und anderen Orten im Sonnensystem leben, könnten die Lebensräume, die sie als Heimat bezeichnen, die Arbeit von Studenten, Erfindern von Bürgern und Weltraumbegeisterten sein.
Weitere Informationen zur 3-D Pinrted Habitat Challenge finden Sie auf der Website des Wettbewerbs.
