Hábitat de Marte

Ilustración de la NASA de un posible hábitat en Marte en conjunto con otros elementos en la superficie de Marte
Componentes diversos de la propuesta de Puesto de avanzada en Marte. (M. Dowman, 1989)[1]​
Diseño de la NASA de los años 90 con hábitats tipo "lata de basura". La desventaja puede ser una protección mínima para la tripulación; dos ideas son usar materiales marcianos, como hielo (¿?) para aumentar la protección, y otra es trasladarse bajo tierra, quizás a cuevas.

Un hábitat de Marte es un lugar hipotético donde los humanos podrían vivir en Marte.[2]​[3]​ Los hábitats en Marte tendrían que enfrentar condiciones superficiales que incluyen casi nada de oxígeno en el «aire», frío extremo, baja presión y alta radiación.[4]​ Un hábitat así podría situarse bajo tierra, lo que ayudaría a resolver algunos problemas, pero crearía nuevas dificultades.[5]​

Uno de los desafíos es el costo extremo de transportar materiales de construcción a la superficie marciana, que en la década de 2010 se estimó en aproximadamente 2 millones de dólares por ladrillo.[6]​ Aunque la gravedad en Marte es menor que en la Tierra, hay una radiación solar más fuerte, ciclos de temperatura extremos y altas fuerzas internas necesarias para que los hábitats presurizados contengan aire.[7]​

Para enfrentar estas restricciones, los arquitectos han trabajado para encontrar el equilibrio adecuado entre materiales in situ y construcción, y ex situ a Marte.[8]​ Por ejemplo, una idea es usar el regolito disponible localmente para proteger contra la exposición a la radiación, y otra es usar hielo transparente para permitir la entrada de luz no dañina al hábitat.[8]​ El diseño de hábitats en Marte también puede implicar el estudio de condiciones locales, incluidas presiones, temperaturas y materiales locales, especialmente agua.[8]​

Visión general

El diseño único de esta estructura de torre de 1970 en Expo '70 en Japón destaca las formas alternativas que podrían tomar las estructuras en nuevos entornos
Solar54 - Argentina
Solar54 - Argentina

Los desafíos significativos para los hábitats en Marte son mantener un entorno artificial y proteger contra la intensa radiación solar. Los humanos requieren un entorno presurizado en todo momento y protección contra la atmósfera marciana tóxica. Conectar hábitats es útil, ya que moverse entre estructuras separadas requiere un traje de presión o quizás un vehículo de exploración marciano. Uno de los mayores problemas radica en simplemente llegar a Marte, lo que implica escapar de la atmósfera terrestre, sostener el viaje a Marte y finalmente aterrizar en la superficie marciana. Un aspecto útil es la atmósfera de Marte, que permite el aerofrenado, lo que significa menos necesidad de usar propelente para frenar una nave para un aterrizaje seguro. Sin embargo, la cantidad de energía requerida para transferir material a la superficie de Marte es una tarea adicional más allá de simplemente entrar en órbita. A finales de la década de 1960, Estados Unidos produjo el cohete Saturno V, capaz de lanzar suficiente masa a órbita para un viaje de lanzamiento único con una tripulación de tres personas a la superficie de la Luna y de regreso. Este logro requirió varias piezas de hardware diseñadas especialmente y el desarrollo de una técnica conocida como Encuentro en órbita lunar. El Encuentro en órbita lunar fue un plan para coordinar los vehículos de descenso y ascenso para un encuentro en órbita lunar. En relación con Marte, una técnica similar requeriría un Módulo de Excursión a Marte, que combina un vehículo de descenso-ascenso tripulado y un hábitat de superficie para estancias cortas. Planes posteriores han separado el vehículo de descenso-ascenso y el hábitat de superficie, lo que evolucionó aún más en vehículos separados de descenso, estancia en superficie y ascenso utilizando una nueva arquitectura de diseño. En 2010, el Sistema de Lanzamiento Espacial, o sus variantes de crecimiento, se envisionó como con la capacidad de carga útil y cualidades necesarias para misiones humanas a Marte, utilizando la cápsula Orion.

Uno de los desafíos para los hábitats en Marte es mantener el clima, especialmente la temperatura adecuada en los lugares correctos.[9]​ Los dispositivos electrónicos y las luces generan calor que sube en el aire, incluso cuando hay fluctuaciones extremas de temperatura en el exterior.[9]​[10]​

Una idea para un hábitat en Marte es usar una cueva marciana o túnel de lava, y una esclusa de aire inflable fue propuesta por el Proyecto Cuevas de Marte para aprovechar dicha estructura.[11]​ La idea de vivir en túneles de lava ha sido sugerida por su potencial para proporcionar mayor protección contra la radiación, las fluctuaciones de temperatura, la luz solar marciana, etc.[12]​ Una ventaja de vivir bajo tierra es que evita la necesidad de crear un escudo de radiación en la superficie.[13]​ Otra idea es usar robots para construir la base antes de la llegada de los humanos.[13]​

El uso de plantas vivas u otros organismos biológicos para ayudar en el suministro de aire y alimentos, si se desea, puede tener un impacto importante en el diseño.[14]​ Un ejemplo de cómo las demandas de ingeniería y los objetivos operativos pueden interactuar es un área de invernadero a presión reducida. Esto reduciría las demandas estructurales de mantener la presión de aire, pero requeriría que las plantas relevantes sobrevivan a esa presión más baja. Llevado al extremo, la pregunta sigue siendo qué tan baja podría ser la presión en la que una planta aún pueda sobrevivir y ser útil.[14]​

Un hábitat en Marte puede necesitar enfocarse en mantener vivo un cierto tipo de planta, por ejemplo, como parte del soporte a sus habitantes.[15]​ El estudio Cuevas de Marte de la NASA sugirió las siguientes características de producción de alimentos:[15]​

  • Crecimiento rápido
  • Supervivencia en luz baja
  • Amplio rango de pH
  • Alta nutrición
  • Residuos mínimos

El estudio señaló dos plantas, lenteja de agua (Lemna minor) y helecho de agua (Azolla filiculoides), como particularmente adecuadas, ya que crecen en la superficie del agua.[16]​ El hábitat en Marte tendría que soportar las condiciones de estas fuentes de alimentos, posiblemente incorporando elementos de diseño de invernaderos o agricultura.

Históricamente, las misiones espaciales tienden a tener un suministro de alimentos no cultivables, comiendo de una cantidad fija de raciones como en Skylab, reabastecidas con suministros desde la Tierra. El uso de plantas para afectar la atmósfera e incluso mejorar el suministro de alimentos se experimentó en la década de 2010 a bordo de la Estación Espacial Internacional.

Otro problema es la gestión de residuos. En Skylab, todos los residuos se colocaban en un tanque grande; en Apolo y el Transbordador espacial la orina podía ser expulsada al espacio o colocada en bolsas para reingresar a la atmósfera terrestre.

Las consideraciones para mantener el entorno en un sistema cerrado incluían la eliminación de dióxido de carbono, mantener la presión del aire, suministro de oxígeno, temperatura y humedad, y prevenir incendios. Otro problema con un sistema cerrado es mantenerlo libre de contaminación por emisiones de diferentes materiales, polvo o humo. Una preocupación en Marte es el efecto del polvo fino del suelo marciano que se introduce en los cuartos de vivienda o dispositivos. El polvo es muy fino y se acumula en paneles solares, entre otras superficies.[17]​

Tecnologías relevantes

Nave espacial Orion

Algunas áreas posibles de tecnología o experiencia necesarias:

Contexto

Un hábitat en Marte a menudo se concibe como parte de un conjunto de tecnologías de base e infraestructura en Marte.[18]​ Algunos ejemplos incluyen trajes EVA para Marte, vehículos de exploración, aeronaves, aterrizadores, tanques de almacenamiento, estructuras de comunicación, minería y vehículos de movimiento de tierra (por ejemplo, Equipo pesado).[18]​

Un hábitat en Marte podría existir en el contexto de una expedición humana, un puesto de avanzada o una colonia en Marte.[19]​

Aire

Véase también: Efectos de la altitud en los humanos
Burbujas de gas en una bebida gaseosa
Personas dentro de una campana de buceo transparente en la Tierra

Al crear un hábitat para personas, algunas consideraciones son mantener la temperatura adecuada del aire, la presión correcta del aire y la composición de esa atmósfera.

Aunque es posible que los humanos respiren oxígeno puro, una atmósfera de oxígeno puro estuvo implicada en el incendio de Apolo 1. Como tal, los hábitats en Marte pueden necesitar gases adicionales. Una posibilidad es tomar nitrógeno y argón de la atmósfera de Marte; sin embargo, son difíciles de separar entre sí.[20]​ Como resultado, un hábitat en Marte puede usar un 40% de argón, un 40% de nitrógeno y un 20% de oxígeno.[20]​ Véase también Argox, para la mezcla de gas de respiración con argón utilizada en el buceo.

Un concepto para eliminar el CO2 del aire respirable es usar depuradores de dióxido de carbono de perlas de amina reutilizables.[21]​ Mientras un depurador de dióxido de carbono filtra el aire del astronauta, el otro puede expulsar el CO2 depurado a la atmósfera marciana; una vez que ese proceso está completo, se puede usar otro, y el que se usó puede tomar un descanso.[22]​

Hábitats en Marte con astronautas

Una fuerza estructural única que los hábitats en Marte deben enfrentar, si están presurizados a la atmósfera terrestre, es la fuerza del aire en las paredes internas.[7]​ Se ha estimado en más de 2000 libras por pie cuadrado (9800 kg/m2) para un hábitat presurizado en la superficie de Marte, lo que es radicalmente mayor en comparación con las estructuras terrestres.[7]​ Una comparación más cercana puede hacerse con aeronaves tripuladas de gran altitud, que deben soportar fuerzas de entre 1100 y 1400 libras por pie cuadrado (entre 5400 y 6800 kg/m²) cuando están en altitud.[7]​

A unos 150 mil pies de altitud (28 millas (45 km)) en la Tierra, la presión atmosférica comienza a ser equivalente a la superficie de Marte.[23]​

Comparación de presión atmosférica
Ubicación Presión
Cumbre del Olympus Mons 0,03 kPa (0 mca)
Promedio de Marte 0,6 kPa (0,1 mca)
Fondo de Hellas Planitia 1,16 kPa (0,1 mca)
Límite de Armstrong 6,25 kPa (0,6 mca)
Cumbre del Monte Everest[24]​ 33,7 kPa (3,4 mca)
Nivel del mar en la Tierra 101,3 kPa (10,3 mca)
Superficie de Venus[25]​ 9200 kPa (938,8 mca)

Temperatura

Diseño de la NASA de 2007 para un hábitat móvil, como para una circunnavegación del planeta.

Uno de los desafíos para un hábitat en Marte es mantener temperaturas adecuadas en los lugares correctos dentro del hábitat.[9]​ Cosas como electrónicos y luces generan calor que sube en el aire, incluso cuando hay fluctuaciones extremas de temperatura en el exterior.[9]​[10]​ Puede haber grandes oscilaciones de temperatura en Marte; por ejemplo, en el ecuador puede alcanzar 20 grados Celsius durante el día, pero bajar a menos 73 grados Celsius por la noche.[26]​

Ejemplos de temperaturas en la superficie de Marte:[26]​

  • Promedio: -60 grados Celsius.
  • Ubicaciones polares en invierno: -125 grados Celsius.
  • Ecuador en verano durante el día: Máximo 20 grados Celsius.

Habitación temporal vs permanente

Visión de hábitats publicada por la NASA de CASE FOR MARS de los años 80, con la reutilización de vehículos de aterrizaje, uso de suelo in situ para mayor protección contra la radiación y invernaderos. También es visible una bahía para un vehículo de exploración marciano.
Un aterrizaje humano en Marte requeriría diferentes niveles de soporte para la habitación

Una estancia a corto plazo en la superficie de Marte no requiere que un hábitat tenga un gran volumen o protección completa contra la radiación. La situación sería similar a la Estación Espacial Internacional#Radiación, donde los individuos reciben una cantidad inusualmente alta de radiación durante una corta duración y luego se van.[27]​ Un hábitat pequeño y ligero puede ser transportado a Marte y usado inmediatamente.

Los hábitats permanentes a largo plazo requieren mucho más volumen (es decir, invernadero) y un blindaje grueso para minimizar la dosis anual de radiación recibida. Este tipo de hábitat es demasiado grande y pesado para ser enviado a Marte y debe construirse utilizando algunos recursos locales. Las posibilidades incluyen cubrir estructuras con hielo o suelo, excavar espacios subterráneos o sellar los extremos de un túnel de lava marciano.[28]​

Un asentamiento más grande puede tener un personal médico más grande, aumentando la capacidad para lidiar con problemas de salud y emergencias.[19]​ Mientras que una pequeña expedición de 4-6 personas podría tener un médico, un puesto de avanzada de 20 podría tener más de uno y enfermeras, además de aquellos con formación en emergencias o paramédicos.[19]​ Un asentamiento completo podría alcanzar el mismo nivel de atención que un hospital terrestre contemporáneo.[19]​

Médico

Un problema para la atención médica en misiones a Marte es la dificultad para regresar a la Tierra para atención avanzada y proporcionar atención de emergencia adecuada con un tamaño de tripulación pequeño.[19]​ Una tripulación de seis podría tener solo un miembro entrenado al nivel de técnico médico de emergencia y un médico, pero para una misión que duraría años.[19]​ Además, las consultas con la Tierra se verían obstaculizadas por un retraso de tiempo de 7 a 40 minutos.[19]​ Los riesgos médicos incluyen la exposición a la radiación y la gravedad reducida, y un riesgo mortal es un Evento de partículas solares que puede generar una dosis letal durante varias horas o días si los astronautas no tienen suficiente blindaje.[19]​ Las pruebas de materiales se han realizado recientemente para explorar trajes espaciales y "refugios de tormenta" para protección contra la Radiación Cósmica Galáctica (GRC) y los Eventos de Partículas Solares (SPE) durante el lanzamiento, el tránsito y la habitación en Marte.[29]​ La preparación médica también requiere que se tome en cuenta el efecto de la radiación en los productos farmacéuticos almacenados y la tecnología médica.[19]​

Uno de los suministros médicos que pueden ser necesarios es el fluido intravenoso (solución fisiológica), que es principalmente agua y contiene otras sustancias, para que pueda añadirse directamente al torrente sanguíneo. Si la solución puede crearse en el lugar a partir de agua existente, podría ahorrar el peso de transportar unidades producidas en la Tierra, cuyo peso es principalmente agua.[30]​ Un prototipo para esta capacidad fue probado en la Estación Espacial Internacional en 2010.[30]​

En algunas de las primeras misiones tripuladas, se llevaron al espacio tres tipos de medicamentos: el antiemético trimetobenzamida; el analgésico petidina; el estimulante dextroanfetamina.[31]​ Para la época de la ISS, los tripulantes espaciales tenían casi 200 medicamentos disponibles, con gabinetes de pastillas separados para rusos y estadounidenses.[31]​ Una de las muchas preocupaciones para las misiones tripuladas a Marte es qué pastillas llevar y cómo responderían los astronautas a ellas en diferentes condiciones.[31]​

En 1999, el Centro Espacial Johnson de la NASA publicó Medical Aspects of Exploration Missions como parte de la Encuesta decenal.[19]​ En una misión pequeña, podría ser posible que uno sea médico y otro paramédico, de una tripulación de quizás 4-6 personas; sin embargo, en una misión más grande con 20 personas, también podría haber una enfermera y opciones como cirugía menor podrían ser posibles.[19]​ Dos categorías principales para el espacio serían la atención médica de emergencia y luego una atención más avanzada, tratando una amplia gama de preocupaciones debido a los viajes espaciales.[19]​ Para tripulaciones muy pequeñas, es difícil tratar una amplia gama de problemas con atención avanzada, mientras que con un equipo de 12-20 personas en Marte, podría haber varios médicos y enfermeras, además de certificaciones a nivel de EMT.[19]​ Aunque no está al nivel de un hospital terrestre típico, esto transicionaría la atención médica más allá de las opciones básicas típicas de tripulaciones muy pequeñas (2-3), donde el riesgo aceptado es mayor.[19]​

Con un número modesto de habitantes en Marte y personal médico, podría considerarse la cirugía asistida por robot. Un miembro de la tripulación operaría el robot con ayuda a través de telecomunicaciones desde la Tierra.[32]​ Dos ejemplos de situaciones de atención médica que se han mencionado con respecto a las personas en Marte son cómo lidiar con una pierna rota y una apendicitis.[32]​ Una preocupación es evitar que lo que de otro modo sería una lesión menor se convierta en una amenaza para la vida debido a las restricciones en la cantidad de equipo médico, entrenamiento y el retraso en la comunicación con la Tierra.[32]​ El retraso de tiempo para un mensaje de ida varía de 4 a 24 minutos, dependiendo.[33]​ Una respuesta a un mensaje toma ese tiempo, el retraso en procesar el mensaje y crear una respuesta, más el tiempo para que ese mensaje llegue a Marte (otros 4 a 24 minutos).[33]​

Ejemplos de escenarios de emergencia médica aguda para misiones a Marte:[19]​

  • Heridas, laceraciones y quemaduras
  • Exposición a un toxina
  • Reacciones alérgicas agudas (anafilaxia)
  • Síndrome de radiación aguda
  • Dental
  • Ojos (Oftalmología)
  • Psiquiátrico

Un ejemplo de emergencia sanitaria relacionada con los vuelos espaciales fue la asfixia por gas inerte con gas nitrógeno a bordo del Transbordador Espacial Columbia en 1981, cuando estaba en preparativos para su lanzamiento.[34]​ En ese caso, una purga rutinaria con nitrógeno para disminuir el riesgo de incendio llevó a 5 emergencias médicas y 2 muertes.[34]​ Otro accidente espacial infame es el incidente de Apolo 1, cuando una atmósfera de oxígeno puro se incendió en el interior de la cápsula espacial durante pruebas en tierra, los tres tripulantes murieron.[35]​ Un estudio de 1997 de unos 280 viajeros espaciales entre 1988 y 1995 encontró que solo 3 no tuvieron algún tipo de problema médico en su vuelo espacial.[36]​ Un riesgo médico para una misión en la superficie de Marte es cómo los astronautas manejarán las operaciones en la superficie después de varios meses de viaje en gravedad cero.[36]​ En la Tierra, los astronautas retornados suelen ser trasladados desde la nave y tardan en recuperarse.[36]​

Véase Medicina espacial

Biblioteca

Torre de la biblioteca de Biosfera 2, un hábitat espacial análogo a la Tierra probado en los años 90

En 2008 una idea para las misiones a Marte era una biblioteca enviada a la superficie de ese planeta.[37]​ El aterrizador Fénix, que aterrizó en la superficie polar norte de Marte en 2008, incluyó una biblioteca en DVD que fue anunciada como la primera biblioteca en Marte.[37]​ El DVD de la biblioteca de Fénix sería tomado por futuros exploradores que podrían acceder al contenido del disco.[37]​ El disco, tanto un memorial del pasado como un mensaje para el futuro, tomó 15 años en producirse.[37]​ El contenido del disco incluye Visions of Mars.[37]​ Una idea para la exploración es arcas del conocimiento para el espacio, una especie de respaldo del conocimiento en caso de que algo le ocurra a la Tierra.[38]​

La prueba de biosfera y vuelo espacial de Biodomo 2 incluyó una biblioteca con los cuartos de vivienda.[39]​ La biblioteca estaba ubicada en la parte superior de una torre, conocida como Torre de la biblioteca.[39]​[40]​

Impactos de meteoros

Cráteres de impacto recientes detectados a principios de la década de 2000 por satélites de Marte

Otra consideración para los hábitats en Marte, especialmente para estancias a largo plazo, es la necesidad de lidiar potencialmente con un impacto de meteoro.[41]​[7]​ Debido a que la atmósfera es más delgada, más meteoros llegan a la superficie. Una preocupación es que un meteoro pueda perforar la superficie del hábitat y causar una pérdida de presión y/o dañar sistemas.[41]​[7]​

En la década de 2010 se determinó que algo golpeó la superficie de Marte, creando un patrón de cráteres más grandes y más pequeños entre 2008 y 2014.[42]​ En este caso, la atmósfera solo desintegró parcialmente el meteoro antes de que golpeara la superficie.[41]​

Radiación

La exposición a la radiación es una preocupación para los astronautas incluso en la superficie, ya que Marte carece de un campo magnético fuerte, y la atmósfera es demasiado delgada para detener tanta radiación como en la Tierra. Sin embargo, el planeta reduce significativamente la radiación, especialmente en la superficie, y no se detecta que sea radiactivo en sí mismo.

Se ha estimado que dieciséis pies (5 metros) de regolito marciano detienen la misma cantidad de radiación que la atmósfera terrestre.[43]​

Energía

Arte espacial que ilustra a un grupo acercándose a la sonda Viking 2, que fue soportada por energía RTG

Para una misión tripulada a Marte de 500 días, la NASA ha estudiado el uso de energía solar y nuclear para su base, así como sistemas de almacenamiento de energía (por ejemplo, baterías).[44]​ Algunos de los desafíos para la energía solar incluyen una reducción en la intensidad solar (porque Marte está más lejos del sol), acumulación de polvo, tormentas de polvo periódicas y almacenamiento de energía para uso nocturno.[44]​ Las tormentas de polvo globales en Marte causan temperaturas más bajas y reducen la luz solar que llega a la superficie.[44]​ Dos ideas para superar esto son usar un arreglo adicional desplegado durante una tormenta de polvo y usar algo de energía nuclear para proporcionar energía de base que no se vea afectada por las tormentas.[44]​ La NASA ha estudiado sistemas de fisión de energía nuclear en la década de 2010 para misiones en la superficie de Marte.[45]​ Un diseño planeaba una salida de 40 kilovatios; la fisión de energía nuclear es independiente de la luz solar que llega a la superficie de Marte, que puede verse afectada por tormentas de polvo.[45]​[46]​

Otra idea para la energía es transmitir la energía a la superficie desde un satélite de energía solar a una antena rectificadora (también conocida como rectenna).[47]​ Diseños de 245 GHz, láser, construcción de rectenna in situ y 5.8 GHz han sido estudiados.[48]​ Una idea es combinar esta tecnología con la Propulsión Eléctrica Solar para lograr una masa menor que la energía solar en la superficie.[48]​ La gran ventaja de este enfoque para la energía es que las rectennas deberían ser inmunes al polvo y los cambios climáticos, y con la órbita adecuada, un satélite de energía solar en Marte podría transmitir energía continuamente a la superficie.[48]​

La tecnología para limpiar el polvo de los paneles solares se consideró para el desarrollo del Mars Exploration Rover.[49]​ En el siglo XXI se han propuesto formas de limpiar los paneles solares en la superficie de Marte.[50]​ Los efectos del polvo de la superficie marciana en las células solares fueron estudiados en los años 90 por el Experimento de Adherencia de Materiales en Mars Pathfinder.[51]​[52]​[53]​

Energía de los aterrizadores (ejemplos)
Nombre Energía principal
Viking 1 y 2 Nuclear – RTG
Mars Pathfinder Paneles solares
MER A y B Paneles solares
Phoenix Paneles solares
MSL Nuclear – RTG

Historia

Visión de la NASA para los primeros humanos en Marte
(Concepto artístico; 2019)

Una idea temprana para un hábitat en Marte fue colocar alojamiento de corta estancia en un vehículo de ascenso-descenso a Marte. Esta combinación se llamó Módulo de Excursión a Marte, y también incluía típicamente otros componentes como un vehículo básico y equipo científico. Las misiones posteriores tendieron a cambiar a un descenso/ascenso dedicado con un hábitat separado.

En 2013, los arquitectos ZA propusieron que robots excavadores construyeran un hábitat en Marte bajo tierra.[5]​ Eligieron un interior inspirado en la Cueva de Fingal y notaron la mayor protección contra la radiación de alta energía bajo tierra.[5]​ Por otro lado, también se señaló el problema de la dificultad de enviar robots excavadores que deban construir el hábitat frente a cápsulas de aterrizaje en la superficie.[5]​ Una alternativa puede ser construir sobre la superficie usando hielo grueso para proteger de la radiación. Este enfoque tiene la ventaja de permitir la entrada de luz.[3]​

En 2015, el proyecto Hábitat Autodesplegable para Entornos Extremos (SHEE) exploró la idea de la construcción y preparación autónoma de hábitats en Marte frente a la construcción humana, porque esta última es «arriesgada, compleja y costosa».[54]​

NASA

Módulo de hábitat móvil de seis patas de la NASA (TRI-ATHLETE)
Unidad de Demostración de Hábitat de los Estudios de Investigación y Tecnología del Desierto

A principios de 2015, la NASA delineó un plan conceptual para un programa de premios de diseño y construcción de hábitats en Marte en tres etapas.[55]​ La primera etapa requería un diseño. La siguiente etapa solicitaba planes para la tecnología de construcción que usara componentes de naves espaciales desechadas. La tercera etapa implicaba construir un hábitat usando tecnología de impresión 3D.[55]​

En septiembre de 2015, la NASA anunció los ganadores de su Desafío de Hábitat Impreso en 3D.[56]​ La presentación ganadora titulada Mars Ice House[57]​ por Clouds Architecture Office / SEArch propuso una carcasa doble de hielo impresa en 3D que rodea un núcleo de módulo de aterrizaje.[3]​ Dos equipos europeos recibieron premios de segundo lugar.[56]​ Los contendientes exploraron muchas posibilidades para materiales, con uno sugiriendo refinar por separado hierro y sílice del polvo marciano y usar el hierro para hacer un trabajo de celosía llenado con paneles de sílice.[58]​ Hubo 30 finalistas seleccionados de un grupo inicial de 165 entradas en el desafío de hábitat.[59]​ El ganador del segundo lugar propuso que los robots de impresión construyeran un escudo con materiales in situ alrededor de módulos inflables.[60]​

Otros proyectos de la NASA que han desarrollado hábitats para superficies extraterrestres son el desafío X-Hab y el Proyecto de Sistemas de Habitación.[61]​[62]​

La Casa Sfero de Fabulous, también contendiente en el programa de Hábitat en Marte 3D, presentaba niveles por encima y por debajo del suelo.[63]​ La ubicación propuesta fue el cráter Gale (famoso por el rover Curiosity) con un enfoque en usar tanto hierro como agua in situ, que con suerte estarían disponibles allí.[63]​ Tiene un diseño esférico de doble pared lleno de agua para mantener la mayor presión del hábitat en Marte, pero también ayuda a proteger contra la radiación.[63]​

En 2016, la NASA otorgó el primer premio de su Desafío de Materiales In Situ al profesor de ingeniería de la Universidad del Sur de California Behrokh Khoshnevis "por Selective Separation Sintering -- un proceso de impresión 3D que utiliza materiales en polvo encontrados en Marte".[64]​

Diseño de Casa de Hielo en Marte para una base en Marte[65]​ (NASA LaRC / Clouds AO / SEArch+, 2016)

En 2016, el Langley de la NASA mostró la Casa de Hielo en Marte, que utilizaba agua in situ para crear una estructura de hielo conceptualmente similar a un iglú, como parte del diseño de un hábitat en Marte.[66]​

En junio de 2018, la NASA seleccionó los diez finalistas principales de la Fase 3: Nivel 1 en el Desafío de Hábitat Impreso en 3D.[67]​

Ganadores de la Fase 3: Nivel 1:[67]​

  • Equipo ALPHA – Marina Del Rey, California
  • Escuela de Minas de Colorado e ICON – Golden, Colorado
  • Hassell & EOC – San Francisco, California
  • Kahn-Yates – Jackson, Mississippi
  • Incubadora de Marte – New Haven, Connecticut
  • AI. SpaceFactory – Nueva York, Nueva York
  • Universidad del Noroeste – Evanston, Illinois
  • SEArch+/Apis Cor – Nueva York, Nueva York
  • Equipo Zopherus – Rogers, Arkansas
  • X-Arc – San Antonio, Texas

En mayo de 2019, la NASA anunció que el ganador principal del Desafío de Hábitat Impreso en 3D fue de AI SpaceFactory, con una entrada llamada "Marsha", y también se otorgaron varios otros premios.[68]​ En el desafío final, los concursantes tuvieron 30 horas para construir modelos a escala 1/3 usando tecnología de construcción robótica.[68]​

Biosfera 2 probó un invernadero de ciclo cerrado y alojamiento a principios de los años 90

Las misiones análogas de Marte o misiones análogas de Marte típicamente construyen hábitats terrestres en la Tierra y realizan misiones simuladas, tomando medidas para resolver algunos de los problemas que podrían enfrentarse en Marte.[69]​ Un ejemplo de esto fue la misión original de Biosfera 2, que estaba destinada a probar sistemas ecológicos cerrados para apoyar y mantener la vida humana en el espacio exterior.[70]​ Biosfera 2 probó a varias personas viviendo en un sistema biológico de ciclo cerrado, con varias áreas de soporte biológico que incluían selva tropical, sabana, océano, desierto, pantano, agricultura y un espacio habitable.[71]​

Un ejemplo de misión de comparación análoga de Marte es HI-SEAS de la década de 2010. Otros estudios análogos de Marte incluyen la Estación de Investigación del Desierto de Marte y la Expedición Análoga de Marte en el Ártico de Svalbard.

  • Estación de Investigación Análoga de Marte en Australia
  • Estación de Investigación Ártica de Marte Flashline
  • MARS-500
  • Estación Concordia

La ISS también ha sido descrita como un predecesor de la expedición a Marte, y en relación con un hábitat en Marte, se destacó la importancia y la naturaleza de operar un sistema cerrado.[72]​

A unos 45 km (150 mil pies) de altitud terrestre, la presión comienza a ser equivalente a la presión de la superficie de Marte.[23]​

Un ejemplo de simulante de regolito es el Simulante de regolito marciano (más información sobre análogos de Marte en Lista de análogos de Marte).

Biodomos

Ilustración de la NASA de 2015 de plantas creciendo en una base en Marte.

Un concepto ejemplar que es o está en apoyo de un hábitat es un biodomo de Marte, una estructura que podría albergar vida generando el oxígeno y los alimentos necesarios para los humanos.[73]​ Un ejemplo de actividad en apoyo de estos objetivos fue un programa para desarrollar bacterias que pudieran convertir el regolito o hielo marciano en oxígeno.[73]​ Algunos problemas con los biodomos son la tasa a la que el gas se escapa y el nivel de oxígeno y otros gases dentro de ellos.[71]​

Una pregunta sobre los biodomos es cuán baja podría ser la presión y que las plantas aún fueran útiles.[14]​ En un estudio donde la presión del aire se redujo a 1/10 de la presión atmosférica de la Tierra en la superficie, las plantas tuvieron una mayor tasa de evaporación desde sus hojas.[14]​ Esto hizo que la planta pensara que había sequía, a pesar de tener un suministro constante de agua.[14]​ Un ejemplo de cultivo que la NASA probó creciendo a baja presión es la lechuga, y en otra prueba se cultivaron judías verdes a presión atmosférica estándar, pero en órbita terrestre baja dentro de la Estación Espacial Internacional.[74]​

El DLR encontró que algunos líquenes y bacterias podrían sobrevivir en condiciones marcianas simuladas, incluyendo la composición del aire, la presión y el espectro de radiación solar.[75]​ Los organismos terrestres sobrevivieron durante más de 30 días bajo condiciones de Marte, y aunque no se sabía si sobrevivirían más allá de esto, se observó que parecían realizar fotosíntesis bajo esas condiciones.[75]​

Para convertir todo Marte en un biodomo directamente, los científicos han sugerido la cianobacteria Chroococcidiopsis.[76]​ Esto ayudaría a convertir el regolito en suelo al crear un elemento orgánico.[76]​ Esa bacteria es conocida por sobrevivir en condiciones extremadamente frías y secas en la Tierra, por lo que podría proporcionar una base para la bioingeniería de Marte en un lugar más habitable.[76]​ A medida que la bacteria se reproduce, las muertas crearían una capa orgánica en el regolito, potencialmente allanando el camino para formas de vida más avanzadas.[76]​

Un estudio publicado en 2016 mostró que los hongos criptoendolíticos sobrevivieron durante 18 meses en condiciones marcianas simuladas.[77]​[78]​

Interior del Hotel ESO, que ha sido llamado una «casa de huéspedes en Marte», porque los alrededores desérticos son similares a Marte; alberga al personal del observatorio en el desierto alto de Chile.[79]​

En la Tierra, las plantas que utilizan la reacción de fotosíntesis C4 representan el 3 % de las especies de plantas con flores, pero el 23 % del carbono fijado, e incluyen especies populares para el consumo humano como el maíz y la caña de azúcar; ciertos tipos de plantas pueden ser más productivos al producir alimentos con una cantidad dada de luz.[80]​ Las plantas destacadas por colonizar el paisaje árido tras la erupción del Monte Santa Helena incluyeron Asteraceae y Epilobium, y especialmente Lupinus lepidus por su capacidad (simbiótica) para fijar su propio nitrógeno.[81]​ Las bacterias Rhizobia son capaces de fijación de nitrógeno.

Recursos in situ

Se han sugerido pinos, en combinación con otras técnicas, para crear una atmósfera más hospitalaria en Marte.[82]​

La utilización de recursos in situ implica usar materiales encontrados en Marte para producir los materiales necesarios. Una idea para apoyar un hábitat en Marte es extraer agua subterránea, que, con suficiente energía, podría dividirse en hidrógeno y oxígeno, con la intención de mezclar el oxígeno con nitrógeno y argón para obtener aire respirable. El hidrógeno puede combinarse con dióxido de carbono para producir plásticos o metano para combustible de cohetes.[83]​ También se ha sugerido el hierro como material de construcción para hábitats en Marte impresos en 3D.[63]​

En la década de 2010, surgió la idea de usar agua in situ para construir un escudo de hielo para protección contra la radiación y la temperatura, entre otros.[66]​

Una planta de procesamiento de materiales usaría recursos de Marte para reducir la dependencia de materiales proporcionados desde la Tierra.[84]​

La misión planificada Mars 2020 incluye el Experimento de Recursos In Situ de Oxígeno en Marte (MOXIE), que convertiría el dióxido de carbono de Marte en oxígeno.

Para convertir todo Marte en un hábitat, se podría aumentar el aire vaporizando materiales en el planeta.[82]​ Con el tiempo, se podrían establecer líquenes y musgos, y eventualmente pinos.[82]​

Un concepto de la década de 1990 para un hábitat de superficie combinado y vehículo de ascenso de la misión basada en Misión de Referencia de Diseño 3.0 de la NASA, que integraba la producción de recursos in situ, en este caso para propelente.

Existe una teoría para fabricar combustible para cohetes en Marte mediante el proceso Sabatier.[82]​ En este proceso, se usa hidrógeno y dióxido de carbono para producir metano y agua.[82]​ En el siguiente paso, el agua se divide en hidrógeno y oxígeno, utilizando el oxígeno y el metano para un motor de cohete de metano-oxígeno, y el hidrógeno podría reutilizarse.[82]​ Este proceso requiere una gran cantidad de energía, por lo que se necesitaría una fuente de energía adecuada además de los reactivos.[82]​

Véase también

Referencias

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Bibliografía

Enlaces externos

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