麻省理工学院评估火星一个使命的技术可行性

时间：2021-10-05 17:58:02来源：

非营利性公司火星有一个计划在2025年到2025年在火星上建立第一个人类住区。图为艺术家的渲染了一系列栖息地。太阳能电池板（在前景），将提供殖民地的电力，而一个系统从土壤中提取水（在背景中）将供应饮用水。

从麻省理工学院工程师的新独立评估发出的一项使命揭示了该项目可能需要退后一步，至少重新考虑特派团的技术可行性。

2012年，由荷兰非营利组织领导的“火星一个”项目宣布计划在2025年之前建立红色星球上的第一个人类殖民地。该特派团最初将以单程之旅派遣四个宇航员到火星，在那里他们将花费其余的生活，建立第一个永久性人类住区。

这是一个大胆的愿景 - 特别是因为火星一个声称，整个使命可以建立在已经存在的技术上。作为其网站国家，在火星上建立人类将是“人类的下一个巨大飞跃”。

但麻省理工学院的工程师表示该项目可能必须退后一步，至少重新考虑特派团的技术可行性。

麻省理工学院研究人员开发了一个详细的结算分析工具，以评估火星一个使命的可行性，并发现需要新技术来让人类在火星上活跃。

例如，如果所有食物都是从局部种植的作物中获得的，如火星一个设想，植被会产生不安全的氧气水平，这将掀起一系列最终导致人类居民窒息的事件。为了避免这种情况，必须实现去除多余氧气的系统 - 一种尚未开发用于空间的技术。

同样，火星凤凰兰德于2008年发现了火星表面上的冰的证据，这表明未来的定居者可能能够融化冰水 - 另一个火星一个目标。但根据麻省理工学院分析，目前旨在“烘烤”土壤水的技术尚未准备好部署，特别是在太空中。

该团队还对备件补充进行了综合分析 - 每次有机会将要送到Martian Colony的备件，以便将其送去。研究人员发现，随着殖民地的增长，备件将迅速将未来的交付统治到火星，从地球上占上62％的有效载荷。

至于对火星的实际航行，团队还计算了建立前四名定居者和随后的地球船员所需的火箭队，以及旅程的成本。

根据火星一个计划，在宇航员到达之前，需要六个猎鹰重型火箭队送出初始用品。但麻省理工学院的评估发现，数字是“过于乐观”：该团队确定所需的用品将需要15个Falcon重型火箭。独自团队的运输费用，同时与宇航员发布结合，将是45亿美元 - 这项成本将与额外的机组人员和供应给火星。研究人员称，这一估计不包括开发和购买特派件的设备的成本，这将进一步提高整体成本。

Olivier de Weck是航空航天和航天和工程系统的麻省理工学院教授，所述建立在火星上的人类住区的前景是一个令人兴奋的。然而，为了使这一目标成为现实，需要在许多技术和严格的系统视角下创新。

“我们不是说，黑白，火星一个是不可行的，”默克斯说。“但我们确实认为在他们所做的假设下它并不是真的可行的。我们指向可能有助于投资高优先级的技术，以沿着可行性路径移动。“

“我们能够得到的很大洞察力之一就是将这一[任务]脱落的艰难是多么努力，”悉尼研究生们说。“有这么多未知数。并让任何人信心他们会到达那里并活着，还有很多需要做的工作。“

Do＆De Weck本月在多伦多国际宇航大会上展示了他们的分析。共同作者包括麻省理工学院研究生Koki Ho，Andrew欧文斯和塞缪尔·施莱纳。

在火星上模拟一天

本集团采取了基于系统的方法，分析了火星一个使命，首先评估了使命的建筑的各个方面，例如其栖息地，生命支持系统，备件要求和运输物流，然后查看每个组件如何贡献到整个系统。

对于栖息地部分，确实模拟火星殖民主义的日常生活。根据典型的工作时间表，活动水平和国际空间站（ISS）的宇航员的代谢率，估计定居者每天必须消耗大约3,040卡路里，以便在火星上保持活力和健康。然后，他确定了作物，这些作物将提供合理均衡的饮食，包括豆类，生菜，花生，土豆和米饭。

计算出生产足够的这些作物，以长期维持宇航员将需要大约200平方米的生长面积，而波动一个人的估计为50平方米。如果作为项目计划，作物在定居者的栖息地培养，发现它们会产生不安全的氧气水平，这些氧气将超过消防安全阈值，需要连续引入氮以减少氧气水平。随着时间的推移，这将耗尽氮罐，留下栖息地而没有气体来补偿泄漏。

随着栖息地内部的空气继续泄漏，总大气压会下降，产生一个压迫环境，将在估计的68天内窒息第一个定居者。

Do表示可能的解决方案可能包括开发一种技术来提取多余的氧气或将作物隔离在单独的温室中。该团队甚至考虑使用从火星氛围中提取的氮气，但发现这样做需要一个明显的大型系统。令人惊讶的是，找到了最便宜的选择是提供地球所需的所有食物。

“我们发现携带的食物总是比在当地养成的便宜，”说。“在火星上，您需要照明和浇水系统，以及照明，我们发现它需要875个LED系统，随着时间的推移失败。因此，您需要为此提供备件，使初始系统更重。“

扭动旋钮

随着团队发现，随着时间的推移，备件将大大膨胀初始和未来特派团的成本。评估备件补充的欧文斯基于ISS上给定组件的NASA修复日志的可靠性数据分析。

“iss是基于这个想法，如果休息，你可以致电回家并快速获得新的部分，”欧文斯说。“如果你想要在火星上的备件，你必须在一个发射窗口打开时发送它，每26个月，然后等待180天，以便到达那里。如果你能原位制作备件，那将是一个大规模的储蓄。“

欧文斯指向3-D打印等技术，可以使定居者在火星上制造备件。但是，目前存在的技术并不足够先进以重现许多空间额定部件的确切尺寸和功能。麻省理工学院分析发现，3-D打印机必须通过跳跃来改善，否则必须重新设计整个火星结算基础架构，以便将其部件与现有技术打印。

虽然该分析可能使火星一个程序看起来令人生畏，但研究人员表示，他们开发的定居点分析工具可能有助于确定各种场景的可行性。例如，而不是在单向旅行中送船员到地球，如果偶尔被替换的人员，整体任务成本会是什么？

“火星一个是一个非常激进的想法，”施莱辛说。“现在我们建立了一个我们可以玩的工具，我们可以扭曲一些旋钮，了解任务的成本和可行性如何变化。”

NASA技术战略经理Tracy Gill表示，该工具可能适用于评估其他特派团到MARS，并指出该组可能希望使用结算分析工具探索的一些情况。

“这个[工具]可以通过允许他们在对分析中更好的信心评估更大的特派团架构来提供对特派团规划者的好处，”吉尔说，没有贡献这项研究。“在这些架构中包括在彻底将所有食物与生物成型系统完全生长起来，将所有食品从地球包装到两种极端的各种组合。”

NASA奖学金支持这个项目的一些学生。