چطور میتوان با منابع بومی مریخ و پرینت سهبعدی، برای فضانوردان زیستگاه ساخت؟
ديجياتو/وقتي از صحبت از سفر انسانها به مريخ و نياز به يافتن مکاني براي زيستن باشد، ناسا برنامهاي بسيار جاهطلبانه تدارک ديده است: استفاده از مواد خام موجود در سياره سرخ براي چاپ سهبعدي يک زيستگاه در همانجا. اين سوژهي پروژه «چالش چاپ سهبعدي زيستگاه» بود که حدودا چند سال پيش از سوي اين سازمان فضايي آمريکايي کليد خورد و از تيمهايي از طراحان دعوت به عمل آمد تا بهترين راهکارهاي خود را براي اين مسئله ارائه کنند.
اما دقيقا چطور ميتوان مشتي خاک مريخي را تبديل به خانهاي راحت براي فضانوردان کرد؟ وبسايت Digital Trends براي يافتن پاسخ اين سوال به صحبت با دو متخصصي پرداخته که در اين رقابت حضور داشتهاند - تري لين آرشيتکت از تيم Zepherus که برنده مسابقه بود و متيو ترومنتر مهندس از تيم دانشگاه نورثوسترن. اين دو به خوبي توضيح ميدهند که چطور ميتوان به طراحي و ساخت يک زيستگاه روي سيارهاي ديگر پرداخت.
استفاده از منابع بومي
هنگام برنامهريزي براي ساخت يک زيستگاه در مريخ، بزرگترين محدوديت به ميزان موادي بازميگردد که فضانوردان ميتوانند با خود از زمين به مريخ ببرند. هر گرم اضافه محمولهاي که درون موشک بارگذاري ميشود، بهاي فراواني از نظر مصرف سوخت به همراه ميآورد و بنابراين منطقي نخواهد بود که مواد ساختماني به سياره سرخ برده شوند. براي همين است که نخستين ساکنين مريخ بايد به استفاده از مواد خامي که به صورت بومي در مريخ يافت ميشوند بپردازند.
تري لين، آرشيتکت تيم Zopherus که برنده چالش چاپ سهبعدي زيستگاه ناسا بود ميگويد که بايد رويکردي بسيار متفاوت نسبت به ساختوساز عادي روي کره زمين در پيش گرفت.
در نخستين پژوهشهايش، لين نتوانست در حوزه پروژههاي چاپ سهبعدي در ابعاد غولآسا و با استفاده از مواد بومي به نتيجه خاصي برسد، بنابراين او به سراغ منبع الهامي بسيار غير منتظره رفت: حشرات. خودش توضيح ميدهد که: «ما شروع به نگاه به زنبورهاي عسل و عنکبوتها و سوسکها کرديم. براي صدها ميليون سال، آنها اساسا براي ساخت زيستگاههاي خود در حال چاپ سهبعدي بودهاند».
حشرات به اقصي نقاط محيط زيست سرک ميکشند، منابع لازم را مييابند، آنها را تبديل به مواد قابل استفاده ميکنند و کارآمدترين زيستگاه ممکن که با نيازهايشان سازگار است را ميسازند - درست مانند کاري که لين و تيمش ميخواستند انجام دهند. «صادقانه بگويم، ما متوجه شويم که حشرات به شکلي بهتر از انسانها قادر به ساخت يک زيستگاه متکي بر منابع محلي و چاپ سهبعدي شده هستند».
تيم او زيستگاهي مجهز به مريخنوردهايي را متصور شود که ميتوانند به جهان بيرون بروند، مواد لازم را جمعآوري کنند و آنها را براي ادامه پروسه ساختوساز بازگردانند. «به طرق فراوان، اين رويکرد شبيه شبيه زنبور عسلي است که بيرون ميرود، اندکي منابع محلي را ميجود و آنها را تبديل به خمير کاغذي ميکند که لانهاش از آن ساخته شده.»
در پيش گرفتن اين رويکرد در روند ساختوساز، مزاياي متعددي با خود به همراه ميآورد، چه روي مريخ و چه روي کره زمين. او ميگويد: «اين حقيقت که شما داريد از منابع بومي استفاده ميکنيد تفاوتي بنيادين در ماموريتهاي فضايي به وجود ميآورد». به جاي اتکا بر زنجيرههاي تامين طولاني، از نظر مصرف مواد و انرژي ميتوانيد کار را به شکلي بسيار بهينهتر پيش ببريد. علاوهبر اين، رويکرد چاپ سهبعدي امنيت بسيار بيشتري نسبت به ساختوساز در شکل سنتياش دارد. «صنعت ساختوساز صنعتي بسيار خطرناک به حساب ميآيد... بنابراين اگر بتوانيد بخشهايي از کار را بدون دخالت انساني پيش ببريد، از مزاياي امنيتي آن نيز برخوردار خواهيد شد».
چاپ سهبعدي ضمنا ميتواند به شکلي سريعتر و ارزانقيمتتر انجام شود و تا حدودي، آزادي عمل بيشتر را با خود به همراه ميآورد. «از نقطه نگاه يک معمار، هنگامي که مشغول به چاپ سهبعدي باشيد مقادير قابل توجهي از آزادي عمل گيرتان ميآيد». ديگر لازم نيست بر موادي که به توليد انبوه رسيدهاند متکي باشيد، مثلا آجرهايي که ابعاد استاندارد و طراحي تخت و صاف دارند، بنابراين ميتوانيد اشکالي بسيار پيچيدهتر خلق کنيد. «آزادي عمل اينطور به دست ميآيد که ميتوانيد به سراغ طرحي برويد که دقيقا براي چالش پيش رو شخصيسازي شده است.
چطور يک زيستگاه را چاپ سهبعدي کنيم؟
وقتي به چاپ سهبعدي فکر ميکنيد، به احتمال زياد يک ماشين دسکتاپ در ذهنتان نقش ميبندد که اشيايي چند سانتيمتري چاپ ميکند. وقتي نوبت به چاپ سهبعدي در ابعاد زيرساخت ميرسد، نياز به سختافزاري بسيار بزرگتر داريد که البته ذاتا پروسهاي يکسان را طي ميکند. متيو ترومنر، کانديداي دکترا در دانشگاه نورثوسترين و مدير تيم طراحي زيستگاه مريخ اين دانشگاه توضيح ميدهد که: «شباهت از اين جهت است که شما از نرمافزاري يکسان و تکنيکهاي حرکتي يکسان استفاده ميکنيد».
تفاوت در چگونگي قرار دادن مواد درون دستگاه ظاهر ميشود. پرينترهاي سهبعدي دسکتاپ از متد تعبيهي ذوب شده استفاده ميکنند «که اساسا مثل يک نخ از جنس پلاستيک ذوب شده است». و گرچه ميتوان همين رويه را براي پرينت روي مريخ در مقياس بزرگتر در پيش گرفت، تيم ترومنر ميخواست از يک نوع ماده ديگر به نام مارسکرت يا بتن مريخي استفاده کند. «ما مواد را از پيش با يکديگر مخلوط ميکنيم، نوعي خمير ميسازيم و سپس با اعمال فشار به آن شکل ميدهيم.» بعد از اين کافيست اجازه دهيد که ماده شکلي سخت به خود بگيرد و کار تمام است.
مارسکرت با ترکيب رگوليث مريخ -ماده خاکمانندي که تمام سطح سياره سرخ را پوشانده است- با سولفور به دست ميآيد. بتن سولفور براي چندين دهه روي کره زمين مورد استفاده قرار گرفته، مادهاي سرسخت است و در برابر سايش مقاومت ميکند، بنابراين گزينهاي ايدهآل براي ساخت و ساز در مريخ به حساب ميآيد. به محض ترکي اين دو ماده، ميتوان آنها را روي سطح سياره ريخت و زيستگاه را شکل داد.
ترومنر ميگويد: «براي موارد استفاده در مريخ يا هر نقطه ديگري از فضا، بايد نوعي بازو داشته باشيد که حرکت ميکند و مواد را درون ماشين چاپ سهبعدي قرار ميدهد». روي زمين، مکانيزمهاي متکي بر بازوي مکانيکي محبوبيت کمتري نسبت به مکانيزمهاي استايل بشکهاي براي چاپ در ابعاد وسيه دارند، زيرا در حالت نخست ميتوان اشيايي با ابعاد محدود پرينت کرد - در واقع تا جايي که بازوي مکانيکي طول داشته باشد. اما هرچه سختافزار پرينت سهبعدي پيچيدهتر باشد، احتمال وقوع مشکلات نيز بيشتر ميشود. وقتي ميخواهيد به ساخت و ساز در سيارهاي ديگر بپردازيد، هرچه پروسهها را سادهتر نگه داريد، بهتر است.
چالشهاي ساخت و ساز روي مريخ
مريخ نه براي انسانها و نه ساختمانها محيطي مناسب به حساب نميآيد. پيش از هر چيز، تغييرات دمايي در اين سياره بسيار زياد است. دما در نزديکي خط استواي مريخ ميتواند در روز به ۲۱ درجه سلسيوس و در شب به معني ۷۳ درجه سلسيوس برسد. اين يعني فشار و استرس زيادي به مواد ساختماني وارد ميشود.
ترومر ميگويد براي فراهم آوردن امکان انبساط و انقباض در شبهاي بسيار سرد و روزهاي نسبتا گرم مريخ «ميخواستيم ساختارهايي داشته باشيم که به صورت مستقل از يکديگر منقبض و منبسط ميشوند». و اين سازهها بايد آنقدر قدرتمند باشند که در برابر طوفانهاي خاکي مداوم سياره سرخ دوام بياورد. او توضيح ميدهد: «اگر شما تلي از خاک روي نيمي از سازه خود داشته باشيد، با وضعيت عدم تناسب وزن مواجه ميشويد. در آن صورت بايد چه کرد؟» طوفانهاي خاکي ضمنا پروسه ساختوساز را متوقف ميسازند و بنابراين بايد به فکر چنين مواقعي نيز بود.
به همين خاطر است که تيم ترومر ايده ساخت گنبدها را مطرح کرد. «گنبدها شکلي عالي براي انقباض حرارتي دارند و همينطور باعث ريزش خاک ميشوند». سازههاي گنبدي شکل ضمنا وزن را به شکلي بسيار عالي پخش ميکنند. از آنجايي که گرانش مريخ با زمين متفاوت است نيز، فضانورداني که بايد کار ساختوساز را پيش ببرند با دشواري کمتري مواجه خواهند شد و ميتوانند با ابزارهايي سبکوزنتر و مواد کمتر کار را پيش ببرند.
يکي از بزرگترين چالشها اينست که چطور بايد از فضانوردان در برابر تشعشعات خطرناک محافظت کرد. «رگوليث مريخ براي محافظت از تشعشعاتي که روي سطح سياره تجربه ميکنيد آنقدرها کارآمد نيست». اين را متيو ميگويد. سازه گنبدي شکل بايد ديواري نزديک به نيم متر ميان افراد حاضر در زيستگاه و محيط بيرون داشته باشد، اما حتي اين هم براي محافظت از فضانوردان حاضر در آن کافي نخواهد بود.
افزودن سولفور به رگوليت براي ساخت بتن مريخي ميتواند به شرايط کمک کند، اما تيم ناسا قصد دارد از فيبرهاي پلياتيلن هم بهره بگيرد که سپر بهتري در برابر تشعشعات خواهد بود. اين پلياتيلنها را ميتوان با نخستين فضاپيماهاي بدون خدمهاي که به مريخ فرستاده ميشوند حمل کرد.
نقش معماري
طراحي زيستگاه چالشي نيست که صرفا ذهن مهندسين را به خود مشغول کند. موضوع راجع به ساخت فضايي است که مردم در آن قادر به زندگي و کار کردن راحت، آن هم براي برهههاي بسيار طولاني باشند. در همين حين، فضانوردان احتمالا به خاطر قرارگيري در محيطي شديدا ايزوله، انبوهي استرس را نيز تجربه کنند.
زيستگاه تيم Zopherus به سه ماژول تقسيم شده بود: يک آزمايشگاه براي عملياتهاي علمي، يک فضاي عمومي و يک فضاي مخصوص خدمه که نيازهايي مانند رسيدگي به بهداشت فردي و خواب را برطرف ميکند. اين زيستگاه ضمنا به گونهاي طراحي شده بود که بسته به نيازهاي ماموريت، ميشد ماژولهاي بيشتري به آن افزود.
اين تيم ميخواست فضاي نهايي هم به نيازهاي عملي و هم نيازهاي روانشناختي فضانوردان رسيدگي کند. متيو ميگويد: «ما اين زيستگاه را بر مبناي يک فضاي ورودي بزرگ در طبقه بالايي طراحي کرديم. يک پنجره بزرگ به فضانوردان اجازه ميداد همينطور که زندگي راحت و امني در داخل داشتند، نگاهي به سطح مريخ بيندازند. ما ميخواستيم فضانوردان بيشترين امکان ممکن را براي مشاهده محيط پيرامون خود و ارتباط گرفتن با آن داشته باشند».
چنين ذهنيتي براي به انجام رساندن وظايف ضروري خواهد بود. اما مزاياي فراواني نيز از نقطه نگاه روانشناختي وجود دارد. «اگر قرار باشد براي يک سال، در فضايي چند صد متر مربعي روي سيارهاي که ميخواهد شما را در هرجايي به جز اينجا به قتل برساند زندگي کنيد، قطعا بهتر خواهد بود که احساس نکنيد در يک قوطي دربسته گير افتادهايد.»
تيم طراحان يک باغچه کشتآبي هم به فضا اضافه کردند تا هم گياهان قادر به دريافت نور باشند و هم فضانوردان بتوانند ميان آنها قدم زده و از مزاياي روانشناختي دسترسي داشتن به فضايي آرامشبخش بهرهمند شوند. لين اعتقاد دارد که رسيدگي به نيازهاي عملي و روانشناختي، لازمهاي مهم در کار يک معمار است. «معمار ميان نيازهاي انسان و محيط فيزيکي پل ميزند. محيط فيزيکياي که شخص در آن حضور دارد ميتواند هم به شکل روانشناختي و عم عملياتي بر او تاثير بگذارد».
او نيازهاي ماموريت و نيازهاي روانشناختي را دو مقوله جداگانه در نظر نميگيرد و در عوض آنها را کاملا متکي بر يکديگر ميداند. «وقتي شما با يک انسان سر و کار داريد، نيازهاي روانشناختي در واقع نيازهاي عملي هستند. زيرا وضعيت رواني فضانوردان تاثيري مستقيم بر عملکرد آنها در ماموريت ميگذارد».
منبع: Digital Trends