Un hábitat marciano es un lugar hipotético donde los humanos podrían vivir en Marte . [2] [3] Los hábitats marcianos tendrían que lidiar con condiciones de superficie que incluyen casi nada de oxígeno en el aire , frío extremo, baja presión y alta radiación. [4] Alternativamente, el hábitat podría ubicarse bajo tierra, lo que ayuda a resolver algunos problemas pero crea nuevas dificultades. [5]
Un desafío es el costo extremo de transportar materiales de construcción a la superficie marciana, que en la década de 2010 se estimó en alrededor de 2 millones de dólares por ladrillo. [6] Si bien la gravedad en Marte es menor que en la Tierra , hay una radiación solar y ciclos de temperatura más fuertes, y se necesitan altas fuerzas internas para que los hábitats presurizados contengan aire. [7]
Para hacer frente a estas limitaciones, los arquitectos han trabajado para comprender el equilibrio adecuado entre los materiales y la construcción in situ y ex situ en Marte. [8] Por ejemplo, una idea es utilizar el regolito disponible localmente para protegerse contra la exposición a la radiación, y otra idea es utilizar hielo transparente para permitir que la luz no dañina entre en el hábitat. [8] El diseño del hábitat de Marte también puede implicar el estudio de las condiciones locales, incluidas las presiones, las temperaturas y los materiales locales, especialmente el agua. [8]
Los desafíos más importantes para los hábitats de Marte son mantener un entorno artificial y protegerse de la intensa radiación solar . Los humanos necesitan un entorno presurizado en todo momento y protección contra la tóxica atmósfera marciana. Conectar los hábitats es útil, ya que moverse entre estructuras separadas requiere un traje de presión o quizás un explorador de Marte. Uno de los mayores problemas radica simplemente en llegar a Marte, lo que significa escapar de la atmósfera de la Tierra, sostener el viaje a Marte y finalmente aterrizar en la superficie de Marte. Un aspecto útil es la atmósfera de Marte, que permite el frenado aerodinámico, lo que significa una menor necesidad de usar propulsor para reducir la velocidad de una nave para un aterrizaje seguro. Sin embargo, la cantidad de energía necesaria para transferir material a la superficie de Marte es una tarea adicional más allá de simplemente entrar en órbita. A fines de la década de 1960, Estados Unidos produjo el cohete Saturno V, que era capaz de lanzar suficiente masa a la órbita requerida para un viaje de un solo lanzamiento con una tripulación de tres personas a la superficie de la Luna y de regreso. Esta hazaña requirió una serie de piezas de hardware especialmente diseñadas y el desarrollo de una técnica conocida como Lunar Orbit Rendezvous . El Lunar Orbit Rendezvous fue un plan para coordinar los vehículos de descenso y ascenso para un encuentro en la órbita lunar. En referencia a Marte, una técnica similar requeriría un Módulo de Excursión a Marte , que combina un vehículo de descenso-ascenso tripulado y un hábitat de superficie de corta estancia. Los planes posteriores han separado el vehículo de descenso-ascenso y el hábitat de superficie, que luego se desarrollaron en vehículos separados de descenso, estancia en superficie y ascenso utilizando una nueva arquitectura de diseño. En 2010, se prevé que el Sistema de Lanzamiento Espacial , o sus variantes de crecimiento, tenga la capacidad de carga útil y las cualidades necesarias para las misiones humanas a Marte, utilizando la cápsula Orión .
Uno de los desafíos para los hábitats de Marte es mantener el clima, especialmente la temperatura adecuada en los lugares adecuados. [9] Los dispositivos electrónicos y las luces generan calor que se eleva en el aire, incluso cuando hay fluctuaciones extremas de temperatura en el exterior. [9] [10]
Una idea para un hábitat en Marte es utilizar una cueva marciana o un tubo de lava , y el Proyecto Caves of Mars propuso una esclusa de aire inflable para hacer uso de dicha estructura. [11] La idea de vivir en tubos de lava se ha sugerido por su potencial para proporcionar una 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 sobre el suelo. [13] Otra idea es utilizar robots para construir la base antes de la llegada de los humanos. [13]
El uso de plantas vivas u otros elementos biológicos vivos 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 de presión reducida. Esto reduciría las demandas estructurales de mantener la presión del aire , pero requeriría que las plantas relevantes sobrevivieran a esa presión más baja. Llevado al extremo, la pregunta sigue siendo cómo una planta podría sobrevivir a una presión baja y seguir siendo útil. [14]
Un hábitat en Marte podría necesitar centrarse en mantener con vida un determinado tipo de planta, por ejemplo, como parte del sustento de sus habitantes. [15] El estudio Caves of Mars de la NASA sugirió las siguientes características de los alimentos y la producción de alimentos: [15]
El estudio señaló dos plantas, la lenteja de agua ( Lemna minor ) y el helecho acuático ( Azolla filiculoides ), como particularmente adecuadas, y crecen en la superficie del agua. [16] El hábitat de Marte tendría que soportar las condiciones de estas fuentes de alimento, posiblemente incorporando elementos del diseño de invernaderos o de la agricultura.
Históricamente, las misiones espaciales suelen contar con un suministro de alimentos que no crece y que se alimenta de una cantidad fija de raciones, como Skylab , que se repone con suministros de 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 los residuos. En Skylab, todos los desechos se depositaban en un gran tanque; en Apollo y en el transbordador espacial, la orina podía ser expulsada al espacio o enviada en bolsas para reingresar a la atmósfera terrestre.
Las consideraciones para mantener el medio ambiente en un sistema cerrado incluían la eliminación del dióxido de carbono, el mantenimiento de la presión del aire, el suministro de oxígeno, la temperatura y la humedad, y la detención de incendios. Otro problema con los sistemas cerrados es mantenerlos libres 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 abre paso hasta las habitaciones o los dispositivos. El polvo es muy fino y se acumula en los paneles solares, entre otras superficies. [17]
Algunas posibles áreas de tecnología o experiencia necesaria:
Un hábitat marciano suele concebirse como parte de un conjunto de tecnologías de infraestructura y base marcianas. [18] Algunos ejemplos incluyen trajes EVA marcianos, exploradores marcianos, aeronaves, módulos de aterrizaje, tanques de almacenamiento, estructuras de comunicación, minería y vehículos para mover Marte (por ejemplo, equipos para mover la Tierra ). [18]
Un hábitat en Marte podría existir en el contexto de una expedición humana, un puesto de avanzada o una colonia en Marte. [19]
Al crear un hábitat para las personas, algunas consideraciones son mantener la temperatura del aire adecuada, la presión del aire adecuada y la composición de esa atmósfera.
Si bien es posible que los humanos respiren oxígeno puro, una atmósfera de oxígeno puro estuvo implicada en el incendio del Apolo 1. Como tal, los hábitats de 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 de Marte puede utilizar 40% de argón, 40% de nitrógeno y 20% de oxígeno. [20] Véase también Argox , para la mezcla de gases respirables de argón utilizada en el buceo.
Un concepto para eliminar el CO2 del aire respirable es utilizar depuradores de dióxido de carbono hechos de perlas de amina reutilizables . [21] Mientras un depurador de dióxido de carbono filtra el aire del astronauta, el otro puede ventilar el CO2 eliminado a la atmósfera de Marte; una vez que se completa ese proceso, se puede utilizar otro, y el que se utilizó puede tomar un descanso. [22]
Una fuerza estructural única con la que los hábitats de Marte deben lidiar si se presurizan a la atmósfera de la Tierra es la fuerza del aire en las paredes interiores. [7] Se ha estimado que esta es de más de 2000 libras por pie cuadrado (9800 kg/m2 ) para un hábitat presurizado en la superficie de Marte, lo que aumenta radicalmente en comparación con las estructuras de la Tierra. [7] Se puede hacer una comparación más cercana con las aeronaves tripuladas de gran altitud, que deben soportar fuerzas de 1100 a 1400 libras por pie cuadrado (5400 a 6800 kg/m2 ) cuando están a gran altitud. [7]
A unos 150 mil pies de altitud (28 millas (45 kilómetros)) en la Tierra, la presión atmosférica comienza a ser equivalente a la superficie de Marte. [23]
Uno de los desafíos para un hábitat en Marte es mantener temperaturas adecuadas en los lugares correctos del hábitat. [9] Cosas como la electrónica y las luces generan calor que se eleva en el aire, incluso cuando hay fluctuaciones extremas de temperatura en el exterior. [9] [26] Puede haber grandes oscilaciones de temperatura en Marte, por ejemplo, en el ecuador puede alcanzar 70 grados F (20 grados C) durante el día, pero luego bajar a menos 100 grados F (−73 C) por la noche. [27]
Ejemplos de temperaturas de la superficie de Marte: [27]
Una estancia breve en la superficie de Marte no requiere que el hábitat tenga un gran volumen o un blindaje completo contra la radiación. La situación sería similar a la de la Estación Espacial Internacional , donde los individuos reciben una cantidad inusualmente alta de radiación durante un breve período y luego se van. [28] Un hábitat pequeño y ligero puede transportarse a Marte y usarse de inmediato.
Los hábitats permanentes a largo plazo requieren mucho más volumen (es decir, invernaderos ) 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 haciendo uso de algunos recursos locales. Las posibilidades incluyen cubrir estructuras con hielo o tierra, excavar espacios subterráneos o sellar los extremos de un tubo de lava existente . [29]
Un asentamiento más grande puede tener un equipo médico más grande, aumentando la capacidad de lidiar con problemas de salud y emergencias. [19] Mientras que una pequeña expedición de 4 a 6 personas puede tener 1 médico, un puesto avanzado de 20 personas puede tener más de uno y enfermeras, además de aquellas con capacitación en emergencias o paramédicas. [19] Un asentamiento completo puede lograr el mismo nivel de atención que un hospital terrestre contemporáneo. [19]
Un problema para la atención médica en las misiones a Marte es la dificultad de regresar a la Tierra para recibir atención avanzada y proporcionar una atención de emergencia adecuada con una tripulación pequeña. [19] Una tripulación de seis personas podría tener solo un miembro de la tripulación capacitado 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 desfase temporal 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 en el transcurso de varias horas o días si los astronautas no tienen suficiente protección. [19] Recientemente se han realizado pruebas de materiales para explorar trajes espaciales y "refugios contra tormentas" para la protección contra la Radiación Cósmica Galáctica (GRC) y los Eventos de Partículas Solares (SPE) durante el lanzamiento, el tránsito y la habitabilidad en Marte. [30] La preparación médica también requiere que se tenga en cuenta el efecto de la radiación en los productos farmacéuticos y la tecnología médica almacenados. [19]
Uno de los suministros médicos que pueden ser necesarios es el líquido intravenoso , que es principalmente agua pero contiene otras sustancias, por lo que puede añadirse directamente al torrente sanguíneo. Si se puede crear en el lugar a partir del agua existente, se podría ahorrar el peso de transportar unidades producidas en la Tierra, cuyo peso es principalmente agua. [31] Un prototipo de esta capacidad se probó en la Estación Espacial Internacional en 2010. [31]
En algunas de las primeras misiones tripuladas, se llevaron tres tipos de medicamentos en órbita: el antiemético trimetobenzamida ; el analgésico petidina ; el estimulante dextroanfetamina . [32] En el momento de la ISS, las personas de la tripulación espacial tenían casi 200 medicamentos disponibles, con botiquines separados para rusos y estadounidenses. [32] Una de las muchas preocupaciones de las misiones tripuladas a Marte es qué pastillas llevar y cómo responderían los astronautas a ellas en diferentes condiciones. [32]
En 1999, el Centro Espacial Johnson de la NASA publicó Aspectos médicos de las misiones de exploración como parte de la Encuesta Decadal . [19] En una misión pequeña, podría ser posible que uno sea médico y otro sea paramédico, de una tripulación de quizás 4 a 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 la atención más avanzada, que se ocupa de 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 con un tamaño total de 12 a 20 en Marte podría haber varios médicos y enfermeras, además de certificaciones de nivel EMT. [19] Si bien no está al nivel de un hospital típico de la Tierra, esto haría que la atención médica esté más allá de las opciones básicas típicas de tamaños de tripulación muy pequeños (2 a 3) donde el riesgo aceptado es mayor. [19]
Con un número modesto de habitantes de Marte y de tripulación médica, se podría considerar la cirugía asistida por robots . Un miembro de la tripulación operaría el robot con ayuda a través de telecomunicaciones desde la Tierra. [33] Dos ejemplos de situaciones de atención médica que se han mencionado con respecto a las personas en Marte son cómo tratar una pierna rota y una apendicitis . [33] 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 , la capacitación y el retraso en el tiempo de comunicación con la Tierra. [33] El retraso de tiempo para un mensaje unidireccional varía de 4 a 24 minutos, dependiendo. [34] 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 viaje a Marte (otros 4 a 24 minutos). [34]
Ejemplos de escenarios de emergencia médica aguda para misiones a Marte: [19]
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 se estaba preparando para su lanzamiento [35]. En ese caso, una purga rutinaria con nitrógeno para disminuir el riesgo de incendio provocó 5 emergencias médicas y 2 muertes. [35] Otro infame accidente relacionado con el espacio es el incidente del Apolo 1 , cuando una atmósfera de oxígeno puro se encendió en el interior de la cápsula espacial durante las pruebas en tierra, tres murieron. [36] 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. [37] Un riesgo médico para una misión a la superficie de Marte es cómo los astronautas manejarán las operaciones en la superficie después de varios meses en gravedad cero. [37] En la Tierra, los astronautas generalmente son transportados desde la nave espacial y tardan mucho tiempo en recuperarse. [37]
Una idea para las misiones a Marte es enviar una biblioteca a la superficie de ese planeta. [38] El módulo de aterrizaje Phoenix, que aterrizó en la superficie del polo norte de Marte en 2008, incluía una biblioteca de DVD que fue anunciada como la primera biblioteca en Marte. [38] El DVD de la biblioteca Phoenix sería llevado por futuros exploradores que podrían acceder al contenido del disco. [38] El disco, que es a la vez un monumento al pasado y un mensaje al futuro, tardó 15 años en producirse. [38] El contenido del disco incluye Visiones de Marte . [38] Una idea para la exploración son las arcas de conocimiento para el espacio, una especie de respaldo del conocimiento en caso de que algo le suceda a la Tierra. [39]
El vuelo espacial Biodome 2 y la prueba de biosfera de circuito cerrado incluyeron una biblioteca con las habitaciones. [40] La biblioteca estaba ubicada en la parte superior de una torre y era conocida como la Torre de la Biblioteca. [40] [41]
Otra consideración para los hábitats de Marte, especialmente para estadías prolongadas, es la necesidad de lidiar potencialmente con el impacto de un meteorito. [42] [7] Debido a que la atmósfera es más delgada, más meteoritos llegan a la superficie. Por lo tanto, una preocupación es que un meteorito pueda perforar la superficie del hábitat y, por lo tanto, causar una pérdida de presión y/o dañar los sistemas. [42] [7]
En la década de 2010 se determinó que algo golpeó la superficie de Marte, creando un patrón de salpicaduras de cráteres más grandes y más pequeños entre 2008 y 2014. [43] En este caso, la atmósfera solo desintegró parcialmente el meteorito antes de que golpeara la superficie. [42]
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 su atmósfera es demasiado delgada para detener tanta radiación como la de la Tierra. Sin embargo, el planeta reduce la radiación significativamente, especialmente en la superficie, y no se detecta que sea radiactiva.
Se ha estimado que cinco metros de regolito de Marte detiene la misma cantidad de radiación que la atmósfera de la Tierra. [44]
Para una misión tripulada de 500 días a Marte, la NASA ha estudiado el uso de energía solar y energía nuclear para su base, así como sistemas de almacenamiento de energía (por ejemplo, baterías). [45] 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. [45] Las tormentas de polvo globales de Marte causan temperaturas más bajas y reducen la luz solar que llega a la superficie. [45] Dos ideas para superar esto son usar un conjunto 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. [45] La NASA ha estudiado sistemas de fisión de energía nuclear en la década de 2010 para misiones de superficie a Marte. [46] Un diseño planeó 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. [46] [47]
Otra idea para la energía es enviar energía a la superficie desde un satélite de energía solar a un receptor de antena rectificadora (también conocida como rectenna ). [48] Se han estudiado 245 GHz, láser, construcción de rectenas in situ y diseños de 5,8 GHz. [49] Una idea es combinar esta tecnología con la propulsión eléctrica solar para lograr una masa menor que la energía solar de la superficie. [49] La gran ventaja de este enfoque de la energía es que las rectenas deberían ser inmunes al polvo y a los cambios climáticos, y con la órbita adecuada, un satélite de energía solar en Marte podría enviar energía continuamente a la superficie. [49]
La tecnología para limpiar el polvo de los paneles solares fue considerada para el desarrollo del Mars Exploration Rover . [50] En el siglo XXI se han propuesto formas de limpiar los paneles solares en la superficie de Marte. [51] Los efectos del polvo de la superficie marciana en las células solares fueron estudiados en la década de 1990 por el Experimento de Adherencia de Materiales en Mars Pathfinder . [52] [53] [54]
Una de las primeras ideas para un hábitat en Marte fue utilizar alojamiento de corta duración en un vehículo de ascenso y descenso a Marte. Esta combinación se denominó módulo de excursión a Marte y, por lo general, también incluía otros componentes, como el equipo científico y el vehículo explorador básico. Las misiones posteriores tendieron a adoptar un hábitat separado para el ascenso y descenso.
En 2013, los arquitectos de ZA propusieron que robots excavadores construyeran un hábitat en Marte bajo tierra. [5] Eligieron un interior inspirado en la cueva de Fingal y observaron que aumentaba la protección contra la radiación de alta energía bajo tierra. [5] Por otro lado, también se señaló la dificultad de enviar robots excavadores que deben construir el hábitat en lugar de hacer aterrizar cápsulas en la superficie. [5] Una alternativa puede ser construir sobre el suelo utilizando hielo grueso para protegerse de la radiación. Este enfoque tiene la ventaja de permitir la entrada de luz. [3]
En 2015, el proyecto Hábitat autoimplementable para entornos extremos (SHEE) exploró la idea de la construcción y preparación autónomas para el hábitat de Marte frente a la construcción humana, porque esta última es "riesgosa, compleja y costosa". [55]
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A principios de 2015, la NASA esbozó un plan conceptual para un programa de diseño y construcción de hábitats en Marte en tres etapas. [56] La primera etapa requería un diseño. La siguiente etapa solicitaba planos para una tecnología de construcción que utilizara componentes de naves espaciales desechados. La tercera etapa implicaba la construcción de un hábitat utilizando tecnología de impresión 3D. [56]
En septiembre de 2015, la NASA anunció los ganadores de su Desafío de Hábitat Impreso en 3D. [57] La propuesta ganadora titulada ' Mars Ice House ' [58] de Clouds Architecture Office / SEArch propuso una doble capa de hielo impresa en 3D que rodea el núcleo de un módulo de aterrizaje. [3] Dos equipos europeos fueron premiados con el segundo puesto. [57] Los contendientes exploraron muchas posibilidades para los materiales, y uno sugirió refinar por separado el hierro y la sílice del polvo marciano y usar el hierro para hacer un entramado relleno con paneles de sílice. [59] Hubo 30 finalistas seleccionados de un grupo inicial de 165 entradas en el desafío del hábitat. [60] El ganador del segundo lugar propuso que los robots de impresión construyeran un escudo con materiales in situ alrededor de módulos inflables. [61]
Otros proyectos de la NASA que han desarrollado hábitats superficiales extraterrestres son el desafío X-Hab y el Proyecto de Sistemas de Habitabilidad. [62] [63]
La Casa Sfero de Fabulous, también contendiente en el programa 3D Mars Habitat, presentaba niveles sobre y debajo del suelo. [64] La ubicación propuesta fue el cráter Gale (famoso por el rover Curiosity) con un enfoque en el uso de hierro y agua in situ, que con suerte estarían disponibles allí. [64] Tiene un diseño esférico de doble pared lleno de agua para mantener la mayor presión del hábitat de Marte pero ayudar a proteger contra la radiación. [64]
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 la sinterización por separación selectiva, un proceso de impresión 3D que utiliza materiales similares al polvo que se encuentran en Marte". [65]
En 2016, la NASA Langley mostró el Mars Ice Home, que utilizó agua in situ para crear una estructura de hielo conceptualmente similar a un iglú , como parte del diseño de un hábitat en Marte. [67]
En junio de 2018, la NASA seleccionó a los diez finalistas de la Fase 3: Nivel 1 del Desafío de Hábitat Impreso en 3D. [68]
Fase 3: Ganadores del nivel 1: [68]
En mayo de 2019, la NASA anunció que el ganador principal del Desafío de Hábitat Impreso en 3D fue de AI SpaceFactory, con una propuesta llamada "Marsha", y también se entregaron otros premios. [69] En el desafío final, los concursantes tuvieron 30 horas para construir modelos a escala 1/3 utilizando tecnología de construcción robótica. [69]
Las misiones simuladas a Marte o misiones análogas a Marte suelen construir hábitats terrestres en la Tierra y llevar a cabo misiones simuladas, tomando medidas para resolver algunos de los problemas que podrían enfrentarse en Marte. [70] Un ejemplo de esto fue la misión original de Biosphere 2 , que tenía como objetivo probar sistemas ecológicos cerrados para apoyar y mantener la vida humana en el espacio exterior. [71] Biosphere 2 puso a prueba a varias personas que vivían en un sistema biológico de circuito cerrado, con varias áreas de apoyo biológico que incluían selva tropical, sabana, océano, desierto, pantano, agricultura y un espacio habitable. [72]
Un ejemplo de misión de comparación analógica de Marte es HI-SEAS de la década de 2010. Otros estudios analógicos de Marte incluyen la Estación de Investigación del Desierto de Marte y la Expedición Svalbard analógica de Marte del Ártico .
La ISS también ha sido descrita como un predecesor de la expedición a Marte, y en relación con el hábitat de Marte se destacó la importancia del estudio y la naturaleza de la operación de un sistema cerrado. [73]
A aproximadamente 28 millas (45 km, 150 mil pies) de altitud de la Tierra, la presión comienza a ser equivalente a la presión de la superficie de Marte. [23]
Un ejemplo de simulador de regolito es el simulador de regolito marciano (más información sobre análogos de Marte Lista de análogos de Marte )
Un ejemplo de concepto que es o está en apoyo del hábitat es un biodomo de Marte, una estructura que podría albergar vida que genere el oxígeno y los alimentos necesarios para los humanos. [74] 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 . [74] Algunos problemas con los biodomos son la velocidad a la que se filtra el gas y el nivel de oxígeno y otros gases en su interior. [72]
Una pregunta para los Biodomos es hasta qué punto se podría reducir la presión para que las plantas siguieran siendo útiles. [14] En un estudio en el que se redujo la presión del aire a 1/10 de la presión del aire de la Tierra en la superficie, las plantas tuvieron una mayor tasa de evaporación de 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 un cultivo que la NASA probó que crecía a menor presión es la lechuga, y en otra prueba se cultivaron judías verdes a una presión de aire estándar, pero en una órbita terrestre baja dentro de la Estación Espacial Internacional. [75]
El DLR descubrió que algunos líquenes y bacterias podrían sobrevivir en condiciones marcianas simuladas, incluida la composición del aire, la presión y el espectro de radiación solar. [76] Los organismos de la Tierra sobrevivieron durante más de 30 días en las condiciones de Marte y, si bien no se sabía si sobrevivirían más allá de esto, se observó que parecían estar realizando la fotosíntesis en esas condiciones. [76]
Para convertir la totalidad de Marte en un biodomo directamente, los científicos han sugerido la cianobacteria Chroococcidiopsis . [77] Esto ayudaría a convertir el regolito en suelo creando un elemento orgánico. [77] Se sabe que esta bacteria sobrevive en condiciones extremadamente frías y secas en la Tierra, por lo que podría proporcionar una base para la bioingeniería de Marte para convertirlo en un lugar más habitable. [77] A medida que las bacterias se reproducen, las muertas crearían una capa orgánica en el regolito, lo que potencialmente allanaría el camino para una vida más avanzada. [77]
Un estudio publicado en 2016 mostró que los hongos criptoendolíticos sobrevivieron durante 18 meses en condiciones simuladas de Marte. [78] [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 que se fija, e incluye especies populares para el consumo humano, como el maíz y la caña de azúcar ; ciertos tipos de plantas pueden ser más productivas en la producción de alimentos para una determinada cantidad de luz. [81] Las plantas conocidas por colonizar el paisaje árido después de la erupción del Monte Santa Helena incluyeron Asteraceae y Epilobium , y especialmente Lupinus lepidus por su capacidad (simbiótica) para fijar su propio nitrógeno. [82] Las bacterias Rhizobia son capaces de fijar nitrógeno .
La utilización de recursos in situ implica el uso de materiales encontrados en Marte para producir los materiales necesarios. Una idea para sustentar un hábitat marciano es extraer agua subterránea, que, con suficiente energía, podría luego 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 fabricar plásticos o metano para combustible de cohetes. [84] También se ha sugerido el hierro como material de construcción para hábitats marcianos impresos en 3D. [64]
En la década de 2010, apareció en los diseños la idea de utilizar agua in situ para construir un escudo de hielo que protegiera de la radiación, la temperatura, etc. [67]
Una planta de procesamiento de materiales utilizaría los recursos de Marte para reducir la dependencia del material provisto por la Tierra. [85]
La misión planificada Mars 2020 incluye el Experimento ISRU de Oxígeno de Marte (MOXIE), que convertiría el dióxido de carbono de Marte en oxígeno.
Para convertir todo Marte en un hábitat, se podría aumentar la cantidad de aire mediante la vaporización de materiales del planeta. [83] Con el tiempo, podrían establecerse líquenes y musgos, y luego, eventualmente, pinos. [83]
Existe una teoría para fabricar combustible para cohetes en Marte, mediante el proceso Sabatier . [83] En este proceso se utilizan hidrógeno y dióxido de carbono para producir metano y agua. [83] En el siguiente paso, el agua se divide en hidrógeno y oxígeno, y el oxígeno y el metano se utilizan para un motor de cohete de metano-oxígeno, y el hidrógeno podría reutilizarse. [83] Este proceso requiere un gran aporte de energía, por lo que se necesitaría una fuente de energía adecuada además de los reactivos. [83]