В настоящее время многие космические агентства отправляют миссии на Марс для изучения окружающей среды, атмосферы и геологической истории, кажется вероятным, что полеты с экипажем не за горами. На самом деле, НАСА, и Китай ясно дали понять, что намерены отправить миссии на Марс к началу 2030-х годов, которые завершатся созданием наземной среды обитания.
В одном из последних исследований команда из Научного института космических исследований «Голубой мрамор» изучила, как различные материалы могут быть использованы для создания радиационно-защитных структур. Среди них были материалы, привезенные с Земли, и те, которые можно добыть непосредственно в марсианской среде. Это соответствует процессу применения ресурсов на месте , когда они используются для удовлетворения потребностей экипажей астронавтов и миссии.
Исследованием руководил Дионисиос Гакис, приглашенный ученый в BMSIS и выпускник физического факультета Университета Патраса (Греция). К нему присоединилась доктор Димитра Атри профессор физики Центра космических наук Нью-Йоркского университета Абу-Даби и научный руководитель Гакиса.
Марсианская радиационная среда значительно опаснее земной из-за тонкой атмосферы и отсутствия планетарного магнитного поля. На Земле люди в развитых странах получают в среднем 0,62 рад (6,2 мЗв) в год, тогда как поверхность Марса получает около 24,45 рад (244,5 мЗв) в год - и даже больше, когда происходят солнечные события (например, вспышки на Солнце).
Как рассказала д-р Атри - это излучение имеет несколько форм: «Галактические космические лучи (ГКЛ) состоят из заряженных частиц, которые в миллиард (или более) раз энергичнее видимого света. Они могут проникать через защитные экраны и наносить непоправимый ущерб человеческому организму. Кроме того, солнечные бури иногда разгоняют заряженные частицы до очень высоких энергий (солнечные энергичные частицы), которые могут нанести сравнимый ущерб. Количество радиации, исходящей от космических лучей, хорошо предсказуемо, в то время как солнечные бури предсказать очень сложно».
Для своего исследования Гакис и доктор Атри изучили свойства различных экранирующих материалов, которые можно доставить на Марс или собрать на месте. В их число входили материалы, распространенные в аэрокосмической промышленности - алюминий, полиэтилен, циклогексан, полиметилметакрилат, майлар и кевлар, а также вода, углеродное волокно, жидкий водород и марсианский реголит. Как объяснил Гакис, они оценили каждый из этих материалов с помощью численной модели GEANT4 - программного комплекса, который имитирует прохождение частиц через вещество с помощью статистических методов Монте-Карло.
Их результаты показали, что богатые водородом материалы имеют предсказуемую реакцию на ГКЛ и поэтому являются лучшей защитой от космических лучей. Они также обнаружили, что реголит имеет промежуточную реакцию и поэтому может быть использован для дополнительного экранирования - особенно в сочетании с алюминием.
Что касается алюминия и углеродного волокна, то их можно производить на месте, используя алюминий, добытый из марсианской породы, и углерод, собранный из атмосферы. Затем их можно экранировать с помощью добытого на месте водяного льда и реголита, которые роботы будут печатать в 3D-формате для создания защитной надстройки. Такие среды обитания позволят осуществлять длительные миссии далеко за пределы Земли и даже могут стать ступенькой к постоянным поселениям людей в космосе.