إذا ومتى قررنا الذهاب إلى المريخ (والبقاء هناك) ، سيواجه المستوطنون المريخون بعض التحديات الخطيرة. أولاً ، الكوكب بارد جدًا مقارنة بالأرض ، حيث يبلغ متوسطه حوالي -63 درجة مئوية (-82 درجة فهرنهايت) ، وهو ما يعادل ليلة باردة في أنتاركتيكا. علاوة على ذلك ، هناك جو رقيق بشكل لا يصدق غير قابل للإنسان والبشر. أضف إلى ذلك الإشعاع ، وستبدأ في معرفة سبب صعوبة توطين المريخ.
ولكن كما يقول المثل ، الضرورة هي أم الاختراع. ولتحفيز عملية الاختراع ، دخلت وكالة ناسا في شراكة مع جامعة برادلي في بيوريا لإطلاق مسابقة تحدي الموائل المئوية للطباعة ثلاثية الأبعاد. كجزء من التحديات المئوية لوكالة ناسا ، والتي ترعاها إدارة مهمة تكنولوجيا الفضاء ، منحت هذه المسابقة مؤخرًا 100 ألف دولار من أموال الجائزة لخمسة فرق لمفاهيم التصميم الخاصة بهم.
تم إطلاق وكالة NASA Centennial Challenge في عام 2005 لإشراك الجمهور مباشرةً ، وإنتاج تطبيقات ثورية لتحديات استكشاف الفضاء. يقدم البرنامج جوائز تحفيزية لتحفيز الابتكار في البحوث الأساسية والتطبيقية ، وتطوير التكنولوجيا ، وعرض النموذج الأولي. لإدارة المسابقة ، شاركت جامعة برادلي أيضًا مع الجهات الراعية Caterpillar و Bechtel و Brick & Mortar Ventures.
بالنسبة للمنافسة ، تم تكليف المشاركين بإنشاء عروض رقمية للخصائص المادية والوظيفية لموئل المريخ باستخدام أدوات البرمجيات المتخصصة. منحت لجنة من وكالة ناسا ، وخبراء أكاديميين وخبراء في الصناعة نقاط الفريق بناءً على معايير مختلفة ، والتي حددت مقدار الجائزة المالية التي حصل عليها كل فريق فائز. تم اختيار 5 فرق من أصل 18 مشاركة من جميع أنحاء العالم.
من أجل مقدار الجوائز التي حصلوا عليها ، كانت الفرق الفائزة:
- فريق Zopherus من روجرز ، أركنساس - 20،957.95 دولار
- AI. مصنع الفضاء في نيويورك - 957.24 20 دولارًا
- كان ياتس جاكسون ، ميسيسيبي - 20،622.74 دولار
- SEArch + / أبيس كور في نيويورك - 19580.97 دولارًا
- جامعة نورث وسترن إيفانستون ، إلينوي - 17،881.10 دولارًا
تؤكد مسابقة التصميم على جميع التحديات التي ينطوي عليها بناء موطن داعم للحياة على كوكب المريخ ، والذي يتضمن المسافات الهائلة التي تنطوي عليها والاختلافات في الغلاف الجوي والمناظر الطبيعية. باختصار ، احتاجت الفرق إلى إنشاء موائل معزولة ومحكمة الهواء ويمكن بناؤها أيضًا باستخدام مواد محلية (تُعرف أيضًا باسم استخدام الموارد في الموقع).
بدأت المسابقة في عام 2014 وتم تنظيمها على ثلاث مراحل. بالنسبة للمرحلة الأولى ، مسابقة التصميم (التي اكتملت في عام 2015 بمحفظة جائزة بقيمة 50،000 دولار أمريكي) ، كان مطلوبًا من الفرق تقديم عرض موطنهم المقترح. ركزت المرحلة الثانية ، مسابقة الأعضاء الهيكلية ، على تقنيات المواد والفرق المطلوبة لإنشاء مكونات هيكلية. تم الانتهاء من هذه المرحلة في عام 2017 بمحفظة تبلغ قيمتها 1.1 مليون دولار.
بالنسبة للمرحلة 3 ، كانت مسابقة الموئل في الموقع - وهي المرحلة الحالية من المسابقة - تم تكليف المنافسين بإصدارات مصغرة فرعية من موائلهم. تحتوي هذه المرحلة على خمسة مستويات من المنافسة ، والتي تتكون من مستويين افتراضيين وثلاثة مستويات بناء. بالنسبة للأول ، تم تكليف الفرق باستخدام برنامج نمذجة معلومات البناء (BIM) لتصميم موطن يجمع بين جميع المتطلبات الهيكلية والأنظمة التي يجب أن تحتوي عليها.
بالنسبة لمستويات البناء ، سيُطلب من الفرق تصنيع عناصر مطبوعة ثلاثية الأبعاد للموطن بشكل مستقل ، وبلغت ذروتها بموطن مطبوع بمقياس الثلث للمستوى النهائي. في نهاية هذه المرحلة ، سيتم منح الفرق جوائز مالية من مال 2 مليون دولار. كما قال مونسي رومان ، مدير برنامج وكالة ناسا للتحديات المئوية في بيان صحفي لوكالة ناسا:
"يسعدنا أن نرى نجاح هذه المجموعة المتنوعة من الفرق التي اقتربت من هذه المنافسة بأسلوبها الفريد. إنهم لا يقومون فقط بتصميم الهياكل ، إنهم يصممون موائل تسمح لمستكشفينا للعيش والعمل على الكواكب الأخرى. نحن متحمسون لرؤية تصاميمهم تنبض بالحياة مع تقدم المنافسة. "
تضمنت المشاركات الفائزة مفهوم فريق Zorphues عن موطن معياري مستوحى من الهياكل البيولوجية هنا على الأرض. تبدأ عملية البناء بوصول مركبة أرضية (وهي أيضًا مصنع طباعة متنقل) إلى السطح ومسح البيئة للبحث عن "منطقة طباعة" جيدة. ثم تمشي فوق هذه المنطقة وتنشر روفرز لجمع المواد ، ثم تغلق على الأرض لتوفير بيئة طباعة مضغوطة.
يتم بعد ذلك تجميع الوحدة الرئيسية باستخدام مكونات مسبقة الصنع (مثل أقفال الهواء ، والنوافذ ، والتحكم الجوي ، والمراحيض ، والأحواض ، وما إلى ذلك) ، ويتم طباعة الهيكل حولها. ثم توجه الطابعة نفسها إلى مكان مجاور ، وتطبع وحدة أخرى باستخدام نفس الطريقة. بمرور الوقت ، يرتبط عدد من الموائل بالوحدة الرئيسية التي توفر مساحات للمعيشة والترفيه وإنتاج الطعام والدراسات العلمية والأنشطة الأخرى.
بالنسبة لمفهومهم ، اختار فريق المركز الثاني (Team AI. SpaceFactory) أسطوانة ذات اتجاه رأسي لتكون الشكل الأكثر كفاءة لموطنهم في مارشا. وفقًا للفريق ، هذا التصميم ليس فقط بيئة الضغط المثالية ، ولكنه يزيد أيضًا من مساحة المساحة القابلة للاستخدام ، ويسمح بتقسيم الهيكل عموديًا على أساس الأنشطة ، وهو مناسب تمامًا للطباعة ثلاثية الأبعاد ويستهلك أقل مساحة السطح.
صمم الفريق أيضًا موطنه للتعامل مع التغيرات في درجات الحرارة على كوكب المريخ ، والتي تعتبر كبيرة. كان حلهم هو تصميم الهيكل بأكمله كصدفة ذات حواف تتحرك على المحامل المنزلقة في أساسها استجابة لتغيرات درجة الحرارة. كما أن الهيكل عبارة عن قشرة مزدوجة ، حيث تكون القشرة الخارجية (الضغط) منفصلة عن الموئل الداخلي بالكامل. هذا يحسن تدفق الهواء ويسمح للضوء بالمرور إلى الموطن بأكمله.
التالي هو موطن خان ييتس ، الذي صممه الفريق ليكون مناسبًا بشكل خاص لتحمل العواصف الترابية والمناخات القاسية على الكوكب الأحمر. تتكون هذه القبة الشبيهة بالشعاب المرجانية من مركبة إنزال تقع في المنطقة الاستوائية ، ثم تطبع طبقة الأساس والقدم باستخدام المواد المحلية. ثم ينتقل ذراع الطباعة رأسيًا لبدء طباعة القشرة والأرضيات.
القشرة الخارجية مرصعة بنوافذ تسمح ببيئة مضاءة جيدًا ، والقشرة الخارجية منفصلة عن القلب ، وشكل الهيكل مصمم لضمان تدفق العواصف الترابية حول الهيكل. في المركز الرابع كان SEarsch + / Apis Cor’s Mars X house ، موطنًا مصممًا لتوفير أقصى قدر من الحماية من الإشعاع مع ضمان الإضاءة الطبيعية والتواصل مع المناظر الطبيعية المريخية.
تم بناء الموطن بواسطة طابعات روبوتية متنقلة ، يتم نشرها من Hercules Single-stage Reusable Lander. التصميم مستوحى من الهندسة المعمارية الاسكندنافية ، ويستخدم "المجارف الخفيفة" وفتحات العرض على مستوى الأرض لضمان دخول ضوء الشمس في خطوط العرض الشمالية إلى الداخل. تحتوي القذيفتان الخارجيتان (والمتداخلتان) على مناطق المعيشة ، والتي تتكون من مكانين قابل للنفخ مع CO شفاف2 تضخم جيوب النافذة.
ذهب المركز الخامس إلى الفريق من جامعة نورث وسترن من أجل موطنهم المريخي 3Design ، والذي يتكون من غلاف داخلي مغلق مغلق وقبة مكافئة خارجية. وفقًا للفريق ، يوفر هذا الموطن الحماية من عناصر المريخ من خلال ثلاث ميزات تصميم. الأول هو الشكل الداخلي للهيكل ، والذي يتكون من أساس دائري ، وأوعية ضغط قابلة للنفخ تعمل كمنطقة المعيشة الرئيسية ، والقشرة الخارجية.
الميزة الثانية هي نظام الدخول ، الذي يمتد من نهايات متقابلة من الهيكل ويعمل كمداخل ومخارج ويمكن أن يوفر تقاطعات مع القرون المستقبلية. السمة الثالثة هي العوارض المتقاطعة التي هي العمود الفقري الهيكلي للقبة والتي تم تحسينها لتحميل الضغط تحت جاذبية المريخ والظروف الجوية ، وتوفر حماية مستمرة من الإشعاع والعناصر.
يعتمد التصميم الداخلي على موئل ناسا هاواي لاستكشاف الفضاء التناظري والمحاكاة (HI-SEAS) ، وهو مقسم بين "المناطق الرطبة" و "المناطق الجافة". يتم وضع هذه المناطق على جانبي الموطن لتحسين استخدام الموارد من خلال التركيز فيها على جانب واحد (بدلاً من تشغيلها في جميع أنحاء هذا الموطن) ، كما يتم تقسيم المساحة بواسطة جدار مركزي قابل للسحب يفصل الداخل إلى المناطق العامة والخاصة.
تجسد هذه المفاهيم معًا أهداف التحدي المئوي للطباعة ثلاثية الأبعاد ، وهو تسخير مواهب المخترعين المواطنين لتطوير التقنيات اللازمة لبناء ملاجئ مستدامة تسمح للبشر في يوم من الأيام بالعيش على القمر والمريخ وما بعده . وكما قال ليكس أكرز ، عميد كلية كاتربيلر للهندسة والتكنولوجيا في جامعة برادلي ، عن المسابقة:
"نحن نشجع مجموعة واسعة من الأشخاص على ابتكار تصميمات مبتكرة لكيفية تصورهم لموطن على كوكب المريخ. تسمح المستويات الافتراضية لفرق من المدارس الثانوية والجامعات والشركات التي قد لا تتمكن من الوصول إلى الطابعات ثلاثية الأبعاد الكبيرة أن تظل جزءًا من المنافسة لأنها يمكن أن تتعاون مع أولئك الذين لديهم حق الوصول إلى هذه الآلات للمستوى النهائي من المسابقة . "
واستمرارًا لتقليد جوائز Centennial Awards ، تسعى وكالة ناسا إلى المشاركة العامة في هذه المسابقة لتعزيز الاهتمام باستكشاف الفضاء ومعالجة التحديات المستقبلية. كما تسعى إلى الاستفادة من التقنيات الجديدة من أجل حل العديد من المشاكل الهندسية والتقنية واللوجستية التي تقدمها الرحلات الفضائية. في يوم من الأيام ، إذا كان البشر يعيشون على القمر والمريخ ومواقع أخرى في النظام الشمسي ، فإن الموائل التي يسمونها الوطن يمكن أن تكون عمل الطلاب والمخترعين المواطنين وعشاق الفضاء.
لمزيد من المعلومات حول تحدي الموائل المسدودة ثلاثية الأبعاد ، راجع صفحة الويب الخاصة بالمنافسة.
