EPFL-forskare har kartlagt de steg som krävs för att bygga en självförsörjande forskningsbas på Mars som skulle vara beboelig på lång sikt. Deras arbete kan hjälpa forskare att prioritera rymdprogram som utforskar Mars såväl som solsystemet som helhet.

Om det någonsin fanns liv på Mars, dess spår finns med största sannolikhet vid planetens poler. Eller mer specifikt, i sina polära skiktade avlagringar, som är lager av is och damm som har byggts upp under tusentals år. Så, enligt ett team av EPFL-forskare, polerna skulle vara den mest logiska platsen att upprätta en forskningsbas och, potentiellt, kolonier. Detta team har kartlagt en steg-för-steg-strategi tillsammans med den nödvändiga tekniken för att bygga en forskningsbas på Mars som skulle vara självförsörjande och som skulle kunna rymma en långsiktig bemannad närvaro. Resultaten av deras arbete kommer snart att publiceras i Acta Astronautica och presenteras idag på Entretiens Internationaux du Tourisme du Futur-konferensen i Vixouze, Frankrike.

"Polerna kan innebära fler utmaningar i början, men de är den bästa platsen på lång sikt eftersom de hyser naturresurser som vi kanske kan använda, "säger Anne-Marlene Rüede, huvudförfattare till studien och en student som undervisar i rymdteknik vid EPFL:s Space Engineering Center (eSpace). Och även om forskarna tänker långt in i framtiden – kolonier som skulle utvecklas under flera generationer – gick de fortfarande in i detalj i sin design. "Vi ville utveckla en strategi baserad på teknologier som har valts ut i enlighet med detta och skissera ett testscenario så att 20 år från nu, astronauter kommer att kunna utföra den här typen av rymduppdrag, " tillägger hon.

Först basen, sedan besättningen

EPFL-forskarnas strategi innebär att man skickar ett besättning på sex personer till Mars nordpol under polarsommaren, att dra fördel av de 288 dagarna av kontinuerligt ljus, och sedan återlämna dem säkert till jorden. Den första nya delen av deras strategi är att den skulle ske i två faser. Först, robotar skulle skickas upp för att bygga ett minimalt boyta för besättningen och för att testa de naturresurser som finns på plats. Därefter skulle besättningen föras in. Detta tillvägagångssätt skulle minimera den nyttolast som rymdfärjor skulle behöva bära och göra uppdraget så säkert som möjligt för besättningsmedlemmarna. Dock, Ingenjörer har ännu inte utvecklat raketer som kan hantera 110 ton utrustning.

Så att forskningsbasen kan upprätthålla en bemannad närvaro i nio månader – och så småningom ännu längre – är planen att maximalt utnyttja de naturresurser som finns på Mars, först och främst vatten. Upptäckten av is vid polerna innebär att basen teoretiskt skulle kunna producera vatten, syre och kväve – föreningar som är nödvändiga för människors liv. Andra kemikalier i Mars luft (särskilt CO2) och jord (som kisel, järn, aluminium och svavel) kan eventuellt användas för att tillverka material som tegel, glas och plast, eller till och med bränslen som väte och metanol. Allt detta skulle göra forskningsbasen självförsörjande på lång sikt.

Men till en början, viktiga resurser som mat och energi kommer att behöva flyttas upp från jorden. Dessa kan inkludera frystorkad mat, en toriumreaktor och batterier.

En tre meter tjock igloo

Forskningsbasen skulle bestå av tre moduler:en central kärna, kapslar och en kupol. Den centrala kärnan skulle vara 12,5 meter hög och fem meter i diameter, och skulle rymma den minimala bostadsytan samt allt besättningen behövde för att leva. De tre kapslarna skulle byggas runt det minimala boytan och fungera som luftslussar mellan det utrymmet och utsidan. Robotar skulle sätta upp dessa strukturer under den första fasen av uppdraget. Kupolen skulle täcka hela basen och skulle vara gjord av polyetenfiber täckt med ett tre meter tjockt lager is – vilket skapar en slags igloo. Kupolen skulle också representera ett extra bostadsutrymme, tillhandahålla en andra barriär för att skydda besättningen mot strålning och mikrometeoroider, och hjälper till att hålla trycket konstant inuti basen.

En annan innovation i forskarnas plan är att skapa ett kransystem som skulle kretsa runt Mars och lanseras under det andra uppdraget. Detta system skulle fungera som en överföringspunkt mellan rymdfärjor som kommer upp från jorden och forskningsbasen på Mars. Ett speciellt kranfordon som designats av forskarna skulle lossa utrustning från rymdfärjor till Mars yta. "Kranbilen kunde återanvändas flera gånger och skulle drivas av bränsle som produceras på Mars. Det skulle minska den nyttolast som rymdfärjorna skulle behöva bära upp till forskningsbasen, säger Claudio Leonardi, en annan forskare involverad i studien. "Fordonets dockningssystem skulle likna det som används på den internationella rymdstationen:när en skyttel väl var dockad, fordonet skulle lossa lasten och besättningen och sätta ner dem på Mars." Det som gör deras fordonsdesign unik är att motorerna är placerade ovanför fordonets tyngdpunkt och att fordonet kan användas för sex uppdrag. Bränslet för uppstigningen skulle göras in situ och att för nedstigningen skulle komma från jorden.

"Vi skulle behöva genomföra ett första uppdrag för att prova allt för första gången. Och ju bättre det första uppdraget är genomtänkt, desto snabbare kommer vi att kunna få saker att gå och gå vidare till kolonisering, säger Anne-Marlene Rüede. I verkligheten, forskarna har inte tagit ställning till utsikterna att kolonisera Mars. Men en av de viktigaste fördelarna med denna forskning är att de system den föreställer sig skulle kunna användas för robotuppdrag i allmänhet, om Mars, månens, terrestra eller på annat sätt.