Klassiska science fiction-berättelser om Mars har ofta presenterat skyddsglasögon marsianer som invaderar jorden för sina värdefulla resurser. Men verkligheten är att det under de närmaste tjugo åren - med alla tekniska och budgetmässiga begränsningar - är människor som kommer att vara de enda som invaderar Röda planeten. I år presenterade NASA sin senaste plan för att hoppa 300 miljoner kilometer till den fjärde planeten från solen. Strategin förutser skapandet av en månstation i Månens omlopp, som kommer att fungera som en mellanliggande punkt för långdistansflygningar till Mars. Den bemannade utposten Deep Space Gateway kommer att fungera som en startplatta för Deep Space Transport, en version av rymdorganisationens Enterprise.
I början av 2030-talet kan en astronaut ha lämnat det första mänskliga spåret efter ett annat himmelskt objekt sedan 1969. Han eller hon behöver smarta prylar som gör det möjligt att leva på en kall, ogästvänlig planet långt, långt från närmaste plats som kan kallas "hem".
Vatten, vatten överallt
Det faktum att det finns vatten på Mars överraskar inte längre någon. Ytströmmar på den röda planeten, som regelbundet läcker, får forskare att tro att flytande vatten verkligen borde äga rum. NASA tillkännagav förra året att man också hade upptäckt en enorm isbehållare fryst under planetens fasta yta.
Det är dock osannolikt att tidiga resenärer till Mars har lätt tillgång till dessa vattenkällor, eller det blir för dyrt att komma åt dem. Istället kan framtida astronauter använda en typ av vattenfångare som utvecklats av forskare vid University of California, Berkeley.
Denna soldrivna enhet använder en speciell metallorganisk ram (MOF) för att dra ut vatten ur luften under förhållanden med minst 20 procent luftfuktighet. En studie om detta ämne publicerades förra månaden i tidskriften Science.
Kampanjvideo:
Med denna prototyp var det möjligt att samla in cirka tre liter vatten från luften på 12 timmar med bara ett kilo MOF. Ramen kombinerar metaller som magnesium med organiska molekyler som raderas i styva, porösa fibrer för att lagra gaser och vätskor.
"Om den relativa luftfuktigheten på Mars är cirka 20 procent eller mer förstår jag inte varför den här enheten inte kan fungera där", säger Omar Yagi, medförfattare till verket som först uppfann MOF för 20 år sedan.
Medan en vattenfångare skulle vara underbart användbar på torra platser på jorden, kommer en sådan anordning att fungera på helt torr Mars, där den relativa luftfuktigheten, trots ökenförhållandena, kan nå 80-100% på natten - vilket är mer än tillräckligt för att suga vatten ur atmosfären.
Yagis team arbetar redan på en billigare och effektivare MOF för vattenångssorption.”Det är bara en tidsfråga innan denna teknik blir ekonomiskt konkurrenskraftig. Detta är ett viktigt steg mot framtiden för vattenförsörjningen, jag kallar det "personligt vatten".
Civilisationsstämpel
Dessa dagar kan vi 3D-skriva ut vad som helst - även fungerande äggstockar. Förmågan att producera verktyg och delar kommer definitivt att hjälpa marsiska kolonister som inte kan ta allt med sig på en gång.
Nyligen visade ett team från Northwestern University förmågan att skriva ut 3D-strukturer med Mars- och måndamm. Mer exakt, inte riktigt damm, utan en NASA-godkänd imitatör av samma storlek och form. Forskarna, ledda av Ramil Shah, har använt en så kallad 3D-målningsprocess, som använder nya bläck som hennes laboratorium tidigare använt för att skriva ut saker som grafen och kolnanorör.
Studien publicerades tidigare i år i Nature Scientific Reports.
Bestående av 90 viktprocent damm är 3D-tryckt material mycket flexibelt och hållbart som gummi. Den kan "klippas, rullas, vikas och formas före 3D-målning." Du kan till och med göra LEGO-tegelstenar.
"På platser som andra planeter och månar med begränsade resurser måste människor använda det som finns tillgängligt på denna planet för att leva", säger Shah, biträdande professor vid McCormick School of Engineering. "Våra 3D-bläck öppnar verkligen möjligheten att skriva ut en mängd olika funktionella eller strukturella föremål för att skapa livsmiljöer bortom jorden."
Ett hem hemifrån
NASA utvecklar sin egen lösning för bostäder på den röda planeten. Det här är en iglo.
Tekniskt sett är "Martian Ice House" en stor, uppblåsbar rörformad struktur som kommer att inkludera material som samlats in från planeten och inneslutna i ett isskal.
Tanken bakom den uppblåsbara strukturen är att den är lätt att transportera. Varför is? Vatten ger utmärkt skydd mot strålning, och detta är en av de största farorna som människor står inför i rymdresor. Långvarig exponering kan orsaka cancer eller till och med akut strålningssjukdom.
Alternativt kan bostäder, laboratorier och andra byggnader begravas under ytan, vilket tvingar forskarna att leva som troglodyter. Men Mars Ice Home erbjuder ett bättre perspektiv.
"Allt material vi har valt är genomskinligt, så en del av dagsljuset från utsidan kommer att kunna tränga in och låta dig veta att du är i ett hus och inte i en grotta", säger Kevin Kempton, huvudutredare för Mars Ice Home-projektet på NASA.
Ett äpple om dagen
Det är oklart om sci-fi-blockbuster The Martian faktiskt ökade potatisförsäljningen, men forskare utvecklar sofistikerade självbärande växtodlingar som kommer att ge framtida astronauter färsk frukt och grönsaker.
Till exempel är ett gemensamt projekt mellan NASA, University of Arizona och privata företag ett bioregenerativt livsstödssystem (BLSS), representerat av en hydroponisk växtkammare som inte behöver jord (eller, ännu bättre, mänsklig avföring) för att producera mat.
Ett system med sluten slinga börjar med näringsrikt vatten. Näringsvatten stöder växtrotsystemet. Systemet gynnar både växter och människor samtidigt, eftersom den senare avger koldioxid som absorberas av vegetationen. Växter producerar i sin tur syre genom fotosyntes.
”Vårt första stora projekt startade 2004. Vi har designat och byggt en matodlingskammare vid Sydpolen (Antarktis). Den är fortfarande kvar och fungerar fortfarande, säger Jean Giacomelli, chef för Agricultural Center for Managed Environments och tidigare huvudutredare för BLSS-projektet.
BLSS presenterades i Biosphere 2, ett slutet ekologiskt system som ägs och drivs av australierna.
Utmaningar framåt
Uppenbarligen finns det fortfarande mycket arbete att göra innan astronauter börjar odla läckra röda äpplen på den röda planeten. NASA och dess kommersiella partner utvecklar fortfarande nästa generations raketer som kommer att hantera alla tunga operationer i framtida uppdrag. Andra projekt pågår för att skapa bostadsmoduler i rymden som tar människor till Mars.
Allvarliga hinder kvarstår. Till exempel problemet med strålning. ESA-finansierade forskare tillkännagav nyligen en enhet som simulerar rymdstrålning för att studera hot och utveckla lösningar för att mildra dess effekter på människor och utrustning. För närvarande fokuserar flygmedicin på studien av hur människor håller sig friska och motståndskraftiga i rymden.
Det är också frågan om att vara hemifrån. Är människor starka nog för att överleva en så lång resa? Forskning bedrivs också om detta ämne under antarktiska förhållanden.
I år är det 60-årsjubileet för rymdåldern, då Ryssland först lanserade en rymdsatellit. Att komma till Mars på mindre än ett sekel från denna tipppunkt kommer att bli ett historiskt ögonblick som kommer att inleda en ny framtid för mänskligheten.
ILYA KHEL
