Klassieke sciencefictionverhalen over Mars bevatten vaak marsmannetjes met een bril die de aarde binnenvallen vanwege zijn kostbare bronnen. Maar de realiteit is dat in de komende twintig jaar - met alle technische en budgettaire beperkingen - alleen mensen de Rode Planeet zullen binnenvallen. Dit jaar heeft NASA zijn nieuwste plan onthuld om 300 miljoen kilometer vanaf de zon naar de vierde planeet te springen. De strategie voorziet in de oprichting van een maanstation in de baan van de maan, dat zal dienen als tussenpunt voor langeafstandsvluchten naar Mars. De bemande buitenpost van de Deep Space Gateway zal dienen als lanceerplatform voor Deep Space Transport, een versie van de Enterprise van het ruimteagentschap.
Tegen het begin van de jaren 2030 heeft een astronaut mogelijk het eerste menselijke spoor sinds 1969 op een ander hemellichaam achtergelaten. Hij of zij heeft slimme snufjes nodig die het mogelijk maken om op een koude, onherbergzame planeet te leven, ver, ver van de dichtstbijzijnde plaats die je 'thuis' zou kunnen noemen.
Water, overal water
Het feit dat er water op Mars is, verbaast niemand meer. Oppervlaktestromen op de Rode Planeet, die periodiek lekken, doen wetenschappers geloven dat er inderdaad vloeibaar water zou moeten plaatsvinden. NASA kondigde vorig jaar aan dat het ook een enorm reservoir met ijs had ontdekt dat bevroren was onder het vaste oppervlak van de planeet.
Het is echter onwaarschijnlijk dat vroege reizigers naar Mars gemakkelijk toegang hebben tot deze waterbronnen, of het zal te duur zijn om er toegang toe te krijgen. In plaats daarvan kunnen toekomstige astronauten een soort watervanger gebruiken die is ontwikkeld door wetenschappers van de University of California, Berkeley.
Dit apparaat op zonne-energie gebruikt een speciaal metaal-organisch raamwerk (MOF) om water uit de lucht te halen bij een luchtvochtigheid van minimaal 20 procent. Een studie over dit onderwerp werd vorige maand gepubliceerd in het tijdschrift Science.
Promotie video:
Met dit prototype was het mogelijk om in 12 uur tijd ongeveer drie liter water uit de lucht te halen met slechts een kilogram MOF. Het frame combineert metalen zoals magnesium met organische moleculen die uitgelijnd zijn in stijve, poreuze vezels om gassen en vloeistoffen op te slaan.
"Als de relatieve vochtigheid op Mars ongeveer 20 procent of meer is, begrijp ik niet waarom dit apparaat daar niet kan werken", zegt Omar Yagi, de co-auteur van het werk dat MOF 20 jaar geleden voor het eerst heeft uitgevonden.
Hoewel een watervanger wonderbaarlijk nuttig zou zijn op droge plaatsen op aarde, zal zo'n apparaat werken op volledig droge Mars, waar ondanks woestijnomstandigheden de relatieve vochtigheid 's nachts 80-100% kan bereiken - wat meer dan genoeg is om water uit de atmosfeer te zuigen.
Het team van Yagi werkt al aan een goedkopere en efficiëntere MOF voor waterdampsorptie. “Het is slechts een kwestie van tijd voordat deze technologie economisch concurrerend wordt. Dit is een belangrijke stap op weg naar de toekomst van watervoorziening, ik noem het "persoonlijk water".
Beschaving stempel
Tegenwoordig kunnen we alles 3D-printen - zelfs werkende eierstokken. De mogelijkheid om gereedschappen en onderdelen te produceren, zal zeker de Martiaanse kolonisten helpen die niet alles in één keer mee kunnen nemen.
Onlangs heeft een team van de Northwestern University aangetoond dat het in staat is 3D-structuren te printen met Mars- en maanstof. Om precies te zijn, geen echt stof, maar een door NASA goedgekeurde imitator van dezelfde grootte en vorm. De onderzoekers, onder leiding van Ramil Shah, hebben een zogenaamd 3D-schilderproces gebruikt, waarbij nieuwe inkten worden gebruikt die haar laboratorium eerder had gebruikt om dingen als grafeen en koolstofnanobuisjes te printen.
Het onderzoek is eerder dit jaar gepubliceerd in Nature Scientific Reports.
3D-geprint materiaal, dat voor 90% uit stof bestaat, is zeer flexibel en duurzaam, net als rubber. Het kan worden "gesneden, gerold, gevouwen en gevormd voordat het in 3D wordt geschilderd". Je kunt zelfs LEGO-stenen maken.
"Op plaatsen zoals andere planeten en manen met beperkte hulpbronnen, zullen mensen het beschikbare materiaal op deze planeet moeten gebruiken om te leven", zegt Shah, een assistent-professor aan de McCormick School of Engineering. "Onze 3D-inkten bieden echt de mogelijkheid om een verscheidenheid aan functionele of structurele objecten af te drukken om leefgebieden buiten de aarde te creëren."
Een thuis weg van huis
NASA ontwikkelt een eigen oplossing voor huisvesting op de Rode Planeet. Dit is een iglo.
Technisch gezien is het "Martian Ice House" een grote, opblaasbare buisvormige structuur die materialen bevat die van de planeet zijn verzameld en in een ijslaag zijn omsloten.
Het idee achter de opblaasbare structuur is dat deze gemakkelijk te vervoeren is. Waarom ijs? Water biedt een uitstekende bescherming tegen straling, en dit is een van de grootste gevaren waarmee mensen in de ruimtevaart worden geconfronteerd. Langdurige blootstelling kan kanker of zelfs acute stralingsziekte veroorzaken.
Als alternatief kunnen woningen, laboratoria en andere gebouwen onder het oppervlak worden begraven, waardoor de onderzoekers worden gedwongen als holbewoners te leven. Maar Mars Ice Home biedt een beter perspectief.
"Alle materialen die we hebben gekozen, zijn doorschijnend, dus een deel van het daglicht van buiten zal naar binnen kunnen sluipen en je laten weten dat je in een huis bent en niet in een grot", zegt Kevin Kempton, hoofdonderzoeker van het Mars Ice Home-project bij NASA.
Een appel per dag
Het is onduidelijk of de sciencefiction-kaskraker The Martian de verkoop van aardappelen daadwerkelijk heeft gestimuleerd, maar wetenschappers ontwikkelen geavanceerde zelfvoorzienende plantenboerderijen die toekomstige astronauten van vers fruit en groenten zullen voorzien.
Een gezamenlijk project tussen NASA, de Universiteit van Arizona en particuliere ondernemingen is bijvoorbeeld een bioregeneratief levensondersteuningssysteem (BLSS), vertegenwoordigd door een hydrocultuur plantenkamer die geen aarde (of beter: menselijke uitwerpselen) nodig heeft om voedsel te produceren.
Een gesloten kringloopsysteem begint met voedselrijk water. Voedingswater ondersteunt het wortelstelsel van de plant. Het systeem komt zowel de plant als de mens ten goede, aangezien deze koolstofdioxide uitstoten, dat wordt opgenomen door de vegetatie. Planten produceren op hun beurt zuurstof door middel van fotosynthese.
“Ons eerste grote project startte in 2004. We hebben een voedselkweekkamer ontworpen en gebouwd op de Zuidpool (Antarctica). Het is er nog steeds en werkt nog steeds”, zegt Gene Giacomelli, directeur van het Agricultural Center for Managed Environments en voormalig hoofdonderzoeker van het BLSS-project.
BLSS was te zien in Biosphere 2, een gesloten ecologisch systeem dat eigendom is van en wordt beheerd door Australiërs.
Uitdagingen die komen
Er is duidelijk nog veel werk aan de winkel voordat astronauten heerlijke rode appels gaan kweken op de Rode Planeet. NASA en zijn commerciële partners ontwikkelen nog steeds raketten van de volgende generatie die alle zware operaties van toekomstige missies aankunnen. Er zijn andere projecten gaande om modules voor bewoning in de diepe ruimte te creëren die mensen naar Mars zullen brengen.
Er blijven ernstige obstakels. Bijvoorbeeld het probleem van straling. Door ESA gefinancierde wetenschappers hebben onlangs een apparaat aangekondigd dat ruimtestraling simuleert om bedreigingen te bestuderen en oplossingen te ontwikkelen om de effecten ervan op mensen en apparatuur te verzachten. Momenteel richt de lucht- en ruimtevaartgeneeskunde zich op de studie van hoe mensen gezond en veerkrachtig blijven in de verre ruimte.
Er is ook de kwestie van weg zijn van huis. Zijn mensen sterk genoeg om zo'n lange reis te overleven? Er wordt ook onderzoek gedaan naar dit onderwerp in Antarctische omstandigheden.
Dit jaar is het 60 jaar geleden dat het ruimtetijdperk begon, toen Rusland voor het eerst een ruimtesatelliet lanceerde. Binnen een eeuw vanaf dit omslagpunt naar Mars komen, zal een historisch moment zijn dat een nieuwe toekomst voor de mensheid inluidt.
ILYA KHEL