ساخت سکونتگاه در مریخ با چاپ سه بعدی: ۵ طرح منتخب ناسا

تکنولوژی هیچ حد و حصری برای پیشرفت و گسترش خود نمی‌بیند. به هر جایی که بتوان به آن فکر کرد نیز سرک می‌کشد. جای جای زمین پر است از این تکنولوژی‌هایی که زندگی ما را هر روز بیشتر از دیروز به خود وابسته می‌کنند. تکنولوژی چاپ سه بعدی از جمله روش‌های ساخت‌وساز نوین به شمار می‌رود که هر روز با پتانسیل‌های بیشتری از آن آشنا می‌شویم. اخیراً ناسا بهترین طراحی‌های سکونتگاه‌های ساخته شده با فناوری چاپ سه بعدی در مریخ را معرفی کرده است. در ادامه برای آشنایی بیشتر با این طراحی‌ها از رقابت ساخت سکونتگاه در مریخ با ما همراه باشید.

چرا فناوری چاپ سه بعدی (۳D)؟

شاید استفاده از فناوری چاپ سه بعدی روی کره زمین که دسترسی به انواع مصالح بسیار ساده و سریع است چندان توجیه پذیر نباشد اما موضوع در کره‌های دیگر مانند مریخ کاملاً متفاوت است. هیچ گونه مصالحی را در مریخ با توجه به محدودیت‌هایی که وجود دارد نمی‌توان تولید کرد و حمل‌ونقل مصالح هم بسیار پر هزینه و طولانی مدت خواهد بود. از این رو استفاده از فناوری ساخت‌وساز سه بعدی برای ساخت سکونتگاه در مریخ که در آن بتوان از خاک مرده مریخ استفاده کرد بهترین گزینه خواهد بود. سازمان هوا و فضای آمریکا یعنی ناسا در این رقابت از گروه‌های تحقیقاتی برای طراحی سکونتگاه‌هایی در سطح مریخ دعوت کرد.

بیشتر بخوانید: پرینتر سه بعدی

ساخت سکونتگاه در مریخ با استفاده از چاپ سه بعدی

ناسا در این رقابت از گروه‌های تحقیقاتی دعوت کرد تا سکونتگاه‌هایی کاملاً پایدار را به گونه‌ای با استفاده از تکنولوژی چاپ سه بعدی طراحی کنند که برای زندگی چهار فضانورد مناسب و ایمن باشد. تیم‌های تحقیقاتی در این رقابت باید راه حلی برای مشکلاتی همچون حمل‌ونقل مواد و مصالح به مریخ و شرایط متفاوت جوی موجود در این سیاره پیدا کنند. هر یک از تیم‌های شرکت کننده در این رقابت ساخت سکونت گاه باید نمونه‌ای از طرح خود را با استفاده از نرم‌افزار‌های مخصوص و با مشمول ساختن تمامی ویژگی‌های فیزیکی و کاربردی ارائه دهند.

 مدیر این برنامه مونسی رومان در این خصوص عنوان داشت که «ما بی صبرانه در انتظار طرح‌ها و موفقیت‌های تیم‌هایی هستیم که در این رقابت شرکت کرده‌اند و هر یک از آن‌ها سبک و روش منحصر به فردی را در پیش گرفته‌اند. این گروه‌ها صرفاً یک سازه را طراحی نمی‌کنند بلکه سکونتگاه‌هایی را طراحی می‌کنند که به کاوشگران فضایی ما این امکان را می‌دهد که در دیگر سیارات جهان کار و زندگی کنند.»

بیشتر بخوانید: بزرگترین ساختمان جهان با پرینت سه بعدی در دبی ساخته شد!

رقابت ساخت سکونتگاه در مریخ

این رقابت چند ساله در سال ۲۰۱۴ شروع شد و تا کنون سه مرحله مختلف را پشت سر گذاشته است. این سه مرحله به شرح زیر بوده‌اند.

مرحله اول: رقابت طراحی سکونتگاه در مریخ توسط ناسا از تیم‌های شرکت کننده خواست تا رندر‌های خود را به ثبت برسانند. این مرحله در سال ۲۰۱۵ به اتمام رسید.

مرحله دوم: رقابت المان‌های ساختاری بر تکنولوژی‌ها و مصالحی تمرکز داشت که تیم‌های شرکت کننده در این رقابت را ملزم بر استفاده از آن‌ها در ساخت المان‌های ساختاری می‌کرد. این بخش از رقابت نیز در سال ۲۰۱۷ به اتمام رسید.

مرحله سوم: رقابت ساخت درجای سکونتگاه، شرکت کنندگان در این رقابت را در ساخت سکونت‌گاه‌هایی در مقیاس کوچک به چالش می‌کشید که شامل ۵ سطح از رقابت (سه سطح ساخت و دو سطح مجازی) می‌شد. در سطح مجازی تیم‌های شرکت کننده باید از نرم‌افزار مدل‌سازی اطلاعات ساختمان استفاده کنند و سکونتگاهی را طراحی کنند که امکان وجود سازه‌ها و سیستم‌ها را فراهم می‌کرد. در سطوح ساخت‌وساز در این مرحله نیز باید با استفاده از فناوری پرینت سه بعدی نمونه طراحی خود را در مقیاس یک سوم اصلی بسازند.

در کل تعداد ۶۰ تیم از سرتاسر جهان در ‌این رقابت شرکت کردند. برای رتبه بندی شرکت کنندگان از سیستم رتبه بندی نقطه‌ای استفاده شد. ناسا در همکاری با دانشگاه ایلینویز بعد از این مراحل ۵ تیم را برنده اعلام کرد.

طرح‌های منتخب ساخت سکونتگاه در مریخ

بعد از طی سه مرحله در سال ۲۰۱۹ سازمان هوای فضای ناسا در همکاری با دانشگاه ایلینویز، ۵ طرح را به عنوان طرح‌های برتر معرفی کرد که به شرح زیر هستند.

تیم زوفروس راجرز از آرکانزاس

تیم زوفروس در این رقابت رتبه اول را به خود اختصاص داد. بر اساس طرحی ارائه شده توسط این تیم، فضاپیمای مورد نظر بعد از اسکن سطح مریخ محلی مناسب را برای فرود و شروع عملیات ساخت انتخاب می‌کند. بعد از فرود آمدن ربات‌هایی برای جمع آوری مصالح مورد نظر از سطح مریخ شروع به کار می‌کنند که در این فرآیند انسان هیچ دخالتی نخواهد داشت. فضاپیما با مهر و موم کردن فضای داخل، محیطی مناسب از نظر فشار و دما را برای کارکرد دستگاه پرینت سه بعدی (۳D) فراهم می‌کند. در مرحله بعد از دستگاه از مصالح استفاده و شروع به ساخت سکونتگاه می‌کند.

در این طرح به لطف طراحی شش گوش سکونتگاه‌ها، اتاقک‌های مختلف می‌توانند در کنار یکدیگر و چسبیده به هم قرار گیرند و یک جامعه را شکل دهند. بتن لازم برای ساخت هر یک از این سازه‌ها با استفاده از مصالح موجود در مریخ از جمله یخ، اکسید کلسیم و خاک سطح مریخ تولید می‌شود. در طراحی این سکونت‌گاه‌ها روی هر ضلع از آن پنجره‌هایی بزرگ در نظر گرفته شده است که امکان داشتن دید مناسب و استفاده از نور طبیعی خورشید را فراهم خواهد کرد. نور خورشید یک باغچه هیدروپونیک کوچک را تغذیه می‌کند که اکسیژن لازم را تولید خواهد کرد.

تیم اسپیس فکتوری از نیویورک

تیم اسپیس فکتوری نیز در رتبه دوم این رقابت قرار گرفت. طراحی این گروه دارای یک شکل قائم تخم‌مرغی شکل شاخص است که دارای یک ساختار دو لایه برای فراهم کردن فضای داخلی مناسب و مقاومت لازم در برابر شرایط محیطی پیچیده مریخ است. به مانند طراحی تیم زوفروس، طراحی این گروه نیز با استفاده از مواد و مصالح موجود در مریخ ساخته می‌شود و نیازی به حمل‌ونقل مصالح  از زمین نخواهد بود.

این تیم برای ساخت سکونتگاه از یک ماده ابتکاری ساخته شده با استفاده از فیبرهای بازالتی استخراج شده از سنگ‌های سطح مریخ و زیست پلاستیک‌های تجدید پذیر استخراج شده از گیاهانی که در سطح مریخ پرورش داده خواهند شد، استفاده کرده است. سکونت گاه طراحی شده توسط این گروه بر خلاف گروه قبلی به صورت کاملاً مستقل و جدایی از دیگر ساختارها ساخته خواهد شد.

تیم کاهن یاتس جاکسون از می‌سی سی پی

رتبه سوم نیز به تیم کاهن یاتس تعلق گرفت. طراحی این تیک به صورت سازه‌های منفرد و جداگانه است که دارای یک شکل دوک مانند و کشیده است تا اثرات ناشی از طوفان‌های شن در مریخ را به حداقل برساند. در این طرح بعد از اینکه فضاپیما به سطح مریخ می‌رسد، پوسته خارجی آن جدا می‌شود و هسته پیش ساخته آن نمایان خواهد شد. تعداد ۵ بازوی مجهز به پرینت سه بعدی از بالایی این هسته بیرون می‌آیند و شروع به ساخت فونداسیون با استفاده از مصالحی می‌کنند که در مریخ یافت می‌شود.

بعد از ساخته شدن فونداسیون، بازوها شروع به پرینت و ساخت یک پوسته بتنی می‌کنند و بعد از آن نیز نازل‌هایی ثانویه شروع به ساخت و پرینت لایه پلی اتیلن فشرده و متراکم در در طرف پوسته بتنی می‌کنند. لایه خارجی که از پلی اتیلن متراکم ساخته شده است اجازه عبور نور و ورد آن به فضای داخلی را می‌دهد.

تیم سرچ اپیس از نیویورک

تیم سرچ اپیس از نیویورک هم در جایگاه چهارم قرار گرفته است. طرحی که این تیک ارائه داده است در واقع یک سازه منحنی دو پوسته‌ای است که فضای داخلی را از شرایط مختلف جوی و اقلیمی کره مریخ حفظ می‌کند. در این طرح نیز از تکنولوژی‌های سه بعدی و با استفاده از مواد طبیعی موجود در مریخ استفاده می‌شود.

تیم دانشگاه اوانستون از ایلینویز

تیم دانشگاه ایلینویز نیز در جایگاه پنجم قرار گرفته است. یک سازه منفرد و جداگانه با بخش‌های مختلف است که همگی از داخل به یکدیگر راه دارند. ساختار این طرح کروی است که از یک گنبد پارابولیک بهره خواهد برد. این طرح نیز از فناوری چاپ سه بعدی و مصالح موجود در مریخ استفاده خواهد کرد.

برنده نهایی رقابت ساخت سکونتگاه در مریخ

بعد از اجرای سه مرحله از این رقابت سازمان هوا و فضایی ناسا اقدام به معرفی ۵ طرح برتر برای ادامه رقابت کرد. در ادامه این رقابت این طرح‌ها در مواجه به چهار مرحله از چالش‌های مختلف قرار گرفتند. بعد از تمامی این چالش‌ها تیم اسپیس فکتوری از نیویورک با توجه به شرایط مختلفی از جمله کاربردی بودن، مقاومت سازه و استفاده از مصالح طبیعی موجود در مریخ توانست رتبه اول این رقابت را در ماه می سال ۲۰۱۹ به خود اختصاص دهد.

سخن آخر

ساخت‌وساز در سیاره‌هایی همچون ماه و زمین که گزینه اول شرکت‌های فضایی هستند از بسیاری جهات متفاوت با ساخت‌وساز در زمین خواهد بود. در رقابت ساخت سکونت گاه با استفاه از تکنولوژی چاپ سه بعدی در مریخ نزدیک به ۶۰ تیم از سرتاسر جهان شرکت کردند. از این تعداد، تنها ۵ تیم به مرحله نهایی چالش‌ها راه یافتند. ناسا بر این امید است که این طرح‌ها و فناوری‌ها بتوانند آن‌چنان که باید در مریخ به کار گرفته شوند و یکی از بزرگ‌ترین مشکلات سکونت در مریخ حل شود.