預(yù)計(jì)2023年6月，宇航員將正式進(jìn)入3D打印的火星模擬棲息地

導(dǎo)讀：未來(lái)在火星上定居意味著要承受較高的輻射水平、缺氧的情況、埋在極地冰蓋下的冰凍水以及暴跌至 -220 華氏度的寒冷天氣等。由于新的地外環(huán)境意味著完全不同的生活方式，美國(guó)宇航局希望研究在人類到達(dá)火星之前（不早于 2033 年），宇航員首先能夠適應(yīng)火星上的嚴(yán)酷生活。



2022 年 11 月，NASA 和 3D 打印建筑巨頭ICON在德克薩斯州休斯頓的 NASA約翰遜航天中心完成了火星沙丘阿爾法的建造，這是一個(gè) 3D 打印的 1,700 平方英尺棲息地，它將模擬在火星上生活和工作的情況。 該任務(wù)是 NASA宇航員健康和性能模擬(CHAPEA) 任務(wù)中的第一個(gè)（共有三個(gè)任務(wù)）。2023年4月，南極熊獲悉，NASA宣布第一次任務(wù)定于2023年6月開(kāi)始，屆時(shí)除了宇航員必須通過(guò)訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)，志愿人員也將進(jìn)入3D打印的火星模擬棲息地，感受火星生活環(huán)境。

3D 打印火星表面棲息地模擬
被稱為火星沙丘阿爾法的 3D 打印結(jié)構(gòu)將模擬逼真的火星棲息地，以支持長(zhǎng)期的探索級(jí)太空任務(wù)。阿爾法火星沙丘中的生活將類似于生活在未來(lái)火星表面棲息地的人們的預(yù)期體驗(yàn)。3D 打印棲息地的布局旨在在棲息地內(nèi)提供獨(dú)立的生活和工作區(qū)域。

為什么要進(jìn)行 3D 打�。�
未來(lái)的太空探索定居點(diǎn)有可能使用增材制造技術(shù)進(jìn)行 3D 打印，從而無(wú)需在多次飛行中發(fā)射大量建筑材料，而這是成本高昂的。

宇航員的任務(wù)：
將選擇三名不同的機(jī)組人員居住在火星沙丘阿爾法，執(zhí)行為期一年的任務(wù)。每個(gè)機(jī)組人員將包括四名人員和兩名候補(bǔ)人員。模擬任務(wù)將提供有價(jià)值的見(jiàn)解和信息，以評(píng)估 NASA 的太空食品系統(tǒng)以及未來(lái)太空任務(wù)的身體和行為健康和績(jī)效結(jié)果。來(lái)自火星沙丘阿爾法棲息地的研究將被 NASA 用于告知風(fēng)險(xiǎn)和資源交易，以支持機(jī)組人員在長(zhǎng)期任務(wù)期間在火星上生活時(shí)的健康和表現(xiàn)。

棲息地打印統(tǒng)計(jì)：
●技術(shù)：ICON 的下一代 Vulcan 建筑系統(tǒng)
●面積：1,700 平方英尺
●材質(zhì)：混凝土

火星沙丘阿爾法功能包括：
四個(gè)私人船員宿舍
專用工作站
專用醫(yī)療站
公共休息區(qū)
廚房和食品種植站


△Crew Health and Performance Exploration Analog 棲息地的沙盒部分包含在虛擬現(xiàn)實(shí)穿越期間使用的跑步機(jī)等設(shè)備。

在長(zhǎng)達(dá)一年的模擬期間，宇航員們將開(kāi)展不同的任務(wù)活動(dòng)，包括棲息地外的模擬太空行走或“火星漫步”（部分使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）、機(jī)器人操作、棲息地維護(hù)、個(gè)人衛(wèi)生、鍛煉和作物生長(zhǎng)。為了盡可能逼真地進(jìn)入火星，機(jī)組人員還將面臨資源限制、隔離和設(shè)備故障等環(huán)境壓力因素。CHAPEA 約翰遜的副項(xiàng)目經(jīng)理 Raina MacLeod 表示，他們?cè)噲D通過(guò)為 CHAPEA 工作人員設(shè)置真實(shí)的環(huán)境和工作量來(lái)模擬火星生活方式。

由于火星的重力約為地球的三分之一，這會(huì)對(duì)宇航員執(zhí)行任務(wù)帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。為此，該機(jī)構(gòu)創(chuàng)建了一個(gè) 1,200 平方英尺的“沙箱”部分，里面裝滿了紅沙以模擬火星景觀，并包含用于虛擬現(xiàn)實(shí)步行的跑步機(jī)等設(shè)備。


△棲息地沙盒的360度全景。

在模擬棲息地執(zhí)行的任務(wù)并不都是相同的，是多種多樣的。例如，在一些模擬太空行走期間，宇航員將通過(guò)定位和識(shí)別感興趣的石頭，將獨(dú)特的特征傳達(dá)給棲息地內(nèi)的宇航員以輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，拍攝照片以供記錄并檢索樣本，從而專注于野外地質(zhì)工作，從巖石中提取并帶入棲息地進(jìn)行分析。在其他期間，工作人員將評(píng)估模擬施工活動(dòng)的場(chǎng)地。一些虛擬現(xiàn)實(shí)穿越包括模擬科學(xué)和維護(hù)活動(dòng)，例如設(shè)置實(shí)驗(yàn)包或執(zhí)行減塵步驟以優(yōu)化太陽(yáng)能電池板的功能。


△2023 年夏天，第一個(gè)在棲息地模擬遙遠(yuǎn)世界生命的為期一年的模擬任務(wù)開(kāi)始。

MacLeod 解釋說(shuō)：“我們考慮了幾種不同類型的太空行走，這些太空行走將與宇航員在火星表面所做的事情是一致的。我們會(huì)讓他們做地質(zhì)工作或者做一些建筑任務(wù)，然后還有勘探。因此，這就是我們正在為 CHAPEA 尋找的三個(gè)類別——地質(zhì)、建筑和勘探�！背�了模擬穿越之外，宇航員們還將花時(shí)間遠(yuǎn)程操作機(jī)器人元件，因?yàn)樵诨鹦巧�，宇航員需要擴(kuò)展他們的探索能力。


△在船員健康和性能探索模擬棲息地內(nèi)，有一個(gè)地質(zhì)工作站，配有手套箱，用于分析在模擬太空行走期間收集的巖石樣本。

在 CHAPEA 機(jī)器人操作期間，宇航員們將負(fù)責(zé)控制一架類似直升機(jī)的無(wú)人機(jī)和一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人。宇航員將在棲息地內(nèi)成對(duì)工作，操作無(wú)人機(jī)和機(jī)器人調(diào)查偏遠(yuǎn)地區(qū)，識(shí)別和取回巖石樣本，并記錄地質(zhì)信息。機(jī)器人元素是一項(xiàng)非常有趣的活動(dòng)，為工作人員提供了很多的幫助，因?yàn)槲磥?lái)的火星宇航員可以利用遙控?zé)o人機(jī)和漫游車(chē)來(lái)擴(kuò)大偵察半徑。”

NASA 正在通過(guò) Artemis 任務(wù)引領(lǐng)重返月球進(jìn)行長(zhǎng)期科學(xué)和探索。建立這個(gè)3D打印模擬棲息地的終極目標(biāo)是從第一批離開(kāi) NASA 地面模擬火星棲息地的宇航員身上吸取的教訓(xùn)將有助于該機(jī)構(gòu)更好地準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)機(jī)組人員可能在那里遇到的挑戰(zhàn)，這是NASA探索從月球到火星中最關(guān)鍵的步驟之一。