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月開始，屆時(shí)除了宇航員必須通過訓(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 打印？
未來的太空探索定居點(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)值的見解和信息，以評(píng)估 NASA 的太空食品系統(tǒng)以及未來太空任務(wù)的身體和行為健康和績(jī)效結(jié)果。來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通過為 CHAPEA 工作人員設(shè)置真實(shí)的環(huán)境和工作量來模擬火星生活方式。

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，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)開始。

MacLeod 解釋說：“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)樵诨鹦巧希�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)槲磥淼幕鹦怯詈絾T可以利用遙控?zé)o人機(jī)和漫游車來擴(kuò)大偵察半徑�！�

NASA 正在通過 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 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。