Διαπλανητική κατοίκηση: Εξερευνώντας τις δυνατότητες του ανθρώπινου είδους | Ερευνητική Εργασία

1

Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών Φοιτητής: Ιάσων-Δημήτριος Σταύρου Επιβλέπων καθηγητής: Σπύρος Παπαδόπουλος Ερευνητικό Θέμα Βόλος, 2022

4

Διαπλανητική κατοίκηση:

Εξερευνώντας τις δυνατότητες ανθρώπινου είδους

του

____________________

Interplanetary habitation:

Exploring the potentials of the human species

5

Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ. Σπύρο Παπαδόπουλο επιβλέπον καθηγητή της ερευνητικής μου εργασίας για την καθοδήγηση του, καθώς και την οικογένεια μου και τους φίλους μου για την αμέριστη υποστήριξη τους.

Περίληψη

Η παρούσα ερευνητική εργασία πραγματεύεται το ζήτημα της διαπλανητικής κατοίκησης, με έμφαση στον Άρη και τη Σελήνη, μέσω ανάλυσης των διαφόρων τεχνολογιών και καινοτομιών οι οποίες στοχεύουν στην επίτευξη της μετοίκησης του ανθρώπινου είδους στα διαφορετικά ουράνια σώματα, αλλά βελτιώνουν ταυτόχρονα και τις συνθήκες διαβίωσης στον πλανήτη Γη. Για την κατανόηση της σημασίας της έρευνας που αναπτύσσεται με θέμα τη διαπλανητική κατοίκηση παρουσιάζεται αρχικά η πορεία της εξερεύνησης του διαστήματος μέσω μίας σύντομης αναδρομής του ιστορικού και του τεχνολογικού πλαισίου και στη συνέχεια περιγράφονται οι διαφορετικοί τύποι αποστολών που έχουν αναπτυχθεί για την διεύρυνση της επαφής της ανθρωπότητας με τον διαστημικό χώρο. Μέρος της έρευνας αποτελεί ο προσδιορισμός και η συγκριτική ανάλυση των ατμοσφαιρικών και επιφανειακών χαρακτηριστικών που παρατηρούνται στον Άρη και τη Σελήνη, των διαθέσιμων πόρων, των προσφερόμενα κατασκευαστικών υλικών και των φυσικών χώρων προστασίας που δημιουργούνται μέσω των ποικίλων γεωλογικών φαινομένων που αναπτύσσονται σε κάθε διαστημικό σώμα. Η έρευνα επικεντρώνεται στη βιβλιογραφική ανάλυση των διαφόρων τεχνολογιών και δομών που έχουν αναπτυχθεί με στόχο τη διαπλανητική κατοίκηση και στην αξιολόγηση τους με βάση τη καταλληλότητα στις διαφορετικές συνθήκες που επικρατούν στα δύο διαστημικά σώματα. Επισημαίνονται επίσης οι κίνδυνοι και οι απειλές στις οποίες πρόκειται να εκτεθούν οι αστροναύτες λόγω των διαφορετικών συνθηκών διαβίωσης κατά τη διάρκεια του ταξιδιού τους και οι τρόποι προστασίας από αυτούς. Τέλος, τονίζονται οι λόγοι που καθιστούν απαραίτητη την έρευνα σχετικά με την διαπλανητική κατοίκηση και τη συμβολή της στην ανάπτυξη χρήσιμων καινοτομιών που βρίσκουν χρήση στην διευκόλυνση της καθημερινότητας των ανθρώπων. Μέσω της ανασκόπησης της διαθέσιμης βιβλιογραφίας, η ερευνητική εργασία αποσκοπεί στην αποσαφήνιση των θεμάτων που περικλείουν την διαπλανητική αρχιτεκτονική.

Abstract

The present research thesis deals with the issue of interplanetary habitation, with emphasis on Mars and the Moon, through an analysis of the various technologies and innovations which aim to achieve the relocation of the human species to the various celestial bodies but also improve the living conditions on planet Earth. In order to understand the importance of the research developed on interplanetary habitation, the course of space exploration is first presented through a brief review of the historical and technological context and then the different types of missions, which have been developed to expand humanity’s contact with space, are described. Part of the research constitutes the identification and comparative analysis of the atmospheric and surface characteristics observed on Mars and the Moon, the available resources, the construction materials being offered and the natural protection areas created through the diverse geological phenomena that develop in each space body. The research focuses on the bibliographical analysis of the various technologies and structures that have been developed aiming at interplanetary habitation and their evaluation based on suitability to the different conditions prevailing in the two space bodies. The risks and threats to which astronauts are going to be exposed to due to the different living conditions during their journey and the ways to protect themselves against them, are also highlighted. Finally, the reasons that make research on interplanetary habitation important and its contribution to the development of useful innovations that find use in facilitating people’s daily lives, are emphasised. Through the review of the available literature, this research paper aims to clarify the issues surrounding interplanetary architecture.

Περιεχόμενα

Κεφάλαιο 01 - Εισαγωγή

16

Κεφάλαιο 02 - Η διαπλανητική αρχιτεκτονική

20

2.1 Ιστορική αναδρομή της διαπλανητικής αρχιτεκτονικής

22

2.2 Τύποι διαπλανητικών αποστολών

33

2.2.1 Τροχιακές αποστολές

33

2.2.2 Flyby

34

2.2.3 Επιφανειακές αποστολές

35

Κεφάλαιο 03 - Χαρακτηρίστηκα πλανητών

36

3.1 Ατμόσφαιρα και έδαφος

37

3.2 Φυσικά διαμορφωμένα καταφύγια

42

3.3 Τοπικά υλικά κατασκευής

44

Κεφάλαιο 04 - Τεχνητοί τρόποι κατοίκησης

48

4.1 Προσεγγίσεις ανθρωποκεντρικού σχεδιασμού

50

4.2 Φουσκωτές κατασκευές

53

4.2.1 Φουσκωτές κατασκευές χαμηλής τροχιάς

57

4.2.2 Φουσκωτές κατασκευές κατοίκησης

59

4.3 Τρισδιάστατη εκτύπωση

62

4.3.1 Τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης D-Shape

65

4.3.2 Σχεδιασμός Lunar Outpost με την χρήση της τεχνικής D-Shape

67

4.3.3 Τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης Contour Crafting

74

4.3.4 Mars Ice House

76

4.4 Ρομποτικοί στόλοι εργάτες

82

4.4.1 Ρομποτικό Σμήνος

82

4.4.2 Κατασκευή με αυτόνομη προσθήκη ρηγόλιθου (RAC)

84

4.4.2.1 Προετοιμασία εδάφους

84

4.4.2.2 Κατασκευή από ρηγόλιθο

86

Κεφάλαιο 05 - Σωματικοί και ψυχολογικοί κίνδυνοι

92

5.1 Διαστημική Ακτινοβολία

96

5.2 Απομόνωση και περιορισμοί

98

5.3 Απόσταση από την Γη

100

5.4 Βαρυτικά πεδία

102

5.5 Εχθρικό Περιβάλλον

104

Κεφάλαιο 06 - Ανταποδοτικά οφέλη

106

Κεφάλαιο 07 - Σύνοψη

122

Βιβλιογραφία

128

Πηγές από το διαδίκτυο

132

Πίνακες εικόνων

138

01

16

17

1 Εισαγωγή Η παρούσα ερευνητική εργασία πραγματεύεται το θέμα της διαπλανητικής κατοίκησης. Στόχος της εργασίας, είναι να αποσαφηνίσει τα τεχνολογικά επιτεύγματα που παράγονται, να τονιστεί η χρησιμότητα των ερευνών στην βελτίωση του βίου και να τεκμηριωθούν οι παραπάνω ισχυρισμοί, μέσω κάποιον χαρακτηριστικών παραδειγμάτων. Αρχικά, πραγματοποιείται παρουσίαση των διαθέσιμων γνώσεων για το διάστημα και επισημαίνονται ιστορικά στοιχεία σχετικά με τα μέσα και τους τρόπους εξερεύνησης του διαστημικού περιβάλλοντος. Επίσης, αναλύονται χρονολογικά οι τρόποι εξερεύνησης των υποψήφιων διαστημικών σωμάτων κατοίκησης και τα φυσικά μέσα που μας παρέχονται, μέσο των μεταβολών της μορφολογίας τους. Υπογραμμίζονται οι αιτίες για τις οποίες τα περιβάλλοντα τους δεν ευνοούν την ανθρώπινη διαβίωση και οι τρόποι με τους οποίους δίνατε αυτές οι προκλήσεις να ξεπεραστούν. Ακόμα, πραγματοποιείται ταξινόμηση ορισμένων τρόπων κατασκευής, που αναπτύσσονται αποκλειστικά με σκοπό την εξυπηρέτηση των απαιτητικών συνθηκών διαπλανητικής σχεδίασης καθώς και των πιθανών ψυχοσωματικών προβλημάτων που καλούνται να διαχειριστούν οι διαστημικοί ταξιδιώτες. Τέλος, αναλύονται οι λόγοι που καθιστούν την διαπλανητική κατοίκηση καίρια για το ανθρώπινο είδος και οι τρόποι με τους οποίους αυτή το εξυπηρετεί. Η διαπλανητική επέκταση του ανθρώπινου είδους, είναι ένα θέμα διεθνών διαστάσεων το οποίο έχει εξελιχθεί αρκετά τα τελευταία χρόνια. Πρόσφατα η NASA έστειλε το «Perseverance» rover, το πιο εξελιγμένο ρομποτικό όχημά έως τώρα, για να διερευνήσει το κλίμα και την γεωλογία του Άρη. Μέσω της τεχνολογικής ανάπτυξης, όλο και περισσότεροι οργανισμοί συμβάλουν στην ενίσχυση της εξερεύνησης του διαστήματος, διαθέτοντας μεγάλα κονδύλια. Παράλληλα, τις τελευταίες δεκαετίες αναπτύχθηκε μια νέα βιομηχανία σχεδιασμού, μακροπρόθεσμων αποστολών κατοίκησης των νέων διαστημικών σωμάτων. Διάφοροι αρχιτέκτονες έχουν ξεκινήσει την μελέτη σχεδιασμού εσωτερικών χώρων, για την μακροχρόνια κατοίκηση στο διάστημα, αναπτύσσοντας με συνεργασίες, νέες τεχνολογίες και υλικά κατασκευής. Μία σειρά από τέτοιες συνεργασίες μεταξύ μηχανικών και διαστημικών οργανισμών, διερευνά τις δυνατότητες των τεχνολογιών τρισδιάστατης κατασκευής με την χρήση ρομπότ, στην Σελήνη και στο Άρη, αλλά και όχι μόνο.

18

Η Σελήνη και ο Άρης, είναι τα δύο βασικά διαστημικά σώματα, τα οποία εξετάζονται με μεγάλη λεπτομέρεια, για τις δυνατότητες δόμησης που παρέχουν. Ειδικότερα η Σελήνη, αποτελεί στοιχείο το οποίο μελετάται από την αρχαιότητα και επηρεάζει τη διαμόρφωση της ζωής και του περιβάλλοντος, και ο Άρης , είναι ο πλανήτης για τον οποίο γνωρίζουμε τα περισσότερα από κάθε άλλο μέχρι σήμερα. Η εξερεύνηση του Άρη βοηθά τους επιστήμονες να μάθουν για σημαντικές κλιματικές αλλαγές που μπορούν να επηρεάσουν θεμελιωδώς τους πλανήτες. Οι μελέτες των διαφορετικών χαρακτηριστικών αυτών των κόσμων, παράγουν καινοτομίες, οι οποίες παρέχουν τα ασφαλέστερα πιθανά μέσα, για την ολοκλήρωση των αποστολών.

19

02

20

21

2 Διαπλανητική αρχιτεκτονική 2.1 Ιστορική αναδρομή αρχιτεκτονικής

της

διαπλανητικής

Η Σελήνη δημιουργήθηκε περίπου 4.5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, από τα συντρίμμια μίας πελώριας σύγκρουσης μεταξύ δύο πλανητοειδών, τα οποία συγκεντρώθηκαν στην τροχιά γύρω από την Γη (Roger D., 2019). Αυτή η σύγκρουση δημιούργησε μια σύνθεση αρκετά παρόμοια με την επίγεια. Η απουσία της ατμόσφαιρας κάνει την Σελήνη υποκείμενο ενός συνεχούς βομβαρδισμού από αστεροειδείς, δίνοντας του την τωρινή εμφάνιση και δημιουργώντας μια πρόκληση ως προς την κατοίκηση του. Η Σελήνη είναι ένας από τους μεγαλύτερους δορυφόρους στο ηλιακό μας σύστημα. Έχοντας διάμετρο τριών χιλιάδων τετρακοσίων εβδομήντα έξη χιλιομέτρων (2.160 μίλια) και έχει το ένα έκτο της βαρύτητας της Γης (SMITHSONIAN, 2014). Η Σελήνη είναι μια άγονη σφαίρα, η οποία αποτελείται κατά βάση από ορυκτά στοιχεία, με έλλειψη ατμόσφαιρας, λόγο της μη επαρκής βαρύτητας που χρειάζεται ώστε να την διατηρήσει. Εκτεθειμένη είτε στη ακτινοβολία του Ήλιου, είτε στο κενό του διαστήματος, η επιφάνεια της Σελήνης παρουσιάζει ακραίες εναλλαγές θερμοκρασίας, από 120°C (248°F) το τοπικό μεσημέρι, έως -170°C (-274°F) στη μέση της μεγάλης σεληνιακής νύχτας, ενώ τα δάπεδα των μόνιμα σκιασμένων κρατήρων φτάνουν ακόμα χαμηλότερες θερμοκρασίες. Λόγω της επιβραδυμένης περιστροφής της γύρω από τον άξονα της, η Σελήνη έχει μία σκοτεινή πλευρά, την οποία δεν μπορούμε να δούμε από την Γη. Μεταξύ τους ασκούνται ισχυρές επιρροές λόγω της βαρύτητας. Ο δορυφόρος αυτός, ήταν πάντα ένα ελκυστικό αντικείμενο προς μελέτη, το περιβάλλον του οποίου οι άνθρωποι άρχισαν να παρακολουθούν και μελετούν από την προϊστορική εποχή. Η παρακολούθηση της Σελήνης ήταν σημαντική, από τις πρώτες αγροτικές κοινωνίες της Λίθινης Εποχής καθώς οι φάσεις της χρησίμευαν ως ημερολόγιο για τους αγρότες, που το χρησιμοποιούσαν ως οδηγό για το πότε να σπείρουν και να συγκομίζουν τις καλλιέργειες τους. Μέχρι τη Βαβυλωνιακή εποχή, οι αστρονόμοι όχι μόνο κατανοούσαν τις φάσεις, αλλά μπορούσαν να προβλέψουν τις σεληνιακές εκλείψεις, ενώ από την Ελληνιστική περίοδο και έπειτα γνώριζαν ότι η Σελήνη είναι σφαιρική και προκαλεί επίγειες παλίρροιες. Κατά τους επόμενους αιώνες, η κατανόησή της Σελήνη προχώρησε περαιτέρω εφόσον ανακαλύφθηκαν περισσότερες λεπτομέρειες, όπως η φύση της τραχιάς επιφάνειάς της, η ελλειπτική τροχιά της και η έλλειψη αέρα (SMITHSONIAN, 2014). Το διαστημικό αυτό σώμα, αποτελεί

22

στόχο για διαστημικά σκάφη εδώ και πάνω από πενήντα χρόνια, παραμένοντας το μοναδικό το οποίο επισκέφτηκαν επανδρωμένα σκάφη και το μόνο στο οποίο έχει περπατήσει ο άνθρωπος.

Εικόνα 1. «Ο Ίππαρχος στο Αστεροσκοπείο της Αλεξάνδρειας».

Εικόνα 2. Το σκίτσο της Σελήνης απο τον Γαλιλαίο για τη Σελήνη, ο πρώτος άνθρωπος που εξέτασε τη Σελήνη μέσω τηλεσκοπίου. Σημειώνει ότι η επιφάνειά της δεν είναι λεία, όπως πίστευαν παλαιότερα, αλλά έχει βουνά, κρατήρες και επίπεδες, σκοτεινές περιοχές που αργότερα ονομάστηκαν maria (θάλασσες).

23

Εικόνα 3. Ο χάρτης του Doppelmayr, ο οποίος συγκρίνει τους λεπτομερείς χάρτες της Σελήνης των Jahannes Hevelius και του Giovani Riccioli.

Εικόνα 4. Διάγραμμα κίνηση σφαίρας του Νεύτωνα, ο οποίος αναπτύσσει τη θεωρία του για τη βαρύτητα μελετώντας τις μαθηματικές ιδιότητες των ελλειπτικών τροχιών. Χρησιμοποιεί την αναλογία μιας οβίδας για να δείξει ότι η Σελήνη παραμένει σε τροχιά επειδή πέφτει διαρκώς.

24

Μετά από μια σειρά αποτυχιών τη δεκαετία του 1950, η σοβιετική αποστολή «Luna 2» ήταν η πρώτη που προσγειώθηκε στη Σελήνη το 1959. Ύστερα από τρεις εβδομάδες, μία άλλη αποστολή, η «Luna 3» επέστρεψε με τις πρώτες φωτογραφίες της μακρινής πλευράς του δορυφόρου (πλευρά η οποία δεν μπορεί να δει κανείς από την Γη) (Singh, 2016). Ακολούθησαν πολλές αποστολές, καθώς οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής (ΗΠΑ) και η Ένωση Σοβιετικών Σοσιαλιστικών Δημοκρατιών (ΕΣΣΔ) ανταγωνίστηκαν για την πρώτη ανθρώπινη επαφή με την Σελήνη. Πιο πρόσφατες αποστολές είχαν ως στόχο την επιστημονική έρευνα, αλλά η Σελήνη παραμένει μέχρι και σήμερα ένας από τους βασικούς στόχους ανάδειξης της τεχνολογικής ανάπτυξης των εθνών.

Εικόνα 5. «Luna2»

25

Παράλληλα με τις σεληνιακές αποστολές εξερεύνησης της δεκαετίας του 1960, ξεκίνησαν και οι αποστολές του Άρη, οι οποίες δεν είχαν την ίδια επιτυχία, λόγω της πολυπλοκότητας προσαρμογής τους στα νέα δεδομένα (Kieffer et al., 1992). Η πρώτη καταγεγραμμένη προσπάθεια αποστολής στον Άρη έγινε το 1960 από την ΕΣΣΔ, ενώ η πρώτη επιτυχημένη αποστολή ήταν η «Us Mariner 4» που έγινε από την Αμερική το 1965. Η βελτιωμένη ανάλυση των εικόνων της επιφάνειας του Άρη την δεκαετία του 1970, οδήγησε στην αύξηση των προσπαθειών προσεδάφισης στον πλανήτη, παρόλα αυτά χωρίς επιτυχία (Singh, 2016). Τις επόμενες δεκαετίες αυξήθηκαν οι επιτυχημένες αποστολές, οι οποίες μετέφεραν κατά κύριο λόγο rover και δορυφόρους, με στόχο την εξερεύνηση της επιφάνειας, του υποστρώματος, της ατμόσφαιρας αλλά και των φεγγαριών του Άρη (Space Exploration Technologies Corp, 2018). Τα φεγγάρια του Φόβος και Δείμος έχουν ονομαστεί από τους γιούς του αρχαιοελληνικού θεού του πολέμου Άρη, Τις μετέπειτα δεκαετίες και παρά την πολυπλοκότητα και τις προκλήσεις των αποστολών στον Άρη, πολλές διαστημικές υπηρεσίες ανέπτυξαν προγράμματα εξερεύνησης προσπαθώντας να φτάσουν στον πλανήτη, όπως η Εθνική Υπηρεσία Αεροναυπηγικής και Διαστήματος των ΗΠΑ (NASA). Το 2021, η Εθνική Διαστημική Διοίκηση της Κίνας (CNSA) πραγματοποίησε μία αποστολή η οποία μετέφερε πολλαπλά μηχανήματα στον πλανήτη με σκοπό την εξερεύνηση του (Jiang, Yang and Li, 2017), ενώ η Ιαπωνική Υπηρεσία Αεροδιαστημικής Εξερεύνησης (JAXA) προετοιμάζει δύο αποστολές, ην «Mars Terahertz Microsatellite» και την «Martian Moons Exploration» (Larsson et al., 2017, Universe Today, 2017), Εικόνα 6. Στις 20 Ιουλίου 1969, οι Αμερικανοί αστροναύτες Neil Armstrong (1930-2012) και ο Edwin «Buzz» Aldrin (1930-) έγιναν οι πρώτοι άνθρωποι που προσγειώθηκαν ποτέ στη Σελήνη. Περίπου εξήμισι ώρες αργότερα, ο Άρμστρονγκ έγινε ο πρώτος άνθρωπος που περπάτησε στη Σελήνη. Βάζοντας τέλος στον αγώνα για το διάστημα.

26

τα διαστημόπλοια των οποίων θα περιέχουν όργανα από διάφορες διαστημικές υπηρεσίες. Ταυτόχρονα, ύστερα από την επιτυχία της διαστημικής αποστολής «Mars Orbiter Mission» (MOM 1) της Ινδίας, η «MOM 2» σχεδιάζεται σε συνεργασία με την Γαλλική Διαστημική Υπηρεσία, Centre National dEtudes Spatiales (CNES). Με την ανάπτυξη του ενδιαφέροντος από τους κρατικούς οργανισμούς και την εξέλιξη των τεχνολογιών, η εξερεύνηση του κόκκινου πλανήτη βρέθηκε στο στόχαστρο διαφόρων παραγόντων και υπηρεσιών του ιδιωτικού τομέα. Το 2002, ο Elon Musk, ίδρυσε τη Space Exploration Technologies Corporation (SpaceX), που έχει ως βασικό στόχο την διαστημική εξερεύνηση και που το 2017 (SpaceX, no date), ανέπτυξε τον πρώτο και μοναδικό προωθητήρα που έχει την ικανότητα να μεταφέρει εκατόν πενήντα μετρικούς τόνους φορτίου από την Γη στην επιφάνεια του Άρη, τον «Big Falcon Rocket» (BFR) (Space Exploration Technologies Corp, 2018). Παρόμοιο ενδιαφέρον έδειξε και η Blue Origin, μια εταιρεία πυραύλων που έχει ως στόχο να στείλει σε πρώτο στάδιο ανθρώπους στη Σελήνη και στην συνέχεια στον Άρη, αλλά και η Mars City Design, μια εταιρεία με σκοπό την διερεύνηση των ζητημάτων ζωής και διαβίωσης στον πλανήτη (MARS CITY DESIGN, no date). Η NASA μαζί με τον βασικό της στόχο που αποτελεί τις αποστολές στον Άρη, ξεκίνησε να δείχνει ενδιαφέρων για την δημιουργία μίας βάσης αποστολών στην Σελήνη με σκοπό την διευκόλυνση των μακρινότερων ταξιδιών πιο βαθιά στο διάστημα (National Aeronautics and Space Administration, 2015) ενώ σε συνεργασία της με τα αρχιτεκτονικά γραφεία BIG, ICON και SEArch+ (Space Exploration Architecture), αναπτύσσει την ιδέα της «City Of New Hope» στο Φεγγάρι.

Εικόνα 7. Ο δορυφόρος «Us Mariner 4». Ταξίδεψε στον Άρη κάνοντας την πλησιέστερη προσέγγισή της στις 15 Ιουλίου 1965 και τράβηξε τις πρώτες φωτογραφίες άλλου πλανήτη από το διάστημα.

27

Παρομοίως, το 2016, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA), δήλωσε την επιθυμία του να σχεδιάσει ένα χωριό στην Σελήνη, το οποίο θα υλοποιούνταν μέσω μιας διεθνούς σύμπραξης μεταξύ διαφόρων δημόσιων και ιδιωτικών φορέων αεροδιαστημικής (Worner and ESA Director General, European Space Agency, 2016). Μέχρι και σήμερα, έχουν πραγματοποιηθεί πάνω από σαράντα πέντε αποστολές στον Άρη, δεκατέσσερις από τις οποίες αφορούν αντικείμενα τα οποία βρίσκονται στην επιφάνεια του (Howell, 2021). Ορισμένες από αυτές τις αποστολές περιέχουν πολλαπλά διαστημόπλοια, όπως σκάφη εξερεύνησης επιφάνειας, σκάφη προσεδάφισης, μηχανοκίνητα οχήματα εξερεύνησης πλανητικής επιφάνειας, και σεισμικά όργανα. Τα σκάφη προσεδάφισης βοηθούν στην εύρεση συμβατού χώρου προσγείωσης και παρέχουν πληροφορίες στην Γη για τον πλανήτη. Τα μηχανοκίνητα οχήματα εξερεύνησης της πλανητικής επιφάνειας, αλλιώς γνωστά και ως rover, είναι σχεδιασμένα για να ταξιδεύουν στην επιφάνεια του Άρη με την βοήθεια της ηλιακής ενέργειας και έχουν ως στόχο την συλλογή πληροφοριών και γνώσεων για τα χαρακτηριστικά του πλανήτη. Επιπρόσθετα πάνω τους μπορούν να αποθηκευτούν ελικόπτερα μικρής κλίμακας που φέρουν τον ίδιο σκοπό. Τα rover έχουν πολλά πλεονεκτήματα έναντι των σταθερών στοιχείων εξερεύνησης, καθώς εξετάζουν περισσότερο έδαφος, αλλάζουν πορεία και αναλύουν ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά, καθώς επίσης μπορούν να τοποθετούνται σε ηλιόλουστες θέσεις όπου θα

Εικόνα 8. «City of new hope».

28

τους παρέχεται ενέργεια για την επαναφόρτιση τους (National Aeronautics and Space Admin-istration, 2015). Εξυπηρετούν διαφορετικό σκοπό από τα τροχιακά διαστημόπλοια όπως το «Mars Reconnaissance Orbiter», που συμβάλλει στη μελέτη των γεωλογικών στοιχείων του πλανήτη και την εύρεση υδάτινων στοιχείων του παρελθόντος (SMITHSONIAN, 2014). Το 2016, η NASA ανέφερε πως οι τότε μελέτες των «Opportunity» και «Curiosity» θα αναζητούσαν στοιχεία αρχαίας ζωής, περιοχές που μπορεί να ήταν κατοικήσιμες, καθώς και μια βιόσφαιρα που πιθανολογούταν ότι είχε αναπτυχθεί από αυτότροφους οργανισμούς (NASA, no date). Το «INSIGHT», ένα από τα πιο σημαντικά σεισμικά όργανα εξερεύνησης, το οποίο ξεκίνησε από την Γη τον Μάιο του 2018, πλέον μελετά το εσωτερικό του πλανήτη για ίχνη ζωής με την μορφή βιομορίων ή βιοστοιχείων (National Aeronautics and Space Administration, 2015). Το μηχάνημα αυτό διαπερνώντας την επιφάνεια του πλανήτη περισυλλέγει και στη συνέχεια επεξεργάζεται και μεταφέρει τα αποτελέσματα σε δορυφόρους που βρίσκονται στην τροχιά του Άρη(Space Exploration Technologies Corp, 2018). Έως τώρα έχουν καταγραφεί πέντε επιτυχημένες αποστολές με rover της NASA στον Άρη, με πρώτη εκείνη του 1997 με την προσγείωση του «Sojourner», του rover με την πιο σύντομη διάρκεια ζωής, το οποίο απενεργοποιήθηκε την ίδια χρονιά και διάνυσε απόσταση εκατό μέτρων. Στην συνέχεια έγινε η εκτόξευση του «Opportunity» (2004-2018), το οποίο είχε διανύσει την μεγαλύτερη απόσταση, στα δεκατέσσερα

Εικόνα 9. Το rover «Sojourner»,

29

έτη λειτουργίας του, από κάθε άλλο rover μέχρι τώρα, αυτή των 45,16 χιλιομέτρων (Howell, 2021). Ακόμα, υπάρχειτο «Spirit» (2004–2010) που είχε διανύσει συνολική απόσταση7,73 χιλιόμετρα μέχρι να βυθιστούν οι τροχοί του σε άμμο, το «Curiosity» (2012–) και το ποιο πρόσφατο, έχοντας την δυνατότητα παροχής ηχητικών μηνυμάτων, καθώς φέρει και ένα ελικόπτερο μικρής κλίμακας, που έχει ήδη ολοκληρώσει τις πρώτες ηλεκτροκίνητες πτήσεις σε άλλον πλανήτη, το «Perseverance» (2021–) (NASA, no date). Έως τώρα έχουν καταγραφεί πέντε επιτυχημένες αποστολές με rover της NASA στον Άρη, με πρώτη εκείνη του 1997 με την προσγείωση του «Sojourner», του rover με την πιο σύντομη διάρκεια ζωής, το οποίο απενεργοποιήθηκε την ίδια χρονιά και διάνυσε απόσταση εκατό μέτρων. Στην συνέχεια έγινε η εκτόξευση του «Opportunity» (2004-2018), το οποίο είχε διανύσει την μεγαλύτερη απόσταση, στα δεκατέσσερα έτη λειτουργίας του, από κάθε άλλο rover μέχρι τώρα, αυτή των 45,16 χιλιομέτρων (Howell, 2021). Ακόμα, υπάρχει το «Spirit» (2004–2010) που είχε διανύσει συνολική απόσταση 7,73 χιλιόμετρα μέχρι να βυθιστούν οι τροχοί του σε άμμο, το «Curiosity» (2012–) και τέλος, το πιο πρόσφατο, έχοντας την δυνατότητα παροχής ηχητικών μηνυμάτων, το οποίο έχει ήδη ολοκληρώσει τις πρώτες ηλεκτροκίνητες πτήσεις σε άλλον πλανήτη, το «Perseverance» (2021–) (NASA, no date). Παρομοίως, υπάρχουν επιτυχημένες αποστολές από άλλες διαστημικές υπηρεσίες, όπως η επιφανειακή αποστολή που μετέφερε τον πρώτο ρομποτικό ανιχνευτή, το «Mars 3» του Σοβιετικού διαστημικού προγράμματος «Mars», το οποίο προσγειώθηκε επιτυχώς τον Δεκέμβριο του 1971, χάνοντας κάθε επικοινωνία με την Γη 14,5 δευτερόλεπτα μετά την

Εικόνα 10. «Rover Perseverance», αναζητά σημάδια αρχαίας ζωής και συλλέξτε δείγματα βράχου και ρηγόλιθου για την μελέτη τους στην Γη.

30

προσγείωση του. Ακόμη, η αποστολή «Mars Global Remote Sensing Orbiter, Lander and Small Rover» που αποτελείται από πέντε μέρη, έναν δορυφόρο, μια πτυσσόμενη κάμερα, ένα σκάφος προσεδάφισης, μια κάμερα πτώσης και το rover «Zhurong» (Myers and Chang, 2021). Το Mars «Global Remote Sensing Orbiter» αποτελεί ένα από τους βαρύτερους ανιχνευτές που απογειώθηκαν από την Γη με προορισμό τον Άρη, μεταφέροντας δεκατρία επιστημονικά όργανα και έχοντας συνολική μάζα σχεδόν πέντε τόνων (National Aeronautics and Space Administration, 2015). Αποτέλεσε την αρχή για έναν αριθμό προγραμματισμένων αποστολών, που σχεδιάζει η CNSA ως κομμάτι του προγράμματος Planetary Exploration of China. Η Εθνική Υπηρεσία Αεροναυπηγικής και Διαστήματος (NASA) σε συνεργασία με τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA) προγραμματίζουν μία αποστολή δειγματοληψίας της επιφάνειας του Άρη, με σκοπό την ανάλυση των δειγμάτων με μεγάλη ακρίβεια (National Aeronautics and Space Administration, 2015). Η αποστολή αυτή αποτελείται από τρείς φάσεις. Αρχικά το rover «Perseverance» της NASA πραγματοποιεί περισυλλογή δειγμάτων από την επιφάνεια του Άρη, τα οποία στη συνέχεια τοποθετούνται σε δοχεία έτοιμα για την μελλοντική παραλαβή. Στη δεύτερη φάση, το rover «Perseverance» που συνδέεται μηχανικά με το rover «ExoMars» της ESA, συλλέγει δείγματα σε βάθος έως δύο μέτρα από το υπόστρωμα του Άρη για την αναζήτηση στοιχείων ζωής. Ένα δεύτερο πλέον rover, προσγειώνεται και παραλαμβάνει τα έτοιμα δείγματα, μεταφέροντας τα σε ένα «Mars Ascent Vehicle» ή αλλιώς MAV (ένας μικρός-ελαφρύς πύραυλος που χρησιμοποιείται για την εκτόξευση δειγμάτων από την επιφάνεια του Άρη) και εκτοξεύοντας τα στην τροχιά του πλανήτη (Mattingly, 2010). Η τελευταία φάση αποτελεί την προσκόμιση των δειγμάτων από την τροχιά του Άρη και την επιστροφή τους πίσω στην Γη. Η ανακάλυψη υγρού νερού κάτω από την επιφάνεια του Άρη, είναι ένας λόγος ενθάρρυνσης των επανδρωμένων αποστολών στον κόκκινο πλανήτη (BIG – Bjarke Ingels Group, 2020a). Η κατοίκηση του πλανήτη γίνεται πιθανή, με τον Elon Musk να αποκαλύπτει τα σχέδια του, για την μεταφορά ενός εκατομμυρίου ανθρώπων στον Άρη, μέχρι το 2050. Η μεταφορά θα πραγματοποιείται μέσω της εκτόξευσης τριών «Starship» πυραύλων καθημερινά, ο κάθε ένας από τους οποίους θα μεταφέρει, έως και εκατό άτομα στην τροχιά της Γης (SpaceX, no date). Με την είσοδο των πυραύλων στην τροχιά, οι προωθητήρες θα επιστρέφουν σε εξέδρες ακριβής προσγείωσης, όπου θα παραλαμβάνουν τα καύσιμα, τα

31

οποία χρειάζονται για το ταξίδι. Η πρώτη δοκιμαστική εκτόξευση, έχει προγραμματιστεί για το 2022, από την εταιρία SpaceX, ενώ σχεδιάζει να πάει στον Άρη μέχρι το 2024 με δύο επανδρωμένες αποστολές, που έχουν ως σκοπό την κατασκευή βάσης για την σύνθεση των καυσίμων που χρειάζονται για την επιστροφή στην Γη. Ενώ οι περισσότερες από τις έως τώρα αποστολές είναι μικρής διάρκειας και αφορούν μηχανές εξερεύνησης ξένων διαστημικών σωμάτων, ο στόχος εξελίσσετε και αναπτύσσετε σε μεγαλύτερης διάρκειας ή και μόνιμων αποστολών, με σκοπό την εξέλιξη του ανθρώπου σε πολυπλανητικό είδος, δηλαδή την μακροχρόνια κατοίκηση σε έναν άλλον πλανήτη.

32

2.2 Τύποι διαπλανητικών αποστολών.

2.2.1 Τροχιακές αποστολές. Μια αποστολή ονομάζεται τροχιακή, όταν ένα διαστημόπλοιο περιφέρεται γύρω από οποιοδήποτε ουράνιο σώμα, δηλαδή έναν πλανήτη, ένα φεγγάρι, έναν αστεροειδή ή ένα αστέρι (Häuplik-Meusburger and Bannova, 2016). Ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός αποτελεί μια τέτοια δομή, η οποία βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τη Γη. Μια τροχιακή αποστολή, έχει τη δυνατότητα να συλλέξει ποικίλα χρήσιμα δεδομένα, όπως ατμοσφαιρικές και επιφανειακές συνθέσεις, διάφορες διαστάσεις και μετρήσεις όπως η διάμετρος και η μάζα ενός ουράνιου σώματος αλλά και να πραγματοποιήσει επιφανειακή παρατήρηση των ουράνιων σωμάτων (Duncan and Bogomolov, 2007). Ο ακριβής προσδιορισμός των πολλαπλών παραμέτρων που διαμορφώνουν την επιτυχή ολοκλήρωση των αποστολών αυτών είναι υψίστης σημασίας. Τα καύσιμα που απαιτούνται προκειμένου ένα διαστημόπλοιο να φτάσει την ταχύτητα που χρειάζεται για την περιφορά του γύρω από ένα πλανητοειδές ή διαστημικό σώμα είναι πολύ μεγάλη και υπάρχει δυσκολία στον ακριβή προσδιορισμό της (Mattingly, 2010). Παράλληλα, εάν δεν καταφέρει να τροχιαστεί, είτε θα συντριβεί στην επιφάνεια του σώματος, είτε θα εκ-τροχιαστεί, με αποτέλεσμα να χαθεί στο βαθύ διάστημα. Πίσω από αυτές τις αποστολές, υπάρχει σημαντική διεθνής εμπειρία, με υψηλό επίπεδο επιτυχίας.

Εικόνα 11. «Διεθνής Διαστημικός Σταθμός», παράδειγμα τροχιακής αποστολής.

33

2.2.2 Flyby. Κατά τη διάρκεια μιας Flyby αποστολής, το διαστημόπλοιο πετά κοντά σε ένα ουράνιο σώμα, συλλέγοντας τις μέγιστες πληροφορίες για αυτό και στη συνέχεια συνεχίζει την αποστολή του, βγαίνοντας από την τροχιά (Leach, 2014). Οι Flyby αποστολές μπορούν να συλλέξουν δεδομένα και εικόνες διαστημικών σωμάτων, ατμοσφαιρών, διαμέτρου και μάζας σωμάτων, συνθέσεων του ίδιου του σώματος και του πυρήνα του, καθώς και άλλες πολύτιμες πληροφορίες (NASA, no date). Τα διαστημικά σκάφη που κατασκευάζονται για τέτοιου είδους αποστολές, πρέπει να σχεδιάζονται με αυξημένη ανθεκτικότητα. Οι Flyby αποστολές που ταξιδεύουν πιο μακριά από τον Άρη, λόγω της μεγάλης διάρκειας πτήσης και της τρέχουσας τεχνολογίας, δεν μπορούν να είναι επανδρωμένες, καθώς υπάρχουν πολλοί κίνδυνοι για τον άνθρωπο, σε αντίθεση με τις αποστολές, σε πιο κοντινά διαστημικά σώματα, όπου η επάνδρωση τους είναι πιθανή εάν ο τροχιακός χρόνος πτήσης είναι μέσα στα όρια της ανθρώπινης επιβίωσης.

Εικόνα 12. Το «Mariner 2» ήταν η πρώτη επιτυχημένη αποστολή Flyby. Πέταξε δίπλα από την Αφροδίτη το 1962.

34

2.2.3 Επιφανειακές αποστολές. Οι επιφανειακές αποστολές περιλαμβάνουν δομές σχεδιασμένες για προσωρινή, αλλά και μακροχρόνια κατοίκηση σε διαστημικά σώματα και δίνατε να είναι είτε επανδρωμένες είτε ρομποτικές (Scott Howe and Sherwood, 2009). Οι αποστολές στην επιφάνεια ενός ουράνιου σώματος, πραγματοποιούνται συνήθωςς για την συλλογή δειγμάτων, την παρατήρηση και απεικόνιση της επιφάνειας, την ανάλυση της ατμόσφαιρας και του εδάφους, τον εντοπισμό νερού και την δημιουργία αρχείων θερμοκρασίας (Mattingly, 2010). Οι πιο εξελιγμένες αποστολές, μπορεί να περιλαμβάνουν τη μέτρηση επιπέδων ακτινοβολίας πάνω και κάτω από την επιφάνεια του πλανήτη. Οι ρομποτικές επιφανειακές αποστολές, περιλαμβάνουν μόνο την φάση καθόδου, χωρίς να υπάρχει κάποιο πλάνο, που να αφορά την επιστροφή των μηχανών στην Γη (Kamps et al., 2020). Οι μελλοντικές αποστολές τέτοιου τύπου, πρόκειται να είναι πρόδρομες αποστολές, εξυπηρετώντας την εκτεταμένη παραμονή του ανθρώπου στον πλανήτη, είτε με την παράδοση επιφανειακών μονάδων είτε με την δημιουργία τους (Häuplik-Meusburger and Bannova, 2016). Η προσγείωση αυτών των αποστολών, απαιτεί προηγμένο σχεδιασμό συστημάτων, που έχουν την δυνατότητα να παρέχουν μια ομαλή προσγείωση στην επιφάνεια ενός διαστημικού σώματος, ώστε να αποφευχθεί η συντριβή εύθραυστου εξοπλισμού στα ανώμαλα εδάφη των διαστημικών σωμάτων.

Εικόνα 13. Το «Apollo 11», η πρώτη πετυχημένη αποστολή επιφανειακής εξερεύνησης και δειγματοληψίας στη Σελήνη, 1969 από τις ΗΠΑ.

35

03

36

37

3 Χαρακτηριστικά πλανητών 3.1 Ατμόσφαιρα και έδαφος Ο Άρης αποτελεί ένα κόσμο πλούσιο σε πόρους με επιφάνεια ίση με όλες τις ηπείρους της Γης μαζί. Όσο εχθρικός κι αν φαίνεται, το μοναδικό πράγμα που εμποδίζει την κατοίκηση του, είναι η ανάγκη ανάπτυξης των σχετικών για τη διατήρηση της ζωής σε αυτόν γνώσεων, πράγμα που γίνεται με μεγάλη ακρίβεια, από τις αποστολές εξερεύνησης που διεξάγονται (Kieffer et al., 1991). Μεταξύ των εξωγήινων σωμάτων στο ηλιακό μας σύστημα, ο Άρης ξεχωρίζει καθώς διαθέτει όλες τις πρώτες ύλες που απαιτούνται για την υποστήριξη, όχι μόνο της ζωής, αλλά και ενός νέου κλάδου του ανθρώπινου πολιτισμού, όπως αναφέρει και ο Robert Zubrin (Space Exploration Technologies Corp, 2018), μηχανικός αεροδιαστημικής και συνιδρυτής του Mars Society (ένας μη κερδοσκοπικός οργανισμός με έδρα το Lakewood του Κολοράντο). Αυτή η μοναδικότητα φαίνεται πιο ξεκάθαρα αν συγκρίνουμε τον Άρη με τη Σελήνη, την πιο συχνά αναφερόμενη εναλλακτική τοποθεσία για ανθρώπινους αποικισμούς στο διάστημα (Lewis, Matthews and Guerrieri, 1993). Σε αντίθεση με τη Σελήνη, ο Άρης είναι πλούσιος σε άνθρακα, άζωτο, υδρογόνο και οξυγόνο, όλα σε βιολογικά έτοιμες προσιτές μορφές, όπως αέριο διοξείδιο του άνθρακα, αέριο άζωτο, ξηρό και υδάτινο πάγο. Ο άνθρακας, το άζωτο και το υδρογόνο υπάρχουν στη Σελήνη μόνο σε μικρές ποσότητες σε αντίθεση με το οξυγόνο, που υπάρχει σε αφθο-

Εικόνα 14. Εικόνα από κρατήρες στην Arabia Terra οι οποίοι είναι γεμάτοι με πολυεπίπεδους βράχους. Θα μπορούσαν να έχουν δημιουργηθεί από μια ηφαιστιογενή ενέργεια.

38

νία, σε στενά συνδεδεμένα οξείδια (National Aeronautics and Space Administration, 2015), όπως το διοξείδιο του πυριτίου (SiO2), το οξείδιο του σιδήρου (Fe2 O3), το οξείδιο του μαγνησίου (MgO) και το οξείδιο του αργιλίου (Al2 O3), αλλά η εξαγωγή του χρειάζεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας (Kieffer et al., 1992). Οι τρέχουσες γνώσεις δείχνουν ότι εάν ο Άρης ήταν επίπεδος και όλο το νερό του υγροποιούνταν, ολόκληρος ο πλανήτης θα καλυπτόταν από έναν ωκεανό βάθους άνω των εκατό μέτρων (Liu et al., 2021. Αυτό έρχεται σε έντονη αντίθεση με τη Σελήνη, η οποία έχει πάρα πολύ ξηρό κλίμα. Λόγω αυτού, εάν γινόταν προσπάθεια καλλιέργειας φυτών σε θερμοκήπια στην Σελήνη, το μεγαλύτερο μέρος του υλικού βιομάζας που θα χρειάζονταν, θα έπρεπε να εισάγετε από την Γη. Επίσης στην Σελήνη υπάρχει έλλειψη πολλών μετάλλων που χρησιμοποιούνται από την βιομηχανική κοινότητα, όπως ο χαλκός, αλλά και άλλων στοιχείων, όπως το θείο και ο φώσφορος, σε αντίθεση με τον Άρη, όπου κάθε απαραίτητο στοιχείο υπάρχει σε αφθονία (Kieffer et al., 1992). Παρομοίως με την Γη, στον Άρη έχουν λάβει χώρα ποικίλες υδρολογικές και ηφαιστειακές ενέργειες οι οποίες είναι πιθανόν να έχουν ενοποιήσει διάφορα στοιχεία σε τοπικές συγκεντρώσεις ορυκτών μεταλλευμάτων υψηλής ποιότητας (Liu et al., 2021). Η Σελήνη από την άλλη, δεν φέρει κάποια τέτοια δραστηρότηρα, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα να αποτελείται, κατά βάση, από βράχους και σκόνη με μικρή ποικιλία χρήσιμων μεταλλευμάτων οποιουδήποτε ενδιαφέροντος. Στον Άρη παρατηρούνται επίσης προβλήματα που σχετίζονται με τη γήινη διαβίωση, αν και από ορισμένες απόψεις οι συνθήκες είναι πιο κοντά σε αυτές της Γης. Η διάρκεια μιας ημέρας του Άρη, για παράδειγμα, είναι σχεδόν η ίδια με μια γήινη ημέρα και σε αντίθεση με τη Σελήνη, έχει επίσης εποχές (Space Exploration Technologies Corp, 2018). Επιπλέον, ο Άρης έχει μια ελαφριά ατμόσφαιρα, παρά το ότι αποτελείται από 95% διοξείδιο του άνθρακα και η βαρυτική του δύναμη ισοδύναμή με περίπου 38% αυτής της Γης, προφανώς μεγαλύτερη από αυτήν στη Σελήνη (Kieffer et al., 1992). Ωστόσο, οι συνθήκες παραμένουν εχθρικές, προκαλώντας παρόμοια προβλήματα, ακτινοβολίας και κρύου κλίματος, όπου οι θερμοκρασίες κυμαίνονται μεταξύ 20 και –153 βαθμών κελσίου (68 και –243 φαρενάιτ). Όσον αφορά την παραγωγή ενέργειας, είναι εφικτή τόσο στην Σελήνη όσο και στον Άρη, μέσω της χρήσης ηλιακών συλλεκτών. Το μειονέκτημα των είκοσι οκτώ ημερών σκοτεινού κύκλου της Σελήνης εξισορροπείτε χονδρικά από τον καθαρό ουρανό και την κοντινότερη εγγύτητα στον Ήλιο από ότι ο Άρης (Nugent and Kare, 2010). Παρόλα αυτά, για

39

την παραγωγή μίας αυτόνομης ενεργειακά βάσης, με την χρήση ηλιακών συλλεκτών, ο Άρης έχει το τεράστιο πλεονέκτημα των διαθέσιμων αποθεμάτων άνθρακα και υδρογόνου που χρειάζονται, ώστε να παραχθεί καθαρό πυρίτιο για τους συλλέκτες ενέργειας. Ακόμα, υπάρχει η δυνατότητα της παραγωγής ενέργειας από τον άνεμο, σε αντίθεση με τη Σελήνη. Παρόλα αυτά, η αιολική και η ηλιακή ενέργεια δεν αρκούν για την δημιουργία και διατήρηση πολιτισμού, υπάρχει ανάγκη για μια πλουσιότερη βάση ενέργειας που στην περίπτωση του Άρη διατίθεται βραχυπρόθεσμα και μεσοπρόθεσμα με την μορφή γεωθερμικής ενέργειας, η οποία προσφέρει δυνατότητες για μεγάλο αριθμό τοπικών σταθμών παραγωγής ενέργειας. Μακροπρόθεσμα, θα υπάρχει πλούσια οικονομία σε ενέργεια η οποία θα βασίζεται στη εκμετάλλευση των μεγάλων αποθεμάτων ²H (δευτερίου), που υπάρχουν στον πλανήτη, για την κατασκευή αντιδραστήρων σύντηξης (Leach, 2014). Το ²H είναι πέντε φορές πιο κοινό στον Άρη από ό,τι στην Γη και δεκάδες χιλιάδες φορές πιο κοινό στον Άρη από ό,τι στην Σελήνη. Ένα από τα βασικά προβλήματα με την Σελήνη, όπως και με τα υπόλοιπα πλανητικά σώματα στα οποία υπάρχει απουσία αέρα είναι πως δεν διατίθεται φως σε χρήσιμη μορφή για την ανάπτυξη καλλιεργειών και η ανάπτυξη τους με τεχνητό φωτισμό, είναι πάρα πολύ δαπανηρή οικονομικά (Mars, 2021b). Αντιθέτως στον Άρη υπάρχει μια ατμόσφαιρα αρκετά παχιά, ώστε οι καλλιέργειες που θα αναπτύσσονται στην επιφάνεια του πλανήτη να μη χρειαστούν κάποια προστασία από την ηλιακή ακτινοβολία. Η χρήση λεπτών πλαστικών φουσκωτών θερμοκηπίων με προστατευτικούς θόλους από σκληρό πλαστικό, είναι αρκετή για την προστασία του ατόμου από την υπεριώδη ακτινοβολία και την γρήγορη δημιουργία καλλιεργήσιμων εκτάσεων στην επιφάνεια του πλανήτη (Mars, 2017). Ακόμη και χωρίς τα προβλήματα των ηλιακών εκλάμψεων και του μηνιαίου ημερήσιου κύκλου, τέτοια θερμοκήπια δεν θα ήταν πρακτικά στη Σελήνη λόγω της δημιουργίας υπερβολικά υψηλών θερμοκρασιών. Αντίθετα στον Άρη, το ισχυρό φαινόμενο του θερμοκηπίου που δημιουργείται από τέτοιους θόλους είναι ακριβώς αυτό που χρειάζεται για να δημιουργηθεί ένα εύκρατο κλίμα στο εσωτερικό τους (Leach, 2014). Τέτοιοι θόλοι με διάμετρο έως πενήντα μέτρων είναι αρκετά ελαφριοί για να μεταφερθούν αρχικά από τη Γη και έχουν την δυνατότητα να κατασκευαστούν αργότερα στον πλανήτη, καθώς όλοι οι πόροι που χρειάζονται για την κατασκευή πλαστικών υπάρχουν τοπικά στον Άρη. Δίκτυα τέτοιων θόλων μπορούν να κατασκευαστούν και να αναπτυχθούν γρήγορα, δημιουργώντας μεγάλες περιοχές στην επιφάνεια,

40

τόσο για την ανθρώπινη κατοίκηση όσο και για τη γεωργία. Παράλληλα οι άνθρωποι μπορούν να πυκνώσουν την ατμόσφαιρα του Άρη, μέσω ενός προγράμματος τεχνητής υπερθέρμανσης του πλανήτη, αναγκάζοντας έτσι τον ρηγόλιθο να απελευθερώσει τα στοιχεία που περιέχει, όπως το νερό, παρέχοντας μια παρόμοια ατμόσφαιρα με της Γης. Με αυτή την αλλαγή της ατμόσφαιρας, οι θόλοι κατοίκησης μπορεί να έχουν σχεδόν οποιοδήποτε μέγεθος, αφού η διατήρηση της διαφοράς πίεσης από ο εξωτερικό περιβάλλον δεν είναι αναγκαία, αναπτύσσοντας με αυτόν τον τρόπο καλλιέργειες ειδικών εκτροφών εξωτερικά του θόλου. Σε αντίθεση με κάθε άλλο γνωστό εξωγήινο σώμα, οι κάτοικοι του Άρη θα έχουν την δυνατότητα της επιφανειακής κατοίκησης και όχι της υπόγειας ενώ ταυτόχρονα θα τους δίνετε η ευκαιρία να κυκλοφορούν ελεύθερα καλλιεργώντας στο φως της ημέρας. Πρόκειται για έναν πλανήτη στον οποίο οι άνθρωποι έχουν την δυνατότητα να της κατοίκησης και της ανάπτυξης σε μεγάλους αριθμούς, καταναλώνοντας εγχώρια προϊόντα.

41

3.2 Φυσικά διαμορφωμένα καταφύγια Οι μελετητές του διαστήματος έχουν εικασίες για την παρουσία σπηλαίων στο φεγγάρι και στους πλανήτες του ηλιακού συστήματος, για πάνω από πενήντα χρόνια (Williams et al., 2010a). Μέσα από εικόνες χαμηλής ανάλυσης που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια της αποστολής «Lunar Orbiter» 1966-67, οι μελετητές εντόπισαν περίεργα ελικοειδή σχήματα στην επιφάνεια του φεγγαριού (Cushing and Okubo, 2015). Παρά την αρχική ρήξη που δημιουργήθηκε μεταξύ των ερευνητών σχετικά με την προέλευση τους, συμφωνήθηκε πως πιθανότατα αποτελούσαν υπολείμματα αρχαίων σωλήνων λάβας (Pierson, 2006). Πολλές από τις γεωλογικές διαδικασίες που διαπλάθουν και μορφοποιούν τον πλανήτη μας φαίνεται να είναι καθολικές, έχοντας ανακαλύψει σπηλιές σχεδόν σε όλο το ηλιακό μας σύστημα (Wynne, 2016). Το 2012, μια ερευνητική ομάδα χρησιμοποιώντας εικόνες από το σκάφος «SELENE» της Ιαπωνικής Υπηρεσίας Αεροδιαστημικής Εξερεύνησης περιέγραψε ένα λάκκο (στο φεγγάρι, ο οποίος είχε διάμετρο εξήντα πέντε μέτρων (Haruyama et al., 2009b). Από τότε, με την χρήση βελτιωμένων οπτικών μέσων και της αυξανόμενης αναζήτησης πλανητικών σπηλαίων, έχουν καταγραφεί περισσότερα από δύο χιλιάδες Αρειανά σπήλαια και διακόσια Σεληνιακά. Το ενδιαφέρων για τα σπήλαια άλλων διαστημικών σωμάτων, αναπτύσσεται και εξελίσσεται σε βασικό στόχο μελλοντικών ανθρώπινων και ρομποτικών αποστολών, καθώς μπορούν να παρέχουν ήδη προστατευμένα περιβάλλοντα, για την κατασκευή βάσεων και εγκαταστάσεων αποθήκευσης. Η χρήση σπηλαίων ως καταφύγια αστροναυτών είναι βάσιμη καθώς μπορούν να παρέχουν προστασία από την ραδιενέργεια και τους μετεωρίτες, όπως επίσης και καλή ατμοσφαιρική πίεση, μεγάλη στερεότητα και ευελιξία σε σχήμα, διαμορφώνοντας έτσι ολοκληρωμένη προστασία από τους κινδύνους (International Planetary Caves Conference, 2015). Παράλληλα παρέχουν εύκολη πρόσβαση σε υπόγεια επίπεδα, τα οποία μπορούν, ανάλογα με την τοποθεσία, να προσφέρουν νερό για κατανάλωση αλλά και χώρο μελέτης των υποστρωμάτων ηφαιστειακών δραστηριοτήτων, χωρίς την χρήση βαρύ και δαπανηρού εξοπλισμού γεώτρησης (Williams et al., 2010b). Ενδιαφέρουσα είναι και η πιθανότητα εύρεσης ιχνών ζωής σε ένα άλλο διαστημικό σώμα, αφού παρέχουν ένα κλειστό περιβάλλον που ωφελεί στην διατήρηση τέτοιων στοιχείων. Παρόλα αυτά, σημειώνεται απουσία θέας και φωτός ενώ η μεταφορά και χρήση ελαφριών και συμπιεσμένων φουσκωτών βιοτόπων (Oberbeck, Quaide and Greeley, 1969) στον πλανήτη για την επίτευξη της σωστής αεροστεγανότητας είναι αναγκαία.

42

Εικόνα 15. Εικόνα Mini-RF της τροχιακής αποστολής «Lunar Reconnaissance Orbiter» του Hadley Rille (σπήλαιο λάβας) το οποίο επισκέφθηκαν αστροναύτες του «Apollo 15» το 1971 Εικόνα 16. Εικόνα απο το «Imaging Science Experiment» (HiRISE) της «Jeanne» κρατήρας με πλάτος 150 μέτρα και βάθος τουλάχιστον 178 μέτρα.

43

3.3 Τοπικά υλικά κατασκευής. Η NASA έχει ανακοινώσει την ανάπτυξη τεχνολογιών που έχουν ως στόχο την κατασκευή δομών στην επιφάνεια των ξένων διαστημικών σωμάτων, χρησιμοποιώντας αυτό που είναι γνωστό ως «in-situ» υλικά ή επιτόπιοι πόροι (BigRentz Inc, 2020). Η ανάπτυξη τρόπων για τη χρήση των πόρων αυτών, μπορεί να επιλύσει ποικίλα εμπόδια της διαστημικής κατασκευής, ειδικά της δύσκολης μεταφοράς προϊόντων από τη Γη που προορίζονται για την κατασκευή δομών. Οι πρώτοι δυνητικοί κάτοικοι του κόκκινου πλανήτη, θα πρέπει να χρησιμοποιήσουν τα υλικά που θα έχουν στην διάθεση τους ώστε να προχωρήσουν στην κατασκευή δομών (Liu et al., 2021) Το βασικό υλικό το οποίο επικαλύπτει την μεγαλύτερη έκταση του Άρη ονομάζετε ρηγόλιθος και πρόκειται για ένα κονιορτοποιημένο στρώμα βράχου, το οποίο υπάρχει στο ηλιακό σύστημα εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια και δημιουργήθηκε από τις συνεχόμενες συγκρούσεις αστεροειδών (Savage, 2017). Το υλικό αυτό έχει δυνατότητες επεξεργασίας και χρήσης σε κατασκευές, μέσω της τρισδιάστατης εκτύπωσης. Πρόκειται για μία τεχνική κατασκευής η οποία δημιουργεί αντικείμενα με την εναπόθεση υλικού στρώση προς στρώση. Με την ανάπτυξη αυτής της τεχνικής η NASA θα μπορέσει να στείλει ρομπότ-κατασκευαστές, προτού σταλεί μια επανδρωμένη αποστολή, ώστε να προκατασκευάσουν τις δομές κατοίκησης και προσεδάφισης (Wilkinson et al., 2016) Υπάρχει επίσης η δυνατότητα της δημιουργίας δομών με σχήματα και λεπτομέρεια οι οποίες μπορεί να μην είναι εφικτές να κατασκευαστούν με τις συμβατικές διαδικασίες (Kestelier et al., 2016). Ακόμα ένα κομμάτι της έρευνας της NASA, αφορά την ανάπτυξη ενός δομικού υλικού το οποίο να είναι κατάλληλο για χρήση σε τρισδιάστατους εκτυπωτές τόσο από άποψη συνοχής όσο και από άποψη χρόνου σκλήρυνσης, ώστε να δημιουργεί σταθερές δομές. Ο ρηγόλιθος του Άρη αποτελείται κυρίως από διοξείδιο του πυριτίου και οξείδιο του σιδήρου, με αρκετή ποσότητα οξειδίου του αργιλίου, οξειδίου του ασβεστίου και οξειδίου του θείου (Savage, 2017). Η σύνθεση ποικίλλει ανάλογα την τοποθεσία στην επιφάνεια του πλανήτη λόγω της μεταβλητότητας στις συγκρούσεις αστεροειδών και στις καιρικές συνθήκες, από τον άνεμο και το νερό. Οι επιστήμονες της NASA, του Johnson Space Center, χρησιμοποιούν τα δεδομένα από τα rover για να δημιουργήσουν ένα υποκατάστατο του ρηγόλιθου, με γήινα στοιχεία που έχουν σχεδιαστεί για να ταιριάζουν με την σύσταση και το μέγεθος του εδάφους του Άρη (Haruyama et al., 2009a). Τα υποκατάστατα αυτά αναπτύσσονται με σκοπό

44

την χρήση τους σε δοκιμές νέων δομικών υλικών στην Γη. Με την έλλειψη υγρού νερού στην επιφάνεια του Άρη, οι επιστήμονες στρέφονται στην χρήση του θείου ως εναλλακτική λύση, δοκιμάζοντας παρόμοιες φόρμουλες με αυτές που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή θειούχου σκυροδέματος, που αποτελείται κυρίως από θείο και αδρανή υλικά. Το θειούχο σκυρόδεμα είναι ένα πολλά υποσχόμενο υλικό για τις διαστημικές κατασκευές, καθώς δεν απαιτεί νερό και διοξείδιο του άνθρακα για την επίτευξη της σκλήρυνσης του (3D Printuset A/S, 2016). Όταν ο Wan-Wender και οι συνεργάτες του δοκίμασαν μείγμα θείου/άμμου σε αναλογία ένα προς ένα συμπιέζοντας το για την διάσπαση των κόκκων και για την απομάκρυνση των φυσαλίδων αέρα, το αποτέλεσμα είχε αντοχή διπλάσια από το τυπικό σκυρόδεμα (60MPa) (Savage, 2017). Επίσης το σκυρόδεμα με βάση το θείο σκληραίνει πιο γρήγορα, γεγονός που πιθανός να λειτουργήσει ως πλεονέκτημα για την τρισδιάστατη εκτύπωση εφόσον η κάθε στρώση υλικού θα σκληραίνει σε μικρό χρόνο, συγκρατώντας έτσι την επόμενη στρώση που θα τυπώνεται πάνω του. Ωστόσο, το σκυρόδεμα από θείο του Άρη έχει ορισμένα μειονεκτήματα. Όπως το τυπικό σκυρόδεμα (δηλαδή μείγμα νερού, ορυκτών αδρανών, συνδετικών στοιχείων και τυχόν πρόσθετων), έχει χαμηλή αντοχή σε εφελκυσμό και ραγίζει εύκολα κάτω από φορτίο (Kestelier et al., 2016). Στη Γη, το πρόβλημα αυτό επιλύεται ενισχύοντας το δομικό υλικό με οπλισμό χάλυβα, σε αντίθεση με τον Άρη που δεν είναι ξεκάθαρο τι είδους ράβδος θα μπορούσε να κατασκευαστεί για την ενίσχυση της δομής (3D Printuset A/S, 2016). Επιπλέον, το θειούχο σκυρόδεμα δεν είναι ανθεκτικό στην θερμότητα, θέτοντας σε κίνδυνο την κατασκευή, με την πιθανή κατάρρευση του σκυροδέματος, από το λιώσιμο του θείου. Για αυτό προτείνεται η χρήση του για την παροχή αντοχής, εγκλωβισμένο μέσα σε κάτι πυρίμαχο. Σύμφωνα με τον Robert P. Mueller, senior technologist for Advanced Products Development στο Swamp Works, το εργαστήριο καινοτομίας που συνίδρυσε στο Kennedy Space Center της NASA, θέλει να παραλείψει το πολυμερές συνδετικό και να εστιάσει στην σκλήρυνση του εδάφους με την πυροσυσσωμάτωση (Taylor and Meek, 2005), δηλαδή θερμαίνοντας και συμπιέζοντας τον ρηγόλιθο μέχρι να γίνει στερεός και να αποκτήσει μία κρυσταλλική μορφή (Savage, 2017). Αυτό είναι δυνατό χρησιμοποιώντας μια δέσμη λέιζερ, έναν ηλιακό συμπυκνωτή ή ένα σύστημα μικροκυμάτων (Nugent and Kare, 2010), αλλά μέχρι οι ερευνητές να αναπτύξουν αυτή την τεχνολογία λειτουργούν με τα συνδετικά πολυμερή, δοκιμάζο-

45

ντας τις ιδέες τους για την τρισδιάστατη εκτύπωση. Μια ακόμη σημαντική πηγή υλικών κατασκευής, είναι η ανακύκλωση τον άχρηστων η φθαρμένων αντικειμένων. Ένα από τα υλικά που χρησιμοποιούνται πολύ συχνά στον ISS από την NASA είναι το «Acrylonitrile butadiene-styrene» (ABS), ένα ειδικό πολυμερές από το οποίο παράγονται ποικίλα αντικείμενα, όπως μπουλόνια, κλειδιά και άλλα. Με την φθορά αυτών των αντικειμένων, το ABS επαναχρησιμοποιείται μέσω της ανακύκλωσης του (BigRentz Inc, 2020). Η διαδικασία διάσπασης των αντικειμένων αυτών, με σκοπό την επαναχρησιμοποίηση των υλικών τους μπορεί να γίνει αρκετά περίπλοκη, χάρη όμως σε ειδικά αναπτυγμένες τεχνολογίες για διαστημική χρήση, η διάσπαση τους γίνεται πολύ πιο αποτελεσματική και εύκολη. Μια τις τεχνολογίες αυτές ονομάζετε «Recycler», ένα μηχάνημα που έχει την ικανότητα να επαναεπεξεργάζεται πολυμερή υλικά, ώστε να χρησιμοποιηθούν στον τρισδιάστατο εκτυπωτή του ISS (Garcia, 2020). Το πλήρωμα με αυτήν την τεχνολογία μπορεί να τροφοδοτήσει με φθαρμένα υλικά και αντικείμενα το μηχάνημα, το οποίο θα τα μετατρέψει και πάλι στην αρχική φάση υλικού πολυμερούς που χρησιμοποιήθηκε για την δημιουργία τους. Στην συνέχεια το υλικό που βρίσκεται σε έτοιμη μορφή για τρισδιάστατη εκτύπωση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή αντικειμένων χρήσιμων σε κατασκευές και επισκευές. Μια παρόμοια τεχνολογία, το «InSpace Refrabicator», συνδυάζει τις λειτουργίες του «Recycler» και του τρισδιάστατου εκτυπωτή (NASA Science, 2018), χρησιμοποιώντας ακόμη και υλικά που οι παραδοσιακοί τρισδιάστατοι εκτυπωτές δεν έχουν την ικανότητα να επεξεργαστούν, όπως αφρός και πλαστικές συσκευασίες. Η χρήση των «In-situ» υλικών έχει εξελιχθεί πολύ, χωρίς όμως να μπορούμε να πούμε ότι έχει φτάσει σε ένα ικανοποιητικό σημείο. Τα μελλοντικά οικοδομικά υλικά θα είναι σε θέση να λύσουν πολλά προβλήματα που μπορεί να έχει η οικοδόμηση στο διάστημα. Ένα από αυτά, το διαφανές αλουμίνιο, αποτελεί ένα από τα πιο πολλά υποσχόμενα υλικά, που πρέπει να χρησιμοποιηθούν στις διαστημικές κατασκευές. Το διαφανές αλουμίνιο είναι ένα κεραμικό κράμα που είναι κατά 85% σκληρότερο από το ζαφείρι, είναι ανθεκτικό στην οξείδωση, τη διάβρωση και την ακτινοβολία και παρέχει έντονη προστασία στους ανθρώπους στο διάστημα, οι οποίοι απειλούνται από την διαστημική ακτινοβολία (BigRentz Inc, 2020). Ωστόσο, πέρα από τα εγχώρια υλικά του κάθε διαστημικού σώματος υπάρχουν και τεχνητά υλικά, τα οποία έχουν την δυνατότητα μεταφοράς από την Γη λόγω του μικρού τους βάρους (Bell, 2021). Ένα από αυτά τα υλικά είναι το γραφένιο ή αλλιώς γραφίνη (C140H42O20), ένας τρισδιάστατα εκτυπωμέ-

46

νος άνθρακας που φέρει διακόσιες ​​φορές μεγαλύτερη αντοχή από τον χάλυβα, ενώ παράλληλα είναι πολύ ελαφρύτερος από αυτόν.

47

04

48

49

4 Τεχνητοι τρόποι κατοίκησης 4.1 Προσεγγίσεις ανθρωποκεντρικού σχεδιασμού Ο ανθρωποκεντρικός σχεδιασμός (HCD) αποτελεί μια προσέγγιση, η οποία έχει ως σκοπό την βελτίωση της σχέσης που δημιουργείται, μεταξύ του δομημένου χώρου και των χρηστών του. H προσέγγιση αυτή στοχεύει στην επίλυση προβλημάτων που παρατηρούνται συνήθως στα πλαίσια της σχεδίασης, διαχείρισης και μηχανικής εμπλέκοντας την ανθρώπινη προοπτική σε όλα τα βήματα της διαδικασίας (Matheson et al., 2015). Ο όρος επινοήθηκε μόλις το 1987 από τον Ιρλανδό μηχανικό Mike Cooley (Boy, 2018). Η βασική ιδέα του HCD συνδυάζει τη σωστή αντίληψη του χώρου με τις καινοτόμες ιδέες. Απαιτείται μεγάλη έρευνα για την κατανόηση των ανθρωπίνων αναγκών και συμπεριφορών, ώστε να εντοπιστούν και να αποφευχθούν τα προβλήματα, τα οποία μπορεί να δημιουργεί ένας χώρος, τόσο μακροπρόθεσμα όσο και βραχυπρόθεσμα, ψυχολογικά ή σωματικά, στο άτομο ή σε μια ομάδα ατόμων (Purkayastha, 2021). Η σχεδιαστική σύνθεση που παράγει, είναι αποτελεσματική όχι όταν είναι αισθητικά καλαίσθητη, αλλά όταν διευκολύνει την ζωή του χρήστη. Ο HCD χρησιμοποιεί μια ποικιλία τεχνικών, οι οποίες έχουν ως στόχο την κατανόηση των αναγκών, περιορισμών και επιθυμιών των χρηστών, τοποθετώντας τον στο επίκεντρο της διαδικασίας σχεδίασης προϊόντων. Δημιουργώντας με αυτόν τον τρόπο μια βαθύτατη σύνδεση του ατόμου με τον χώρο, παρέχουν παράλληλα πολλαπλές λύσεις για τα προβλήματα που υπάρχουν ή μπορεί να υπάρξουν. Πριν την φάση υλοποίησης του σχεδιασμού, οι ομάδες που χρησιμοποιούν τον HCD εμπνέονται, εξετάζοντας τα προβλήματα της καθημερινότητας των ανθρώπων. Μελετούν τις ανάγκες των ατόμων και προσπαθούν να ταυτιστούν με αυτές (Boy, 2018), ώστε να καταλάβουν τι χρειάζονται περισσότερο για να επιλυθούν τα ζητήματα που παρουσιάζονται. Παράλληλα κατασκευάζουν λύσεις των προβλημάτων, ώστε να δουν ποια ή ποιοι συνδυασμοί ανταποκρίνεται αποτελεσματικότερα στις ανάγκες αυτές (Masterclass, 2022). Οι δοκιμές των ιδεών σε χρήστες και η δημιουργία πειραματικών χώρων, βοηθούν τις ομάδες να βελτιώσουν τις ιδέες και τεχνικές που αναπτύσσουν και να μάθουν από τα λάθη τους. Οι λύσεις που παρέχονται από την χρήση της HCD, επιτρέπουν

50

την διαμόρφωση χώρων, οι οποίοι θα προσφέρουν στους χρήστες του, ένα αποτέλεσμα το οποίο καλύπτει τις δικές τους συγκεκριμένες, μελετημένες ανάγκες. Μία έρευνα που διεξήχθη από το ETH Zürich σε συνεργασία με το Bauhaus University Weimar, μελέτησε τους τρόπο αντίληψης του αστικού περιβάλλοντος από τον άνθρωπο και διερεύνησε τα χαρακτηριστικά τα οποία επηρεάζουν τους ίδιους, με την χρήση μια τεχνολογίας συμπεριφορικής ανίχνευσης (Ojha et al., 2019). Κατά την διάρκεια αυτής της έρευνας, τα υποκείμενα πραγματοποίησαν μία βόλτα αναψυχής σε ένα αστικό περιβάλλον, στην οποία μετρήθηκαν και καταγράφηκαν οι αντιδράσεις των υποκειμένων (διαβάζοντας τις αλλαγές στο πρόσωπο τους), οι αλλαγές στη φυσιολογία τους (αλλαγή στην θερμότητα του σώματος, αυξημένο στρες κ.α.) και τα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος στο οποίο βρισκόντουσαν (ψηλά κτήρια, στενοί δρόμοι κ.α.) (Boy, 2018). Η έρευνα αυτή συμπέρανε, ότι η αστική μορφολογία δημιουργεί μακροπρόθεσμες επιπτώσεις, στην βιωματική ποιότητα που παρέχει ο δομημένος χώρος στον άνθρωπο. Ο HCD φέρνει στην επιφάνεια αυτό το γεγονός, αναδεικνύοντας πως η αρχιτεκτονική δεν φέρει αντίκτυπο μόνο στην ανθρώπινη συμπεριφορά απέναντι στον χώρο, αλλά και στην ανθρώπινη υγεία, τόσο σωματική όσο και ψυχική (Ojha et al., 2019). Ένα παράδειγμα ενσωμάτωσης του HCD, για την παροχή καλύτερων συνθηκών διαβίωσης, αποτελεί ένα γηροκομείο το οποίο σχεδιάστηκε για την φροντίδα ηλικιωμένων που πάσχουν από άνοια και την νόσο Alzheimer (Boy, 2018). Η δομή η οποία ονομάζεται «Lantern Assisted Living», αποτελεί μία κλειστή κοινότητα στο Οχάιο των ΗΠΑ, η οποία σχεδιάστηκε ως μια κανονική γειτονιά της δεκαετίας του 1930 και του 1940 (Masterclass, 2022), με σκοπό να θυμίζει στους ηλικιωμένους την εποχή στην οποία έζησαν, δημιουργώντας συναισθήματα νοσταλγίας.

Εικόνα 17. Το εξωτερικό μίας δομής κατοίκησης του «Lantern Assister Living»,.

51

Παρομοίως, οι επανδρωμένες διαστημικές αποστολές πρέπει να σχεδιάζονται με ανθρωποκεντρική προσέγγιση, κατασκευάζοντας ευέλικτους χώρους που θα εξυπηρετούν το ανθρώπινο σύνολο (Boy, 2018). Οι παράμετροι με βάση τις οποίες αναπτύσσεται ο σχεδιασμός, είναι η σωστή υποστήριξη της σωματικής και ψυχολογικής υγείας, τα πόστα εργασίας που χρειάζονται κατά την διάρκεια των πτήσεων καθώς και κατά την διάρκεια της εξερεύνησης του πλανήτη και η βαρύτητα, η οποία επηρεάζει τον χώρο και χρόνο στον οποίο λειτουργεί το πλήρωμα. Μία από τις πρώτες προσπάθειες προσομοίωσης μιας ανθρώπινης αποστολής στον Άρη ήταν το πείραμα «Mars 500», που πραγματοποιήθηκε από το Institute for Biomedical Problems της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών στην Μόσχα (IBMP RAS), την χρονική περίοδο του 2007 έως το 2011(The European Space Agency, no date b). Το πείραμα αυτό, αποτελούνταν από τρία πληρώματα εθελοντών, τα οποία έπρεπε να κατοικίσουν και να εργαστούν σε ένα πρωτότυπο διαστημικής δομής σε διαφορετικές περιόδους (Boy, 2018). Οι τρείς αποστολές, είχαν διαφορετικές χρονικές διάρκειες και η κάθε μία πραγματοποιήθηκε με σκοπό την μελέτη συγκεκριμένων χαρακτηριστικών της προσομοίωσης. Η πρώτη αποστολή είχε διάρκεια δεκαπέντε ημερών και στόχος της ήταν η μελέτη των τεχνικών ζητημάτων, όπως δοκιμές εξοπλισμού και εγκαταστάσεων. Η δεύτερη αποστολή, διάρκειας εκατόν πέντε ημερών, αποτελούνταν από έξι άτομα, τα οποία ζούσαν στην απομόνωση της μονάδας κατοίκησης. Η τρίτη διήρκησε πεντακόσιες είκοσι ημέρες, αποτελούνταν από έξι εθελοντές διαφόρων εθνικοτήτων, οι οποίοι κατείχαν όλες τις γνώσεις που χρειάζονταν για να ολοκληρώσουν με επιτυχία την μακροχρόνια αποστολή. Στα πλαίσια αυτών των προσομοιώσεων, καταγράφηκαν και αναλύθηκαν φυσιολογικά, ψυχολογικά και κοινωνικά δεδομένα, ενώ επιτεύχθηκε και ο σκοπός των πειραμάτων, ο οποίος ήταν η βελτίωση της κατανόησης των επιδράσεων της μακροχρόνιας απομόνωσης σε περιορισμένο χώρο. Ακόμα μια μελέτη που πραγματοποιήθηκε, μελέτησε τα ψυχικά προβλήματα τα οποία μπορούν να προκύψουν από τον μακροχρόνιο περιορισμό των διαστημικών αποστολών, εξετάζοντας ταυτόχρονα και τα δεδομένα του πειράματος «Mars 500» (Wagner and Robinson, 2014)impact melt deposits (n=221. Αναλύθηκαν ψυχοφυσιολογικά και ψυχοκοινωνικά δεδομένα, χρησιμοποιώντας ερωτηματολόγια και εξετάσεις πλάσματος (π.χ. ντοπαμίνη) στο πλήρωμα, αποδίδοντας το συμπέρασμα πως με την πάροδο του χρόνου οι απαντήσεις που δινόντουσαν, γινόντουσαν πιο θετικές απέναντι σε εικόνες και ερωτήσεις αρνητικού περιεχομένου. Γεγονός το οποίο μπορεί

52

να αναπτύχθηκε από την επιβαρυμένη ψυχολογία, λόγω του αυξημένου στρες. Γενικότερα, όλα τα πειράματα που αφορούν προσομοιώσεις μελλοντικών διαστημικών αποστολών, απαιτούν την ανάπτυξη αποτελεσματικών σχέσεων μεταξύ του πληρώματος και του χώρου διαμονής και εργασίας, ώστε να αποφευχθούν, όσο το δυνατόν περισσότερο, τα αρνητικά συναισθήματα, δραστηριότητες και συμπεριφορές. Οι τρόποι με τους οποίους θα επιτευχθεί αυτό, είναι με την μελέτη των συμπεριφορών και των χαρακτηριστικών του πληρώματος, για τον σχεδιασμό του χώρου με γνώμονα τις ατομικές και συλλογικές συμπεριφορές, προτιμήσεις και χαρακτήρα.

4.2 Φουσκωτές κατασκευές Τα τελευταία 40 χρόνια, το μεγαλύτερο ποσοστό των αποστολών χρησιμοποιεί για σεληνιακές βάσεις, έτοιμες προς χρήση μονάδες που εμπεριέχονται στα σκάφη και οι οποίες συνήθως μεταφέρονται από τη γη πλήρως κατασκευασμένες και εξοπλισμένες (Leach, 2014). Αυτές οι μονάδες κατασκευάζονται με γεωμετρίες που είναι συμβατές με τα οχήματα εκτόξευσης, ώστε να αξιοποιούν όσον τον δυνατόν περισσότερο τον αποθηκευτικό χώρο που παρέχουν τα οχήματα, χωρίς να επηρεάζεται ο υπόλοιπος χώρος. Λόγω αυτού, ο σχεδιασμός σεληνιακών βάσεων χτίζεται συχνά γύρω από συγκροτήματα κυλινδρικών στοιχείων, όμοια μεταξύ τους, όπως ο ISS (Litteken, 2019). Ένας από τους βασικούς περιορισμούς στην εξερεύνηση του διαστήματος, είναι το μέγεθος και ο όγκος των διαστημικών δομών. Δεδομένου του μεγέθους των σύγχρονων οχημάτων εκτόξευσης, δεν είναι δυνατή η παράδοση πλήρως συναρμολογημένων μεγάλων δομών (BigRentz Inc, 2020). Αντίθετα, οι αρθρωτές δομές οι οποίες μεταφέρονται σε προκατασκευασμένα τμήματα τα οποία συναρμολογούνται επιτόπια στο διάστημα, όπως η διαδικασία κατασκευής του ISS, είναι μια βιώσιμη μέθοδος για την κατασκευή μεγάλων συγκροτημάτων, που όμως απαιτεί πολλαπλό αριθμό εκτοξεύσεων (Litteken, 2019). Ωστόσο, με την χρήση αναπτυσσόμενων δομών, μία δομή μεγάλης κλίμακας έχει την δυνατότητα να τεθεί στο διάστημα με μόνο μία εκτόξευση.

53

Εικόνα 18. «LUNARK», ένας αναπτύξιμος οικότοπος σχεδιασμένος για την Σελήνη, δοκιμασμένος σε μία τρίμηνη αποστολή χίλια χιλιόμετρα Βόρεια του πολικού κύκλου. Σχεδιασμένος από του SAGA Space Architects

54

Οι αναπτυσσόμενες δομές, είναι προσαρμοστικά συστήματα που έχουν την δυνατότητα να επεκταθούν από την συσκευασία αποθήκευσης τους σε πλήρως λειτουργικά εξαρτήματα ή ακόμα και σε χώρους κατοίκησης (Litteken, 2019). Τέτοιες δομές χρησιμοποιούνται σε δορυφόρους και οικοτόπους για την ανάπτυξη ηλιακών συστοιχιών, δορυφορικών κεραιών, κ.α. και χωρίζονται σε τρείς βασικές κατηγορίες ανάλογα με την χρήση τους. Η πρώτη κατηγορία αφορά τους μηχανισμούς ανάπτυξης, οι οποίοι ξεδιπλώνουν κάποια άκαμπτη δομή, ώστε να κλειδώσει σε μία ευθεία θέση, όπως δορυφορικές κεραίες ή θύρες (Wilkinson et al., 2016) Η δεύτερη κατηγορία αφορά τους επεκτεινόμενους βραχίονες, οι οποίοι συνήθως είναι πτυσσόμενα μέλη δοκών, τα οποία διαστέλλονται γραμμικά χρησιμοποιώντας ελατήρια ή κινητήρες, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στις ηλιακές συστοιχίες του τηλεσκοπίου «Hubble» της NASA. Τέλος, η τρίτη κατηγορία, η οποία αφορά τις φουσκωτές κατασκευές, δηλαδή πολυδιάστατα δοχεία πίεσης, που έχουν την ικανότητα να σκληρύνουν καθώς φουσκώνουν με αέρα και αναπτύσσονται, οι οποίες χρησιμοποιούνται σε σφαιρικούς δορυφόρους και δομές κατοίκησης.

Εικόνα 19. Τηλεσκόπιο Hubble, παράδειγμα για αναπτυσσόμενες κεραίες, θύρα (μηχανισμός ανάπτυξης) και ηλιακούς συλλέκτες (επεκτεινόμενοι βραχίονες).

55

Οι φουσκωτές διαστημικές δομές, χρησιμοποιούνται για την εξοικονόμηση χώρου μέσα στο όχημα εκτόξευσης, καθώς απαιτούν τον ελάχιστο όγκο προς αποθήκευση ενώ παράλληλα παρέχουν τη μέγιστη ποσότητα βιώσιμου όγκου, με την ανάπτυξη τους σε πλήρη λειτουργικό χώρο, μόλις βρεθούν στην επιφάνεια τους διαστημικού σώματος. Οι δομές αυτές ερευνώνται από την NASA από την αρχή της δεκαετίας του 1950 και έχουν χρησιμοποιηθεί από την διαστημική κοινότητα για πολλά είδη δομών, όπως για παράδειγμα οι φουσκωτοί δορυφόροι, κεραίες και βραχίονες, οι οποίοι χρησιμοποιούνται σε τροχιακές δομές, δηλαδή αυτές που ταξιδεύουν γύρω από ένα διαστημικό σώμα (Litteken, 2019). Ακόμη μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως προστατευτικές επιφάνειες, όπως ασπίδες θερμότητας, επιβραδυντές και αερόσακοι, κατά την είσοδο στην ατμόσφαιρα, κατά την κάθοδο και την προσγείωση, καθώς και ως χώροι διαβίωσης αλλά και ως μέσα επιφανειακής εξερεύνησης, με την μορφή φουσκωτών βιοτόπων, διαστημικών σταθμών και φουσκωτών αερόστατων, αλλιώς γνωστά και ως «blimps» (Lewis, Matthews and Guerrieri, 1993). Οι εφαρμογές αυτές, είναι μονάχα ένα κομμάτι των πιθανών χρήσεων των φουσκωτών κατασκευών, οι οποίες μελετώνται και αναπτύσσονται συνεχώς, με στόχο την επέκταση του ανθρώπινου είδους στο ηλιακό σύστημα.

Εικόνα 20. Τροχιακή αποστολή/πείραμα με φουσκωτή κεραία, «STS-77» του 1996.

56

Εικόνα 21. Αερόσακοι προσγείωσης, «Mars Pathfinder», 1997.

4.2.1 Φουσκωτές κατασκευές χαμηλής τροχιάς. Οι φουσκωτές κατασκευές σχεδιάστηκαν με σκοπό να χρησιμοποιηθούν ως κατοικήσιμες μονάδες πριν να μελετηθεί η χρήση τους για τη διαστημική κοινότητα. Η πρώτη αναφορά από τους επιστήμονες της NASA έγινε την δεκαετία του 1950, σε περίοδο κατά την οποία αναζητούταν διάφορες συνθέσεις για τους τροχιακούς διαστημικούς σταθμούς της Γης, αναπτύσσοντας με αυτόν τον τρόπο την ιδέα του φουσκωτού δορυφόρου (Litteken, 2019). Η πρώτη φουσκωτή διαστημική δομή, αναπτύχθηκε στο ερευνητικό κέντρο Langley της NASA και ήταν η πρώτη από τις δυο τροχιακές αποστολές του «Project Echo» (Lewis, Matthews and Guerrieri, 1993). Οι δορυφόροι «Echo» αποτελούσαν ένα ζευγάρι σφαιρικών φουσκωτών δομών, που λειτουργούσαν ως παθητικοί ανακλαστήρες, για τα σήματα μικροκυμάτων. Ο πρώτος φουσκωτός δορυφόρος «Echo 1», αποτελούσε ένα μεταλλοποιημένο φουσκωτό μπαλόνι διαμέτρου τριάντα μέτρων, το οποίο μπορούσε να φανεί από την Γη ως ένα γυαλιστερό αντικείμενο στον ουρανό. Κατασκευάστηκε από υλικό BoPET1, ή αλλιώς γνωστό ως Mylar, μισού χιλιοστού 1Μια πολυεστερική μεμβράνη κατασκευασμένη από τεντωμένο τερεφθαλικό

πολυαιθυλένιο (PET), η οποία χρησιμοποιείται για την υψηλή εφελκυστική αντοχή, τη χημική και διαστατική σταθερότητα, τη διαφάνεια, την ανακλαστικότητα, τις ιδιότητες φραγμού αερίων και αρωμάτων και την ηλεκτρική μόνωση.

57

και εσωτερικά ήταν γεμάτο με σκόνη εξάχνωσης, η οποία έχει την ιδιότητα να μετατρέπεται σε αέριο στο διάστημα (Litteken, 2019). Το «Echo 1», εκτοξεύτηκε το 1960 και περιστράφηκε γύρω από τη Γη, μέχρι την επιτυχείς επανείσοδο του στην ατμόσφαιρα το 1968 (Lewis, Matthews and Guerrieri, 1993). Παρόλο που, ως φουσκωτή δομή υπήρχε ο κίνδυνος ζημιάς από μετεωρίτες μικρής κλίμακας και τροχιακά συντρίμμια (MMOD), λόγω της υπερβολής που έγινε στην σκόνη εξάχνωσης δεν δημιουργήθηκε κανένα πρόβλημα. Η δεύτερη αποστολή του «Project Echo», το «Echo 2», είχε διάμετρο μεγαλύτερη των σαράντα μέτρων και κατασκευάστηκε από υλικό BoPET και αλουμίνιο, με σκοπό να παραμένει άκαμπτο μετά την ανάπτυξη του στο διάστημα, χωρίς να χρειάζεται εσωτερική πίεση, ώστε να μην παραμορφώνεται από τυχών προσκρούσεις με MMOD. Εκτοξεύτηκε στην τροχιά της Γης το 1964 και λειτουργούσε έως το 1969 όπου κάηκε, κατά την επανείσοδο του στην γήινη ατμόσφαιρα. Με την ανάπτυξη του Project Echo, αναδείχθηκε η αξία των φουσκωτών κατασκευών για τις διαστημικές αποστολές.

Εικόνα 22. «Echo 1»

58

4.2.2 Φουσκωτές κατασκευές κατοίκησης. Η πρώτη φουσκωτή κατασκευή με δυνατότητες κατοίκησης, προτάθηκε από την Goodyear Aircraft Corporation το 1961, το «Erectable Torus Manner Space Laboratory» (Lewis, Matthews and Guerrieri, 1993).. Η ιδέα αυτή αποτελούνταν από έναν δακτύλιο διαμέτρου επτά μέτρων, ο οποίος είχε το πλεονέκτημα της ενιαίας μονάδας, δεν αποτελούνταν δηλαδή από μονάδες που χρειαζόντουσαν συναρμολόγηση στο διάστημα. Έδινε επίσης την δυνατότητα μεταφοράς με την χρήση μόνο ενός προωθητήρα και την συνεχόμενη ενεργειακή αυτονομία μέσω μίας αναπτυσσόμενης ηλιακής συστοιχίας, υποστηρίζοντας έξι μέλη του πληρώματος (Litteken, 2019). Μέσα από αύτη την ιδέα αναπτύχθηκε ο ομόκεντρος οικότοπος «Stanford torus», ο οποίος αποτελείται από έναν δακτύλιο διαμέτρου σχεδόν δύο χιλιομέτρων, με ικανότητα να στεγάσει από δέκα έως σαράντα χιλιάδες άτομα (NSS, 2017).

Εικόνα 23, 23α. Δακτύλιος κατοίκησης «Stanford torus».

59

Ο δακτύλιος αυτός συνδέεται με το κεντρικό σημείο του με αγωγούς, οι οποίοι λειτουργούν ως χώρος μεταφοράς υλικών και ανθρώπων, ενώ παράλληλα στο εσωτερικό του δακτύλιου παρέχεται βαρύτητα μέσω της φυγοκέντρου δύναμης. Ο φωτισμός του εσωτερικού επιτυγχάνεται από ένα σύστημα κατόπτρων που βρίσκονται στην οροφή του κατοικήσιμου χώρου, συμπεριλαμβανομένου ενός μεγάλου σταθερού ηλιακού καθρέφτη. Ο σύγχρονος σχεδιασμός φουσκωτών κατοικήσιμων μονάδων αναπτύχθηκε το 1997 από την NASA, μέσα από το πρόγραμμα «Transit Habitat», αλλιώς γνωστό ως «TransHab» (Litteken, 2019). Το «TransHab» είναι ένας φουσκωτός βιότοπος τριών κατακόρυφων επιπέδων, διαμέτρου οκτώ μέτρων και ύψους έντεκα μέτρων, ο οποίος σχεδιάστηκε ως χώρος διαβίωσης για τις αποστολές του Άρη και του ISS (Litteken, 2019). Οι φουσκωτές διαστημικές κατασκευές, μπορούν να κατασκευαστούν πλέον με εξελιγμένα υλικά υψηλής αντοχής, τα οποία παρέχουν μεγάλη ελαστικότητα και προστασία από MMOD, επιλύοντας τα προβλήματα που υπήρχαν με τις προηγούμενες φουσκωτές διαστημικές κατασκευές. Επίσης, μέσω των μελετών που διεξήχθησαν για το «TransHab», δημιουργήθηκαν πολλές πατέντες και πρόοδος πάνω στην τεχνολογία των φουσκωτών κατασκευών.

Εικόνα 24. Όψη του εξωτερικού και εσωτερικού χώρου του «TransHab».

60

Ακόμη, η NASA ανέπτυξε ιδέες για την εξερεύνηση της σεληνιακής επιφάνειας, με την χρήση φουσκωτών κατασκευών κατά την διάρκεια του προγράμματος «Constellation». Κάποιες από αυτές τις κατασκευές ήταν ομόκεντροι οικοτόποι, κυλινδρικές επεκτεινόμενες σήραγγες και σφραγισμένοι θάλαμοι πίεσης (Litteken, 2019). Το Σεληνιακό και Αρειανό περιβάλλον, δίνουν πολλές δυνατότητες στις φουσκωτές κατασκευές να παρέχουν βιώσιμο όγκο κατοίκησης, αλλά όχι επαρκή μακροπρόθεσμη προστασία από τους κινδύνους τους (Zubrin, 2018). Ένας τρόπος προστασίας των κατασκευών είναι η χρήση τοπικών υλικών, όπως ο ρηγόλιθος (ένα μείγμα από σκόνη, χώμα και σπασμένα πετρώματα που επικαλύπτει την μεγαλύτερη επιφάνεια των διαστημικών σωμάτων), για την παραγωγή μια εξωτερικής ασπίδας (Zubrin, 2018). Το υλικό αυτό δίνει πολλούς τρόπους εφαρμογής, όπως η συσσώρευση χαλαρού ρηγόλιθου γύρω από την δομή, ο στερεός τοίχος που μπορεί να κατασκευαστεί από την επεξεργασία του υλικού, ακόμα και σάκοι ρηγόλιθου (Litteken, 2019). Επίσης, οι φουσκωτές δομές μπορούν να αναπτυχθούν στο εσωτερικό ενός σπηλαίου ή σε κάποια υπόγεια σήραγγα λάβας, όπου παρέχουν έτοιμη προστασία από την ακτινοβολία, τους μετεωρίτες και την θερμοκρασία.

Εικόνα 25, 25α. Φουσκωτός οικότοπος σεληνιακής επιφάνειας της NASA (πάνω) και φουσκωτός θάλαμος πίεσηςμετάβασης (κάτω)

61

4.3 Τρισδιάστατη εκτύπωση. Ένας μεγάλος περιορισμός της διαστημικής κατασκευής, είναι το υψηλό κόστος μεταφοράς γήινων υλικών στο διάστημα. Το κόστος για την μεταφορά ενός τούβλου στη Σελήνη ανέρχεται στα δύο εκατομμύρια δολάρια (Kestelier et al., 2016). Για το λόγο αυτό τίθεται αναγκαία η ανάπτυξη τεχνολογιών οι οποίες θα αξιοποιούν τα υλικά της περιοχής, ακολουθώντας μια πολιτική επιτόπιας χρήσης πόρων - In situ resource utilization (ISRU), για την κατασκευή των εξωγήινων δομών (Leach, 2014). Παράλληλα για την μείωση του φορτίου και του κόστους μεταφοράς των απαραίτητων εξαρτημάτων στο διάστημα, ο ISS λειτουργεί ως κέντρο δοκιμών μια νέας τεχνολογίας διαστημικής κατασκευής, αυτή της τρισδιάστατης εκτύπωσης (NASA Science, 2018). Μέχρι και σήμερα, η κατασκευή των εξαρτημάτων του ISS γίνεται κυρίως μέσω της τρισδιάστατης εκτύπωσης πολυμερών και πλαστικών (Leach, 2014). Ακόμα μία διαδικασία εκτύπωσης η οποία χρησιμοποιείται από αρκετούς εκτυπωτές είναι αυτή της κατασκευής λιωμένου νήματος (FFF), η οποία είναι λειτουργική στην μικροβαρύτητα, καθώς και ασφαλής για χρήση σε κλειστές κατοικήσιμες δομές, όταν πληροί τους περιορισμούς μάζας, όγκου και ισχύος του ISS (NASA Science, 2018). Ένα βασικό χαρακτηριστικό για την μείωση του κόστους των αποστολών και στην βελτίωση της αποδοτικότητας τους, είναι χρήση ανακυκλώσιμων υλικών για την κατασκευή εξαρτημάτων.

Mε τις δοκιμές της τρισδιάστατης εκτύπωσης στον ISS, η NASA αναπτύσσει τους τρόπους εφαρμογής της σε μακροχρόνιες αποστολές, όπως επιφανειακές αποστολές στην Σελήνη και στον Άρη, με σκοπό να μπορεί να χρησιμοποιηθεί όπως και στην Γη, για την κατασκευή διαστημικών δομών, ανταλλακτικών, ακόμα και την προετοιμασία τροφίμων (BigRentz Inc, 2020. Με τη χρήση της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι εφικτή η δημιουργία οικοτόπων και υποδομών πριν την άφιξη των ανθρώπων στο διαστημικό σώμα, με τη βοήθεια ρομπότ, μειώνοντας με αυτόν τον τρόπο τον κίνδυνο της έκθεσης τους σε ακτινοβολία. Η τρισδιάστατη εκτύπωση στην Σελήνη με «In-situ» υλικά, επιτυγχάνεται με την χρήση του ρηγόλιθου ως δομικό υλικό, που όπως συμβαίνει και στον Άρη, ο ρηγόλιθος είναι πλούσιος σε αποθέματα σιδήρου, τα οποία μπορούν να εξορυχθούν (DigitalFUTURES world, 2020). Η εκτύπωση στην Σελήνη φέρει κάποιους ενδοιασμούς, καθώς σημειώνεται μεγάλο εύρος θερμοκρασιών μεταξύ ημέρας και νύχτας και σημαντική διαφορά μεταξύ των σημείων που ακουμπάει το φως και αυτών που βρίσκονται στη σκιά (Leach, 2014).

62

Εικόνα 26. «Project MELT», παρέχει τη δυνατότητα τρισδιάστατης εκτύπωσης σε μικροβαρύτητα.

Εικόνα 27. Πρώτος εκτυπωτής που πέταξε στο διάστημα, από την Made in Space.

Εικόνα 28. Ο πρωτότυπος τρισδιάστατος εκτυπωτής της Made in Space, καθώς περνούσε από μια σειρά δοκιμών σε πτήση μικροβαρύτητας, 2013.

63

Επίσης, οι μεγάλης διαρκείας νύχτες δεν βοηθούν στην συλλογή ηλιακής ακτινοβολίας, η οποία πρόκειται να είναι μία από τις βασικές πηγές ενέργειας για την παραγωγής ηλεκτρισμού. Ταυτόχρονα, προκαλούνται προβλήματα από την δυσκολία λειτουργίας σε κενό αέρος και από τους αυξημένους κίνδυνους της επιφανειακής κατασκευής και κατοίκησης δομών σε ένα περιβάλλον με απουσία ατμόσφαιρας (DigitalFUTURES world, 2020). Ωστόσο, υπάρχουν και πλεονεκτήματα όπως η μείωση των δυνάμεων εφελκυσμού, λόγω της μειωμένης βαρύτητα, αλλά και η απουσία καιρικών φαινομένων (SMITHSONIAN, 2014). Ο Άρης φέρει παρόμοια προβλήματα, αλλά οι συνθήκες του είναι πιο κοινές με αυτές της Γης, έχοντας παρόμοιους κύκλους ημέρας, εποχών και ελαφριά ατμόσφαιρα. Υπάρχουν δύο διαστημικές οργανώσεις, που χρηματοδοτούν την διεξαγωγή ερευνών, σχετικά με τις δυνατότητες της τρισδιάστατης εκτύπωσης δομών στην Σελήνη και στον Άρη (Leach, 2014). Ο πρώτος, είναι ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA), όπου ασχολείται με την ανάπτυξη των δυνατοτήτων της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης «D-Shape», που αφορά έναν εκτυπωτή μεγάλης κλίμακας ο οποίος χρησιμοποιεί στερεολιθογραφία, δηλαδή μία τεχνική εκτύπωσης ανά στρώματα, η οποία συνδέοντας τον ρηγόλιθο με ένα ανόργανο συνδετικό υλικό δημιουργεί επιφάνειες παρόμοιες με πέτρα (Kestelier et al., 2016). Ο ESA για αυτό το έργο, συνεργάζεται με τον μηχανικό Enrico Dini, εφευρέτη του D-Shape, την αρχιτεκτονική εταιρία Foster + Partners, την διαστημική εταιρία ALTA S.p.A. και ερευνητές του εργαστήριο ρομποτικής (PERCRO) του Scuola Superiore της Sant’Anna στην Πίζα (3D Printuset A/S, 2016). Η δεύτερη οργάνωση είναι η Εθνική Διοίκηση Αεροναυτικής και Διαστήματος (NASA) η οποία ασχολείται με την ανάπτυξη των δυνατοτήτων της διαδικασίας Contour Crafting (CC), μια τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης, η οποία εξωθεί σκυρόδεμα μέσω ενός ακροφύσιου ελεγχόμενου από έναν υπολογιστή σε στρώσεις και αναπτύσσετε για την εκτύπωση δομών στη Σελήνη και τον Άρη (Wilkinson et al., 2016) Η NASA συνεργάζεται με τον μηχανολόγο μηχανικό και εφευρέτη της CC, Behrokh Khoshnevis, τον αρχιτέκτονα Neil Leach, τον δομικό μηχανικό Anders Carlson και τον αρχιτέκτονα του διαστήματος Madhu Thangavelu, όλοι από το Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας (USC).

64

4.2.1 Τεχνολογία D-Shape

τρισδιάστατης

εκτύπωσης

Η τεχνολογία D-Shape, έχει στόχο την αύξηση της κλίμακας της τρισδιάστατης εκτύπωσης, με την βοήθεια ενός φορητού εκτυπωτή Z-Corp2 και τις γνώσεις του καθηγητή Rupert Soar της ESA, προκειμένου να επιτευχθεί η εκτύπωση αντικειμένων στο μέγεθος κτηρίων με μειωμένο κόστος. O Dini πειραματίστηκε αρχικά με τη χρήση, εποξικής ρητίνης ή πολυουρεθάνης ως συνδετικό υλικό, η οποία και δίνατε να συνδυαστεί με διάφορες μορφές σκόνης από πέτρωμα (Kestelier et al., 2016). Ωστόσο, αυτή η ιδέα εγκαταλείφθηκε σύντομα, λόγω της μεγάλης ευφλεκτότητας και τοξικότητας των υλικών, του ακροφύσιου το οποίο είχε υψηλό κόστος συντήρησης και του μειονεκτήματος της παραγωγής προϊόντος με χαμηλό συντελεστή ελαστικότητας, καθώς αυτό οδήγησε στην παραμόρφωση του τελικού προϊόντος. Κατά συνέπεια, ο Dini άρχισε να χρησιμοποιεί, «ένα υγρό με βάση το χλωρικό, χαμηλό ιξώδες, υψηλής επιφανειακής τάσης, με εξαιρετικές δικτυωτές ιδιότητες, εάν προστεθεί σε μεταλλικά οξείδια, που χρησιμοποιούνται ως καταλύτης» (3D Printuset A/S, 2016), το οποίο είχε τα πλεονεκτήματα, χαμηλού κόστους, διότι απαιτεί ακροφύσιο χαμηλής συντήρησης, ρυθμίζετε ταχύτερα και έχει ιδιότητες υψηλότερου εφελκυσμού. Η αρχική πρόταση του Enrico Dini, για την κατασκευή κατοικήσιμων δομών στην Σελήνη, αφορούσε ένα Moon Lander, το οποίο μετέφερε τον εκτυπωτή στην Σελήνη (3D Printuset A/S, 2016). Έπειτα, με την βοήθεια δύο καλωδίων, ο εκτυπωτής εκφορτώθηκε στην επιφάνεια της και πραγματοποίησε την εκτύπωση σε στρώσεις, γύρω από μία φουσκωτή κατασκευή (Leach, 2014). Η συνεργασία του Enrico Dini πάνω στην ανάπτυξη αυτής της ιδέας με την αρχιτεκτονική εταιρία Foster + Partners, την κατασκευαστική εταιρία Alta, της μηχανικού Valentina Colla και της ESA, κατάφερε να την εξελίξει σε πραγματοποιήσιμη αποστολή, με την ονομασία «Lunar Outpost» (DigitalFUTURES world, 2020).

2 Το Z-Printing εκτυπώνει στον άξονα z, προσθέτοντας βάθος στους άλλους δύο άξονες x,y.

65

Εικόνα 29. Δομή που κατασκευάστηκε με την χρήση της τεχνολογίας D-Shape additive manufacturing, από τσιμέντο.

66

4.3.2 Σχεδιασμός Lunar Outpost με την χρήση της τεχνικής D-Shape Η διαφορά η οποία υπάρχει στο σχεδιασμό δομών για το Φεγγάρι σε σχέση με τις δομές της Γης, είναι ότι οι περιβαλλοντικές συνθήκες που υπάρχουν σε αυτό είναι πολύ πιο ακραίες και πολύπλοκες (Leach, 2014). Για τον λόγο αυτό, η κατασκευαστική εταιρία Alta καθόρισε μία σειρά με τεχνικές και περιβαλλοντικές απαιτήσεις για την παροχή κατευθυντήριων γραμμών στον σχεδιασμό των δομών του Σεληνιακού περιβάλλοντος (3D Printuset A/S, 2016). Η συνεργασία αυτή για το Σεληνιακό έργο κατοίκησης, αναπτύσσει ιδέες εκτύπωσης κατοικήσιμων δομών, χρησιμοποιώντας ρηγόλιθο και το συνθετικό υλικό του Enrico Dini. Μια από τις πρώτες ιδέες, αφορούσε τον διαχωρισμό του σφραγισμένου χώρου κατοίκισης, από την θερμοπροστασία και την ακτινοπροστασία. Σε αυτό το σχέδιο ο βασικός κλειστός υπό πίεση χώρος κατοίκησης δημιουργείται από προκατασκευασμένα σκληρά κυλινδρικά στοιχεία και μία φουσκωτή δομή η οποία αναπτύσσεται από το εσωτερικό τους (Kestelier et al., 2016). Το «Lunar Outpost», αποτελείται από τρείς φουσκωτές δομές οι οποίες συνδέονται μέσω προκατασκευασμένων κυλινδρικών στοιχείων και τα οποία περιέχουν θαλάμους εναλλαγής πίεσης «airlocks», επιτρέποντας έτσι την διέλευση των ανθρώπων και αντικειμένων μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού περιβάλλοντος (3D Printuset A/S, 2016). Οι φουσκωτές αυτές δομές έχουν ύψος πέντε μέτρων ώστε να αποτελούνται εσωτερικά από δύο επίπεδα και η ακτίνα τους κυμαίνεται από πέντε έως δέκα μέτρα. Η δομή έχει καμπύλο σχήμα προκειμένου να συγκρατεί την εσωτερική πίεση, αλλά λόγω των κινδύνων του περιβάλλοντος χρειάζεται επιπλέον προστασία, η οποία παρέχεται από ένα τρισδιάστατα εκτυπωμένο κελυφωτό θόλο ρηγόλιθου (Kestelier et al., 2016). Επίσης, η κάθε δομή διαθέτει τέσσερεις φεγγίτες με δυνατότητα μηχανικού σφραγίσματος που παρέχουν στην δομή τον φυσικό φωτισμό που χρειάζεται. Η τεχνολογία D-Shape χρησιμοποιεί μεταλλικό κινητό σκελετικό σύστημα το οποίο όμως διαφέρει σε μέγεθος από τους τυπικούς εκτυπωτές, καθώς πρέπει να είναι μεγαλύτερο για την εκτύπωση των μεγάλων τμημάτων της δομής (3D Printuset A/S, 2016). Ακόμη, όπως οι υπόλοιπες τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης με βάση την πούδρα, χρησιμοποιεί τον ρηγόλιθο ως δομικό στήριγμα της κατασκευής και εναποθέτει το συνδετικό υλικό πάνω στις στρώσεις της πούδρας (σε αυτήν την περίπτωση του Σεληνιακού ρηγόλιθου), ώστε να ενώσει τα υλικά, παράγοντας ένα στερεό αποτέλεσμα (Kestelier et al., 2016).

67

Εικόνα 30. «Lunar Outpost». Ο βασικός κλειστός και υπόπίεση κατοικήσιμος χώρος.

Εικόνα 31. «Lunar Outpost». Φωτορεαλιστικό βασικού κλειστού χώρου.

Εικόνα 32.

«Lunar Outpost». Συγκρότημα τριών φουσκωτών όγκων που συνδέονται με κυλινδρικά στοιχεία.

68

Ωστόσο, δημιουργείται πρόβλημα με τη διαδικασία κατασκευής του θόλου, από τον οποίο θα χρειαστεί να πραγματοποιηθεί εκσκαφή προκειμένου να απομακρυνθεί το περιττό υλικό. Για τον λόγο αυτό, τοποθετείται μία φουσκωτή δομή νευρώσεων υψηλής πίεσης η οποία wπαρέχει την υποστήριξη που χρειάζονται οι ρομποτικοί εκτυπωτές, ώστε να αποθέσει το συνδετικό υλικό πάνω στα στρώματα ρηγόλιθου για να τα στερεοποιήσει (3D Printuset A/S, 2016). Με την ολοκλήρωση αυτής της διαδικασίας, η δομή υποστήριξης αφαιρείται και αναπτύσσεται μια άλλη φουσκωτή δομή, η οποία παρέχει τον θόλο χαμηλής πίεσης, που θα κατοικούν και θα εργάζονται οι αστροναύτες. Μεταξύ της εκτυπωμένης προστατευτικής επιφάνειας και της δομής κατοίκησης, υπάρχει μια κοιλότητα κενού αέρος η οποία λειτουργεί ως θερμικός μονωτής δεδομένου των ακραίων θερμοκρασιών που μπορεί να φτάσει η εξωτερική δομή (Kestelier et al., 2016). Παράλληλα, για την παροχή της μέγιστης πιθανής εφελκυστικής αντοχής, το κέλυφος προστασίας αποτελείται από μια κυψελοειδής δομή η οποία καλύπτει το εσωτερικό των κυψελών με χαλαρό ρηγόλιθο, διασφαλίζοντας πως οι δυνάμεις που επιδρούν στο κέλυφος είναι κυρίως συμπίεσης.

Εικόνα 33. Η πρόσθετη φουσκωτή κατασκευή που θα χρησιμοποιείται ως στήριγμα για την εκτύπωση.

Εικόνα 34. Η πρόσθετη φουσκωτή κατασκευή, καθώς τοποθετούνται τα στρώματα ρηγόλιθου πάνω της.

69

Η σχεδόν ολοκληρωτική έλλειψη της ατμόσφαιρας στην Σελήνη επιτρέπει στους μετεωρίτες να πέσουν στην επιφάνεια της με μεγάλες ταχύτητες, προκαλώντας ζημιές και κρατήρες μεγάλων διαστάσεων (SMITHSONIAN, 2014). Για αυτόν το λόγο, θέτεται απαραίτητη η ανάπτυξη επαρκούς προστατευτικού στρώματος πάχους οκτακοσίων μιλιμέτρων, ώστε να προστατεύεται η κατασκευή υπό κάθε γωνία πρόσκρουσης (Leach, 2014). Ακόμα, λόγω τόσο της ατμοσφαιρικής έλλειψης όσο και της έλλειψης μαγνητικού πεδίου, η διαστημική ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή που βιώνουμε στην Γη . Οι τύποι ακτινοβολία που φτάνουν στην επιφάνεια της Σελήνης είναι τρείς: η ακτινοβολία των ηλιακών ανέμων, των ηλιακών εκλάμψεων και γαλαξιακών κοσμικών ακτινών3 (Simonsen and Nealy, 1991). Εικόνα 35. Η εξωτερική κυψελοειδής δομή, κατά την διάρκεια της εναπόθεσης του συνδετικού υλικού στον ρηγόλιθο.

Εικόνα 36. Φωτορεαλιστική απεικόνιση του «Lunar Outpost».

3 Οι κοσμικές ακτίνες είναι πρωτόνια και ατομικοί πυρήνες υψηλής ενέργειας που κινούνται στο διάστημα με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Προέρχονται από τον Ήλιο, από εξωτερικές πηγές του ηλιακού μας συστήματος στον γαλαξία που ανήκουμε και από μακρινούς γαλαξίες.

70

Ως οδηγός για την προστασία της δομής κατά την κατασκευή της λήφθηκε το δυσμενέστερο σενάριο, αυτό της ηλιακής ακτινοβολίας κατά την διάρκεια των ηλιακών εκλάμψεων, καθώς παράγονται πελώρια μεγέθη ακτινοβολίας (NASA - Space Radiation Analysis Group (SRA, 2022). Για την μέγιστη αποφυγή της ακτινοβολίας η κατασκευή τοποθετείται στον κρατήρα Shackleton, στον οποίο ο ήλιος θα περιστρέφεται γύρω από την κατασκευή συνεχόμενα για είκοσι οκτώ γήινες ημέρες και θα εισέρχεται σε χαμηλή γωνία, δημιουργώντας έτσι συνθήκες πιο εύκολες για την προστασία των ατόμων (Mars, 2017). Από τον συνδυασμό στον σχεδιασμό των φουσκωτών κατασκευών για την παροχή μονάδας κατοίκησης και της κυψελοειδής δομής για την προστασία από τους μετεωρίτες και την ακτινοβολίας, προκύπτει μια δομή με μεταβλητό πάχος στην διατομή της, με μεγαλύτερο πάχος στην βάση και πιο λεπτό στην κορυφής.

Εικόνα 37. «Ηλιακοί άνεμοι».

Εικόνα 38. «Ηλιακές εκλάμψεις».

71

Η τεχνολογία εκτύπωσης D-Shape χρησιμοποιεί έως τώρα, δύο συνθετικά υλικά, τα οποία δεν έχουν βρεθεί στην Σελήνη και για το λόγο αυτό επιδιώκεται ο σχεδιασμός δομών ο οποίος θα χρησιμοποιεί την ελάχιστη ποσότητα συνδετικού παράγοντα, ενώ παράλληλα θα παρέχει την βέλτιστη συνολική προστασία από το κέλυφος ρηγόλιθου, χωρίς να μειώνεται η ακαμψία του (BigRentz Inc, 2020). Η εξωτερική επιφάνεια εκτύπωσης αποτελείται από ένα σύστημα κυψελών, το οποίο είναι γεμάτο με χαλαρό ρηγόλιθο και το οποίο βρίσκεται ανάμεσα από δύο τοιχία στήριξης. Το σύστημα αυτό επιλέχθηκε καθώς σε περίπτωση πρόσκρουσης με μετεωρίτη, παρέχει μειωμένη ζημιά στο προστατευτικό κέλυφος, από ότι η ζημιά που θα προκαλούνταν σε έναν τοίχο που αποτελείται στο σύνολό του από στερεό ρηγόλιθο (Kestelier et al., 2016). Η καλύτερη απορρόφηση της πρόσκρουσης, γίνεται λόγω της πολυεπίπεδης προσέγγισης του στερεοποιημένου συνθετικά και χαλαρού ρηγόλιθου, ο οποίος διασκορπίζει την ενέργεια της πρόσκρουσης. Ακόμα, μέσω της στρωματικής εκτύπωσης δίνεται το πλεονέκτημα της παροχής επιπέδων τα οποία λειτουργούν ως πλατφόρμες στήριξης του μέσου εκτύπωσης για την παραγωγή του επόμενου στρώματος, κάτι που αποτελεί σημαντικό γεγονός, καθώς ο θόλος κατασκευάζεται από οριζόντια στρώματα. Ωστόσο, ένα από τα μειονεκτήματα που δημιουργούνται, είναι το γεγονός, ότι ενώ το υγρό μπορεί να ενσωματωθεί γρήγορα στον ρηγόλιθο, το κενό αέρος της Σελήνης θα προκαλέσει σίγουρα σημαντικά προβλήματα στην εκτύπωση (3D Printuset A/S, 2016). Παρόμοιες προκλήσεις, αλλά όχι όσο σημαντικές, υπάρχουν με την μέθοδο Contour Crafting , όπως η αδυναμία άντλησης σε κενό αέρος, απαιτώντας έτσι μια διαφορετική διαδικασία απόθεσης του υλικού.

72

Εικόνα 39. «Lunar Outpost»

Εικόνα 40. «Lunar Base Block».

73

4.3.3 Τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης Contour Crafting Η τεχνολογία Contour Crafting εφευρέθηκε από τον καθηγητή Behrokh Khoshnevis, με σκοπό την δημιουργία εξαρτημάτων από ψηφιακά μοντέλα και αποτελεί μία κατασκευαστική διαδικασία τρισδιάστατης εκτύπωσης η οποία ελέγχεται ψηφιακά (Wilkinson et al., 2016) Ο τρισδιάστατος αυτός τρόπος κατασκευής χρησιμοποιεί τεχνολογία πολυεπίπεδης παραγωγής η οποία λειτουργεί με την εναπόθεση υλικού μέσω ενός ακροφύσιου ελεγχόμενο από υπολογιστή, το οποίο ακολουθείται από ένα εξάρτημα που λειαίνει την επιφάνειας μετά την εξώθηση του υλικού. Το υλικό είναι συνθετικό, παρόμοιο με το τσιμέντο ταχείας πήξεως (Liu et al., 2021, το οποίο αποκτά γρήγορα την αντοχή που χρειάζεται, ώστε να υποστηρίξει το βάρος του μόλις εναποτεθεί χωρίς όμως να σκληρύνει πλήρως. Η τεχνολογία CC μειώνει το κόστος και τον χρόνο παραγωγής, καθώς δεν απαιτεί ξυλότυπο (Wilkinson et al., 2016)και αποφεύγει τους ρύπους που παράγονται κατά την συνηθισμένη διαδικασία κατασκευής τσιμέντου, όπως και την συχνή απόρριψη του μετά το πέρας της χρήσης του (Leach, 2014). Η τεχνική την οποία χρησιμοποιεί βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στην βαρύτητα, παρέχοντας μικρές αποκλίσεις στον κατακόρυφο άξονα. Ωστόσο, η εκτύπωση θόλων είναι και σε αυτή την περίπτωση δύσκολη ενώ η εκτύπωση ρηχών τόξων είναι δυνατή, μέσω της εκτύπωσής τους σε οριζόντια επίπεδη διαφάνεια και την ανύψωση τους με την βοήθεια ρομπότ στην κάθετη θέση τους, μόλις στερεοποιηθούν (Liu et al., 2021). Συγκριτικά με την τεχνολογία D-Shape, είναι λιγότερο κατάλληλη για την εκτύπωση ρηχών τόξων καθώς μπορεί να χρειάζεται εφελκυστική ενίσχυση, με μεταλλικούς δεσμούς οι οποίοι θα τοποθετούνται ρομποτικά και ινών οι οποίες θα εξωθούνται μαζί με το υλικό. Η βασική διαφορά των μελετών ανάπτυξης τρόπων διαστημικής κατασκευής, μεταξύ της ESA και NASA, είναι ότι οι προτάσεις του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος αναπτύσσονται με στόχο την χρήση τους στην ανάπτυξη οικοτόπων κατοίκησης υπό πίεση, ενώ της NASA αφορούν μόνο στοιχεία υποδομών, όπως χώροι προσγείωσης, τείχη και γραμμικούς χώρους επιφανειακής μεταφοράς (Wilkinson et al., 2016). Ακόμα, στις έρευνες που διεξάγει η NASA, για την χρήση της τεχνολογίας Contour Crafting σε διαστημικά σώματα, έχουν αναπτύξει δύο τεχνικές κατασκευής: η μια χρησιμοποιεί ένα ρομπότ το οποίο εναποθέτει υλικό μέσω

74

ακροφύσιου, τοποθετημένο σε ένα rover τύπου «All Terrain Hex Legged Extra Terrestrial Explorer4» (ATHLETE) (NASA Content Administrator, 2017) ενώ η δεύτερη τεχνική, αφορά ένα είδος πυροσυσσωμάτωσης (Taylor and Meek, 2005), η οποία χρησιμοποιείται για την κατασκευή καλυμμάτων μεγάλης αντοχής, ώστε να χρησιμοποιηθούν σε πλατφόρμες προσγείωσης και δρόμους μεταφοράς.

Εικόνα 41. Μια κάψουλα επιβίωσης, η οποία μετακινείται από ένα rover «ATHLETE».

Δεδομένου της έλλειψης νερού στην Σελήνη και στο Άρη, οι τεχνολογίες αυτές βασίζονται στο Θείο ως συνδετικό παράγοντα και όχι στο νερό, το οποίο είναι το παραδοσιακό συνδετικό υλικό για την παρασκευή τσιμέντου στη Γη. Το Θείο υπάρχει σε αυτά τα ουράνια σώματα, αλλά θα χρειαστεί εξόρυξη, μια διαδικασία η οποία είναι προκλητική για ποικίλους τεχνικούς λόγους (Wilkinson et al., 2016). Τόσο η D-Shape όσο και η CC έχουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, προς το παρόν όμως καμία από τις δύο δεν έχει δοκιμαστεί αρκετά σε επίγειο βαθμό ώστε να σταλούν σε άλλα ουράνια σώματα, καθώς θα πρέπει να είναι 100 % αξιόπιστες, ώστε να βασιστεί πάνω τους η κατασκευή δομών στα νέα σώματα κατοίκησης του διαστήματος (Leach, 2014).

4 Το All-Terrain Hex-Legged Extra-Terrestrial Explorer, γνωστό ως ATHLETE, είναι ένα ρομποτικό σεληνιακό rover με έξι πόδια, το οποίο αναπτύσσεται ακόμα από την NASA. Το ATHLETE έχει την ικανότητα να περάσει πάνω από κυματοειδές έδαφος, καθώς και να μετακινείται σε εξαιρετικά ανώμαλο ή απότομο έδαφος, παρέχοντας με αυτόν τον τρόπο στις ρομποτικές ή ανθρώπινες αποστολές της επιφάνεια του φεγγαριού, την δυνατότητα να φορτώσουν, να μεταφέρουν, να χειριστούν και να αποθέσουν φορτία, στα περισσότερα επιθυμητά σημεία ενδιαφέροντος. (NASA Content Administrator, 2017)

75

Εικόνα 42. Τρισδιάστατα αναλογική κατασκευή του «Mars Dune Alpha», από το Crew Health and Performance Exploration Analog (CHAPEA) και την Αρχιτεκτονική εταιρία ICON, στο διαστημικό κέντρο του Houston. Η ICON χρησιμοποίησε τον τρισδιάστατο εκτυπωτή εναπόθεσης τσιμέντου υψηλής αντοχής, μεγάλων κατασκευών, Vulcan.

Εικόνα 43. Το «MARS X-HOUSE» είναι ο νικητής της πρώτης θέσης στο «100% Virtual Design», από τους SEArch+.

4.3.4 Mars Ice House. Το «Mars Ice House» είναι η νικήτρια πρόταση της συνεργασίας των γραφείων Space Exploration Architecture και CLOUDS Architecture, για τον διαστημικό διαγωνισμό της NASA, «Centennial Challenge» του 2015 και αποτελεί έναν τρισδιάστατα εκτυπωμένο βιότοπο στον Άρη κατασκευασμένο από πάγο. Αναγνωρίζοντας το νερό ως το βασικό δομικό στοιχείο της ζωής, το έργο αγκαλιάζει την προσέγγιση «ακολουθήστε το νερό» της NASA στις εξωγήινες αποστολές (Yashar, 2015), συνδυάζοντας την επιτόπια χρήση πόρων και τον ανθρωπο-

76

κεντρικό σχεδιασμό, παρέχοντας μία προστατευτική και κατοικήσιμη δομή στον Άρη. Η δομή χρησιμοποιεί ρομποτικούς τρισδιάστατους εκτυπωτές πάγου, ο οποίος συλλέγεται κάτω από την επιφάνεια του πλανήτη, με σκοπό την βελτίωση την καθημερινότητας των κατοίκων, προσφέροντας συνεχή φυσικό φωτισμό, σε αντίθεση με τις υπόγειες δομές κατοίκησης (Cloudsao, 2022). Παράλληλα η κάθετη οργάνωση του οικοτόπου έχει σχεδιαστεί με τρόπο ώστε να ευνοείται η ισάξια μετάδοσή του φωτός στο εσωτερικό της, καθώς και η επαφή του εσωτερικού περιβάλλοντος με τον εξωτερικό κόσμο, μέσω της διαφάνειας ώστε να είναι δυνατή η οπτική επαφή του ατόμου με το τοπίο γύρω του (Space.com Staff, 2018). Ακόμα, έχει τοποθετηθεί στην βόρεια μεριά του Άρη, στην περιοχή που βρίσκεται το ηφαίστειο Alba Mons, στην οποία οι θερμοκρασίες κυμαίνονται κάτω του μηδέν προκειμένου η δομή να συντηρείται σε στερεά μορφή και επιπλέον προκατασκευάζεται από ρομπότ, γύρω από την μονάδα προσεδάφισης, πριν την άφιξης της επανδρωμένης ερευνητικής αποστολής. Η δομή χρησιμοποιεί ρομποτικούς τρισδιάστατους εκτυπωτές πάγου, ο οποίος συλλέγεται κάτω από την επιφάνεια του πλανήτη, με σκοπό την βελτίωση την καθημερινότητας των κατοίκων, προσφέροντας συνεχή φυσικό φωτισμό, σε αντίθεση με τις υπόγειες δομές κατοίκησης (Cloudsao, 2022). Παράλληλα η κάθετη οργάνωση του οικοτόπου έχει σχεδιαστεί με τρόπο ώστε να ευνοείται η ισάξια μετάδοσή του φωτός στο εσωτερικό της, καθώς και η επαφή του εσωτερικού περιβάλλοντος με τον εξωτερικό κόσμο, μέσω της διαφάνειαςώστε να είναι δυνατή η οπτική επαφή του ατόμου με το τοπίο γύρω του (Space.com Staff, 2018).

Εικόνα 44. Αξονομετρική τομή της διαστημικής κατοικίας «Mars Ice House».

77

Ακόμα, έχει τοποθετηθεί στην βόρεια μεριά του Άρη, στην περιοχή που βρίσκεται το ηφαίστειο Alba Mons, στην οποία οι θερμοκρασίες κυμαίνονται κάτω του μηδέν προκειμένου η δομή να συντηρείται σε στερεά μορφή και επιπλέον προκατασκευάζεται από ρομπότ, γύρω από την μονάδα προσεδάφισης, πριν την άφιξης της επανδρωμένης ερευνητικής αποστολής. Το Mars Ice House τοποθετεί τα προγράμματα κατοίκησης γύρω από την μονάδα προσεδάφισης, μέσα στο πρώτο, από τα δύο, κελύφη πάγου τα οποία χρησιμοποιούνται για την προστασία της ζωής που περιέχουν από την ακτινοβολία του διαστήματος. Το εξωτερικό κέλυφος πάγου μεγαλώνει το όριο του όγκου πίεσης που χωρίζει τον βιότοπο από την ατμόσφαιρα του Άρη ενώ παράλληλα δημιουργεί έναν κενό χώρο ανάμεσα από την πρώτη επιφάνεια πάγου και της μονάδας προσεδάφισης, ο οποίος παρέχει ευνοϊκές συνθήκες για την ανάπτυξη κάθετων υδροπονικών καλλιεργειών (Yashar, 2015). Η μονάδα προσεδάφισης αναπτύσσει την συνολική μεμβράνη πίεσης η οποία είναι μία φουσκωτή κατασκευή από ETFE ενισχυμένο με ίνες Dyneema, οι οποίες παρέχουν την μέγιστη αντοχή με το ελάχιστο βάρος, αλλά λειτουργούν και ως κατευθυντήριες επιφάνεια για την εκτύπωση του κελύφους, πάνω στα θεμέλια της δομής (Yashar, 2015). Ακόμα, το ρομπότ εκτύπωσης πάγου προσθέτει εφελκυστική αντοχή στην κατασκευή, με την εξώθηση ινών πυριτίου σε ολόκληρη την δομή προστασίας (Cloudsao, 2022). Τοποθετείται επίσης και ένα στρώμα μόνωσης aerogel στις επιφάνειες των χώρων στους οποίους ζουν και εργάζονται οι άνθρωποι με στόχο τη διασφάλιση της θερμικής άνεσης στον εσωτερικό χώρο της κατοικίας.

Εικόνα 45. Φωτορεαλιστική απεικόνιση του χώρου με τις υδροπονικές καλλιέργειες του «Mars Ice House».

78

Εικόνα 46. Το ενισχυμένο με Dyneema ETFE, από το οποίο κατασκευάστηκε η φουσκωτή δομή πάνω στην οποία εκτυπώθηκε ο το παγωμένο κέλυφος.

Εικόνα 47. Κατόψεις των επιπέδων και ανάπτυξης των λειτουργειών κατοίκησης και εργασίας του «Mars ice House».

79

Οι ρομποτικοί εκτυπωτές που αναπτύχθηκαν για την τρισδιάστατη εκτύπωση του παγωμένου κελύφους προστασίας είναι δύο, το «WaSiBo» και το «iBo». Το «WaSiBo» αναπτύχθηκε για την εξωτερική κατασκευή της δομής και το «iBo»για την εσωτερική, ελαχιστοποιώντας την εισχώρηση ρηγόλιθου στα εσωτερικά τμήματα της κατασκευής (Cloudsao, 2022). Από την στιγμή που το ρομπότ «WaSiBo» εκφορτωθεί στην επιφάνεια του Άρη, μέσα από το σκάφος προσεδάφισης, ξεκινάει την εξόρυξη νερού από το υπέδαφος του πλανήτη και την κατασκευή των θεμελίων της δομής (Space.com Staff, 2018). Παράλληλα το «iBo», το οποίο είναι σχεδιασμένο για την εναπόθεση στρωμάτων πάγου μέσω ακροφύσιου μικρής εμβέλειας και χαμηλού όγκου, επιτυγχάνει την σωστή ψύξη του υλικού καθώς μέσω της πρόσκρουσης λιώνει τον οποιοδήποτε όγκο νερού, ο οποίος μπορεί να έχει παγώσει κατά την διάρκεια της εξώθησης του (Yashar, 2015). Επίσης, κατά την διάρκεια της κατασκευής του κελύφους, δημιουργεί ράγες κατά μήκος της δομής, πάνω στις οποίες μπορεί να μετακινηθεί με σκοπό την διευκόλυνση του ίδιου, για την διαδικασία κατασκευής των υψηλότερων στρωμάτων.

Εικόνα 48. Δομή και λειτουργείες του ρομπότ τρισδιάστατης εκτύπωσης «WaSiBo».

Εικόνα 49. Δομή και λειτουργείες του ρομπότ τρισδιάστατης εκτύπωσης «iBo».

80

Εικόνα 50. Επίδειξη του τρόπου κατασκευής των υψηλών στρωμάτων της δομής, με την χρήση των ραγών του ρομπότ τρισδιάστατης εκτύπωσης «iBo».

Εικόνα 51. Σειρά λειτουργιών ανάπτυξης της δομής κατοίκησης «Mars Ice House», (1) Κάθετη προσγείωση, (2) Απελευθέρωση ρομπότ «WaSiBo» για την εξαγωγή νερού (3-4), Ανάπτυξη μεμβράνης πίεσης και κατασκευή των θεμελίων στήριξης της κατασκευής από τα ρομπότ «WaSiBo», (5-6) Εσωτερική εκτύπωση προστατευτικού κελύφους με αναρριχητικά ρομπότ «iBo» και τοποθέτηση θαλάμων πίεσης «airlock», για την ασφαλή μετάβαση των αστροναυτών στο εξωτερικό περιβάλλον.

81

4.4 Ρομποτικοί στόλοι εργάτες.

4.4.1 Ρομποτικό Σμήνος. Στο εγγύς μέλλον, προβλέπεται ότι η υπολογιστική νοημοσύνη (CI) και η ρομποτική τεχνολογία, θα έχουν εξελιχθεί αρκετά ώστε να επιτρέπουν την ύπαρξη ενός κατανεμημένου συστήματος μηχανών αυτόνομης νοημοσύνης, ένα σύστημα ικανό να προσαρμόζεται σε αβέβαια περιβάλλοντα λειτουργίας και αυτοδιαχείρισης, ενώ ακολουθεί εντολές υψηλού επιπέδου, όπως «εξερεύνηση», «συγκέντρωση υλικών» ή «κατασκευή οικοτόπου» (Truszkowski et al., 2006, Nilsson, 1982). Ένα βασικό χαρακτηριστικό που πρέπει να μελετηθεί για την κατανόηση της βιολογικής νοημοσύνης είναι η συμπεριφορά του ατόμου, δηλαδή η μελέτη της αλληλοεπίδρασης του με ένα περιβάλλον και των συγκεκριμένων ενεργειών που αναπτύσσει και που οι οποίες επηρεάζουν την αντίληψη του ίδιου και ως εκ τούτου τις μελλοντικές του ενέργειες και αντιλήψεις του (Floreano and Mattiussi, 2008). Μέσω της προσθήκης κριτικής σκέψης στα ρομπότ και εν συνεχεία την ελευθερία της επιλογής, δημιουργείται το πεδίο των αυτόνομων ρομπότ, τα οποία είναι μηχανές συμπεριφοράς(Brambilla et al., 2013) οι οποίες έχουν την ικανότητα να ενεργούν σε μερικώς άγνωστα μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα χωρίς την ανάγκη της ανθρώπινης παρέμβασης. Οι συμπεριφορικές λειτουργίες και η αυτό-οργάνωση, εφαρμόζονται σε απλά αυτόνομα ρομπότ, δηλαδή μηχανές οι οποίες δεν έχουν εξελιγμένους αισθητήρες, ηλεκτρονικά συν-

Εικόνα 52. Ρομπότ «TERMES», τα οποία αναπτύχθηκαν στο Harvard για την δημιουργία κατασκευών, που δρουν ανεξάρτητα αλλά συλλογικά ως

82

δέσεις, ώστε να ελέγχεται από ένα κεντρικό σύστημα, συστήματα ή μηχανικά, αλλά ούτε χρησιμοποιεί παγκόσμιες παρέχοντας έτσι ένα ρομπότ με απλούστερο αλγόριθμο (Wilkinson et al., 2016). Ο βασικός λόγος ανάπτυξης των ρομποτικών σμηνών είναι η επίλυση σύνθετων προβλημάτων που μπορούν να εμφανιστούν κατά την εργασία με τη χρήση συνεργασίας και αλληλεπίδρασης μεταξύ των ρομπότ μέσω της αναπτυσσόμενης συμπεριφοράς. Η ρομποτική σμήνους συνήθως αφορά ομάδες ρομπότ, οι οποίες είναι μεγαλύτερες από ομάδες που μπορούν να ελεγχθούν εύκολα από ένα κεντρικό από πάνω προς τα κάτω σύστημα (Wilkinson et al., 2016). Το βασικό πλεονέκτημα αυτής της τεχνολογίας είναι η ανθεκτικότητα του συνόλου των ρομποτικών εργασιών στην αποτυχία μίας μεμονωμένης μονάδας. Ακόμα, δίνεται η δυνατότητα της συνεχόμενης ανατροφοδότησης του σμήνους, με νέες ρομποτικές μονάδες σε πραγματικό χρόνο χωρίς να χρειαστεί κάποια παύση ή αλλαγή της συνολικής συμπεριφοράς του σμήνους (Brambilla et al., 2013). Παρέχεται επίσης η ικανότητα αντιμετώπισης και μελέτης των άγνωστων εμποδίων και περισπασμών του περιβάλλοντος του Άρη ενώ παράγει ταυτόχρονα μεγαλύτερο έργο από ότι οι μεμονωμένες ρομποτικές μονάδες (Pierson, 2006). Τα ρομπότ έχουν επίσης την ικανότητα της χρήσης αισθητήρων για την καταγραφή των τμημάτων που έχουν κατασκευάσει σε ένα ψηφιακό μοντέλο ώστε να ενημερωθεί το σμήνος για το επόμενο τμήμα και να αναπτυχθεί η δομή ισάξια (Brambilla et al., 2013). Παράλληλα, διευκολύνει τα πειράματα προσομοίωσης στην Γη καθώς τα ρομπότ σμήνους λειτουργούν τοπικά και δεν χρειάζεται η προσομοίωση ολόκληρης της σύνθεση του περιβάλλοντα χώρου.

Εικόνα 53. Σμήνος από ρομπότ εργάτες, το οποίο αναπτύχθηκε από τους HASSELL + EOC, στα πλαίσια του «3D Printing Centennial Challenge» της NASA για την δημιουργία ενός βιότοπου στον Άρη.

83

4.4.2 Κατασκευή με αυτόνομη προσθήκη ρηγόλιθου (RAC).

4.4.2.1 Προετοιμασία εδάφους και αναπτυσσόμενες δομές. Προτού αρχίσει η κατασκευή των δομών κατοίκησης πρέπει να γίνει η προετοιμασία της τοποθεσίας. Η πρώτη επαφή του σκάφους μεταφοράς των μηχανών (EDL) πραγματοποιείται σε δύο φάσεις: αρχικά γίνεται η προσγείωση των ρομπότ στην επιφάνεια του Άρη για την επιλογή της βέλτιστης τοποθεσίας και για την προετοιμασία της και στην συνέχεια γίνεται η προσγείωση των οικοτόπων στο επιλεγμένο σημείο. Το ρομποτικό σμήνος με την προσγείωση του στην τοποθεσία αρχίζει να κατασκευάζει τη βάση των μονάδων κατοίκησης, δημιουργώντας μια τρύπα βάθους ενάμιση μέτρου. Η μεγαλύτερη κατηγορία ρομπότ, τα «RAC-D», τα οποία είναι υπεύθυνα για την ανασκαφή του ρηγόλιθου, ανασκάπτουν το έδαφος με τον χαλαρό ρηγόλιθο σε στρώσεις τον οποίο και τα ρομπότ μεσαίας κατηγορίας «RAC-T» τα ρομπότ μεσαίας κατηγορίας «RAC-T» επανατοποθετούν σε προστατευτικές τάφρους. Η ποσότητα του ρηγόλιθου που θα ανασκαφτεί είναι περίπου ίση με την ποσότητα η οποία θα χρειαστεί για την δημιουργία των προστατευτικών κελυφών.

Εικόνα 54. «EDL» και προετοιμασία τοποθεσίας.

84

Ακόμα, υπάρχει η δυνατότητα επιλογής κάποιου φυσικού σχηματισμού στην επιφάνεια του Άρη, όπως ένας κρατήρας, ο οποίος παρέχει περιβάλλον κατάλληλο για χρήση ως βάση των μονάδων του οικοτόπου (Wilkinson et al., 2016) και βοηθά στην αποφυγή τυχών εμποδίων κατά την διάρκεια της ανασκαφής της άγνωστης υπόγειας γεωλογίας. Με την προετοιμασία της τοποθεσίας οι μονάδες κατοίκησης προσγειώνονται και μετακινούνται σε αυτή και οι αερόσακοι οι οποίοι βοήθησαν στην ομαλή προσγείωση με τη συγκέντρωση των μονάδων περικλείοντας τους βιοτόπους, ξεφουσκώνουν μερικώς (Litteken, 2019). Στην συνέχεια, τα επάνω τμήματα της δωδεκάεδρης μονάδας κινούνται και ασφαλίζουν στην θέση της, παρομοίως με τα κάτω τμήματα, που κλειδώνουν σε θέση πάνω στην επιφάνεια της βάσης σχηματίζοντας ταυτόχρονα τα θεμέλια, δημιουργώντας ένα επίπεδο εσωτερικό δάπεδο (Wilkinson et al., 2016). Μετέπειτα, αναπτύσσεται ο πυρήνας σχήματος πενταγωνικού πρίσματος, παρέχοντας θύρες , οι οποίες μετατοπίζονται προς τα έξω ταυτόχρονα με το φουσκωτό υλικό και οι οποίες έχουν την ικανότητα να χρησιμοποιηθούν είτε ως πτυσσόμενοι διάδρομοι σύνδεσης των μονάδων, είτε ως θάλαμο πίεσης airlock (BigRentz Inc, 2020), για την ασφαλή μετάβαση στο εξωτερικό περιβάλλον σε κάθε όψη του, καταλήγοντας έτσι στην πλήρως αναπτυγμένη μορφή των τριών ενοτήτων, οι οποίες είναι έτοιμες για την εκτύπωση του προστατευτικού κελύφους που θα τις περικλείει.

Εικόνα 55. Ξεφούσκωμα αερόσακων και πλοήγηση μονάδων οικοτόπου

85

Εικόνα 56. Στάδια ανάπτυξης της μονάδας: (δεξιά προς τα αριστερά) άνοιγμα, φούσκωμα και σύνδεση.

4.4.2.2 Κατασκευή από ρηγόλιθο. Η κατασκευή «RAC», έχει σχεδιαστεί με γνώμονα την πιθανά χαμηλή ακρίβεια η οποία μπορεί να υπάρξει λόγω των μεταβαλλόμενων υλικών της τοποθεσία η οποία αποτελείται από αρκετά άγνωστα στοιχεία και την δημιουργία της από αυτόνομα ρομπότ εργάτες (Barmatz et al., 2014). Η επιτυχία της κατασκευής βασίζεται στην σωστή κατανομή των εργασιών που απαιτούνται, σε τρείς κατηγορίες ρομπότ. Τα ρομπότ μεγάλης κλίμακας «RAC-D», είναι υπεύθυνα για την εκσκαφή ρηγόλιθου από περιοχές κοντά στο σημείο κατασκευής, με σκοπό την παροχή κατασκευαστικού υλικού προς μεταφορά, από τα ρομπότ μεσαίου μεγέθους «RAC-T». Τα ρομπότ αυτά μεταφέρουν τον ρηγόλιθο στο σημείο κατασκευής και στην συνέχεια το εναποθέτουν σε στρώσεις των δέκα χιλιοστών, ώστε να είναι έτοιμος για την σκλήρυνση του από τα ρομπότ τήξης μικρής κλίμακας «RAC-Μ». Τα ρομπότ «RAC-M» σκληραίνουν το υλικό τμηματικά, χρησιμοποιώντας κεφαλές μικροκυμάτων, για την σωστή πυροσυσσωμάτωση των στρωμάτων του ρηγόλιθου (Barmatz et al., 2014, Taylor and Meek, 2005) μετατρέποντας το σε ένα σκληρό κρυσταλλικό υλικό. Οι μπαταρίες που χρησιμοποιούνται στα ρομπότ φορτίζουν ασύρματα μέσω της ενέργειας της ακτινοβολίας, μια τεχνολογία, που βρίσκεται υπό ανάπτυξη (Brown, 1996). Η τεχνολογία αυτή επιτρέπει τη μετάδοση ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, μέσω λέιζερ ή οπτικών ινών που χρησιμοποιού-

86

Εικόνα 57. Σχεδιασμός ρομπότ: (μεγάλο προς μικρό) RAC-D, RAC-T, RAC-M.

νται με σκοπό την περισυλλογή της από φωτοβολταϊκά. Μετατρέποντας την ενέργεια της διαστημικής ακτινοβολίας σε φως λέιζερ, μέσω ενός σταθμό μετάδοσης ο οποίος στοχεύοντας στα φωτοβολταϊκά στοιχεία των μεμονωμένων μονάδων ρομπότ μεταφέρει την ενέργεια, τα ρομπότ τη μετατρέπουν σε ηλεκτρισμό (Barmatz et al., 2014). Το βασικό πλεονέκτημα της τεχνολογίας αυτής είναι ότι παρέχει διαρκή λειτουργεία των μηχανών (Nugent and Kare, 2010) τροφοδοτώντας το σμήνος με σταθερές ποσότητες ισχύος και με αυτόν τον τρόπο καθιστούν τις μπαταρίες με συγκεκριμένη διάρκεια ζωής αχρείαστες. Το κέλυφος από ρηγόλιθο φέρει μια πολύ πιο κατάλληλη λύση από ότι η μεταφορά βαριάς θωράκισης από την Γη ως προστασία από την ακτινοβολία, για μακροχρόνιες περιόδους. Η μορφή του κελύφους βασίζεται αρχικά στην τοποθέτηση της ελάχιστης δυνατής ποσότητας ρηγόλιθου, για την βέλτιστη προστασία των κατοίκων από την ακτινοβολία του διαστήματος σε χώρους με διαφορετικές χρήσεις και λειτουργίες (NASA - Space Radiation Analysis Group (SRA, 2022), δημιουργώντας έτσι περιοχές στις τρείς κατασκευές που φέρουν διαφορετικά πάχη στο προστατευτικό κέλυφος. Στην μία από τις τρείς δομές, τοποθετείται αυξημένο πάχος προστατευτικού κελύφους, με σκοπό την λειτουργία της ως καταφύγιο, σε περιόδους παροδικών ηλιακών εκλάμψεων. Ακόμα, ενώ στις άλλες δυο δομές τοποθετείται η ελάχιστη δυνατή ποσότητα κελύφους, πάχους δεκαπέντε εκατοστών (Simonsen and Nealy, 1991), υπάρχουν περιοχές όπως οι μονάδες εργασίας/ύπνου και οι κοινόχρηστοι χώροι στις οποίες προστίθεται πάχος ενάμιση εκατοστού και δυόμιση εκατοστών αντίστοιχα με σκοπό την αύξηση της ποιότητας της μακροχρόνιας ζωής των κατοίκων. Επιπλέον η μορφή του κελύφους πρέπει να παρέχει στο ρομποτικό σμήνος ράμπες μεταφοράς στα υψηλότερα σημεία κατασκευής ώστε να έχουν την δυνατότητα της συνεχής δημιουργίας στρωμάτων προστασίας (Simonsen and Nealy, 1991). Εφόσον καθεμία από τις μονάδες έχει πέντε πιθανούς χώρους σύνδεσης, εκ των οποίων οι τρείς λειτουργούν ως έξοδοι, δημιουργούνται ράμπες δίπλα από κάθε άνοιγμα εξόδου και

87

(1)

(2)

(3)

(4)

Εικόνα 58. Σειρά λειτουργιών ανάπτυξης της δομής κατοίκησης «Regolith Additive Construction» στον Άρη, (1) Προετοιμασία εδάφους και συγκέντρωση αναπτυσσόμενων οικοτόπων, (2) Αρχή κατασκευής στρωμάτων του κελύφους προστασίας με την χρήση των ραμπών, (3) Ολοκλήρωση του προστατευτικού κελύφους κατά 50%, (4) Ολοκλήρωση του προστατευτικού κελύφους προστασίας.

Εικόνα 59. Εναπόθεση και πυροσυσσωμάτωση στρωμάτων ρηγόλιθου από πολλαπλά ρομπότ RAC-T και RAC-M.

88

παραθύρου, κάθε μονάδας, με σκοπό την εξυπηρέτηση των ρομπότ αλλά και την αύξηση της προστασίας τους και της καθαριότητας τους. Επίσης, καθώς η δομή θα αυξάνεται σε ύψος τα ανοίγματα αυτά θα αναμειγνύονται με την συνολική δομή. Η μέθοδος σκλήρυνσης του χαλαρού ρηγόλιθου η οποία χρησιμοποιείται για την κατασκευή, δηλαδή η πυροσυσσωμάτωση του υλικού με την χρήση κεφαλών μικροκυμάτων, αναπτύσσεται λόγω της ισχυρής της εφαρμογής και μελετάται σε εργαστήρια πυροσυσσωμάτωσης, με την χρήση πραγματικού ρηγόλιθου όπως και παρεμφερή υλικών (Taylor and Meek, 2005). Έχουν αναπτυχθεί δύο μέθοδοι για την εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας κατασκευής, τόσο εσωτερικά όσο και εξωτερικά. Η πρώτη μέθοδος είναι αυτή που χρησιμοποιείται και στο παραπάνω παράδειγμα διαστημικής δομής RAC, κατά την οποία τοποθετείται μία στρώση ρηγόλιθου στην περιοχή κατασκευής η οποία αργότερα σκληραίνει με την τήξη του, μέσω της χρήσης των ρομπότ με τις κεφαλές μικροκυμάτων (Wilkinson et al., 2016). Παράλληλα, η ίδια μέθοδος μπορεί να επιτευχθεί από μία ρομποτική μονάδα η οποία έχει την ικανότητα της μεταφοράς, εναπόθεσης και τήξης του υλικού, όπως για παράδειγμα το «Lunar road-paving wagon» το οποίο με την κίνηση μπρος-πίσω και την χρήση πολλαπλών συχνοτήτων μικροκυμάτων σκληραίνει το υλικό αποτελεσματικά παράγοντας δομές δρόμων ή χώρων προσγείωσης/απογείωσης (Barmatz et al., 2014). Η δεύτερη μέθοδος, αφορά την περισυλλογή ρηγόλιθου, μέσω μία δεξαμενής η οποία καταλήγει σε έναν φούρνο μικροκυμάτων στο οποίον γίνεται η τήξη και στην συνέχεια η εξώθηση του υγρού ρηγόλιθου στην θέση κατασκευής.

Εικόνα 60. Κατασκευή σε τελικό στάδιο κατασκευής, με δυνατότητα συνεχής επισκευής.

89

Εικόνα 61. Τροποποιημένος φούρνος μικροκυμάτων κουζίνας που χρησιμοποιείται για την θέρμανση του παρεμφερή υλικού ρηγόλιθου DNA-1 (αριστερά) και το αποτέλεσμα της τήξης του υλικού DNA-1 (δεξιά).

Εικόνα 62. Σκίτσο του «Lunar road-paving wagon», καθώς εναποθέτει και σκληραίνει τον ρηγόλιθο, με σκοπό την κατασκευή βοηθητικών δομών μετακίνησης, σχεδιασμένο από τους.

Εικόνα 63. Regolith sintering in-situ: Η ιδέα του εκτυπωτή/φούρνου μικροκυμάτων από τους.

90

91

05

92

93

5 Σωματικοί και ψυχολογικοί κίνδυνοι Για περισσότερα από 50 χρόνια, το «Human research program» (HRP) της NASA, μελετάει τις επιπτώσεις του διαστήματος στο ανθρώπινο σώμα. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν τις μελέτες αυτές, για την κατασκευή στρατηγικών, συσκευών και διαδικασιών, που θα βοηθήσουν στην ασφάλεια και την υγεία των αστροναυτών, καθ’ όλη τη διάρκεια των αποστολών(Mars, 2015). Παράλληλα η έρευνες αυτές βοηθούν στην ανάπτυξη και αξιολόγηση ιατρικών προτύπων, πρωτοκόλλων διατροφικής υγείας, σωματικής και ψυχολογικής προσαρμογής, αισθητηριοκινητικής εκπαίδευσης και προγραμμάτων φυσικής κατάστασης. Η κατανόηση των κινδύνων, που διατρέχουν οι αστροναύτες κατά την διάρκεια της διαμονής του στο διάστημα, είναι απαραίτητη καθώς μετακινούνται από την τροχιά της Γης (π.χ. ISS), σε προορισμούς στο βαθύ διάστημα. Ένα τέτοιο πρόγραμμα αποτελεί το «Artemis», κατά το οποίο η NASA πρόκειται να προσγειώσει την πρώτη ομάδα αστροναυτών που θα αποτελείται από μία γυναίκα και έναν άνδρα στην Σελήνη, χρησιμοποιώντας καινοτομίες και τεχνολογίες, ώστε να εξερευνήσουν την επιφάνεια του δορυφόρου, ενώ θα συλλέγουν δεδομένα για το περιβάλλον και τους ίδιους, διατηρώντας παράλληλα την υγεία και την ασφάλεια τους (Mars, 2021c). Ακόμη δείχνει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, στην διερεύνηση των αντιδράσεων του ανθρώπινου σώματος κατά την διάρκεια μεγάλων διαστημικών πτήσεων, καθώς σχεδιάζει εκτεταμένες αποστολές στην Σελήνη και στον Άρη. Ο Scott Kelly ( Αμερικανός αστροναύτης, ο οποίος πέρασε σχεδόν έναν χρόνο στο διάστημα ) συμμετείχε σε πολλές βιοϊατρικές μελέτες στον ISS, καθώς και στο πρόγραμμα «Twin Study» (Mignot, 2015), κατά το οποίο αυτός και ο δίδυμος αδερφός του Mark Kelly, που παρέμεινε στην Γη, έγιναν υποκείμενα μελέτης, παρέχοντας βάσεις σύγκρισης δύο παρόμοιων οργανισμών σε διαφορετικές συνθήκες διαβίωσης (Mars, 2021b). Η μελέτη παρείχε πολύτιμα δεδομένα, για τις αλλαγές που δέχτηκε ο Scott, φυσιολογικά και ψυχολογικά, σε σύγκριση με τον αδερφό του Marc. Η συνεισφορά τους στην επιστήμη, βοήθησε στη δημιουργία δεδομένων που θα χρησιμοποιούνται, για τις επόμενες δεκαετίες.

94

Η NASA προγραμματίζει πιο εξελιγμένες έρευνες, για την εκτεταμένη διαμονή των αστροναυτών στο ISS, γεγονός ζωτικής σημασίας για τις μελλοντικές αποστολές στο διάστημα, με στόχο την εύρεση τρόπων με τους οποίους το σώμα θα μπορεί να προσαρμόζεται στην ζωή και στο περιβάλλον των διαστημικών πτήσεων. Οι κίνδυνοι που αντιμετωπίζει το ανθρώπινο σώμα, κατά την παραμονή του ατόμου για κάποιος μήνες στο ISS, διαφέρουν από αυτούς που καλείται να αντιμετωπίσει κατά την διάρκεια πολυετών αποστολών στον Άρη (Mars, 2021c). Για αυτόν τον λόγο, τα προβλήματα για τον άνθρωπο που προκαλούνται από τις αποστολές στον Άρη ερευνώνται ξεχωριστά και διαχωρίζονται σε πέντε βασικές ομάδες, οι οποίες σχετίζονται με τους στρεσογόνους παράγοντες που ενέχουν στο σώμα. Οι ομάδες αυτές είναι η διαστημική ακτινοβολία, η απομόνωση και οι περιορισμοί, η μεγάλη απόσταση από τη Γη, τα πεδία βαρύτητας και τα εχθρικά/κλειστά περιβάλλοντα (Garcia, 2020).

Εικόνα 64.

Tο Διαστημικό Εργαστήριο Ακτινοβολίας της NASA, όπου οι ερευνητές μελετούν τις επιπτώσεις των προσομοιωμένων κοσμικών ακτίνων σε βιολογικά δείγματα.

95

5.1 Διαστημική Ακτινοβολία. Η ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της Γης, δεν είναι τόσο επιβλαβής όσο του Άρη, καθώς το μαγνητικό πεδίο και η ατμόσφαιρα της Γης παράγουν μία ασπίδα, η οποία δεν επιτρέπει στην πλειονότητα των σωματιδίων, τα οποία συνθέτουν το περιβάλλον της διαστημικής ακτινοβολίας στον Άρη, να την διαπεράσουν. Βέβαια όλοι οι οργανισμοί της Γης, εκτίθενται σε κάποια χαμηλά επίπεδα ακτινοβολίας καθημερινά, από την τροφή που καταναλώνουν, έως τον αέρα που αναπνέουν (Mars, 2017). Στο διάστημα, οι αστροναύτες εκτίθενται σε ποικίλα και αυξημένα επίπεδα ακτινοβολίας, που διαφέρουν από αυτά στη Γη (Simonsen and Nealy, 1991)as well as various flare scenar-los, is considered.

Propagation data for water, aluminum, liquid hy-drogen, lithium hydride, lead, and lunar and Martian regolith (soil. Οι τρείς κύριες πηγές που συμβάλλουν στην δημιουργία της διαστημικής ακτινοβολίας, είναι τα ηλιακά ενεργειακά σωματίδια από τον Ήλιο, τα παγιδευμένα σωματίδια στο μαγνητικό πεδίο της Γης και οι γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες. Μια βασική πρόκληση για την μείωση των κινδύνων έκθεσης των ανθρώπων σε ακτινοβολία, είναι η προστασία από ορισμένα σωματίδια διαστημικής ακτινοβολίας. Η έκθεση σε μη ελεγχόμενη ακτινοβολία, συσχετίζεται τόσο με βραχυπρόθεσμες όσο και με μακροπρόθεσμες συνέπειες για την υγεία του ατόμου και είναι ανάλογη με την ποσότητα της συνολικής ακτινοβολίας και την διάρκεια έκθεσης (Mars, 2017).. Έχει παρατηρηθεί αυξημένος κίνδυνος καρκινωμάτων και εκφυλιστικών ασθενειών, όπως καρδιακές παθήσεις, σε άτομα τα οποία εκτίθενται σε ακτινοβολία στην Γη (Slack et al., 2016). Οι πιο πρόσφατες εφαρμογές που έχουν γίνει, με σκοπό την μείωση των κινδύνων υγείας από την διαστημική ακτινοβολία, είναι η εφαρμογή θωράκισης, η παρακολούθηση της και ειδικές επιχειρησιακές διαδικασίες (NASA - Space Radiation Analysis Group (SRA, 2022). Με την πάροδο των χρόνων, οι διαστημικές αποστολές αυξάνονται με μεγαλώνουν σε διάρκεια, έτσι μπορεί να αυξηθεί και η συνολική ποσότητα ακτινοβολίας στην οποία θα εκτίθεται ένας αστροναύτης, καθώς και οι συνολικοί κίνδυνοι. Η NASA αναπτύσσει προηγμένους ανιχνευτές για την παρακολούθηση και αναγνώριση της ακτινοβολίας στο περιβάλλον, παρέχοντας καλύτερα αποτελέσματα για την ποσότητα και τον τύπο της ακτινοβολίας που μπορεί να εκτεθεί το πλήρωμα (NASA, 2021). Παράλληλα εφαρμόζονται και βελτιστοποιούνται διαδικασίες, για την έκτακτη προστασία από την ακτινοβολία, χρησιμοποιώντας όλα τα διαθέσιμα υλικά και

96

εξοπλισμό που υπάρχουν στο σκάφος, όπως η τοποθέτηση τους σε στοίβες γύρω και πάνω από το πλήρωμα (NASA Space Radiation Analysis Group (SRA, 2022). Επιπλέον υπάρχουν έρευνες που αναλύουν τις βιολογικές επιπτώσεις που έχουν οι κοσμικές ακτίνες στον άνθρωπο, σε ερευνητικά κέντρα της Γης. Οι έρευνες αυτές βοηθούν στην συνολική κατανόηση και μείωση των προβλημάτων που προκαλεί η διαστημική ακτινοβολία, παρέχοντας ακριβείς μετρήσεις των ποσοτήτων ακτινοβολίας που εκτίθενται οι αστροναύτες στο διάστημα με την παραγωγή τεχνίτης ακτινοβολίας, καθώς και στην ανάπτυξη ακτινοπροστατευτικών υλικών για μελλοντικές αποστολές.

Εικόνα 65. Συμπαγές σύστημα ανίχνευσης ιόντων πλήρους πεδίου (CFIDS), ένα σύστημα ανίχνευσης σωματιδίων ακτινοβολίας που παρέχει πληροφορίες σχετικά με τις κινητικές ενέργειες, τις κατευθύνσεις και τα ηλεκτρικά φορτία των υποατομικών σωματιδίων.

Εικόνα 66. Ανιχνευτής φορτισμένων σωματιδίων χαμηλής κατανάλωσης, καινοτομία του Ερευνητικού Κέντρο Glenn της NASA, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε περιπτώσεις όπου απαιτείται ανιχνευτής μικρού μεγέθους, χαμηλού βάρους και χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης.

Εικόνα 67. Γρήγορος φωτοανιχνευτής UV, μεγάλου εύρους, έχει την ικανότητα να ανιχνεύει μικρούς, γρήγορους παλμούς ολόκληρου του εύρους υπεριώδους φωτός (UVA, UVB και UVC) σε δύο νανοδευτερόλεπτα ή λιγότερο.

97

5.2 Απομόνωση και περιορισμοί. Το κάθε πλήρωμα που επιλέγεται για τις αποστολές διαμονής του ISS, είναι εκπαιδευμένο για να φέρει εις πέρας ως ομάδα, αποστολές με διάρκεια έξι έως και δώδεκα μήνες. Οι αποστολές του Άρη, χρειάζονται ακόμα καλύτερα εκπαιδευμένο πλήρωμα, καθώς πρόκειται για ταξίδι μεγαλύτερων αποστάσεων με τις αποστολές να διαρκούν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα σε σύγκριση με τις έως τώρα αποστολές τα πληρώματα των οποίων έχουν βρεθεί σε απομονωμένο περιβάλλον. Επιπρόσθετα τα πληρώματα των αποστολών αυτών είναι πολυπολιτισμικά, θέτοντας αναγκαία την διαπολιτισμική ευαισθησία για την ομαλή λειτουργία της αποστολής (Mars, 2021c). Μια από τις βασικές παραμέτρους για την υγεία των αστροναυτών, είναι η διασφάλιση ποιοτικού ύπνου, ώστε να παραμείνει αναλλοίωτος ο κιρκάδιος ρυθμός τους, από παράγοντες όπως ο διαφορετικός κύκλος φωτός/σκότους, το περιορισμένο και θορυβώδες περιβάλλον, το άγχος που μπορεί να παράγει η απομόνωση και η μεγαλύτερες ημέρες του Άρη, με διάρκεια τριάντα επτά λεπτών παραπάνω από ότι της Γης. Επιπλέον σημαντική προετοιμασία για τις διαστημικές πτήσεις, είναι για την κούραση που μπορεί να βιώσουν οι αστροναύτες, καθώς θα βρεθούν σε χώρο με μεγάλη εργασιακή πίεση (Mars, 2021a). Παράλληλα εξετάζονται δραστηριότητες που θα αφορούν το πλήρωμα, με στόχο την αποφυγή της πλήξης τους κατά την διάρκεια των πολυετών ταξιδιών στον κόκκινο πλανήτη. Μέσα από μελέτες προσομοίωσης διαστημικών πτήσεων, αποκαλύφθηκε πως η διάρκεια και ο τύπος της απομόνωσης είναι σημαντικό να λαμβάνονται υπόψη (Crucian et al., 2016), αφού όσο πιο περιορισμένος είναι ο χώρος και όσο μικρότερη είναι η αλληλεπίδραση με άλλα άτομα, τόσο πιο πιθανό είναι να προκληθούν συμπεριφορικές ή γνωστικές παθήσεις ή ψυχιατρικές διαταραχές. Η πολυετείς μελέτες της NASA πάνω σε ανθρώπους σε απομονωμένα περιβάλλοντα, παράγουν μεθόδους και τεχνολογίες για την αντιμετώπιση πιθανών προβλημάτων που μπορεί να βιώσουν οι αστροναύτες (Bloomberg, 2009). Τεχνολογίες όπως η ακτιγραφία, που αναπτύχθηκε για την αξιολόγηση και βελτίωση της ποιότητας του ύπνου, παρακολουθώντας τα ποσοστά κίνησης των ατόμων, αλλά και του φωτός που υπάρχει στο περιβάλλον (Barger, 2015). Ακόμη η ανάπτυξη τεχνητού φωτισμού εμπνευσμένου από την τεχνολογία LED (Light-Emitting Diode), βοηθάει και πάλι στην βελτίωση της ποιότητας ύπνου του πληρώματος, αλλά και στην διατήρηση του κιρκάδιου ρυθμού. Παράλληλα εξετάζεται το ενδεχόμενο χρήσης εικονικής πραγματικότητας, για την προσομοίωση

98

γνώριμου περιβάλλοντος, με σκοπό την χαλάρωση και την βελτίωση της διάθεσης του πληρώματος (Shultz, 2008). Η απασχόληση του πληρώματος, με δραστηριότητες που το κρατούν ενεργό και συνδράμουν ταυτόχρονα στην καθημερινότητα τους, μπορεί να βοηθήσει στην αποτροπή ψυχολογικών προβλημάτων και στην τόνωση του ηθικού (Shultz, 2008). Τα άτομα του πληρώματος θα μπορούσαν να είναι υπεύθυνα για την φροντίδα ενός κήπου ή για την εκμάθηση κάποιων δεξιοτήτων, για παράδειγμα ιατρικών ή γλωσσικών που θα έχουν θετικά οφέλη στην συμπεριφορά και την επικοινωνία .

Εικόνα 68. Η αστροναύτης της NASA Christina Koch ξεκινά το πείραμα VegPONDS-02 στα συστήματα παραγωγής λαχανικών του διαστημικού σταθμού που ονομάζεται Veggie.

99

5.3 Απόσταση από την Γη. Ο ISS, βρίσκεται σε τροχιά, τριακόσια ογδόντα χιλιόμετρα πάνω από τη Γη. Η απόσταση της Σελήνη από την Γη, είναι χίλιες φορές μεγαλύτερη από την απόστασή της Γης με τον ISS. Αντίθετα, ο Άρης απέχει κατά μέσο όρο διακόσια είκοσι πέντε εκατομμύρια χιλιόμετρα από τη Γη, με καθυστέρηση μονόδρομης επικοινωνίας έως και είκοσι λεπτών(Mars, 2021c). Για αυτόν τον λόγο οι αστροναύτες πρέπει να είναι ικανοί να επιλύουν προβλήματα και να εργάζονται ως ομάδα, χωρίς να στηρίζονται στην επικοινωνία με τον έλεγχο της αποστολής, καθ’ όλη την διάρκεια της διαμονής τους στον πλανήτη. Σημαντικός για τα πολυετή διαστημικά ταξίδια, είναι ο σωστός εφοδιασμός συσκευασμένων τροφίμων και φαρμάκων, καθώς δεν υπάρχει τρόπος για ανεφοδιασμό, όπως συμβαίνει στον ISS. Η μελέτη των ιατρικών περιστατικών, για την προνόηση τους και για τον εφοδιασμό του σκάφους με εξοπλισμό και προμήθειες που θα φανούν χρήσιμα, γίνεται μέσω της εμπειρίας που έχει η NASA από τις διαστημικές πτήσεις, που έχουν ήδη πραγματοποιηθεί (Mars, 2021c). Ταυτόχρονα, γίνονται μελέτες για την βελτίωση των συστημάτων συσκευασίας, συντήρησης, επεξεργασίας και σύνθεσης των τροφίμων, με σκοπό την διασφάλιση της συντήρησης των θρεπτικών τους συστατικών για χρόνια.

Εικόνα 69. Ο αστροναύτης της NASA Tom Marshburn εκτελεί υπερηχογράφημα στον Καναδό αστροναύτη Chris Hadfield.

100

Ακόμα μερικά ζητήματα που δημιουργούνται, είναι αυτά της υγείας των αστροναυτών. Για την πρόληψη των ιατρικών κρίσεων, οι αστροναύτες λαμβάνουν ιατρική εκπαίδευση πριν τις αποστολές, αλλά και κατά την διάρκεια τους οι οποίες τους διδάσκουν να αποκρίνονται στα προβλήματα υγείας που πιθανός να προκύψουν (McQuillen, 2010). Επιπλέον εκτελούνται έλεγχοι ρουτίνας μεταξύ του πληρώματος, παρακολουθώντας την υγεία τους, σε ετοιμότητα για την πραγματοποίηση οποιασδήποτε εργαστηριακής εξέτασης, με στόχο την σωστή και έγκυρη διάγνωση και θεραπεία (Jaing, 2017). Επιπρόσθετα η NASA συλλέγει ιατρικά δεδομένα, με σκοπό την δημιουργία μηχανών τεχνητής νοημοσύνης, οι οποίες θα βοηθούν στην γνωμάτευση και καταπολέμηση διαφόρων ασθενειών (Ebert, 2019). Οι επιστήμονες εξετάζουν ακόμη την χρησιμότητα που μπορεί να έχουν οι εικονικοί βοηθοί στην αναγνώριση και ανταπόκριση ανωμαλιών των διαστημικών πτήσεων.

101

5.4 Πεδία βαρύτητας. Μια αποστολή με προορισμό τον Άρη θα έρθει σε επαφή με τρία διαφορετικά βαρυτικά πεδία, μέχρι να ολοκληρωθεί. Αρχικά το πλήρωμα θα βρεθεί σε μηδενική βαρύτητα, καθώς θα ταξιδεύει προς τον Άρη. Στην συνέχεια θα χρειαστεί να προσαρμοστεί στο μικρότερο βαρυτικό πεδίο του Άρη, που είναι ίσο με το ένα τρίτο της βαρύτητας της Γης. Τέλος, με την επιστροφή του στην Γη, θα αναγκαστεί να αναπροσαρμοστεί ξανά στην βαρύτητα της Γης. Η αλλαγές αυτές είναι πολύ δύσκολες για το ανθρώπινο σώμα, καθώς επηρεάζουν τον χωρικό προσανατολισμό, τον συντονισμό του σώματος, την κίνηση, την ισορροπία (Holden, 2015), έχοντας ως αποτέλεσμα ορισμένοι αστροναύτες να αντιμετωπίζουν τον σύνδρομο προσαρμογής χώρου, ή αλλιώς την ασθένεια του διαστήματος. Η προσγείωση στον Άρη μπορεί να είναι επικίνδυνη, καθώς οι αστροναύτες κατά την διάρκεια της μετάβασης τους, από την μηδενική βαρύτητα στην βαρύτητα ενός ξένου ουράνιου σώματος, μπορεί να βιώσουν ορθοστατική δυσανεξία, μια κατάσταση όπου το σώμα αδυνατεί να διατηρήσει την αρτηριακή πίεση ενώ είναι σε όρθια στάση, οδηγώντας σε ζαλάδα και λιποθυμία (Krihak et al., 2020)Μέσα από μελέτες, έχει διαπιστωθεί πως το ανθρώπινο σώμα επηρεάζεται από την απουσία της βαρυτικής έλξης της Γης, με την μείωση της πυκνότητας μετάλλων των οστών, καθώς τα οστά δεν φέρουν το βάρος του σώματος (Sibonga et al., 2017). Χωρίς την παροχή κατάλληλης διατροφής και άσκησης, η απώλεια μυϊκής μάζας είναι πιο γρήγορη, από ότι στην Γη. Ένα μεγάλο ζητούμενο της μικροβαρύτητας, είναι πως τα υγρά του σώματος μετατοπίζονται προς το κεφάλι, προκαλώντας προβλήματα όρασης με την αύξηση της πίεσης στα μάτια, καθώς και αυξημένο κίνδυνο ανάπτυξης πέτρας στα νεφρά, λόγω της αφυδάτωσης και της έκκρισης ασβεστίου από τα οστά. Η NASA αναπτύσσει συσκευές αρνητικής πίεσης για του λόγους αυτούς, οι οποίες θα βοηθούν στην διατήρηση της πίεσης στο κάτω μέρος του σώματος, με την άντληση υγρών από το κεφάλι (Platts, 2021). Υπάρχουν τεχνολογίες που βοηθούν στον εντοπισμό και την αύξηση του ελέγχου ισορροπίας, καθώς και στην βελτίωση των ικανοτήτων αλληλεπίδρασης με συσκευές μετά την προσγείωση (Duncan and Bogomolov, 2007). Επιπλέον, παρακολουθείται ο πόνος στην πλάτη, καθώς και το ποσοστό μείωσης της μυϊκής και οστικής μάζας, με την χρήση τεχνικών απεικόνισης, όπως υπέρηχοι και μαγνητικές τομογραφίες, πριν και μετά την αποστολή (Ebert, 2019). Το πλή-

102

ρωμα επίσης, θα παρέχει αυτό-αξιολογήσεις της φυσικής του κατάστασης κατά την διάρκεια των αποστολών, ώστε να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα την μείωση της καρδιακής λειτουργίας (Bloomberg, 2009). Η NASA αναπτύσσει ψηφιακούς προπονητές τεχνητής νοημοσύνης, για να διατηρούν το πλήρωμα σωματικά υγιές, με την παροχή εξατομικευμένων προγραμμάτων εκγύμνασης.

Εικόνα 70. Ο αστροναύτης της NASA Steve Swanson ασκείται στον διάδρομο «Combined Operational Load Bearing External Resistance Treadmill» (COLBERT).

103

5.5 Κλειστό Περιβάλλον. Μελέτες της NASA δείχνουν πως το εσωτερικό οικοσύστημα ενός διαστημοπλοίου, είναι πολύ σημαντικό για την καθημερινότητα των αστροναυτών. Έχει αποδειχτεί πως οι μικροοργανισμοί έχουν την ικανότητα να αλλάξουν χαρακτηριστικά, όταν βρίσκονται στο διάστημα και τα μικρόβια που κατοικούν στο ανθρώπινο σώμα, μεταφέρονται πιο εύκολα σε περιορισμένους χώρους, όπως αυτούς του ISS ή ενός διαστημοπλοίου (Jaing, 2017). Η συνεχής αύξηση της κορτιζόλης (στρεσογόνα ορμόνη) κατά την διάρκεια των διαστημικών πτήσεων, αποδυναμώνει το ανοσοποιητικό σύστημα, προκαλώντας αυξημένες ευαισθησίες, αλλεργίες ή άλλες ασθένειες (Crucian et al., 2016). Λόγω των παραπάνω, χρησιμοποιούνται μοριακές τεχνικές αξιολόγησης του κινδύνου προσβολής των αστροναυτών από μικροοργανισμούς, που μπορεί να είναι αίτιο κάποιας ασθένειας ενώ πραγματοποιείται συστηματική δειγματοληψία τόσο από το σώμα των αστροναυτών όσο και από το χώρο, με σκοπό την ανάλυση των μικροβίων που υπάρχουν στο περιβάλλον (Pierson, 2006). Οι δοκιμές που διεξάγονται στην Γη, για την μελέτη των μεταβολών του ανθρώπινου ανοσοποιητικού συστήματος, κατά την διάρκεια μία διαστημικής αποστολής, καθίστανται ανεπαρκείς, καθώς το κλειστό περιβάλλον που δημιουργείτε για μια διαστημική πτήση δεν μπορεί να προσομοιωθεί τέλεια (Mars, 2021c). Ωστόσο, οι μελέτες που διεξάγονται σε παρόμοιες κλειστές ερευνητικές εγκαταστάσεις στην Γη, όπως αυτές στην Ανταρκτική, παρέχουν μια ιδέα για το πώς μερικοί στρεσογόνοι παράγοντες των περιορισμένων χώρων επηρεάζουν το ανθρώπινο ανοσοποιητικό (Bloomberg, 2009). Παρόλα αυτά, η αποδυνάμωση που προκαλείται στο ανοσοποιητικό σύστημα σε αυτές τις διαστημικές αποστολές, μπορεί να προκαλέσει αυτοάνοσα προβλήματα, κατά τα οποία το ανοσοποιητικό σύστημα του ανθρώπου, επιτίθεται στα υγιή κύτταρα, όργανα και ιστούς που διαθέτει το σώμα. Ο σχεδιασμός των χώρων διαβίωσης και εργασίας είναι ακόμα ένας παράγοντας που επηρεάζει την σωματική και ψυχολογική υγεία του ατόμου, καθώς κανένας δεν θέλει να κατοικεί σε έναν χώρο στενό, υποφωτισμένο ή έντονα φωτισμένο, θέτεται σημαντική η προσεκτική μελέτη και σχεδιασμός των διαστημικών κατοικιών (Greene, 2015). Με την ανάπτυξη των τεχνολογιών φωτισμού LED, ο φωτισμός των διαστημικών σκαφών δίνει την αίσθηση του φυσικού φωτισμού της Γης, παρέχοντας με αυτόν τον τρόπο ένα πιο οικείο περιβάλλον (Shultz, 2008). Για την διατήρηση της ποιότητας του αέρα στο κλειστό κύκλωμα της διαστημικής κατοικίας, υπάρχει

104

διαρκείς παρακολούθηση μέσω μηχανημάτων τα οποία διασφαλίζουν την αποφυγή μολύνσεων του από αέρια, όπως αμμωνία και μονοξείδιο του άνθρακα (Tan, 2007). Το πλήρωμα παράλληλα αλλάζει τα φίλτρα αέρα τακτικά, αποστειρώνει τις επιφάνειες και φιλτράρει το νερό, για την αποτροπή ασθενειών που προκύπτουν από την συσσώρευση ρύπων.

Εικόνα 71. Τα ειδικά κατασκευασμένα πάνελ κιρκάδιου φωτός λούζουν τους εσωτερικούς χώρους με ψευδό-φυσικό φως, μιμούμενο με ακρίβεια τις λεπτές ωριαίες παραλλαγές του φυσικού φωτός της ημέρας στη Γη.

SAGA Space Architects, Lunar Ark.

105

06

106

107

6 Ανταποδοτικά οφέλη Τα οφέλη της εξερεύνησης του διαστήματος προέρχονται σε μεγάλο βαθμό από την δημιουργία νέας γνώσης η οποία φέρει μακροχρόνια αξία για την ανθρωπότητα. Οι τεχνολογίες κατασκευής που προαναφέρθηκαν, οι οποίες αναπτύχθηκαν με σκοπό την διευκόλυνση της μελλοντικής διαστημικής κατοίκησης, παρέχοντας ασφαλέστερους, οικονομικούς και πιο οικολογικούς τρόπους κατασκευής, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και προς όφελος της κατοίκησης στην Γη (ISECG, 2013). Οι τεχνολογίες που παράγονται κατά την μελέτη συστημάτων με σκοπό την αντιμετώπιση των πολύπλοκων εμποδίων των διαστημικών αποστολών, επιφέρουν πολλαπλές καινοτομίες η οποίες μπορούν να ωφελήσουν το κοινό (Home | NASA Spinoff, no date). Επίσης, η γνώση που παράγεται μακροπρόθεσμα από τις διαστημικές αποστολές και την εξερεύνηση των διαστημικών σωμάτων βοηθούν στην κατανόηση της σπανιότητας της ζωής, παρέχοντας αφορμές για την ευαισθητοποίηση του κοινού, με σκοπό την διατήρηση και εξέλιξη της. Οι έρευνες που διεξάγονται για την εξερεύνηση του διαστήματος, παράγουν τόσο υλικά όσο και άυλα οφέλη στην ανθρωπότητα. Τα υλικά αγαθά που παρέχονται περιλαμβάνουν όλες τις λειτουργίες και τα οφέλη τα οποία σχετίζονται με τις καινοτομίες που αναπτύσσονται μέσω των επενδύσεων σε αυτές τις έρευνες (Home | NASA Spinoff, no date). Ακόμα, οδηγούν στην ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας και βοηθούν στην εξέλιξη της βιομηχανίας και του εργατικού δυναμικού, συνεισφέροντας έτσι στην οικονομική πρόοδο των χωρών οι οποίες ασχολούνται με την διαστημική εξερεύνηση (ISECG, 2013). Τα άυλα οφέλη, αφορούν την φύση και την ζωή του ανθρώπου, όπως η ενίσχυση του πολιτισμού, η έμπνευση του κοινού και η δημιουργία διεθνών συνεργασιών μεταξύ χωρών, η οποία βοηθάει στην παραγωγή σχέσεων εμπιστοσύνης και αμοιβαίας κατανόησης. Με την αντιμετώπιση των προκλήσεων, οι οποίες παρουσιάζονται στις διαστημικές αποστολές αναπτύσσονται πολλές τεχνολογίες και επιστημονικές καινοτομίες οι οποίες προσφέρουν τα οφέλη τους στο κοινό της Γης, σε ποικίλους τομείς, όπως αυτοί της υγείας, των μεταφορών, του περιβάλλοντος και της ενέργειας (Home | NASA Spinoff, no date). Παραδείγματα των τεχνολογικών επιτευγμάτων είναι τα καρδιολογικά εμφυτεύματα, τα συστήματα περισυλλογής ηλιακής ενέργειας, εργαλεία με φορητές μπαταρίες, οι κάμερες των κινητών τηλεφώνων, κράματα μικρού βάρους και υψηλής ανθεκτικότητας σε αυξημένες θερμοκρασίες και βιοϊατρική τεχνολογία (NASA Spinoff, 2017, NASA Spinoff, 1984).

108

Εικόνα 72. Αναπτυγμένο από το εργαστήριο «Biomedical Engineering for Exploration Space Technology» (BEEST) της NASA, προσφέρει φορητή οδοντιατρική περίθαλψη.

109

Επίσης οι έρευνες που λαμβάνουν χώρα στο διάστημα βοηθούν και σε περαιτέρω πεδία, όπως για παράδειγμα οι μελέτες πάνω στις αλλαγές που συμβαίνουν στα σώματα των αστροναυτών λόγω της εκτεταμένης διαμονής τους σε απομονωμένο περιβάλλον με μικροβαρύτητα, βοηθούν στην κατανόηση της διαδικασίας γήρανσης του σώματος. Παρομοίως υπάρχουν έρευνες οι οποίες καταγράφουν και εξελίσσουν την καλλιέργεια των φυτών, την επιστήμη των υλικών και τις θεμελιώδεις έννοιες της φυσικής (NASA Spinoff, 2018). Οι επιστημονικές μελέτες του περιβάλλοντος του Άρη σχετικά με τη τρέχουσα κατάστασης στην οποία βρίσκεται και με τις αλλαγές που συμβαίνουν σε αυτόν με την πάροδο του χρόνου εκπροσωπούν βασικές στιγμές της επίγειας εξέλιξης του πλανήτη, παρέχοντας στοιχεία για την βελτίωση της κατανόησης του ανθρώπου για την κλιματική αλλαγή στην Γη.

Εικόνα 73. Ο εμφυτεύσιμος αυτόματος απινιδωτής (AID), είναι ένα σύστημα υποστήριξης της καρδιάς, που προέρχεται από την τεχνολογία διαστημικών κυκλωμάτων της NASA, το οποίο μπορεί να αποτρέψει την ακανόνιστη καρδιακή δράση, γνωστή ως αρρυθμίες. Εικόνα 74. Αναπτυγμένο από το εργαστήριο «Biomedical Engineering for Exploration Space Technology» (BEEST) της NASA, προσφέρει φορητή οδοντιατρική περίθαλψη.

110

Εικόνα 75. Nτομάτες «Red Robin», οι οποίες αναπτύσσονται σε κάθετες υδροπονικές καλλιέργειες στην Sweetgrass Farms, χρησιμοποιώντας την πρώτη φόρμουλα λιπασμάτων με ελεγχόμενη αποδέσμευσης, που αναπτύχθηκε από τη Florikan για χρήση στο διάστημα. Το λίπασμα ελεγχόμενης αποδέσμευσης Florikan ενσωματώνεται στο ψημένο κεραμικό που συγκρατεί τις ρίζες των φυτών αντί για κανονικό χώμα. Εικόνα 76. Η Dunmore διαθέτει μια μεγάλη σειρά ταινιών ανθεκτικών στη θερμοκρασία, συμπεριλαμβανομένων ποικιλιών για περιτύλιγμα σύρματος και καλωδίων, για τη σφράγιση των άκρων της πολυστρωματικής μόνωσης της εταιρείας και για τη δημιουργία αντικολλητικών επιφανειών. Αρκετά από αυτά δημιουργήθηκαν αρχικά για εφαρμογές της NASA.

111

Η NASA με το ξεκίνημα της έρευνας του διαστήματος ανέπτυσσε τεχνολογίες που έχουν ως σκοπό την παροχή λύσεων για τις ανάγκες που δημιουργούνται κατά τη διάρκεια των αποστολών, ένας μεγάλος αριθμός των οποίων δόθηκαν ανοιχτά στο κοινό, ως προϊόντα ή υπηρεσίες, παρέχοντας τα οφέλη τους προς τους ανθρώπους(Home | NASA Spinoff, no date). Οι τεχνολογίες αυτές βελτιώνουν την καθημερινότητα από πολλές πλευρές, συμπεριλαμβανομένων της ιατρικής, της δημόσιας ασφάλειας και του περιβάλλοντος. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει πως όλες οι τεχνολογίες και τα υλικά τα οποία χρησιμοποιεί ή αναπτύσσει η NASΑ μπορούν να επιφέρουν όφελος και στο κοινό. Μερικά από πιο γνωστά και συνήθη προϊόντα τα οποία παρήγαγε η NASA είναι ο αφρός μνήμης, τα λυοφιλοποιημένα τρόφιμα (μέθοδος συντήρησης τροφίμων, δεν συρρικνώνει ή σκληραίνει τα τρόφιμα και διατηρεί τη γεύση, το χρώμα και τη θρεπτική αξία), οι «κουβέρτες διαστήματος» έκτακτης ανάγκης (διατηρεί τη θερμότητα του σώματος, αντανακλώντας την θερμότητα του σώματος του χρήστη πίσω στον φορέα), τα «DustBusters» (επαναφορτιζόμενα σκουπάκια σκόνης), τα κοχλιακά εμφυτεύματα (συσκευή που διεγείρει ηλεκτρικά το κοχλιακό νεύρο), «MicroMed DeBakey VAD» (μια αντλία μικρής κλίμακας, η οποία μεταφέρει το αίμα του ασθενή κατά την διάρκεια της μεταμόσχευσης καρδιάς, ώστε να τον κρατήσει ζωντανό μέχρι να την ολοκλήρωση της επέμβασης), τα μαγιό «LZR racer» και οι αισθητήρες εικόνας CMOS (ένα ηλεκτρονικό τσιπ που μετατρέπει φωτόνια σε ηλεκτρόνια για ψηφιακή επεξεργασία, παρέχοντας τις περισσότερες συσκευές λήψης ψηφιακών εικόνων του σήμερα, όπως στα κινητά τηλέφωνα και στις συσκευές «GoPro») (National Aeronautics and Space Administration Wiki, 2009)2009. Η NASA αναφέρει στην επίσημη σελίδα της, πως έχει δημιουργήσει περισσότερες από δύο χιλιάδες τεχνολογικά οφέλη, από το 1976, με τα πιο πρόσφατα να είναι η αναμετάδοση επικοινωνιών με λέιζερ (National Aeronautics and Space Administration Wiki, 2009)2009, το «Medical-Ceramic Oxygen Generator», που παρέχει οξυγονοθεραπείες με υψηλής καθαρότητας, ιατρικής ποιότητας οξυγόνο και νέα γενιά εσωτερικής γεωργίας που ελαχιστοποιεί τη χρήση νερού, την κατανάλωση ενέργειας και καθιστώντας το έδαφος μη αναγκαίο.

112

Εικόνα 78. Αρχικά αναφερόμενος ως «slow spring back foam», ο αφρός μνήμης δέχεται οποιαδήποτε πίεση εναντίον του και επιστρέφει αργά στην αρχική του μορφή, μόλις αφαιρεθεί η πίεση. Εικόνα 79. Λυοφιλοποιημένα τρόφιμα συσκευασμένα για διαστημικές αποστολές.

113

Εικόνα 80. «DustBusters», μια ελαφριά, φορητή ηλεκτρική σκούπα που δόθηκε στο κοινό το 1979.

Εικόνα 81. Το πρωτότυπο «Medical-Ceramic Oxygen Generator» (M-COG) Εικόνα 82. Οι αισθητήρες εικόνας βελτιώνουν τις τεχνολογίες κάμερας. Αισθητήρες εικόνας «CMOS» Νεφέλωμα Eagle, Buzz Aldrin στην αποστολή «Apollo 11»,

114

Παράλληλα, υπάρχουν και οφέλη από την διαστημική βιομηχανία προς την αρχιτεκτονική, παρέχοντας νέα καινοτόμα υλικά και μεθόδους όπως η δημιουργία ενός εφελκυστικού υφάσματος από υαλοβάμβακα με επένδυση από PTFE (NASA, 2009), αναπτυγμένο για την παροχή ενός θερμικά ανθεκτικού υλικού για τις διαστημικές στολές των αποστολών «Apollo», το οποίο κατασκευάζεται από την εταιρία Birdair με σκοπό την παροχή της τεχνολογίας αυτής στο κοινό, για την χρήση της σε κατασκευές της Γης, όπως σε οροφές μόνιμου εφελκυσμού οι οποίες παρέχουν κάλυψη και προστασία. Οι ιδιότητες για τις οποίες αναπτύχθηκε το υλικό το καθιστούν ιδανικό για την χρήση του σε αυτές τις εφελκυόμενες κατασκευές μεγάλων διαστάσεων. Πρόκειται για υλικό ελάχιστου βάρους (140γραμμάρια ανά τετραγωνικό), ισχυρότερο από τον χάλυβα, το οποίο προσφέρει 24% ηλιακή διαφάνεια ενώ ταυτόχρονα παρέχει έως και 75% ηλιακή ανακλαστικότητα, (αφήνει το φυσικό φως να περάσει, αλλά συγκρατεί τη θερμότητα) (NASA, 2009), καθιστώντας το μια ενεργειακά αποδοτική εναλλακτική λύση έναντι της στέγης. Επιπλέον, είναι μια οικονομική λύση λόγω της μεγάλης του αντοχής και των χαμηλών χαρακτηριστικών συντήρησης.

Εικόνα 83. Το «Palm Springs International Airport», στο Palm Springs της California, το οποίο χρησιμοποιεί εφελκυόμενες στέγες, που κατασκευάστηκα από την εταιρία Birdair, με υλικό που αρχικά αναπτύχθηκε για τις στολές των αποστολών «Apollo».

115

Εικόνα 84. «Houston’s Reliant Stadium» , που διαθέτει αναδιπλούμενη PTFE οροφή από υαλοβάμβακα.

Εικόνα 85. Το «Navy Pier» του Chicago.

116

Ακόμη ένα προϊόν το οποίο αναπτύχθηκε μέσα στα πλαίσια των διαστημικών ερευνών, ονομάζεται PURETi και αποτελείται από μια σειρά μη τοξικών, φωτοκαταλυτικών συνθέσεων (κατά την φωτοκατάλυση, το φως πυροδοτεί χημικές αντιδράσεις, που διασπούν την οργανική ύλη σε μοριακό επίπεδο, παράγοντας κυρίως νερό και διοξείδιο του άνθρακα) (NASA, 2012). Το προϊόν αυτό σχεδιάστηκε με σκοπό το φιλτράρισμα του νερού κατά την διάρκεια των διαστημικών αποστολών, την ανάπτυξη των φυτών, (με την διατήρηση της καθαρότητας τους, από οργανικά παράγωγα που προκαλούν σήψη), τον καθαρισμό του αέρα και την διατήρηση της καθαρότητας των διαστημικών δομών. Αυτή η τεχνολογία βρήκε εφαρμογή στην Γη στις εγκαταστάσεις της NASA, σε δοκιμές των φωτοκαταλυτικών τεχνολογιών κατά τις οποίες τα λευκά κτήρια των εγκαταστάσεων επικαλύφθηκαν με το υλικό, μειώνοντας έτσι τα έξοδα συντήρησης της καθαρότητας τους. Πρόκειται για μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία, καθώς δεν διατηρεί απλά τις επιφάνειες καθαρές, αλλά τις απαλλάσσει από τα μικρόβια. Ακόμα, έχει χρησιμοποιηθεί και σε δομές του κοινού, έξω από τα όρια των εγκαταστάσεων την NASA, οι οποίες έχουν την ικανότητα να αυτό-καθαρίζονται από τους οργανικούς ρύπους, όπως οσμές ή τύπους μούχλας, ενώ ταυτόχρονα καθαρίζουν τον αέρα που τις περιβάλλει (NASA, 2012). Δύο από τις δομές που έχει επικαλύψει, είναι εκθέματα μοντέρνας τέχνης, τα οποία αναφέρεται πως μετέτρεψε στους πιο περιέργους καθαριστές αέρα. Η συγκεκριμένη τεχνολογία επικάλυψης επιφανειών, έχει διάρκεια ζωής το λιγότερο τριών ετών.

Εικόνα 86. To νέο επιστημονικό κέντρο «INFINITY», το οποίο χρησιμοποιείται για την συνεχόμενη έρευνα της τεχνολογίας «PURETi».

117

Εικόνα 87, 87a. Το γλυπτό, με την ονομασία «Wendy», το οποίο έχει επικαλυφθεί με την τεχνολογία «PURETi» και έτσι μετατράπηκε σε έναν πελώριο καθαριστή αέρα το 2012.

Εικόνα 88. Η NASA χρησιμοποιεί το προϊόν «PURETi» στους δορυφόρους και στον διεθνή διαστημικό σταθμό, ως ένα μέσω παροχής καθαρών επιφανειών.

118

Ένα ακόμα υλικό, του οποίου η εφαρμογή σε κτίρια και σε άλλες επίγειες κατασκευές αποδείχτηκε πολύ χρήσιμη, δημιουργήθηκε αρχικά για την εξωτερική προστασία των προωθητήρων των πυραύλων, από τις ακραίες θερμοκρασίες. Πρόκειται για ενα υλικό, το οποίο αλλάζει υλική κατάσταση (όπως ο πάγος που λιώνει όταν απορροφά θερμότητα και μετατρέπεται σε υγρό) όταν έρχεται σε επαφή με μεγάλες θερμοκρασίες και αποτελείται από μία σύνθεση που ονομάζεται «MCC-1» (μείγμα φελλού και εποξικής ρητίνης), το οποίο ενσωματώνεται σε μια επίστρωση που έχει την ικανότητα να εφαρμόζει όπως το χρώμα πάνω σε επιφάνειες (NASA, 2019). Το προϊόν αυτό, έχει την ιδιότητα να απορροφά την θερμότητα των προωθητήρων και να υγροποιείται μονώνοντας την επιφάνεια που επικαλύπτει από την θερμότητα. Με την υγροποίηση του, καταλήγει να στάζει από τους προωθητήρες, μειώνοντας τον κίνδυνο καύσης του ενώ βρίσκεται ακόμα πάνω στον προωθητήρα. Αυτή η τεχνολογία πλέον χρησιμοποιείται ως εξωτερική βαφή κατασκευών ή σε επιστρώσεις οροφής, απορροφώντας την ημέρα την ηλιακή θερμότητα και απελευθερώνοντας την τη νύχτα συνεχίζοντας τον κύκλο και κάνοντας το κτίριο πιο αποδοτικό ενεργειακά. Επίσης, εφαρμόζεται στην αεροπορία, ως προστασία των πίσω άκρων των αεροπλάνων τα οποία δέχονται θερμότητα από τους κινητήρες (NASA, 2019), αλλά και σε δοχεία ψύξης της εταιρίας PrimeBilec, η οποία τοποθετεί το υλικό μέσα σε πολυεστέρα τροφίμων παρέχοντας ένα περιβάλλον το οποίο διατηρεί τα φαγητά και τα ποτά κρύα για περισσότερες ώρες, αποφεύγοντας τον όγκο του πάγου.

Εικόνα 89. Προϊόν της εταιρίας PrimeBilec, το οποίο κρατάει το περιεχόμενο του κρύο, χωρίς την χρήση πάγου.

119

Ένα σοβαρό πρόβλημα που αφορά ολόκληρη την ανθρωπότητα, είναι η κακή διαχείριση των απορριμμάτων. Τα απόβλητα σε έναν καινούριο πλανήτη κατοίκησης, θα πρέπει ιδανικά να ανακυκλώνονται και να επαναχρησιμοποιούνται ώστε να μην παράγονται ρύποι προς το περιβάλλον (BIG – Bjarke Ingels Group, 2020a), πράγμα το οποίο διευκολύνετε με τους περιορισμένους πόρους που παρέχονται από τον πλανήτη αναγκάζοντας, τον άνθρωπο να λειτουργεί πιο αποδοτικά (NASA Science, 2018). Με αφορμή το πρόβλημα των ρύπων, έχουν δημιουργηθεί πολλές μελέτες για την λειτουργία κλειστών συστημάτων ανατροφοδότησης των απορριμμάτων στο ίδιο το σύστημα, χρησιμοποιώντας τα ανθρώπινα απόβλητα ως τροφή ή λίπασμα των καλλιεργειών (The European Space Agency, no date), παρέχοντας με αυτόν τον τρόπο αποτελεσματική ανακύκλωση πόρων. Στην περιορισμένη ποσότητα υλικών οι οποίοι παρέχονται από το περιβάλλον του διαστημικού σώματος συμπεριλαμβάνεται και το νερό, θέτοντας την χρήση του στην κατασκευή δομών απαιτητική. Το γεγονός αυτό, προκαλεί μεγάλο ενδιαφέρον στην εύρεση υλικών και τρόπων οικοδόμησης ενός ξηρού πλανήτη και παράλληλα, περιοχών της Γης με ξηρά κλίματα ή ακόμη και εύκρατων περιοχών, όπου οι υδάτινοι πόροι είναι περιορισμένοι (BIG – Bjarke Ingels Group, 2020b). Μερικές λύσεις οι οποίες εξελίχθηκαν περεταίρω μέσω της έρευνας για τη διαστημική κατοίκηση, είναι το τσιμέντου με βάση το θείο, το οποίο διερευνήθηκε από τον Khoshnevis και την ομάδα του ως εναλλακτική λύση του τσιμέντου με βάση το νερό (Kestelier et al., 2016), αλλά και η δυνατότητα της πυροσυσσωμάτωσης σε περιοχές με μεγάλη ηλιακή έκθεση ως διαδικασία κατασκευής, όπως προαναφέρθηκε (Taylor and Meek, 2005). Παρόμοια, η χρήση ρηγόλιθου ως πιθανό δομικό υλικό στον αντίστοιχο πλανήτη, δηλώνει την ικανότητα της χρήσης άμμου ως «in-situ» δομικό υλικό σε περιοχές της ερήμου με την χρήση παρόμοιων διαδικασιών με αυτών της τρισδιάστατης εκτύπωσης διαστημικών δομών (Liu et al., 2021). Ταυτόχρονα, έχουν αναπτυχθεί και τεχνολογίες επαναχρησιμοποίησης υλικών και κατασκευών, όπως το «In-Space Refrabicator», το οποίο έχει την ικανότητα της ανακύκλωσης εργαλείων και συνθέσεων και ταυτόχρονα της παραγωγής νέων προϊόντων με την χρήση του ανακυκλωμένου υλικού (NASA Science, 2018) Εν ολίγοις, ο χώρος αυτός προσφέρει ξεκάθαρα μαθήματα αποτελεσματικής επαναχρησιμοποίησης των απορριμμάτων που παράγονται από τον άνθρωπο και των κατασκευαστικών υλικών της οικοδομικής βιομηχανίας και αναπτύσσει ποικίλα νέα καινοτόμα υλικά και εξελιγμένους τρόπους κατασκευής.

120

Εικόνα 90. «In-Space Refabricator».

Εικόνα 91. Προϊόν παραγωγής του «InSpace Refrabicator».

121

07

122

123

7 Συμπεράσματα Η παρούσα ερευνητική εργασία πραγματεύεται το θέμα της διαπλανητικής αρχιτεκτονικής και την εξέλιξη της από την απομακρυσμένη καταγραφή του διαστημικού κόσμου, μέχρι την υλοποίηση έργων εξερεύνησης και κατοίκησης του. Η διαπλανητική αρχιτεκτονική αφορά δύο τύπους κατασκευών, αυτών της μηδενικής βαρύτητας, προκατασκευασμένες δηλαδή δομές που βρίσκονται σε τροχιά μακριά από τον πλανήτη (έξω από την ατμόσφαιρά του) και αυτών της πλανητικής επιφάνειας, οι οποίες κατασκευάζονται είτε εξολοκλήρου, είτε τμηματικά στον τόπο κατασκευής. Ωστόσο, επειδή οι τύποι αυτοί αναφέρονται σε αποστολές εξερεύνησης η κατοίκησης στο διάστημα, έναν χώρο με ελάχιστες αλληλεπιδράσεις με το εξωτερικό περιβάλλον, θέτεται ως βασικός παράγοντας επιβίωσης ο ανθρωποκεντρικός σχεδιασμός, με τον οποίο δημιουργούνται χώροι, ιδανικοί για το πλήρωμα της κάθε αποστολή, στοιχείο το οποίο λείπει από τις κατασκευές μηδενικής βαρύτητας. Οι έρευνες των διαστημικών σωμάτων για την υποστήριξη της ζωής στο διάστημα, επικεντρώνονται σε δύο ουράνια σώματα, τη Σελήνη και τον Άρη. Η Σελήνη κατατάσσεται ως περιοχή βάσης αποστολών, λόγω του πολύ σκληρού περιβάλλοντος, προσφέροντας μικρής διαρκείας πτήσεις και μικρή καθυστέρηση στην επικοινωνία, επιτρέποντας έτσι την στενή επαφή και τις απομακρυσμένες λειτουργίες από την Γη. Σε αντίθεση, η κατοίκηση στον Άρη μοιάζει περισσότερο ρεαλιστική, έχοντας παρόμοιους εποχιακούς και ημερήσιους κύκλους με την Γη, παρόμοια αξιοποιήσιμη επιφάνεια αλλά και πόρους. Επιπλέον δίνει την δυνατότητα παραγωγής φαγητού, με την εξόρυξη νερού από το αρειανό υπόστρωμα, ενώ παράλληλα παρέχει φυσικό καταφύγιο, για την προστασία του ανθρώπου από τους κινδύνους του διαστήματος, με την εκμετάλλευση των φυσικών υπόγειων σωλήνων λάβας. Μελετώντας περαιτέρω τους τρόπους υλοποίησης μιας κατασκευής στον Άρη, αναλύθηκαν τα υλικά οι τύποι και τα μέσα κατασκευής, τα οποία αναπτύχθηκαν για αυτόν τον σκοπό. Οι περιορισμοί που ισχύουν στην μεταφορά υλικών και κατασκευών στο διάστημα, λόγω κόστους καθορίζουν τους τρόπους και τα υλικά κατασκευής. Σύμφωνα με μελέτες, οι μέθοδοι κατασκευής είναι σύγχρονοι και προέρχονται από την αρχαιότητα, όπως η πλέξη, το στοίβαγμα και η ανασκαφή. Οι μελέτες των τρόπων και των υλικών κατασκευής, αποτελούν έναν χώρο πειραματισμού με τον οποίο ασχολούνται άτομα από ποικίλους τομείς, εξελίσσοντας και αναπτύσσοντας

124

καινοτομίες, οι οποίες ενσωματώνονται στην καθημερινότητα. Τα μέσα τα οποία χρησιμοποιούνται για την κατασκευή, τείνουν να είναι αυτοκινούμενα ρομπότ πλέξης, τρισδιάστατης εκτύπωσης ή μεταφοράς και στερεοποίησης ρηγόλιθου με την βοήθεια της ηλιακής ενέργειας. Πρόκειται για την δημιουργία διαστημικών εγκαταστάσεων κατοίκησης, σε νέους πλανήτες, χρησιμοποιώντας τους πόρους του ίδιου του διαστημικού σώματος, σε συνδυασμό με τις γνώσεις, την δημιουργικότητα και τα εργαλεία που θα ταξιδέψουν από την Γη. Οι μελέτες που αναπτύσσονται, για την επίτευξη των διαστημικών στόχων εξερεύνησης και κατοίκησης, παράγουν έναν μεγάλο αριθμό τεχνολογιών, οι οποίες βοηθούν στην επίλυση σοβαρών προβλημάτων που εμφανίζονται κατά την διάρκεια των αποστολών. Οι τεχνολογίες αυτές, αφορούν νέα καινοτόμα προϊόντα, τα οποία μόλις φτάσουν το τελικό στάδιο κατασκευής, παρέχονται στο ευρύτερο κοινό της Γης, εφόσον είναι χρήσιμα για κάποιον τομέα. Πολλές από αυτές τις τεχνολογίες χρησιμοποιούνται σήμερα, από το μεγαλύτερο ποσοστό του πληθυσμού καθημερινά, παρέχοντας βελτιωμένη ποιότητα ζωής. Τεχνολογίες όπως τα ασύρματα σκουπάκια σκόνης, το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης (GPS), προσωπικούς βοηθούς άσκησης τεχνητής νοημοσύνης, μονωτικά «aerogel» ακραίων θερμοκρασιών, ιονιστές/καθαριστές αέρα, διάφανα σιδεράκια, υπηρεσίες υπολογιστικού νέφους (cloud computing), κ.α. .Σύμφωνα με αναφορές της NASA, υπάρχουν περισσότερες από δύο χιλιάδες τέτοιες τεχνολογίες, οι οποίες έχουν φτάσει στα χέρια του κοινού, από το 1976. Οι τεχνολογίες αυτές είναι σημαντικές για την ανθρωπότητα, καθώς χρησιμοποιούνται από πολλές εταιρίες, έχοντας ως σκοπό την βελτίωση του καθαρισμού της ατμόσφαιρας, των κατασκευαστικών τεχνικών, της αποτοξίνωσης του εδάφους, και την μείωση της εξάπλωση των ιών στην Γη, παρέχοντας ένα καλύτερο, πιο ασφαλές και καθαρό μέλλον. Παράλληλα, με βάση τις αναφορές της NASA, οι τεχνολογίες οι οποίες παράγει στα πλαίσια των μελετών της διαστημικής εξερεύνησης, ενισχύουν την ιατρική, τις μεταφορές, τα αγαθά που καταναλώνουμε, τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και το περιβάλλον, την δημόσια ασφάλεια και την βιομηχανική παραγωγή. Συνοψίζοντας, η διαπλανητική αρχιτεκτονική συνδυάζει παλιές και νέες τεχνολογίες, συνυπολογίζοντας παράλληλα τα αγαθά που παρέχει το κάθε διαστημικό σώμα. Πέρα από την εξέλιξη των τεχνοτροπιών δόμησης, δίνει στον άνθρωπο νέες λύσης πάνω σε βασικά προβλήματα της αειφόρας ανάπτυξης. Παρέχοντας, λόγω των περιορισμένων αγαθών, πιο αποδοτικές καλλιέργειες, νέες και βελτιωμένες

125

τεχνικές καθαρισμού νερού αλλά και κλιματικές δράσεις μέσω της επίτευξης καθαρών μηδενικών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, δημιουργώντας κλιματικά ουδέτερες κατασκευές. Επιπλέον παρέχει ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως η αιολική, ηλιακή, πυρηνική και γεωθερμική, καθώς στον Άρη δεν υπάρχει μια από τις βασικές πηγές ενέργειας, οι οποίες ωφελούν στην υπερθέρμανσης της Γης, όπως τα ορυκτά καύσιμα. Βασικά χαρακτηριστικά της διαπλανητικής αρχιτεκτονικής είναι η αποτελεσματική αξιοποίηση κάθε πόρου, χωρίς την παραγωγή ρύπων και τα κλειστά συστήματα διαβίωσης, τα οποία έχουν ως κεντρικό γνώμονα τον άνθρωπο. Η ανθρωποκεντρική αρχιτεκτονική, τοποθετεί τον χρήστη στο επίκεντρο της διαδικασίας σχεδιασμού, επιδιώκοντας την βελτιστοποίηση των θετικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ανθρώπων και του χώρου. Παρέχει στον χρήστη θετικά ερεθίσματα, όπως η έκθεση στην φύση και στο πράσινο, ελαττώνοντας έτσι την όποια ψυχολογική η σωματική ασθένεια, η οποία μπορεί να αναπτυχθεί εξαιτίας της συνεχής αιώρησης και της διαβίωσης σε στενές και απομονωμένες κατασκευές στο διάστημα. Με γενικό ενδιαφέρον, η μελέτη της διαστημικής κατοίκησης παρέχει λύσεις σε βασικά προβλήματα τα οποία αντιμετωπίζουμε στην Γη, διευκολύνοντας την βελτίωση των συνθηκών του πλανήτη και συνεισφέρει στην ευαισθητοποίηση του κοινού για την ευθραυστότητα και την σπανιότητα της ζωής.

126

127

Βιβλιογραφία

128

3D Printuset A/S (2016) ‘D-Shape Report’.

Barmatz, M. et al. (2014) ‘3D Microwave Print Head Approach for Pro cessing Lunar and Mars Regolith’, p. 2.

BIG – Bjarke Ingels Group (2020) BIG. Formgiving. An Architectural Future History.

BIG – Bjarke Ingels Group (2020) BIG. Hot to Cold. An Odyssey of Architectural Adaptation.

Boy, G. (2018) ‘Human-Centered Design of Upcoming Human Missions to Mars’, Fire Safety Journal, 5.

Brambilla, M. et al. (2013) ‘Swarm Robotics: A Review from the Swarm Engineering Perspective’, Swarm Intelligence, 7, pp. 1–41.

Brown, W.C. (1996) ‘The history of wireless power transmission’, Solar Energy, 56(1), pp. 3–21. > Cushing, G.E. and Okubo, C.H. (2015) ‘The Mars Cave Database’, 1883, p. 9026.

Floreano, D. and Mattiussi, C. (2008) Bio-Inspired Artificial Intelligence: Theories, Methods, and Technologies | Dario Floreano, Claudio Mattiussi Garcia, M. (2020) NASA Station Astronaut Record Holders | NASA. Available at: Häuplik-Meusburger, S. and Bannova, O. (2016) Space Architecture Education for Engineers and Architects: Designing and Planning Beyond Earth.

International Planetary Caves Conference (2015) ‘2nd International Planetary Caves Conference’.

ISECG (2013) ‘Benefits Stemming from Space Exploration’.

Haruyama, J. et al. (2009) ‘Possible lunar lava tube skylight observed

by SELENE cameras’, Geophysical Research Letters, 36(21).

Jiang, X., Yang, B. and Li, S. (2017) ‘Overview of China’s 2020 Mars Mission Design and Navigation’, Astrodynamics, 1.

Kamps, O.M. et al. (2020) ‘Defining surface types of mars using global CRISM summary product maps.

Kestelier, X.D. et al. (2016) ‘3D printing regolith as a construction technique for environmental shielding on the moon’, p. 4.

129

Kieffer, H.H. et al. (1991) Lunar Sourcebook.

Kieffer, H.H. et al. (1992) Mars. University of Arizona Press.

Krihak, M. et al. (2020) ‘Medical Data Architecture Prototype Development - Summary of Recent Work and Proposed Ideas for Upcoming Work’, in. 2020 Human Research Program Investigatorsâ€TM Workshop (HRP IWS 2020), Galveston, TX. Larsson, R. et al. (2017) ‘Mars Micro-Satellite for Terahertz Remote Sensing’, p. 18645.

Leach, N. (ed.) (2014) Space architecture: the new frontier for design research. London: John Wiley & Sons (Architectural design, volume 84, issue 6).

Lewis, J.S., Matthews, M.S. and Guerrieri, M.L. (1993) Resources of near-Earth space. Tucson: University of Arizona Press.

Litteken, D.A. (2019) ‘Inflatable technology: using flexible materials to make large structures’, in Bar-Cohen, Y. and Anderson, I.A. (eds) Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XXI. Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XXI, Denver, United States: SPIE, p. 2.

Liu, J. et al. (2021) ‘In-situ resources for infrastructure construction on Mars: A review’, International Journal of Transportation Science and Technology [Preprint].

Matheson, G. et al. (2015) Leveraging human-centered design in chronic disease prevention. American journal of Preventive Medicine.

Oberbeck, V.R., Quaide, W.L. and Greeley, R. (1969) ‘On the Origin of Lunar Sinuous Rilles’, Modern Geology, 1, pp. 75–80.

Putzig, N.E. and Mellon, M.T. (2007) Apparent thermal inertia and the surface heterogeneity of Mars.

Roger D., L. (2019) Apollo’s Legacy: Perspectives on the Moon Landings.

Savage, N. (2017) ‘A Home Away from Home’, ACS Central Science, 3(11), pp. 1133–1136.

Scott Howe, A. and Sherwood, B. (2009) Out of This World: The New Field of Space Architecture | Library of Flight.

Sibonga, J.D. et al. (2017) ‘Risk of Bone Fracture due to Spaceflightinduced Changes to Bone’, p. 34.

130

Sibonga, J.D. and Pietrzyk, R. (2017) ‘Risk of Renal Stone Formation’, p.

26.

Simonsen, L.C. and Nealy, J.E. (1991) ‘Radiation Protection for Human Missions’.

Slack, K.J. et al. (2016) ‘Risk of Cardiovascular Disease and Other Degenerative Tissue Effects from Radiation Exposure’, p. 123.

SMITHSONIAN (2014) The Planets: The Definitive Visual Guide To Our Solar System.

Space Exploration Technologies Corp (2018) Mars.

Taylor, L.A. and Meek, T.T. (2005) ‘Microwave Sintering of Lunar Soil: Properties, Theory, and Practice’, Journal of Aerospace Engineering, 18(3), Thrun, S., Burgard, W. and Fox, D. (2006) Probabilistic Robotics | Sebastian Thrun; Wolfram Burgard; Dieter Fox .

Truszkowski, W.F. et al. (2006) ‘Autonomous and autonomic systems: a paradigm for future space exploration missions’, IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, Part C (Applications and Reviews), 36(3), pp. 279–291.

Wagner, R.V. and Robinson, M.S. (2014) ‘Distribution, formation mechanisms, and significance of lunar pits’, Icarus, 237, pp. 52–60.

Wilkinson, S. et al. (2016) ‘Autonomous Additive Construction on Mars’, p. 12.

Williams, K.E. et al. (2010) ‘Do ice caves exist on Mars?’, Icarus, 209(2), pp. 358–368.

Worner, J. and ESA Director General, European Space Agency (2016) ‘Moon Village A vision for global cooperationand Space 4.0’.

131

Πηγές απο το διαδίκτυο

132

Barger, L.K. (2015) Sleep-Wake Actigraphy and Light Exposure on ISS-12. Available at: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation.html?#id=1577 Bell, J. (2021) ‘Transparent Aluminium: See-Through Metal Is Now a Reality’, 4D Products, 28 October. Available at: https://4dproducts. co.uk/transparent-aluminium-see-through-metal-is-now-a-reality/ Bloomberg, J.J. (2009) Physiological Factors Contributing to Postflight Changes in Functional Performance. Available at: https://www.nasa. gov/mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation.html?#id=122 Cloudsao (2022) MARS ICE HOUSE — Clouds Architecture Office.

Available at: https://cloudsao.com/MARS-ICE-HOUSE Crucian, B.E. et al. (2016) Functional Immune Alterations, Latent Herpesvirus Reactivation, Physiological Stress and Clinical Incidence Onboard the International Space Station. Available at: https://www. nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation.html?#id=2011 Daniel, S. (2021) HCAAM: Virtual Assistant for Spacecraft Anomaly Treatment during Long Duration Exploration Missions. Available at: https://humanresearchroadmap.nasa.gov/Tasks/task.aspx?i=2427 DigitalFUTURES world (2020) DigitalFUTURES Talks: Space Architecture.

Available at: https://www.youtube.com/watch?v=4CAf1hjr8GM Duncan, J.M. and Bogomolov, V.V. (2007) Validation of On-Orbit Methodology for the Assessment of Cardiac Function and Changes in the Circulating Volume Using Ultrasound and Braslet-M Occlusion Cuffs, SDTO 17011 U/R. Available at: https://www.nasa.gov/ mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation. html?#id=347 Ebert, D. (2019) Autonomous Medical Officer Support Software Demonstration. Available at: https://www.nasa.gov/mission_pages/ station/research/experiments/explorer/Investigation.html?#id=8173 European Space Agency (2018) Mars Express detects liquid water hidden under planet’s south pole. Available at: https://www.esa.int/ Science_Exploration/Space_Science/Mars_Express/Mars_Express_detects_liquid_water_hidden_under_planet_s_south_pole Garcia, M. (2020) NASA Station Astronaut Record Holders | NASA. Available at: https://www.nasa.gov/feature/nasa-station-astronaut-record-holders

133

Greene, M.R. (2015) Habitability Assessment of International Space Station. Available at: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/ research/experiments/explorer/Investigation.html?#id=1549 Holden, K. (2015) Effects of Long-Duration Microgravity on Fine Motor Skills: 1 year ISS Investigation. Available at: https://www.nasa.gov/ mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation. html?#id=1545 Howell, E. (2021) A Brief History of Mars Missions, Space.com. Available at: https://www.space.com/13558-historic-mars-missions.html Jaing, C. (2017) International Space Station—Microbial Observatory of Pathogenic Viruses, Bacteria, and Fungi (ISS-MOP) Project. Available at: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation.html?#id=1663 Mark S. (2010) Urine Monitoring System. Available at: https://www. nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation.html?#id=639 Mars, K. (2015) Human Research Program, NASA. Available at: http:// www.nasa.gov/hrp Mars, K. (2017) About Space Radiation, NASA. Available at: https:// www.nasa.gov/hrp/elements/radiation/about Mars, K. (2021) Step 1, Earth: Analogs Help Advance Missions to Moon, Mars, NASA. Available at: http://www.nasa.gov/feature/step-1-earthanalogs-help-advance-missions-to-moon-mars Mars, K. (2021) What Happens to the Human Body in Space?, NASA. Available at: http://www.nasa.gov/hrp/bodyinspace Mars, K. (2021a) Step 1, Earth: Analogs Help Advance Missions to Moon, Mars, NASA. Available at: http://www.nasa.gov/feature/step1-earth-analogs-help-advance-missions-to-moon-mars Mars, K. (2021b) Step 3, Artemis: Moon Missions as an Astronaut Testbed for Mars, NASA. Available at: https://www.nasa.gov/feature/step3-artemis-moon-missions-as-an-astronaut-testbed-for-mars Masterclass (2022) Human-Centered Design Explained: 3 Phases of HCD - 2022, MasterClass. Available at: https://www.masterclass.com/ articles/human-centered-design-explained Mattingly, R. (2010) ‘Planetary Science Decadal Survey: MSR Orbiter

134

Mission’, p. 47.

McQuillen, J.B. (2010) IntraVenous Fluid GENeration for Exploration Missions. Available at: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/ research/experiments/explorer/Investigation.html?#id=689 Mignot, E.J. (2015) HERO Twin Astronaut Study Consortium (TASC): Immunome Changes in Space. Available at: https://www.nasa.gov/ mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation. html?#id=1837 Myers, S.L. and Chang, K. (2021) ‘China’s Mars Rover Mission Lands on the Red Planet’, The New York Times, 14 May. Available at: https:// www.nytimes.com/2021/05/14/science/china-mars.html NASA (2009) Tensile Fabrics Enhance Architecture Around the World | NASA Spinoff. Available at: https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2009/ip_2. html NASA (2010) Image Sensors Enhance Camera Technologies | NASA Spinoff. Available at: https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2010/cg_3.html NASA (2012) Photocatalytic Solutions Create Self-Cleaning Surfaces | NASA Spinoff. Available at: https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2012/ee_5. html NASA (2019) Phase-Change Coating Absorbs Heat from Rockets, Pipes, Beer | NASA Spinoff. Available at: https://spinoff.nasa.gov/ Spinoff2019/ip_7.html NASA - Space Radiation Analysis Group (SRA (2022) How do we protect the astronauts from space radiation? Terrie Bevill. Available at: https://srag.jsc.nasa.gov/SpaceRadiation/How/How.cfm NASA Spinoff (1984) Implantable Heart Aid | NASA Spinoff. Available at: https://spinoff.nasa.gov/node/9215# NASA Spinoff (2017) Plant Food for Space Grows Crops on Earth | NASA Spinoff. Available at: https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2018/ee_3. html NASA Spinoff (2017) CMOS Sensors Enable Phone Cameras, HD Video | NASA Spinoff. Available at: https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2017/ cg_1.html NASA Spinoff (2022) Clean Air Tech for Spacecraft Helps Fight Pandemic | NASA Spinoff. Available at: https://spinoff.nasa.gov/cleanair-tech

135

NASA Content Administrator (2017) ATHLETE, NASA. Available at: http://www.nasa.gov/audience/foreducators/robotics/imagegallery/r_athlete.jpg.html National Aeronautics and Space Administration (2015) Journey to Mars - Pioneering Next Steps in Space Exploration. Available at: https://www.nasa.gov/press-release/nasa-releases-plan-outliningnext-steps-in-the-journey-to-mars NSS (2017) ‘Stanford Torus Space Settlement - National Space Society’. Available at: https://space.nss.org/stanford-torus-space-settlement/ (Accessed: 26 May 2022).

Nugent, T.J. and Kare, J.T. (2010) ‘LaserMotive White Paper Power Beaming for UAVs. A White Paper By T.J. Nugent and J.T. Kare LaserMotive, LLC . Available at: https://docplayer.net/6901067-Lasermotive-white-paper-power-beaming-for-uavs-a-white-paper-by-t-j-nugent-and-j-t-kare-lasermotive-llc.html Pierson, D.L. (2006) Surface, Water and Air Biocharacterization - A Comprehensive Characterization of Microorganisms and Allergens in Spacecraft EnvironmentSWAB. Available at: https://www.nasa.gov/ mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation. html?#id=1003 Platts, S. (2021) Evaluation of Commercial Compression Garments as a Countermeasure to Post-Spaceflight Orthostatic Intolerance (OIG DSO641) (ACG Shuttle-Platts, Completed). Available at: https://humanresearchroadmap.nasa.gov/Tasks/task.aspx?i=480 Purkayastha, D. (2021) ‘An overview of Human Centered Architecture’, RTF | Rethinking The Future. Available at: https://www.re-thinkingthefuture.com/architectural-styles/a5522-an-overview-of-human-centered-architecture/ Shultz, D. (2008) Solid State Lighting Module, SDTO 15008U. Available at: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation.html?#id=640 Singh, K. (2016) ‘India’s French Connection: CNES and ISRO jointly will develop Mangalyaan 2’, The TeCake, 28 January. Available at: https://tecake.com/in/india-join-hands-france-next-mars-missionscheduled-2020 Space.com Staff (2018) Mars Ice House: Tour a Concept Martian Home in Pictures, Space.com. Available at: https://www.space. com/39761-mars-ice-house-concept-in-pictures.html Stenger, M.B., Scott A., D. and Alan R., H. (2015) Fluid Shifts Before,

136

During and After Prolonged Space Flight and Their Association with Intracranial Pressure and Visual Impairment. Available at: https://www. nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation.html?#id=1126 Shultz, D. (2008) Solid State Lighting Module, SDTO 15008U. Available at: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation.html?#id=640 Tan, G. (2007) Analyzing Interferometer for Ambient Air. Available at: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/ explorer/Investigation.html?#id=186 The European Space Agency (no date) Mars500: study overview.

Available at: https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_ Robotic_Exploration/Mars500/Mars500_study_overview Universe Today (2017) Japan’s Space Agency Will Be Going to the Moons of Mars in 2024. Available at: https://futurism.com/japansspace-agency-going-moons-mars-2024 Yashar, M. (2015) Mars Ice House: Winner of NASA’s 3D-Printed Habitat Challenge, Melodie Yashar. Available at: https://www.melodieyashar. com/icehouse

137

Πίνακες εικόνων

138

Εικόνα 1. «Ο Ίππαρχος στο Αστεροσκοπείο Αλεξάνδρειας» Πηγή: https://gr.pinterest.com/akgimages/_created/ Εικόνα 2.Το σκίτσο της Σελήνης από τον Γαλιλαίο για τη Σελήνη, ο πρώτος άνθρωπος που εξέτασε τη Σελήνη μέσω τηλεσκοπίου. Σημειώνει ότι η επιφάνεια της δεν εί-ναι λεία όπως πίστευαν παλαιότερα, αλλά έχει βουνά κρατήρες και επίπεδες, σκοτεινές περιοχές που αργότερα ονομάστηκαν Maria (θάλασσες). Πηγή: https://www.astro.umontreal.ca/~paulchar/grps/site/images/ galileo.2.html Εικόνα 3. Ο χάρτης του Doppelmayr, ο οποίος συγκρίνει τους λεπτομερείς χάρτες της Σελήνης των Jahannes Hevelius και του Giovani Riccioli. Πηγή: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:1707_Homann_and_ Doppelmayr_Map_of_the_Moon_-_Geographicus_-_TabulaSelenographicaMoon-doppelmayr-1707.jpg Εικόνα 4. Διάγραμμα κίνηση σφαίρας του Νεύτωνα, ο οποίος αναπτύσσει τη θεωρία του για τη βαρύτητα μελετώντας τις μαθηματικές ιδιότητες των ελλειπτικών τρο-χιών. Χρησιμοποιεί την αναλογία μιας οβίδας για να δείξει ότι η Σελήνη παρα-μένει σε τροχιά επειδή πέφτει διαρκώς. Πηγή: https://www.researchgate.net/figure/Newtons-diagram-ofprojectile-motion-from-p-6-of-the-Second-Edition-of-On-the-Systemof_fig2_324622394 Εικόνα 5. «Το Luna 2» ήταν η πρώτη διαστημική συσκευή που έφτασε στη Σελήνη. Εκτοξεύτηκε στις 12 Σεπτεμβρίου 1959 στο πλαίσιο του διαστημικού προγράμματος Lyna. Πηγή: https://www.astrology.gr/epikairotita/gegonota/story/10871/ deite-ti-synevi-san-simera-14-9 Εικόνα 6. Στις 20 Ιουλίου 1969, οι Αμερικανοί αστροναύτες Neil Armstrong (1930-2012) και ο Edwin «Buzz» Aldrin (1930-) έγιναν οι πρώτοι άνθρωποι που προσγειώθηκαν ποτέ στη Σελήνη. Περίπου εξήμισι ώρες αργότερα, ο Άρμστρονγκ έγινε ο πρώτος άνθρωπος που περπάτησε στη Σελήνη. Βάζοντας τέλος στον αγώνα για το διάστημα. Πηγή: https://www.nasa.gov/mission_pages/apollo/apollo11.html Εικόνα 7. Ο δορυφόρος «Us Mariner 4». Ταξίδεψε στον Άρη κάνοντας την πλησιέστερη προσέγγισή της στις 15 Ιουλίου 1965 και τράβηξε τις πρώτες φωτογραφίες άλ-λου πλανήτη από το διάστημα. Πηγή: https://www.jpl.nasa.gov/missions/mariner-4 Εικόνα 8. «City of new hope» Πηγή: https://ndion.de/en/big-formgiving-gifts-that-keep-on-giving/

139

Εικόνα 9. Το rover «Sojourner» Πηγή: https://www.researchgate.net/figure/Figura-5-Sojourner-NASAJPL-9_fig2_33421071 Εικόνα 10. «Rover Perseverance», αναζητά σημάδια αρχαίας ζωής και συλλέξτε δείγματα βράχου και ρηγόλιθου για την μελέτη τους στην Γη. Πηγή: https://mars.nasa.gov/mars2020/ Εικόνα 11. «Διεθνής Διαστημικής Σταθμός», παράδειγμα τροχιακής αποστολής. Πηγή: https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_ Exploration/International_Space_Station/ISS_International_Space_ Station Εικόνα 12. Το «Mariner 2» ήταν η πρώτη επιτυχημένη αποστολή Flyby. Πέταξε δίπλα από την Αφροδίτη το 1962. Πηγή: https://www.space.com/18913-nasa-mariner2-venus-flybyanniversary.html Εικόνα 13. Το «Apollo 11», η πρώτη πετυχημένη αποστολή επιφανειακής εξερεύνησης και δειγματοληψίας στη Σελήνη, 1969 από τις ΗΠΑ. Πηγή: https://gr.pinterest.com/pin/338614465723993435/ Εικόνα 14. Εικόνα από κρατήρες στην Arabia Terra οι οποίοι είναι γεμάτοι με πολυεπίπε-δους βράχους. Θα μπορούσαν να έχουν δημιουργηθεί από μια ηφαιστιογενή ενέργεια. Πηγή: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-confirmsthousands-of-massive-ancient-volcanic-eruptions-on-mars Εικόνα 15. Εικόνα Mini-RF της τροχιακής αποστολής «Lunar Reconnaissance Orbiter» του Hadley Rille (σπήλαιο λάβας) το οποίο επισκέφθηκαν αστροναύτες του «Apol-lo 15» το 1971 Πηγή: Wynne, J.J. (2016) ‘The Scientific Importance of Caves in Our Solar System: Highlights of the 2nd International Planetary Caves Conference, Flagstaff, Arizona’. Εικόνα 16. Εικόνα απο το «Imaging Science Experiment» (HiRISE) της «Jeanne» κρατήρας με πλάτος 150 μέτρα και βάθος τουλάχιστον 178 μέτρα. Πηγή: Wynne, J.J. (2016) ‘The Scientific Importance of Caves in Our Solar System: Highlights of the 2nd International Planetary Caves Conference, Flagstaff, Arizona’. Εικόνα 17. Το εξωτερικό μίας δομής κατοίκησης του «Lantern Assister Living», Οχάιο, ΗΠΑ. Πηγή: https://www.today.com/home/lantern-assisted-living-t102373 Εικόνα 18. «LUNARK», ένας αναπτύξιμος οικότοπος σχεδιασμένος για

140

την Σελήνη, δοκιμασμένος σε μία τρίμηνη αποστολή χίλια χιλιόμετρα Βόρεια του πολικού κύκλου. Σχεδιασμένος από του SAGA Space Architects. Πηγή: https://saga.dk/visuals Εικόνα 19. Τηλεσκόπιο Hubble, παράδειγμα για αναπτυσσόμενες κεραίες, θύρα (μηχανισμός ανάπτυξης) και ηλιακούς συλλέκτες (επεκτεινόμενοι βραχίονες). Πηγή: https://www.tovima.gr/2021/07/12/science/hubble-i-nasa-seripsokindyni-epixeirisi-gia-ti-sotiria-tou-thrylikou-tileskopiou/ Εικόνα 20. Τροχιακή αποστολή/πείραμα με φουσκωτή κεραία, «STS-77» του 1996. Πηγή: Litteken, D.A. (2019) ‘Inflatable technology: using flexible materials to make large structures’, in Bar-Cohen, Y. and Anderson, I.A. (eds) Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XXI. Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XXI, Denver, United States: SPIE, p. 2. doi:10.1117/12.2500091. Εικόνα 21. Αερόσακοι προσγείωσης, «Mars Pathfinder», 1997. Πηγή: Litteken, D.A. (2019) ‘Inflatable technology: using flexible materials to make large structures’, in Bar-Cohen, Y. and Anderson, I.A. (eds) Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XXI. Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XXI, Denver, United States: SPIE, p. 2. doi:10.1117/12.2500091. Εικόνα 22. «Echo 1» μεταλλικός σφαιρικός δορυφόρος διαμέτρου τριάντα μέτρων που χρησιμοποιήθηκε στο πρώτο πείραμα δορυφορικών παθητικών επικοινωνιών, ως παθητικός ανακλαστήρας σημάτων μικροκυμάτων, Weeksville, North Carolina. Πηγή: https://www.nasa.gov/centers/langley/about/project-echo. html Εικόνα 23, 23α. Δακτύλιος κατοίκησης «Stanford torus». Πηγή: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Stanford_Torus_interior.jpg Εικόνα 24. Όψη του εξωτερικού και εσωτερικού χώρου του «TransHab». Πηγή: https://en.wikipedia.org/wiki/TransHab Εικόνα 25. Φουσκωτός οικότοπος σεληνιακής επιφάνειας της NASA (πάνω) και φουσκω-τός θάλαμος πίεσης-μετάβασης (κάτω) Πηγή: Litteken, D.A. (2019) ‘Inflatable technology: using flexible materials to make large structures’, in Bar-Cohen, Y. and Anderson, I.A. (eds) Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XXI. Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XXI, Denver, United States: SPIE, p. 2. doi:10.1117/12.2500091. Εικόνα 26. «Project MELT», παρέχει τη δυνατότητα τρισδιάστατης

141

εκτύπωσης σε μικροβα-ρύτητα. Πηγή: https://beeverycreative.com/proj-melt.php Εικόνα 27. Πρώτος εκτυπωτής που πέταξε στο διάστημα, από την Made In Space. Πηγή: https://spaceflight101.com/iss/made-in-space-1st-iss-3d-printer/ Εικόνα 28. Ο πρωτότυπος τρισδιάστατος εκτυπωτής της Made in Space, καθώς περνούσε από μια σειρά δοκιμών σε πτήσης μικροβαρύτητας, το 2013. Πηγή: https://www.space.com/22905-3d-printer-space-ideas-makerfaire.html Εικόνα 29. Δομή που κατασκευάστηκε με την χρήση της τεχνολογίας D-Shape additive manufacturing, από τσιμέντο. Πηγή: https://www.digitalengineering247.com/article/architecture-experiments-with-additive-manufacturing Εικόνα 30. «Lunar Outpost». Ο βασικός κλειστός και υπό-πίεση κατοικήσιμος χώρος. Πηγή: https://www.fosterandpartners.com/projects/lunar-habitation/ Εικόνα 31. «Lunar Outpost». Φωτορεαλιστικό βασικού κλειστού χώρου. Πηγή: https://www.fosterandpartners.com/projects/lunar-habitation/ Εικόνα 32. «Lunar Outpost». Συγκρότημα τριών φουσκωτών όγκων που συνδέονται με κυλινδρικά στοιχεία. Πηγή: https://www.fosterandpartners.com/projects/lunar-habitation/ Εικόνα 33. Η πρόσθετη φουσκωτή κατασκευή που θα χρησιμοποιείται ως στήριγμα για την εκτύπωση. Πηγή: https://www.fosterandpartners.com/media/2634652/lunar_ outpost_design_foster_and_partners.pdf Εικόνα 34. Η πρόσθετη φουσκωτή κατασκευή, καθώς τοποθετούνται τα στρώματα ρηγόλιθου πάνω της. Πηγή: https://www.fosterandpartners.com/media/2634652/lunar_ outpost_design_foster_and_partners.pdf Εικόνα 35. Φωτορεαλιστική απεικόνιση του «Lunar Outpost». Πηγή: https://spacearchitect.org/portfolio-item/lunar-outpost-designfor-esa/ Εικόνα 36. Η εξωτερική κυψελοειδής δομή, κατά την διάρκεια της εναπόθεσης του συνδετικού υλικού στον ρηγόλιθο. Πηγή: https://www.fosterandpartners.com/media/2634652/lunar_ outpost_design_foster_and_partners.pdf Εικόνα 37. «Ηλιακοί άνεμοι».

142

Πηγή: https://science.howstuffworks.com/dictionary/astronomy-terms/ solar-wind-info.htm Εικόνα 38. «Ηλιακές εκλάμψεις». Πηγή: https://www.newscientist.com/article/2250369-we-can-nowpredict-dangerous-solar-flares-a-day-before-they-happen/ Εικόνα 39. «Lunar Outpost» Πηγή: https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_ Technology/Building_a_lunar_base_with_3D_printing Εικόνα 40. «Lunar Base Block». Πηγή: https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_ Technology/Building_a_lunar_base_with_3D_printing Εικόνα 41. Μια κάψουλα επιβίωσης, η οποία μετακινείται από ένα rover «ATHLETE». Πηγή: https://phys.org/news/2013-04-nasa-motion-athlete-rover-video. html Εικόνα 42. Τρισδιάστατα αναλογική κατασκευή του «Mars Dune Alpha» από το Crew Health and Performance Exploration Analog (CHAPEA) και την εταιρία τεχνολογίας ICON, στο διαστημικό κέντρο του Houston. Η ICON χρησιμοποίησε τον τρισδιάστατο εκτυπωτή εναπόθεσης τσιμέντου υψηλής αντοχής, μεγάλων κατασκευών Vulcan. Πηγή: https://www.melodieyashar.com/chapea/ Εικόνα 43. Εικόνα 43. Το «MARS X-HOUSE» είναι ο νικητής της πρώτης θέσης στο «100% Virtual Design», από τους SEArch+. Εικόνα 44. Αξονομετρική τομή της διαστημικής κατοικίας «Mars Ice House». Πηγή: https://www.melodieyashar.com/icehouse Εικόνα 45. Το ενισχυμένο με Dyneema ETFE, από το οποίο κατασκευάστηκε η φουσκωτή δομή πάνω στην οποία εκτυπώθηκε ο το παγωμένο κέλυφος. Πηγή: https://www.melodieyashar.com/icehouse Εικόνα 46. Κατόψεις των επιπέδων και ανάπτυξη των λειτουργειών κατοίκησης και εργασίας του «Mars ice House». Πηγή: https://www.space.com/39761-mars-ice-house-concept-inpictures.html Εικόνα 47. Φωτορεαλιστική απεικόνιση του χώρου με τις υδροπονικές καλλιέργειες του «Mars Ice House». Πηγή: https://www.melodieyashar.com/icehouse Εικόνα 48. Δομή και λειτουργείες του ρομπότ τρισδιάστατης εκτύπωσης

143

«WaSiBo». Πηγή: https://www.melodieyashar.com/icehouse Εικόνα 49. Δομή και λειτουργείες του ρομπότ τρισδιάστατης εκτύπωσης «iBo». Πηγή: https://www.melodieyashar.com/icehouse Εικόνα 50. Επίδειξη του τρόπου κατασκευής των υψηλών στρωμάτων της δομής, με την χρήση των ραγών του ρομπότ τρισδιάστατης εκτύπωσης «iBo». Πηγή: http://www.marsicehouse.com Εικόνα 51. Σειρά λειτουργιών ανάπτυξης της δομής κατοίκησης «Mars Ice House», (1) Κάθετη προσγείωση, (2) Απελευθέρωση ρομπότ «WaSiBo» για την εξαγωγή νερού (3-4), Ανάπτυξη μεμβράνης πίεσης και κατασκευή των θεμελίων στήριξης της κατασκευής από τα ρομπότ «WaSiBo», (5-6) Εσωτερική εκτύπωση προστατευτικού κελύφους με αναρριχητικά ρομπότ «iBo» και τοποθέτηση θαλάμων πίεσης «airlock», για την ασφαλή μετάβαση των αστροναυτών στο εξωτερικό περιβάλλον. Πηγή: https://www.researchgate.net/figure/Concept-of-Operationsand-Deployment-from-the-Mars-Ice-House-project-1-VerticalLanding_fig2_328518615 Εικόνα 52. Τα ρομπότ «TERMES», που αναπτύχθηκαν στο Harvard για την δημιουργία κατασκευών, δρουν ανεξάρτητα αλλά συλλογικά ως σμήνος. Πηγή: Eliza Grinnell, SEAS Communications. Εικόνα 53. Σμήνος από ρομπότ εργάτες, το οποίο αναπτύχθηκε από τους HASSELL + EOC, στα πλαίσια του «3D Printing Centennial Challenge» της NASA για την δημιουργία ενός βιότοπου στον Άρη. Πηγή: https://www.eocengineers.com/en/news/hassell--eoc-onestep-closer-to-life-on-mars Εικόνα 54. «EDL» και προετοιμασία τοποθεσίας. Πηγή: Wilkinson, S. et al. (2016) ‘Autonomous Additive Construction on Mars’, p. 12. Εικόνα 55. Ξεφούσκωμα αερόσακων και πλοήγηση μονάδων οικοτόπου. Πηγή: Wilkinson, S. et al. (2016) ‘Autonomous Additive Construction on Mars’, p. 12. Εικόνα 56. Στάδια ανάπτυξης της μονάδας: (δεξιά προς τα αριστερά) άνοιγμα, φούσκωμα και σύνδεση. Πηγή: Wilkinson, S. et al. (2016) ‘Autonomous Additive Construction on Mars’, p. 12.

144

Εικόνα 57. Σχεδιασμός ρομπότ: (μεγάλο προς μικρό) RAC-D, RAC-T, RAC-M. Πηγή: Wilkinson, S. et al. (2016) ‘Autonomous Additive Construction on Mars’, p. 12. Εικόνα 58. Σειρά λειτουργιών ανάπτυξης της δομής κατοίκησης «Regolith Additive Construction» στον Άρη, (1) Προετοιμασία εδάφους και συγκέντρωση αναπτυσσόμενων οικοτόπων, (2) Αρχή κατασκευής στρωμάτων του κελύφους προστασίας με την χρήση των ραμπών, (3) Ολοκλήρωση του προστατευτικού κελύφους κατά 50%, (4) Ολοκλήρωση του προστατευτικού κελύφους προστασίας. Πηγή: Wilkinson, S. et al. (2016) ‘Autonomous Additive Construction on Mars’, p. 12 Εικόνα 59. Εναπόθεση και πυροσυσσωμάτωση στρωμάτων ρηγόλιθου από πολλαπλά ρομπότ RAC-T και RAC-M. Πηγή: Wilkinson, S. et al. (2016) ‘Autonomous Additive Construction on Mars’, p. 12 Εικόνα 60. Κατασκευή σε τελικό στάδιο κατασκευής. Πηγή: https://www.fosterandpartners.com/projects/mars-habitat/ Εικόνα 61. Τροποποιημένος φούρνος μικροκυμάτων κουζίνας που χρησιμοποιείται για την θέρμανση του παρεμφερή υλικού ρηγόλιθου «DNA-1» (αριστερά) και το αποτέλεσμα της τήξης του υλικού «DNA-1» που θερμάνθηκε στον τροποποιημένο φούρνο μικροκυμάτων (δεξιά). Πηγή: https://blogs.esa.int/exploration/spaceship-eac-turning-up-theheat-on-lunar-dust/ Εικόνα 62. Σκίτσο του «Lunar road-paving wagon», καθώς εναποθέτει και σκληραίνει τον ρηγόλιθο, με σκοπό την κατασκευή βοηθητικών δομών μετακίνησης, σχεδιασμένο από τους. Πηγή: Taylor, L.A. and Meek, T.T. (2005) ‘Microwave Sintering of Lunar Soil: Properties, Theory, and Practice’, Journal of Aerospace Engineering, 18(3), pp. 188–196. doi:10.1061/(ASCE)0893-1321(2005)18:3(188). Εικόνα 63. Regolith sintering in-situ: Η ιδέα του εκτυπωτή/φούρνου μικροκυμάτων από τους. Πηγή: Barmatz, M. et al. (2014) ‘3D Microwave Print Head Approach for Processing Lunar and Mars Regolith’, p. 2. Εικόνα 64. Tο «Διαστημικό Εργαστήριο Ακτινοβολίας» της NASA, όπου οι ερευνητές μελετούν τις επιπτώσεις των προσομοιωμένων κοσμικών ακτίνων σε βιολογικά δείγματα. Πηγή: Mars, K. (2021) What Happens to the Human Body in Space?

Available at: http://www.nasa.gov/hrp/bodyinspace Εικόνα 65. Συμπαγές σύστημα ανίχνευσης ιόντων πλήρους πεδίου

145

(CFIDS), ένα σύστημα ανίχνευσης σωματιδίων ακτινοβολίας που παρέχει πληροφορίες σχετικά με τις κινητικές ενέργειες, τις κατευθύνσεις και τα ηλεκτρικά φορτία των υποατομικών σωματιδίων. Πηγή: Advanced Space Radiation Detectors (no date) Glenn Research Center | NASA. Available at: https://www1.grc.nasa.gov/research-and-engineering/advanced-space-radiation-detectors/ Εικόνα 66. Ανιχνευτής φορτισμένων σωματιδίων χαμηλής κατανάλωσης, καινοτομία του Ερευνητικού Κέντρο Glenn της NASA, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε περιπτώσεις όπου απαιτείται ανιχνευτής μικρού μεγέθους, χαμηλού βάρους και χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης. Πηγή: Advanced Space Radiation Detectors (no date) Glenn Research Center | NASA. Available at: https://www1.grc.nasa.gov/research-and-engineering/advanced-space-radiation-detectors/ Εικόνα 67. Γρήγορος φωτοανιχνευτής UV, μεγάλου εύρους, έχει την ικανότητα να ανιχνεύει μικρούς, γρήγορους παλμούς ολόκληρου του εύρους υπεριώδους φωτός (UVA, UVB και UVC) σε δύο νανοδευτερόλεπτα ή λιγότερο. Πηγή: Advanced Space Radiation Detectors (no date) Glenn Research Center | NASA. Available at: https://www1.grc.nasa.gov/research-and-engineering/advanced-space-radiation-detectors/ Εικόνα 68. Η αστροναύτης της NASA Christina Koch ξεκινά το πείραμα «Veg-PONDS-02» στα συστήματα παραγωγής λαχανικών του διαστημικού σταθμού που ονομάζεται Veggie. Πηγή: David Saint-Jacques/NASA Εικόνα 69. Ο αστροναύτης της NASA Tom Marshburn εκτελεί υπερηχογράφημα στον Καναδό αστροναύτη Chris Hadfield. Πηγή: Mars, K. (2021) What Happens to the Human Body in Space?

Available at: http://www.nasa.gov/hrp/bodyinspace Εικόνα 70. Ο αστροναύτης της NASA Steve Swanson ασκείται στον διάδρομο «Combined Operational Load Bearing External Resistance Treadmill» (COLBERT). Πηγή: Mars, K. (2021) What Happens to the Human Body in Space?

Available at: http://www.nasa.gov/hrp/bodyinspace Εικόνα 71. Τα ειδικά κατασκευασμένα πάνελ κιρκάδιου φωτός λούζουν τους εσωτερικούς χώρους με ψευδό-φυσικό φως, μιμούμενο με ακρίβεια τις λεπτές ωριαίες παραλλαγές του φυσικού φωτός της ημέρας στη Γη. SAGA Space Architects, Lunar Ark. Πηγή: https://saga.dk/projects/lunark Εικόνα 72. Ηλιακές συστοιχίες παραγωγή και αποθήκευση ενέργειας υψηλής απόδοσης. Χρησιμοποιεί ένα ενδιάμεσο στρώμα

146

κατασκευασμένο από σελήνιο (Se) για την παραγωγή φωτοβολταϊκά στοιχεία πολλαπλών συνδέσεων τόσο για διαστημικές όσο και για επίγειες εφαρμογές. Πηγή: https://technology.nasa.gov/patent/LEW-TOPS-50 Εικόνα 73. Ο εμφυτεύσιμος αυτόματος απινιδωτής (AID), είναι ένα σύστημα υποστήριξης της καρδιάς, που προέρχεται από την τεχνολογία διαστημικών κυκλωμάτων της NASA, το οποίο μπορεί να αποτρέψει την ακανόνιστη καρδιακή δράση, γνωστή ως αρρυθμίες. Πηγή: https://spinoff.nasa.gov/node/9215 Εικόνα 74. Αναπτυγμένο από το εργαστήριο «Biomedical Engineering for Exploration Space Technology» (BEEST) της NASA, προσφέρει φορητή οδοντιατρική περίθαλψη. Πηγή: https://www.nasa.gov/content/biomedical-engineering-forexploration-space-technology Εικόνα 75. Nτομάτες «Red Robin», οι οποίες αναπτύσσονται σε κάθετες υδροπονικές καλλιέργειες στην «Sweetgrass Farms», χρησιμοποιώντας την πρώτη φόρμουλα λιπασμάτων με ελεγχόμενη αποδέσμευσης, που αναπτύχθηκε από τη «Florikan» για χρήση στο διάστημα. Το λίπασμα ελεγχόμενης αποδέσμευσης Florikan ενσωματώνεται στο ψημένο κεραμικό που συγκρατεί τις ρίζες των φυτών αντί για κανονικό χώμα. Πηγή: https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2018/ee_3.html Εικόνα 76. Η Dunmore διαθέτει μια μεγάλη σειρά ταινιών ανθεκτικών στη θερμοκρασία, συμπεριλαμβανομένων ποικιλιών για περιτύλιγμα σύρματος και καλωδίων, για τη σφράγιση των άκρων της πολυστρωματικής μόνωσης της εταιρείας και για τη δημιουργία αντικολλητικών επιφανειών. Αρκετά από αυτά δημιουργήθηκαν αρχικά για εφαρμογές της NASA. Πηγή: https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2016/ip_3.html Εικόνα 77. Η χρήση λεπτών, μεταλλοποιημένων φιλμ από την Dunmore για τη δημιουργία ελαφριάς πολυστρωματικής μόνωσης, χρησιμοποιείται στην μόνωση υπεραγώγιμων στοιχείων μηχανών απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού, μεταξύ άλλων εφαρμογών της Γης. Πηγή: https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2016/ip_3.html Εικόνα 78. Αρχικά αναφερόμενος ως «slow spring back foam», ο αφρός μνήμης δέχεται οποιαδήποτε πίεση εναντίον του και επιστρέφει αργά στην αρχική του μορφή, μόλις αφαιρεθεί η πίεση. Πηγή: https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2005/ch_6.html Εικόνα 79. Λυοφιλοποιημένα τρόφιμα συσκευασμένα για διαστημικές αποστολές. Πηγή: https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2020/cg_2.html

147

Εικόνα 80. «DustBusters», μια ελαφριά, φορητή ηλεκτρική σκούπα που έκανε δόθηκε στο κοινό, το 1979. Πηγή: https://www.houstonchronicle.com/local/space/missionmoon/article/NASA-s-innovations-find-their-way-home-13811959. php#photo-17322588 Εικόνα 81. Οι αισθητήρες εικόνας βελτιώνουν τις τεχνολογίες κάμερας, παρέχοντας τις παραπάνω εικόνες του νεφελώματος Eagle και του αστροναύτη Buzz Aldrin, από την αποστολή «Apollo 11» της Σελήνης, καθώς παράλληλα παρέχουν τους αισθητήρες εικόνας «CMOS», που χρησιμοποιούμε στα κινητά τηλέφωνα, στις κάμερες «DSLR», ακόμα και στις συσκευές «GoPro Hero» σήμερα. Πηγή: CMOS Sensors Enable Phone Cameras, HD Video | NASA Spinoff (no date). Available at: https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2017/ cg_1.html Εικόνα 82. Το πρωτότυπο «Medical-Ceramic Oxygen Generator» (M-COG) Πηγή: https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2012/ee_5.html Εικόνα 83. Το «Palm Springs International Airport», στο Palm Springs της California, το οποίο χρησιμοποιεί εφελκυόμενες στέγες, που κατασκευάστηκα από την εταιρία Birdair, με υλικό που αρχικά αναπτύχθηκε για τις στολές των αποστολών «Apollo». Πηγή: NASA (2009) Tensile Fabrics Enhance Architecture Around the World | NASA Spinoff. Available at: https://spinoff.nasa.gov/ Spinoff2009/ip_2.html Εικόνα 84. Το «Houston’s Reliant Stadium» , το οποίο διαθέτει αναδιπλούμενη PTFE οροφή από υαλοβάμβακα. Πηγή: NASA (2009) Tensile Fabrics Enhance Architecture Around the World | NASA Spinoff. Available at: https://spinoff.nasa.gov/ Spinoff2009/ip_2.html Εικόνα 85. Το «Navy Pier» του Chicago. Πηγή: NASA (2009) Tensile Fabrics Enhance Architecture Around the World | NASA Spinoff. Available at: https://spinoff.nasa.gov/ Spinoff2009/ip_2.html Εικόνα 86. To νέο επιστημονικό κέντρο «INFINITY» του «Stennis Space Center», το οποίο χρησιμοποιείται για την συνεχόμενη έρευνα της τεχνολογίας «PURETi». Πηγή: Clean Air Tech for Spacecraft Helps Fight Pandemic | NASA Spinoff (2022). Available at: https://spinoff.nasa.gov/clean-air-tech Εικόνα 87, 87a. Το γλυπτό, με την ονομασία «Wendy», το οποίο έχει επικαλυφθεί με την τεχνολογία «PURETi» και έτσι μετατράπηκε σε έναν πελώριο καθαριστή αέρα το 2012.

148

Πηγή: https://www.moma.org/explore/inside_out/2012/07/11/meetwendy/ Πηγή: https://www.metalocus.es/en/news/wendy-hwkn-wins-momaps-1-courtyard-competition Εικόνα 88. Η NASA χρησιμοποιεί το προϊόν «PURETi» στους δορυφόρους και στον διεθνή διαστημικό σταθμό, ως ένα μέσω παροχής καθαρών επιφανειών. Πηγή: https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2012/ee_5.html Εικόνα 89. Προϊόν της εταιρίας PrimeBilec, το οποίο κρατάει το περιεχόμενο του κρύο, χωρίς την χρήση πάγου. Πηγή: https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2019/ip_7.html Εικόνα 90. «In-Space Refabricator». Πηγή: https://www.nasa.gov/mission_pages/centers/marshall/images/refabricator.html Εικόνα 91. Προϊόν παραγωγής του «In-Space Refrabicator». Πηγή: στιγμιότυπο από το βίντεο NASA ScienceCasts: The In-Space Refabricator, από https://www.youtube.com/watch?v=_iFfehELSkU

149

150

151

152