MARS .O1 HAB - HABITAT EM MARTE by William Degenhart

WILLIAM MINUSCULLI DEGENHART

MARS .01 HAB

Trabalho de conclusão de Curso apresentado à Universidade do Estado de Mato Grosso como parte dos requisitos da disciplina Trabalho de Conclusão de Curso 2 - Arquitetura e Urbanismo. Orientador: Prof. Márcio Henrique Casimiro.

Barra do Bugres - MT 2019

Dedico aos quais sempre acreditaram mim e embarcaram nessa viagem. Aos colonizadores do planeta vermelho, este trabalho é uma pequena contribuição para a grandiosa conquista futura. Não desistam. Sempre tem um jeito. em

AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente aos dois orientadores que tive o prazer de possuir: Professora Eveline Nunes, que me orientou na parte 1 do trabalho com excelência e entusiasmo e o professor Márcio Casimiro, que sempre me apoiou nas tomadas de decisões e se tornou alguém muito especial, do qual sempre sabe quando e o que dizer. Agradeço aos amigos que incentivaram e sempre possuíram grande apreço pelo trabalho. Por último, agradeço meus pais, Lourdes Minusculli e Wilson Degenhart pela oportunidade de concluir essa graduação.

“É um pequeno passo para um homem, mas um grande salto para a Humanidade”, Neil Armstrong ao pisar na Lua em 20 de julho de 1969

RESUMO Os investimentos na pesquisa espacial contribuem para a sociedade terrestre desde a corrida espacial. A colonização de outros planetas é interesse de diversas nações e empresas privadas, e o presente trabalho intitulado Mars 01 Hab, apresenta uma proposta de habitat no planeta Marte, enviado por um foguete, o núcleo do habitat é locado na superfície e utilizase da impressão 3D com recursos In-Situ (solo e água) do planeta para construção. O habitat possui condicionantes de projeto que suprem as necessidades humanas elencadas por Maslow para garantir a homeostase do corpo humano. Palavras-chave: Marte; Habitat; Impressão 3D, In-Situ;

ABSTRACT

Investments in space research contribute to terrestrial society since the space race. The colonization of other planets is in the interest of several nations and private companies, and the present work entitled Mars 01 Hab presents a habitat proposal on the planet Mars, sent by a rocket, the nucleus of the habitat is leased to the surface and is used 3D printing with In-Situ (ground and water) features of the planet for construction. The habitat has design constraints that meet the human needs listed by Maslow to guarantee homeostasis of the human body. Keywords: Mars; Habitat; 3D Printing, In-Situ;

LISTA DE FIGURAS Figura 1: Fases da Exploração Espacial - NASA .................................................................................. 20 Figura 2: Duração do dia e comparação de tamanho entre a Terra e Marte ........................... 25 Figura 3: Satélites de Marte, Fobos e Deimos, vista 90º sem escala. .............................................. 26 Figura 4: Componentes da atmosfera marciana .............................................................................. 27 Figura 5: Zonas Climáticas Globais de Marte (Hargitai, n.d.) ........................................................... 29 Figura 6: 58 locais ideais para pouso em Marte ................................................................................. 31 Figura 7: Space Exploration Vehicle ...................................................................................................... 33 Figura 8: Ice House, habitação vencedora do concurso NASA’S 3D Printed Habitat Challenge ...................................................................................................................................................................... 39 Figura 9: Corte - Ice House (A- Núcleo do Habitat, B – Zona de Contenção Intermediária) ... 40 Figura 10: Programa de necessidades ................................................................................................. 40 Figura 11: 1º Pavimento da Ice House. ................................................................................................. 41 Figura 12: 2º pavimento da Ice House .................................................................................................. 42 Figura 13: 3º Pavimento da Ice House .................................................................................................. 42 Figura 14: 4º Pavimento da Ice House .................................................................................................. 43 Figura 15: Esquema de água como escudo para radiação e possibilidade de iluminação .. 44 Figura 16: Perspectiva da Base Planetária de Luiz Pegorar ............................................................. 46 Figura 17: Esquema de montagem da base no foguete SLS .......................................................... 46 Figura 18: Colônia de exploração em Marte (A - Base para 4 indivíduos, B - Base para 3 indivíduos) ................................................................................................................................................... 47 Figura 19: Programa de Necessidades ................................................................................................. 48 Figura 20: 1º Pavimento da Base Planetária ........................................................................................ 49 Figura 21: 2º e 3º Pavimento da Base Planetária ................................................................................ 50 Figura 22: Corte da Base Planetária...................................................................................................... 51 Figura 23: Implantação do TransHab na estação espacial ............................................................. 52 Figura 24: TransHab - Níveis ..................................................................................................................... 53 Figura 25: Programa de Necessidades do TransHab ......................................................................... 54 Figura 26: Nível 01 do TransHab.............................................................................................................. 54

Figura 27: Nível 02 do TransHab ............................................................................................................. 55 Figura 28: Nível 03 e 04 do TransHab ..................................................................................................... 56 Figura 29: Programa de necessidades do Mars Transit Habitat ...................................................... 57 Figura 30: Mars Transit Habitat - Corte A e B........................................................................................ 58 Figura 31: A - Hierarquia de Necessidades de Maslow’s original; B - Hierarquia de Necessidades de Maslow’s do homem em Marte. ........................................................................... 62 Figura 32: Fluxograma Inicial do Habitat .............................................................................................. 63 Figura 33: Fluxograma final do habitat ................................................................................................. 64 Figura 34: Programa de Necessidades e Pré-dimensionamento do habitat ............................... 65 Figura 35: Programa de Necessidades e Pré-Dimensionamento Final do Habitat ..................... 66 Figura 36: Recorte no Valles Marineris .................................................................................................. 73 Figura 37: Vista do Valle Marineris por satélite .................................................................................... 74 Figura 38: Croquis iniciais da habitação .............................................................................................. 75 Figura 39: Volumetria do Habitat ........................................................................................................... 76 Figura 40: Mars 01 Hab implantado. ..................................................................................................... 77 Figura 41: Mars 01 Hab - Vista ................................................................................................................. 77

LISTA DE SIGLAS ARCM – (Asteroid Redirect Crewed Mission) - Missão de redirecionamento de asteroides Clouds AO – (Clouds Architecture Office) Clouds Escritório de Arquitetura ECLSS – (Environmental Control and Life Support System) Sistema de controle ambiental e suporte à vida ESA – (European Space Agency) Agência Espacial Europeia ETFE - Etileno Tetrafluoroetileno FEBASP – Centro Universitário Belas Artes de São Paulo FTOs – (Flight Test Objectives) Testes de Voo Objetivos HEOMD – (Human Exploration and Operations Mission Directorate) - Diretoria de Exploração Humana e Missão de Operações HSRM – (Human science reference missions) Missões de referência em ciências humanas ISRU - (In-Situ Resource Utilization) Utilização de recursos In Loco ISS – (International Space Station) - Estação Espacial Internacional J2M – (Journey to Mars) Missão tripulada para Marte LEO – (Low Earth Orbit) Baixa Órbita Terrestre, MAVEN – (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) Atmosfera de Marte e Evolução Volátil MEPAG – (Mars Exploration Program Analysis Group) Grupo de Análise do Programa de Exploração de Marte MGS - (Mars Global Surveyor) Levantamento Global de Marte MOXIE – (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) Experiência de Utilização de Recursos In Loco de Oxigênio Marte NASA – (National Aeronautics and Space Administration) - Administração Nacional da Aeronáutica e Espaço / Agência Espacial Americana ÓVNI - Objeto Voador Não Identificado POCKOMOC – (Russian Federal Space Agency) Agência Espacial Russa SEARCH – (Space Exploration Architecture) Arquiteura de Exploração Espacial SEV – (Space Exploration Vehicle) Veículo de Exploração Espacial SLS – (Space Launch System) - Sistema de Lançamento Espacial WAVAR – (Water Vapor Adsorption Reactor) Reator de Adsorção de Vapor de Água WCS – (Waste Collection System) Sistema de recolha de resíduos

SUMÁRIO INTRODUÇÃO ....................................................................................................................................... 12 CAPITULO 1 – AVANÇOS NA EXPLORAÇÃO ESPACIAL ................................................................... 12 1.1.

FASES DA EXPLORAÇÃO ESPACIAL ATUAL ........................................................................... 18

CAPÍTULO 2 – O PLANETA MARTE........................................................................................................ 25 2.1.

ATMOSFERA E RADIAÇÃO ....................................................................................................... 27

2.2.

CONDICIONANTES CLIMÁTICOS ............................................................................................ 28

2.3.

GELO NA SUPERFÍCIE MARCIANA .......................................................................................... 30

2.4.

LOCAIS IDEAIS PARA POUSO E TOPOGRAFIA ...................................................................... 31

2.5.

CONDICIONANTES DE PROJETO NO PLANETA .................................................................... 32

2.5.1.

Sistema de Energia e o In-Situ Resource Utilization (ISRU) ............................................. 32

2.5.2.

Conforto ambiental ............................................................................................................. 34

2.5.3.

Gerenciamento De Resíduos ............................................................................................. 35

2.5.4.

Transporte até o planeta .................................................................................................... 36

CAPITULO 3 – ANÁLISES CORRELATAS DE PROJETOS ........................................................................ 38 3.1.

ANÁLISE 01 - ICE HOUSE ........................................................................................................... 38

3.2.

ANÁLISE 02 – BASE PLANETÁRIA EM MARTE: ARQUITETURA ESPACIAL ............................ 45

3.3.

ANÁLISE 03 – TRANSHAB .......................................................................................................... 52

3.4.

ANÁLISE 04 - MARS TRANSIT HABITAT...................................................................................... 57

3.5.

CONSIDERAÇÕES A RESPEITO DAS ANÁLISES CORRELATAS. ............................................ 59

CAPÍTULO 4 - PROPOSTA DA HABITAÇÃO EM MARTE ...................................................................... 61 4.1.

PROGRAMA DE NECESSIDADES, PRÉ-DIMENSIONAMENTO E SETORIZAÇÃO ................. 61

4.2.

MEMORIAL .................................................................................................................................. 66

4.3.

LOCAL DE IMPLANTAÇÃO ....................................................................................................... 73

4.4

ESTUDO FORMAL/VOLUMETRIA .............................................................................................. 74

CAPÍTULO 5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................. 79 REFERÊNCIAS ........................................................................................................................................ 80

12 INTRODUÇÃO A busca pelo desconhecido é a essência do homem e a história é documentada gradativamente na evolução. Na lacuna histórica de exploração além do planeta Terra, a invenção da luneta astronômica em 1610 por Galileu Galilei e posteriormente a contribuição de Isaac Newton com seu livro “Princípios Matemáticos da Filosofia Natural”, foi fundamental o desenvolvimento da física, mecânica e astronomia, pois já demonstrava que o homem alcançaria fronteiras espaciais em suas explorações com naves, porém não com a tecnologia disponível até aquele momento (CARLEIAL, 2009; NEWTON, 1833). Desde então o conhecimento efetivo do espaço movimentou a ficção científica literária e cinegráfica da qual os livros descreviam aspirações para o futuro e o cinema expunha o sonho da conquista espacial. O ápice das pesquisas se deu com o início da corrida espacial, iniciada no período de Guerra Fria entre Estados Unidos e União Soviética. O governo soviético foi responsável pelo lançamento da primeira sonda lunar e o do primeiro homem a orbitar o planeta Terra, o cosmonauta Yuri Gagarin, os Estados Unidos no mesmo ano repetiram o feito com o astronauta Alan Shepard. Após inúmeras sondas enviadas pelas demais nações, o governo norte americano enviou com sucesso Neil Armstrong e Buzz Aldrin a lua em 1969 (CARDOSO, 2018, AGARIN et al, 2001). Muito se avançou em pesquisas e viagens espaciais até então. Porém nesse trabalho, em função da disponibilidade de dados, será apresentado o estado da arte dessas pesquisas nos EUA, realizadas no âmbito da Administração Nacional da Aeronáutica e Espaço - NASA. A colonização de outros astros, como Marte, é interesse de diversos governos e empresas particulares e esses estudos aumentam o fluxo de notícias e novas problemáticas surgem, como a preocupação no desenvolvimento e execução de uma habitação em Marte, gerando investimentos para pesquisa, desenvolvimento de protótipos, simulações e até execução (ISECG, 2013; NASA, 2015).

13 Nesse sentido, considerando o planejamento americano para o povoamento de Marte que surge a problemática desse trabalho. Quais diretrizes deveriam ser consideradas para se construir uma habitação em Marte? Assim, esse trabalho utilizará os dados fornecidos pela NASA sobre as condicionantes climáticas e geográficas de Marte para, como objetivo geral, propor uma edificação modular. Como objetivos específicos tem-se analisar as possibilidades de transporte pelos dados fornecidos pela NASA do foguete Space Lauch System (SLS) que levará uma tripulação terrestre para Marte e pré-dimensionar um módulo habitacional que permita moradia e pesquisas, por meio das análises de projetos de edificações propostas, seus programas de necessidades, materiais e volumetrias.

15 CAPITULO 1 – AVANÇOS NA EXPLORAÇÃO ESPACIAL Em 1610, o astrônomo Galileu Galilei desenvolveu a luneta astronômica, instrumento que possibilitou que Isaac Newton publicasse em 1687, todos seus estudos da realidade física, mecânica, astronômica e matemática em sua obra “Princípios Matemáticos da Filosofia Natural”. Com essa publicação, surge a possibilidade de exploração espacial e fica demonstrado que construir uma nave espacial com propulsão suficiente era algo impossível com a tecnologia disponível, até porque a comunicação por rádio só seria inventada duzentos anos depois (CARLEIAL, 2009; NEWTON, 1833). Desde então, as viagens espaciais eram apenas sonhos expressados na ficção cientifica, como livro publicado em 1865 por Júlio Verne e o primeiro filme com a temática, Viagem à Lua (Le voyage dans la Lune) de Georges Méliès em 1902 (NEWTON, 1833; SIDNEY, 2012; CARLEIAL, 2009). Em 1903, o físico russo Konstantin Tsiolkovsky publicou possíveis teorias para colocar foguetes e satélites em órbita e onze anos depois, o inventor Robert Goddard criou e patenteou o primeiro foguete a combustão e no mesmo ano, a criação do primeiro planador pelos irmãos Wright deu ênfase as pesquisas (GEOSATHS, 1997; CARLEIAL, 2009). Logo após o início da guerra fria entre Estados Unidos e União Soviética, a primeira aparição de um Objeto Voador Não Identificado (ÓVNI) ocorreu em julho de 1947, avistado por um norte americano, o que causou grande furor das autoridades e mídias e deu início a chamada “Era Moderna dos Discos Voadores” (EQUIPE UFO, 2010). Devido a Guerra Fria, as potências envolvidas investiam cada vez mais nos aspectos políticos, militares, ideológicos, tecnológicos, econômicos e sociais de cada nação. As pesquisas e descobertas até então, permitiram avanços na exploração espacial, e a centralização da mesma deu início a chamada corrida espacial (CARDOSO, 2018; CARLEIAL, 2009). Com todas as especulações a respeito do espaço e o início da era espacial, em 1957, os soviéticos lançaram o Sputnik, uma esfera de alumínio de 58 cm de diâmetro e 84 kg de massa, com instrumentos rudimentares e um

16 transmissor de rádio que foi o primeiro satélite artificial do planeta. Em novembro do mesmo ano, com foguete de empuxo de centenas de toneladas, a União Soviética envia o Sputnik 2, tripulado pela cachorra Laika, primeiro animal enviado para o espaço (CARDOSO, 2018; CARLEIAL, 2009). O avanço da União Soviética na corrida espacial, criou o “efeito Sputnik” que além de influenciar na criação de sua agência espacial, movida pela autocritica e reorganização do pais, desencadeou mudanças no sistema educacional do governo norte americano, com esforços para ampliação do ensino de matemática e ciência nas escolas. Os Estados Unidos então enviam em 31 de janeiro de 1958 o Explorer I e logo

anunciam

fundação

National

Aeronautics

and

Space

Administration - Administração Nacional da Aeronáutica e Espaço (NASA) (CARDOSO, 2018; CARLEIAL, 2009). Em setembro de 1959, a União Soviética conquistou a Lua com a sonda Luna 2, e em outubro do mesmo ano, enviaram a Luna 3 que capturou fotos e no ano seguinte, os Estados Unidos lançaram três satélites: o meteorológico Tiros 1, o de navegação Transit 1B e o de comunicação Echo 1 (CARLEIAL, 2009). O cosmonauta Yuri Gagarin foi o primeiro homem a estar na orbita terrestre em 12 de abril de 1961, a bordo da Vostok 1, que concretizou 5 missões adjacentes com o mesmo nome. Ainda no mesmo ano, Alan Shepard, astronauta estadunidense conquistou o mesmo feito (SIDNEY, 2012) Quase uma década depois, em julho de 1969, os astronautas estadunidenses Neil Armstrong e Buzz Aldrin, marcam o fato de maior importância para as superpotências na corrida espacial, a chegada do homem à Lua (CARDOSO, 2018, GAGARIN et al, 2001). Após o pouso efetivo na superfície da Lua, logo na década de 70, duas sondas (Viking I e Viking II) pousaram em Marte com o objetivo de procurar vida na forma de bactérias e microrganismos, mas nada que pudesse comprovar a existência dos mesmos foi encontrado, porém dados importantes sobre a atmosfera foram obtidos e a NASA desenvolveu tecnologias para converter o dióxido de carbono de Marte em oxigênio e,

17 possivelmente, em combustível, para beneficiar futuras missões humanas a Marte a partir dessas descobertas. Missões complementares à Marte deram prosseguimento até 1996, como a Mars Global Surveyor (MGS) para um mapeamento mais preciso da superfície que transmitiu imagens em alta definição da superfície marciana, finalizado em 31 de janeiro de 2000 (HAMILTON, 2017). A era espacial, impulsionada pelas superpotências que possuíam capacidade para realizar os lançamentos, além da principal estratégia de produção de misseis balísticos de longo alcance, começaram a ter resultados científicos notáveis, como a descoberta do cinturão de radiação existente ao redor do planeta Terra. Países como Alemanha, Japão, Grã-Bretanha, França, Itália, Canada, Ásia, China, Índia e Brasil iniciaram posteriormente suas pesquisas espaciais, com envio de pequenos satélites e sondas em órbita terrestre e para a Lua, Vênus e Marte (CARLEIAL, 2009; SIDNEY, 2012). Enquanto isso, ao longo de mais de três décadas prosseguiu a exploração espacial e o planeta Terra foi rodeado por dezenas de satélites artificias e por sondas cada vez mais sofisticadas, das quais quatorze foram enviadas com sucesso para Marte por diversas nações, e sete unidades chegaram a superfície e enviam dados para a Terra. Empecilhos físicos como a limitação de espaço, pressão atmosférica e radiação são tópicos que influenciam nas soluções, como necessidade de naves mais leves, compactas, seguras e com melhor desempenho, que possibilitem missões robóticas e humanas, instalação das estações espaciais e missões planetárias, esforços esse, demonstrados na International Space Station - Estação Espacial Internacional (ISS), que orbita a 400 quilômetros do Planeta Terra, encontra-se ativa e envia relatórios diários de pesquisa espacial. Os investimentos em pesquisas possibilitaram inovações e descobertas tecnológicas, por exemplo: os primeiros satélites projetados para estudar a orbita

terrestre

contribuíram

para

telecomunicação

espacial,

posicionamento global e avanços na previsão do tempo, aplicações que se

18 tornaram eficientes na ciência e tecnologia, como o GPS, uso de tecido para cobertura, painéis de energia solar, membros artificiais, termômetros de infravermelho, detectores de fumaças e até coisas do cotidiano comum, como sucos em pó, comida para bebês e palmilhas de sapato e o código de barras que influenciam diretamente na sociedade com materiais e métodos (ISEG, 2013; FARINACCIO, 2018). Considerando a capacidade de exploração, foram enviadas diversas sondas para outros planetas, inclusive para mapear a superfície de Marte e com o estado tecnológico desenvolvido na Terra permitindo viagens tripuladas, a NASA declarou que até 2030 pretende enviar o primeiro ser humano ao planeta Marte, incentivando o assunto na corrente mainstream1 e ampliando a curiosidade e pesquisas a respeito de habitações no espaço e em outro planeta.

1.1.

FASES DA EXPLORAÇÃO ESPACIAL ATUAL A Agencia Espacial Americana, detentora de grande parte do

conhecimento espacial, possui a Human Exploration and Operations Mission Directorate - Diretoria de Exploração Humana e Missão de Operações (HEOMD), que prevê metas de saúde e segurança da tripulação, e tem como objetivo preencher a lacuna entre a exploração humana para a Jornada para Marte, conhecida como J2M e outros programas, e utilizar estes dados para informação, identificação e priorização a tecnologia e investimentos em ciência, refletindo nas mudanças de estratégias, conhecimento científico e técnico, experiência operacional, disponibilidade de recursos e lições programáticas aprendidas (NASA, 2016). Esta estratégia permite à NASA a oportunidade de se manter ágil e continuar a refinar seus planos ao longo do tempo, mantendo o foco na exploração extraterrestre. O planejamento continua sendo baseado pelos

é um conceito que expressa uma tendência ou moda principal e dominante. A tradução literal de mainstream é "corrente principal" ou "fluxo principal (Disponível em: <https://www.significados.com.br/mainstream/>. 26 set. 2018).

19 avanços

tecnologicos

conhecimento

científico,

bem

como

por

oportunidades apresentadas por capacidades governamentais/comerciais e participação internacional. Os avanços no HEOMD são de grande valia, pois as organizações evoluem, e com elas, os produtos, como Testes de Voo Objetivos (FTO) que fornecem informações para atualizações do plano estratégico da agência, que resultam em descobertas nas áreas das ciências biológicas e físicas fundamentais, além da colaboração internacional. Portanto, iniciar missões tripuladas além da lua até 2025, e posteriormente em 2030 enviar seres humanos à Marte e trazê-los de volta em segurança é o novo caminho para a exploração espacial (NASA, 2016). Entende-se a preocupação no desenvolvimento em todas as áreas da sociedade, e principalmente no avanço tecnológico, que se desenvolvido de maneira correta, presta serviços e influencia todos os outros setores da sociedade humana. Assim, as etapas do plano da HEOMD são: Dependência da Terra (Earth Reliant), Campos de Teste (Proving Ground) e Independência da Terra (Earth Independent). Os períodos são parte de uma estratégia integrada que se baseia na experiência adquirida na primeira etapa (Earth Reliant), que informa objetivos, capacidades e missões no espaço cislunar1. Portanto, a NASA (2016) afirma que existem três períodos definidos de capacidade de exploração, através do espaço cislunar e culminando com a exploração independente da Terra onde os seres humanos serão enviados em missões ao sistema de Marte são possíveis. Cada etapa de capacidade exploratória é baseada no aumento da complexidade da missão e no conhecimento científico, avanços técnicos e na experiência operacional da fase anterior para ampliação dessas capacidades.

Relativo ao espaço entre a Terra e a Lua. (COLLINS. Definição de 'cislunar'. Disponível em: <https://www.collinsdictionary.com/pt/dictionary/english/cislunar>. Acesso em: 10 out. 2018)

20 Enquanto a Fase 01 (Earth Reliant) é caracterizada pela extensa experiência de base de operações em Baixa Órbita Terrestre (LEO), o amadurecimento da tripulação comercial e capacidade de carga é desenvolvido baseado em experiências da Fase 0 (Testes de sistemas de exploração sobre a ISS) no espaço cislunar como campo de prova. Enquanto isso, os recursos necessários para a operações na primeira fase dependem do conhecimento e experiência da fase anterior (NASA, 2016). A exploração humana da superfície de Marte para os próximos anos, é apresentada na Figura 1, juntamente com os demais períodos de exploração: Figura 1: Fases da Exploração Espacial - NASA

Earth Reliant

Proving Ground

Earth Independent

FONTE: Human Exploration and Operations Exploration Objectives – NASA, 2016, modificado pelo autor, 2018.

Os recursos previstos são experimentações razoáveis e multáveis baseadas no estado atual do conhecimento até este ponto. Além disso, como observado anteriormente, há redução de risco de atividades tecnológicas, missões de avanço de capacidade e missões espaciais planejadas e/ou executadas pela HEOMD. A premissa de exploração em Marte necessita de um alto nível da HEOMD. Entende-se que o envio de seres humanos para Marte é um esforço desafiador, portanto deve ser flexível a mudanças e aperfeiçoamentos,

21 evoluindo por meio das descobertas e avanços na tecnologia empregada nos períodos anteriores (NASA, 2016).  Fase 0: Teste de sistemas de exploração sobre a ISS: Baseado nos dados da HEOMD, a NASA (2016) afirma, em resumo, que a etapa situa as atividades atuais de exploração humana da NASA na ISS, chamada de Earth Reliant - baseada na Terra. Cria um esquema que permite objetivos no campo de prova cislunar e fases independentes do planeta Terra executadas na ISS, local de atividades de exploração para demonstrar a capacidade de operações e recursos, facilitar a uma tripulação o transporte de carga em Low Espace Orbit – Baixa Órbita Espacial (LEO), o que estimula o mercado e o fomento a indústria espacial que posteriormente, o amadurece para apoiar futuras missões, etapa esta, programada para execução nos dias atuais.  Fase 01 - Earth Reliant: Demonstração cislunar dos sistemas de exploração Esta etapa é a demonstração do Space Launch System - Sistema de Lançamento Espacial (SLS) e naves espaciais Orion no espaço cislunar, para construção de uma nova estação, a Deep Space Gateway, que serviria como porto espacial em meados de 2026, para realização de testes na Asteroid Redirect Crewed Mission - Missão de redirecionamento de asteroides (ARCM), que tem iniciativa de capturar com braços robóticos com garras de ancoragem para transporte um asteroide até a órbita lunar estável para análises. Se financiada, a missão seria lançada em dezembro de 2021, porém em abril de 2017 a Agência Espacial Americana anunciou o fim do financiamento da missão, e em junho de 2017 o cancelamento da mesma (NASA, 2012; NASA, 2016; NASA; 2017).

22  Fase 02 – Proving Ground: Validação cislunar dos sistemas de exploração Etapa que valida a integração de todas as etapas anteriores, e culmina na estação Deep Space Gateway, com função de base para o transporte de seres humanos para Marte, por volta de 2028, e com todos seus sistemas testados até 2030 para partida. A estação que será utilizada como porto espacial, ajudará na exploração da lua e consequentemente, na exploração além do espaço cislunar (NASA, 2016).  Fase 03+ - Earth Independent: Além do sistema cislunar. A etapa Independência da Terra é idealizada em 2030, com início da primeira viagem a Marte com a nave Orion com cerca de mil dias, aproximadamente 3 anos entre ida e volta para exploração do planeta (NASA, 2016; REDAÇÃO REVISTA GALILEU, 2017). Essas pesquisas influenciam diretamente os estudos de engenharia na academia com bolsas de estudo científico, e na indústria, com parcerias entre o governo e empresas privadas. Portanto, todas as fases dependem uma da outra, e os testes realizados no espaço cislunar, na Lua e em asteroídes permitem o aperfeiçoamento das técnicas de geração de energia e da exploração sustentável. Porém a verba do atual governo de Donald Trump para esse programa é de cerca de 0,4% da receita norte-americana, e o ideal seria de 4% como aplicado pelo governo anterior (NASA, 2012; KLUGER, 2018). A diminuição do orçamento aumenta o tempo para realização das experiências, e cabe aos indivíduos cientes da importância de tais pesquisas desenvolver trabalhos dentro da temática, para que a mesma ganhe mais credibilidade na corrente mainstream e visibilidade, alcançando assim, investimentos financeiros do governo norte americano e se possível, patrocínio de qualquer espécie, ou centralização de investimentos nas empresas privadas como a SpaceX e Virgin, empresas privadas que possuem a mesma

23 ambição para levar o homem a Marte e são atualmente, as instituições desenvolvendo tecnologias independentes para colonização (BBC, 2017).

25 CAPÍTULO 2 – O PLANETA MARTE O planeta Marte é o quarto planeta do sistema solar a partir do sol. Com distância de 40 milhões de quilômetros da Terra. Seu dia possui 37 minutos a mais que o dia na Terra (Figura 2) e o período de translação dura 687 dias terrestres. A característica cor vermelha do planeta tem sido observada por astrônomos por toda a história pois a superfície e atmosfera do planeta tem coloração avermelhada e rosada. Seu nome foi dado pelos romanos, em honra ao seu deus da guerra (HAMILTON, 2017; CDA, 2000). Figura 2: Duração do dia e comparação de tamanho entre a Terra e Marte

FONTE: universetoday.com, 2014. Modificado pelo autor, 2018.

O Centro de Divulgação de Astronomia - CDA (2000) afirma que Marte foi o planeta mais estudado na antiguidade, e isso possibilitou Johannes Keppler (1571-1630), por meio das observações de Tycho Brahe (1546-1601) descobrir as leis que regem os movimentos planetários. No final do século XIX, Asaph Hall (1829-1907), descobriu que os pequenos satélites do planeta, possuem forma irregular, com dimensões e são chamados de Fobos e Deimos (Figura 3), que na mitologia grega, simbolizam o temor e o pavor nas batalhas.

26 Figura 3: Satélites de Marte, Fobos e Deimos, vista 90º sem escala.

FONTE: A. Tayfun Oner, solarview.com, 1997. Modificado pelo autor, 2018.

O satélite natural Fobos é o mais próximo do planeta, possui diâmetro equatorial bem maior que o diâmetro polar. Seu período de translação ao redor do planeta é de 7h 40min, sendo o único satélite do sistema solar com período de translação menor do que a rotação do seu planeta. Isso se deve à grande proximidade do centro do planeta (9.380 km) (HAMILTON, 2017; CDA, 2000) Deimos é o satélite mais afastado, está a 23.460km do centro do planeta e tem período de translação de 30h 17min. Suas dimensões são cerca de metade das de Fobos (HAMILTON, 2017; CDA, 2000) Em julho de 1965, a sonda Mariner 4 transmitiu 22 fotos em close do planeta o que revelou uma superfície com crateras e canais naturais e, 11 anos depois, em julho e setembro de 1976, as sondas Viking 1 e 2 pousaram sobre a superfície de Marte (HAMILTON, 2017) As conclusões a respeito desse planeta tomaram novos rumos com o envio da sonda Mariner 4 (em 1965), que forneceu dados muito mais precisos sobre sua atmosfera e superfície. Ela foi a primeira missão de sucesso ao planeta vermelho. O processo de exploração espacial seguiu até 2000 com a sonda estadunidense Mars Global Surveyor (CDA, 2000).

27 2.1.

ATMOSFERA E RADIAÇÃO A atmosfera de Marte é composta por diversos componentes e

majoritariamente de dióxido de carbono (gás carbônico). A quantidade de oxigênio no planeta corresponde a um milésimo da quantidade terrestre. Não sendo suficiente para respiração aeróbica e a circulação no planeta por seres humanos só seria efetivada com o uso de trajes especiais. Os componentes da atmosfera (Figura 4) combinados resultam na cor ocre-alaranjado, característica marcante do planeta (HAMILTON, 2017; CDA, 2000): Figura 4: Componentes da atmosfera marciana

FONTE: astro.if.ufrgs.br, 2017. Modificado pelo autor, 2018

A aceleração da gravidade na atmosfera de marte é 3,72 m/s², cerca de 38% a da Terra, o que faria um ser humano de 80 kg pesar 29,71kg. Isso acarreta uma série de problemas como perda de massa, atrofiamento muscular e aumento dos fluidos na parte superior do corpo, que afetam a visão, pressão sanguínea e batimentos cardíacos. (CDA, 2000; NASA, 2009). Hamilton (2017) afirma que a atmosfera de Marte contém cerca de 1/1000 da água existente da Terra e essa pequena quantidade é condensada e forma nuvens. No inverno marciano, a área de pouso da sonda Viking 2 é coberta por uma fina camada de gelo e há evidências que no passado, devido as características físicas dos vales e ilhas do planeta, a água era melhor distribuída na superfície.

28 As sondas Viking 1 e 2, formadas por um satélite e um veículo para mapeamento da superfície possibilitaram algumas experiências além do reconhecimento visual. Porém dentre as análises dos dados obtidos na época, não evidenciou nenhuma existência de vida bacteriana em Marte (HAMILTON, 2017) Com o envio da Sonda Mariner 9 na órbita de Marte, sua função de mapeamento detalhado da superfície foi executada por meio de fotos e detectou a presença diversas crateras e vales, descritos pelo astrônomo Giovanni Schiaparelli em 1907, que acreditava que eram antigos leitos de rios secos devastados por uma tempestade solar que evaporou a água em abundância da superfície (CDA, 2000). A sonda MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) foi lançada ao espaço no dia 18 de novembro de 2013 e entrou em órbita em 21 de setembro de 2014. O objetivo da missão era explorar a atmosfera do planeta Marte e assim determinar como ela e a água do planeta foram perdidas ao longo do tempo (NASA, 2008). Com atmosfera reduzida, Marte possui propensão a radiação solar e intempéries diversas. Assim, entende-se que pela quantidade de oxigênio não ser suficiente para existência de vida no planeta, são necessários aparelhos para filtragem (PEGORAR, 2015). Hassler et al. (2014) afirma que a radiação solar é uma característica ambiental da qual a Terra é atingida, mas protegida pela magnetosfera relativamente grossa do planeta, enquanto Marte é diretamente atingida, assim, um escudo contra radiação é fundamental para o projeto. 2.2.

CONDICIONANTES CLIMÁTICOS Um evento solar ocorrido em 11 de setembro de 2017, produziu níveis de

radiação na superfície marciana que foram 100% maiores que os medidos anteriormente e considerados normais. O evento durou cerca de 2 dias terrestres. Após período de silencioso de 11 anos de atividade solar, o evento afetou até o planeta Terra mesmo estando no lado oposto a Marte na data. Vendavais e tempestades de poeira ocorrem por toda a superfície do

29 planeta, com ventos que chegam a 240 km/h (WEBSTER et al., 2017; WILLIAMS, 1997). No equador a temperatura varia de -113⁰C a -93.5 ⁰C à noite e de -13.5 ⁰C a 7 ⁰C durante o dia. Nas áreas próximas ao equador podem atingir um máximo de 20⁰C (NASA, 1998). No outono, em altas latitudes as temperaturas chegam a -123 ºC e permanecem iguais durante o inverno. No Polo Norte, no verão, as temperaturas permanecem próximas à -73 ⁰C, conforme a água é sublimada (CARR, 1997). Neste âmbito, as condições mais preferidas para habitação humana existem na região tropical (D) e equatorial (E) entre as latitudes 25 ⁰N e 25 ⁰S, como mostra a Figura 5. Figura 5: Zonas Climáticas Globais de Marte (Hargitai, n.d.) A: Glacial (cobertura permanente de gelo); B: Polar (coberto pela geada durante o inverno, que sublima durante o verão); C: Norte (leve) Transicional (Ca) e C Sul (extremo) Transicional (Cb); D: Tropical; E: Baixo albedo tropical; F: Planície Sub-polar (Bacias); G: Planície Tropical (Chasmata); H: Altiplano Subtropical (Montanha)

FONTE: International Space University, Mars Mission Technologies Mars Now. 2014. pg. 62-113. Captura de tela realizado e modificado pelo autor, 2018.

Nos eixos do planeta as variações são nítidas e seguem as estações, no inverno de um dos pólos a camada de gelo chega até o meio do hemisfério. Com dados obtidos pela sonda Mariner, conclui-se que a temperatura da

30 superfície

-132

ºC,

essa

temperatura

suficiente

para

condensação/solificação do dióxido de carbono. Podemos comparar o clima equatorial de Marte com uma montanha muito alta em dia claro e seco na Terra. O calor durante o dia é pouco amenizado pelas nuvens e neblina. E à noite é rápida a irradiação do calor absorvido durante o dia para o espaço, fazendo muito frio. A amplitude térmica do dia para a noite e de uma estação para outra são consideráveis (CDA, 2000). Assim, Marte é menor e bem mais distante do Sol que a Terra e as condicionantes como atmosfera, camada de gelo nos polos e padrões climáticos, algumas características como gravidade, componentes químicos da superfície e a ausência de formação de nuvens, portanto não chove no solo de regolito1, distinguem os climas de ambos drasticamente. 2.3.

GELO NA SUPERFÍCIE MARCIANA Pesquisas recentes apontam que o planeta possui abundância em

água, principalmente nas crateras nos polos, condensada na superfície e em reservas subterrâneas. Evidências geológicas indicam que a superfície marciana foi substancialmente modificada pela ação da água líquida. O mapeamento global das características de fluência também apoia a ideia de que o gelo está presente em materiais próximos à superfície em latitudes superiores à +/- 30 graus. Pode-se conter uma reserva subterrânea a cerca de 0,5 a 1 km de profundidade da crosta marciana (PEGORAR, 2015; MORRIS, 2016; BOYNTON, 2002; SQUYRES, 1992). O aquecimento de um bloco de gelo marciano com radiação solar, ainda em baixas condições atmosféricas, poderia permitir a coleta de vapor de água nos compartimentos de armazenamento, e filtrar a água líquida pura de qualquer mineral que possa contaminar a mesma e inutilizá-la (MORRIS, 2016).

Regolito é uma camada de material heterogêneo e superficial que cobre uma rocha sólida, incluindo poeira, solo e outros materiais. O Regolito marciano é composto por cerca de 1% de CIO4, também conhecido como perclorato.

31 2.4.

LOCAIS IDEAIS PARA POUSO E TOPOGRAFIA Como na Terra, a superfície marciana possui diversos acidentes

geográficos e o local de implantação do projeto influencia diretamente no tipo de material construtivo predominante. Como explicado nos tópicos anteriores, entende-se que o planeta possui temperatura mais baixa que a terra em sua totalidade, assim, se o material construtivo escolhido for gelo, a implantação da base deverá ocorrer nas extremidades das zonas D e E da Figura 6. Baseado nos dados da sonda Mars Global Surveyor pode-se observar a diferença entre o hemisfério norte e o sul. O norte é formado por planícies e o sul por planaltos e crateras (CHRISTENSEN, 2001; PEGORAR, 2015). A NASA (2009) afirma após pesquisa do Mars Exploration Program Analysis Group (MEPAG) que o planeta possui 58 locais ideais para pouso ( Figura 6), cada um com suas determinadas características, diversidade geológica e topográficas classificada pelo HSRM (Human science reference missions) como: Geologia, Geofísica, Atmosfera/Clima e Biologia/Vida. Figura 6: 58 locais ideais para pouso em Marte

32 FONTE: NASA. Human Exploration of Mars Design Reference Architecture 5.0 Addendum. 2009. Pg. 13-406. Captura de tela realizado e modificado pelo autor, 2018.

A disponibilidade de água no local, segurança de pouso, propensão a tempestades, acesso a recursos naturais, energéticos e minerais são fatores fundamentais para tal implantação (PEGORAR, 2015). 2.5.

CONDICIONANTES DE PROJETO NO PLANETA

Existem muitos fatores que envolvem a elaboração de um projeto. No caso de um habitat em Marte, deve ser projetado de acordo com o sistema de energia, uso dos recursos locais, conforto ambiental (geração de água e oxigênio), gerenciamento de resíduos e transporte até o planeta. 2.5.1. Sistema de Energia e o In-Situ Resource Utilization (ISRU)

A energia é fundamental para a sobrevivência em um habitat fora da Terra devido a dependência de todos os outros sistemas como: controle térmico, iluminação, reaproveitamento de água, sistema de oxigênio, pressurização, gerenciamento de resíduos e suprimentos. Quanto mais a exploração espacial for desenvolvida, mais necessário será gerar os próprios recursos com materiais locais na superfície/atmosfera estudada. A utilização de recursos locais existentes é chamada de Utilização de recursos in situ (ISRU). Utilizando da premissa do ISRU, os sistemas de geração de energia de possível execução são:  Energia Solar: gerada por meio da captação dos raios solares, aplicada na Estação Espacial há décadas;  Energia Eólica: captada por turbinas de vento implantadas na superfície;  Energia Nuclear: como uma fonte de grande quantidade de geração de energia e pouco espaço físico para instalação e obtenção;

33  Energia Geotérmica: provida do calor do planeta, afirmado por Fogg (1996) como fonte de energia a longo prazo para utilização no decorrer do assentamento em Marte. As missões de reabastecimento são caras e a exploração sustentável as torna viáveis. A redução da massa transportada com a utilização destes recursos possibilita investimentos em outras questões das missões, tais como na tecnologia aplicada nos equipamentos, trajes e suprimentos das missões. Em Marte, devido à grande quantidade de dióxido de carbono, as vantagens de utilização dos recursos in situ são: geração de energia, redução de carga nos veículos (foguetes, espaçonaves), materiais construtivos com impressão 3D, retirada de água da superfície, oxigênio da atmosfera. No caso da superfície de Marte com grande quantidade de dióxido de carbono, o uso dos recursos in situ possibilita a produção de combustível para propulsão de foguetes (MAHONEY, 2018). Para pesquisa no planeta será necessário algum meio de transporte, para o carregamento de cargas e devido as distâncias significativas a serem percorridas. O Space Exploration Vehicle (Veículo de Exploração Espacial SEV) (Figura 7) é projetado para ser flexível e sua cabine pressurizada é projetada para missões em geral. A versão de exploração em Marte é montada sobre um chassi, com rodas de giro 360º e percorre cerca de 10 km/h. Tem dimensão similar a uma picape e abriga até dois astronautas por 14 dias, suprindo as necessidades sanitárias, alimentares e de repouso (NASA LARC ADVANCED CONCEPTS LAB, 2015; AMA STUDIOS, 2015).

34 Figura 7: Space Exploration Vehicle

FONTE: NASA LaRC Advanced Concepts Lab, AMA Studios, 2015. Disponível em: nasa3d.arc.nasa.gov. Modificado pelo autor, 2018

Outro veículo explorador é o Mars Rover 2020, planejado para envio ao planeta em julho do 2019, será responsável por obter gases voláteis da superfície para estudo e será equipado com diversos sistemas como o Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE), que coleta o dióxido de carbono existente e quebra as moléculas em O² (oxigênio) e monóxido de carbono (CO²). O MOXIE produz cerca de 8 gramas de oxigênio por hora, o suficiente para o início das explorações em Marte e com capacidade de expansão de produção e geração de combustível para o retorno da missão à Terra. (HECHT, 2016; HOFFMAN, 2016) Ainda existem lacunas no conhecimento adquirido com as missões de exploração. Localização, concentração e melhor maneira de extração destes

recursos

deverão

ser

preenchidas

nos

próximos

consequentemente, o aperfeiçoamento desses condicionantes.

2.5.2. Conforto ambiental

anos

35 Entende-se que as baixas temperaturas da superfície marciana impõem a necessidade de um controle térmico artificial na habitação, que necessitará de energia para funcionar. A presença de luz é fundamental para o ritmo circadiano1 e o funcionamento

correto

organismo

humano,

conhecido

como

homeostase. A ausência de uma dose diária de luz causaria distúrbios que afetariam a performance dos astronautas na experiência. Assim, a necessidade de iluminação natural se torna peça chave do partido arquitetônico, que além de fundamental para a saúde, reduz o uso de energia durante o período ensolarado, utilizando da iluminação artificial apenas para os ambientes fechados. O Sistema de pressão e oxigênio é fundamental na base e para isso, a mesma deve ser completamente vedada. O sistema elimina o uso dos trajes espaciais dentro do módulo, permitindo maior conforto e semelhança a uma atmosfera terrestre. O MOXIE é responsável pela oxigenação da base, que basicamente, retira o Dióxido de Carbono (CO²) presente na atmosfera do planeta e devolve oxigênio para o interior da habitação. Entende-se que como a água no planeta Marte é encontrada solidificada e subterrânea, dióxido de carbono compõe a maior parte da atmosfera, enquanto o vapor de água representa apenas uma pequena fração. Dados estes, resultados das pesquisas realizadas por todas a sondas já enviadas ao planeta, como a Viking e a Mars Pathfinder, utiliza-se a premissa de retirada da água da atmosfera e transformá-la em potável pelo sistema chamado

Water

Vapor

Adsorption

Reactor

(WAVAR)

(WILLIAMS,

J.;

BRATKOVICH, T.; BUSSING, T, 1999). E baseado nesse sistema, a NASA (2015) afirma que na missão, cerca de 80% da comida será enviada à Marte, e o restante, deve ser cultivado no

representa o período de um dia (24 horas) no qual se completam as atividades do ciclo biológico dos seres vivos. Uma das funções deste sistema é o ajuste do relógio biológico, controlando o sono e o apetite. (Ritmos circadianos. Disponível em: <https://www.infoescola.com/fisiologia/ritmos-circadianos/>. Acesso em: 04 out. 2018).

36 próprio planeta, na zona intermediária com cultivo hidropônico, para pesquisa e alimento para a tripulação.

2.5.3. Gerenciamento De Resíduos

Os resíduos são recolhidos pelo Waste Collection System (WCS), sistema desenvolvido pela Agência Espacial que armazena e seca os resíduos fecais, processa urina e transfere para o tanque de água residual onde posteriormente

transformada

água

potável.

matéria

não

reaproveitada é embalada a vácuo para ocupar o mínimo espaço possível na habitação (CZUPALLA, et al, 2004; BROYAN, 2007)

2.5.4. Transporte até o planeta O envio da tripulação e da base pela NASA é feito pelo foguete Space Launch System (Sistema de Lançamento Espacial da NASA - SLS), o mais potente até hoje criado, capaz de enviar os astronautas a bordo da espaçonave Orion nos próximos anos - conforme o plano de desenvolvimento da agência - em missões a um asteroide, a Marte e outros planetas como Saturno e Júpiter. Em 2013, a NASA concluiu o projeto inicial do SLS e passou para a produção do veículo de lançamento no Centro Espacial Kennedy, na Flórida (SMITH, 2016; JACKMAN, 2016; MAY, 2012; CREECH, 2012).

38 CAPITULO 3 – ANÁLISES CORRELATAS DE PROJETOS A primeira análise, foi retirada de um concurso realizado pela NASA onde o objetivo da primeira fase do mesmo era a criação de habitação para o planeta Marte, para abrigo de 04 indivíduos e utilizando a impressão 3D no solo marciano como técnica construtiva dominante, o que reduz os materiais enviados para o planeta e utiliza a matéria prima local como partido para a construção. A segunda análise correlata consiste no TFG do Arquiteto Luiz Paulo Pegorar, graduado pelo Centro Universitário Belas Artes De São Paulo (FEBASP) que em 2015, desenvolveu o projeto de uma base planetária para Marte. A

terceira

análise

composta

pelo

TransHab,

habitat

interplanetário, utilizado no espaço com possibilidade de acoplamento a demais veículos e estações. A última análise é o Mars Transit Habitat, módulo habitacional projetado para vida no espaço e implantado em atmosfera com gravidade. 3.1.

ANÁLISE 01 - ICE HOUSE

 Autor do projeto: Clouds Architecture Office, Ostap Rudakevych, Masayuki Sono, Yuko Sono;  Cliente: NASA / American Makes;  Localização: Encosta Norte, Alba Mons, Mars;  Data: Setembro de 2015. Com ambição de uma habitat em Marte, a NASA lançou o Concurso 3D Printed Habitat Challenge, que foi vencido pelos escritórios Clouds Architecture Office (Clouds AO) e Space Exploration Architecture (SEArch) projetaram uma edificação pensada na utilização de recursos locais, presença de luz solar para o interior da habitação e ligação com o exterior. Intitulada como Ice House, a habitação torna-se um “farol na superfície marciana”, como dito pela equipe vencedora que apresenta o projeto com a seguinte explicação:

39 Reconhecendo que a água é o alicerce para a vida, a equipe usou a ideia de ‘seguir a água’ para abordar de maneira conceitual o local e executar o projeto”. “[Nossa] proposta se destacou como uma das poucas a não “enterrar” o habitat no subsolo, através da abundância antecipada de uma superfície de gelo na região norte que cria um escudo de gelo fino e vertical capaz de proteger o habitat da radiação enquanto celebra vida acima do solo” (CLOUDS AO, 2015; SEACH, 2015)

Nota-se que a arquitetura de fato é uma fonte de luz na atmosfera (Figura 8), que desenvolvida por meio da impressão 3D com água em estado sólido, possibilita essa iluminação e a forma orgânica empregada. Figura 8: Ice House, habitação vencedora do concurso NASA’S 3D Printed Habitat Challenge

FONTE: Clouds AO E SEAch, 2015. Disponível em: <http://www.marsicehouse.com>. Modificado e traduzido pelo autor, 2018.

A construção da Ice House possui inúmeros artifícios para construção ágil e com o mínimo de intervenção humana, apenas com robôs, impressa no solo de regolito e com diversos ambientes e sistemas necessários para acomodação de quatro indivíduos. A seguir a Figura 9 apresenta o habitat:

40 Figura 9: Corte - Ice House (A- Núcleo do Habitat, B – Zona de Contenção Intermediária)

FONTE: Clouds AO e SEAch, 2015. Disponível em: <http://www.marsicehouse.com>. Modificado e traduzido pelo autor, 2018.

A seguir, (Figura 10) a lista de ambientes identificados na Ice House: Figura 10: Programa de necessidades

FONTE: Desenvolvido pelo autor, 2018.

Na planta layout do 1º pavimento da habitação (Figura 11) nota-se 3 principais espaços além da câmara de conexão com o Rover.

41 Figura 11: 1º Pavimento da Ice House.

FONTE: Clouds AO e SEAch, 2015. Disponível em: <http://www.marsicehouse.com>. Modificado e traduzido pelo autor, 2018

A entrada principal da base é destinada para expedições pedonais, possui fechamento à pressão e liga a atmosfera marciana com a Zona de Contenção Intermediária que, além de funcionar como barreira para radiação, é necessária para separar termicamente o interior e permite que a temperatura do habitat seja por volta de 20ºC, enquanto na Zona Intermediária, a temperatura é menor que zero. No segundo pavimento (Figura 12), encontra-se a academia e suporte médico, acervo de livros e um pequeno dormitório, ambos possuem janelas de visualização. O laboratório e o banheiro 01 são de uso compartilhado. Neste pavimento inicia-se o jardim vertical implantado nos pavimentos acima, e, ao redor, a zona intermediária.

42 Figura 12: 2º pavimento da Ice House

FONTE: Clouds AO e SEAch, 2015. Disponível em: <http://www.marsicehouse.com>. Modificado e traduzido pelo autor, 2018

No terceiro pavimento (Figura 13), encontra-se a área de descanso do habitat: dormitório da tripulação e o banheiro 02. Figura 13: 3º Pavimento da Ice House

FONTE: Clouds AO e SEAch, 2015. Disponível em: <http://www.marsicehouse.com>. Modificado e traduzido pelo autor, 2018

43 A Figura 14 representa o último pavimento do habitat. Figura 14: 4º Pavimento da Ice House

FONTE: Clouds AO e SEAch, 2015. Disponível em: <http://www.marsicehouse.com>. Modificado e traduzido pelo autor, 2018

A parte interna da edificação, nominada como alojamento é menor e protege o usuário contra a diferença de pressão para facilitar a adaptação da tripulação a superfície, indicado com a letra A, na Figura 15. Uma vez aterrissado, os bolsões se desdobram e a membrana inflável serve como local de armazenamento da base para abrigar robôs e os quatro Sistemas de Suporte de Controle Ambiental e da Sobrevivência (ECLSS)1, além de janelas para visualização do exterior. A escada em espiral ao centro, fornece circulação a todos os níveis da habitação e opção para exercício da tripulação (MARSHALL, 2008) O espaço adjacente no invólucro é uma zona neutra (B), que possibilita a visualização do interior/exterior e vice-versa, permite o astronauta a 1

é um sistema de hardware de suporte de vida regenerativo que fornece ar e água limpos à tripulação da Estação Espacial Internacional (ISS) e aos animais de laboratório por meios artificiais. (MARSHALL, George C. International Space Station. Environmental Control and Life Support System, Huntsville, ALABAMA, p. 14, nov. 2008. Disponível em: <https://www.nasa.gov/sites/default/files/104840main_eclss.pdf>. Acesso em: 20 set. 2018).

44 possibilidade de experimentar a vivência “fora” sem necessidade do traje espacial dentro da habitação. Devido ao efeito criado por meio da impressão robótica no gelo, a refração e concentração de luz dentro do espaço abobadado, a dupla camada de gelo entre a membrana e cria uma zona de temperatura, onde possibilita o cultivo de vegetação para pesquisa. A ideia de possuir um jardim na superfície marciana é solucionada por meio do jardim hidropônico que permite o cultivo de vegetação para pesquisa e análise na atmosfera, alimento para a tripulação e produção de oxigênio, além da recreação dos tripulantes e estímulos terrestre para os moradores do habitat (Clouds AO e SEAch, 2015). Após realização de experiência com fontes sintéticas de luz solar, notouse que não deteriam a mesma variação circadiana para o ser humano, assim, a água em estado sólido empregada na edificação serve como matéria prima para construção e barreira de radiação solar por ter capacidade de filtrar os raios solares (conforme Figura 15).

ABSORÇÃO

Figura 15: Esquema de água como escudo para radiação e possibilidade de iluminação

FONTE: Clouds AO e SEAch, 2015. Disponível em: <http://www.marsicehouse.com>. Modificado e traduzido pelo autor, 2018.

45 Assim, após análise do projeto vencedor do concurso NASA’s 3D Printed Habitat Challenge, as técnicas e dimensões serão primordiais para desenvolvimento da base planetária, como seu método de envio e processo de pouso no planeta Marte, o uso da membrana de ETFE – película transparente super-resistente, utilização da água como material construtivo e o jardim hidropônico vertical. A forma orgânica é fonte de inspiração no desenvolvimento do habitat. 3.2.

ANÁLISE 02 – BASE PLANETÁRIA EM MARTE: ARQUITETURA ESPACIAL

 Autor do projeto: Luiz Paulo Costa Pegorar;  Instituição: Centro Universitário Belas Artes De São Paulo (FEBASP);  Localização: Valles Marineris, Marte;  Data: 2016. O projeto de Luiz Pegorar é uma habitação no planeta Marte, desenvolvida com base em suas análises correlatas, de projeto que participaram do concurso de impressão 3D da NASA. Pegorar (2015) descreve que sua volumetria tinha por objetivo principal suprir as necessidades dos usuários e que o mínimo de esforço possível da tripulação teve influências nas decisões arquitetônicas. Mahoney (2018) afirma que quanto mais os seres humanos forem para o espaço, mais importante será utilização de recursos in-situ (ISRU) nos sistemas para geração de energia e como material construtivo. Desenvolvido em duas etapas, a primeira com a base para acomodação de quatro indivíduos (Figura 16), e a segunda, formação de uma colônia para 17 astronauta por meio do envio de mais unidades do habitat. (PEGORAR, 2015).

46 Figura 16: Perspectiva da Base Planetária de Luiz Pegorar

FONTE: Luiz Paulo Pegorar, Centro Universitário Belas Artes De São Paulo, 2016. Modificado pelo autor, 2018.

Utilizado nas paredes do entorno de toda a base, a impressão 3D com regolito, além de elemento estrutural, tem função de escudo de radiação solar, pois o regolito possui bom desempenho nessa questão. A base possui seis metros e meio de largura, e foi projetada para ser compatível ao foguete Space Lauch System, veículo desenvolvido pela NASA e que transportaria a base até Marte, conforme Figura 17. (PEGORAR, 2015). Figura 17: Esquema de montagem da base no foguete SLS

FONTE: Luiz Paulo Pegorar, 2016. Modificado pelo autor, 2018.

47 Na implantação geral da colônia formada (Figura 18), notam-se dois módulos de acomodação para quatro indivíduos (A) e três módulos para acomodação de três astronautas cada (B), construídos com materiais ISRU. Figura 18: Colônia de exploração em Marte (A - Base para 4 indivíduos, B - Base para 3 indivíduos)

FONTE: Luiz Paulo Pegorar, Centro Universitário Belas Artes De São Paulo, 2016. Modificado pelo autor, 2018.

Assim como na análise anterior, nessa proposta também foi utilizada a água como proteção para a radiação e as membranas ETFE, como estratégias de iluminação interna. A influência da luz na convivência humana é fundamental, pois regula nosso ritmo circadiano, e possibilita o desenvolvimento de vegetação para estudo. Elemento esse que se estende

48 por toda habitação, a membrana inflada economiza peso e espaço no foguete SLS, veículo no qual a base é transportada até o planeta Marte. (PEGORAR, 2015) Pegorar (2015) afirma que o uso de materiais menos combustíveis e diminuição das chances de explosão é um agente decisivo para o uso de airbags e para-quedas para o pouso do módulo que contém a base. Foi escalonada cada planta individualmente e cotada no software de modelagem ScketchUp para auxiliar no pré-dimensionamento do projeto a ser desenvolvido. Na figura 19, segue o programa de necessidades identificado: Figura 19: Programa de Necessidades

FONTE: Desenvolvido pelo autor, 2018.

primeiro

pavimento

base

(Figura

20),

localizam-se

antecâmaras, o compartimento para os trajes de exploração e o laboratório.

49 Figura 20: 1º Pavimento da Base Planetária

FONTE: Luiz Paulo Pegorar, Centro Universitário Belas Artes De São Paulo, 2016. Modificado pelo autor, 2018.

O segundo pavimento da base, possui o dormitório da tripulação, para a incidência de radiação ser a mínima possível, pois esse piso é protegido pela camada espessa impressa em regolito. No terceiro pavimento, ligado pela circulação vertical principal de todos os andares, possui área da cozinha, comunicações, enfermaria e área de exercícios (Figura 21).

50 Figura 21: 2ยบ e 3ยบ Pavimento da Base Planetรกria

FONTE: Luiz Paulo Pegorar, Centro Universitรกrio Belas Artes De Sรฃo Paulo, 2016. Modificado pelo autor, 2018.

51 A Figura 22 é um corte da base, onde as anotações manuscritas salientam pontos fundamentais no desenvolvimento do projeto, materiais e soluções que se pode aplicar neste trabalho. Figura 22: Corte da Base Planetária

FONTE: Luiz Paulo Pegorar, Centro Universitário Belas Artes De São Paulo, 2016. Modificado pelo autor, 2018.

Pegorar (2015) afirma que a impressão em regolito como base estrutural inferior é executada por meio de robôs que são enviados juntos com o foguete SLS, no entanto, o domo inflado com água para cobertura e estrutura superior é instalado pelos próprios astronautas, e o sistema de air bags funciona como proteção na aterrissagem e na parte inferior como elemento de nivelamento para a base. Portanto, pelas plantas e corte analisados é possível compreender como é a setorização e o fluxograma dos ambientes, além do acesso de todos os ambientes ocorrer pela escada principal. O método construtivo da base é misto, ambos utilizam da premissa ISRU e servem como barreira contra radiação.

52 3.3.

ANÁLISE 03 – TRANSHAB  Autor do projeto: NASA; Direitos comprados pela Bigelow Aerospace;  Localização: Estação Espacial Internacional – ISS;  Data: 1999. O

nome

projeto

uma

contração

das

palavras

Transit

Habitat, sugerindo a intenção original de projetar um veículo interplanetário para transferir humanos para Marte (KRISS, 2002). O TransHab (Figura 23) foi desenvolvido pela NASA na década de 90 com a premissa de implantar habitats expansíveis inflados por ar, o que facilita o transporte quando desinflado. Possui 8,2 metros de diâmetro quando instalado e foi criado para substituir o Módulo de Habitação da tripulação da ISS (DISMUKES, 2003; KRISS, 2002). Figura 23: Implantação do TransHab na estação espacial

FONTE: Hypervelocity Impact Technology. Disponível em: hvit.jsc.nasa.gov, 2004 Modificado pelo autor, 2018

Durante o desenvolvimento do TransHab ocorreram atrasos e aumento de custos do programa ISS e, em 1999, a National Space Society emitiu uma declaração de política recomendando que a NASA continuasse com

53 programas de tecnologias infláveis porém pausasse os estudos do módulo TransHab ISS (NSS, 1999). O design do TransHab é uma estrutura híbrida que combina a tecnologia do empacotamento e de uma estrutura inflável com vantagens de uma estrutura rígida (DISMUKES, 2003). O exterior inflável do TransHab possui cerca de 24 camadas de isolamento e proteção, formadas para quebrar partículas de detritos espaciais e minúsculos meteoritos que podem atingir o mesmo. As camadas externas fornecem isolamento de temperaturas no espaço que pode variar de 121ºC no sol a -128ºC na sombra (DISMUKES, 2003; KRISS, 2002). O TransHab é composto por quatro níveis com núcleo rígido e área inflada conforme (Figura 24): Figura 24: TransHab - Níveis

FONTE: NASA, 2001. Disponível em: spaceflight.nasa.gov. Modificado pelo autor, 2018

Na Figura 25, segue o programa de necessidades analisado:

54 Figura 25: Programa de Necessidades do TransHab

FONTE: Desenvolvido pelo autor, 2018.

O nível 01 possui uma cozinha com geladeira, freezer, forno de microondas, bebedouro e preparo de alimentos, além de uma mesa com capacidade para 12 pessoas, permitindo que toda a tripulação residente da ISS se reunisse, conforme Figura 26 (KRISS, 2002). Figura 26: Nível 01 do TransHab

FONTE: NASA, 2001. Disponível em: spaceflight.nasa.gov. Modificado pelo autor, 2018

O nível 02 (Figura 27) é o dormitório da tripulação e possui seis quartos individuais com 2,3m³ cada e um túnel central para circulação. Cada quarto

55 possui um saco de dormir, área para guardar itens pessoais e um computador para trabalho e recreação (KRISS, 2002). Figura 27: Nível 02 do TransHab

FONTE: NASA, 2001. Disponível em: spaceflight.nasa.gov. Modificado pelo autor, 2018

O nível 03 e 04 (Figura 28) são conectados e consistem em área para exercícios, com esteira e bicicleta ergonômica, além do espaço de assistência médica, limpeza corporal e janela para visualização da Terra. O espaço possui armários para armazenamento de suprimento. O nível 04 é um túnel pressurizado para ligação entre a habitação e qualquer veículo que o conduza (KRISS, 2002).

56 Figura 28: Nível 03 e 04 do TransHab

FONTE: NASA, 2001. Disponível em: spaceflight.nasa.gov. Modificado pelo autor, 2018

Schrimpsher (2006) afirma que por fim, devido ao bloqueio das pesquisas, a procura por patrocinadores privados foi iniciada. Desde então, a empresa privada Bigelow Aerospace adquiriu os direitos sobre as patentes desenvolvidas pela NASA e seguiu um projeto de estação espacial privada. Se construído, o TransHab teria dobrado a sala de armazenamento disponível na Estação Espacial Internacional. Após análise do projeto, toma-se como referência o programa de necessidades, a multifuncionalidade dos espaços e a separação das funções por pavimento.

57 3.4.

ANÁLISE 04 - MARS TRANSIT HABITAT

 Autor do projeto: NASA;  Localização: Implantação como habitação espacial para acoplagem na Estação Espacial Internacional – ISS por exemplo / Na superfície do planeta Marte;  Data: 1999. A habitação foi desenvolvida para ser aplicada em duas situações: a de gravidade zero, quando acoplada em alguma estação espacial ou transportada por foguete, e na atmosfera marciana que possui cerca de 1/3 da gravidade terrestre (SIMON, 2017). Simon (2017) afirma que projetado com vida útil de 15 anos, o Mars Transit Habitat possui 7,2 metros de diâmetro e possui portas axiais de acoplamento com alguma cápsula, áreas de fechamento por pressão ou veículo na superfície marciana. Na Figura 29, segue o programa de necessidades: Figura 29: Programa de necessidades do Mars Transit Habitat

FONTE: Desenvolvido pelo autor, 2018.

Possui dois pavimentos em orientação vertical. Localizam-se no 1º nível os principais suportes de vida e sistemas, com o ECLSS, acomodações da tripulação, portas de ancoragem radiais, estações de trabalho, cozinha, equipamentos para exercícios, resíduos e higiene. No 2º nível encontram-se os

58 suprimentos e dormitórios dos astronautas conforme Figura 30 que representa os cortes A e B respectivamente da habitação. Figura 30: Mars Transit Habitat - Corte A e B

FONTE: Matthew A. Simon, 21 de set. de 2018. Disponível em: nasa3d.arc.nasa.gov. Modificado pelo autor, 2018.

59 O layout interior não foi o único a ser testado, porém, a orientação horizontal é eficiente para um laboratório, para maior espaço de trabalho, mas não para função de habitat de superfície. Segundo Simon (2017) a meta da habitação possuir massa inferior a 43 toneladas pode ser alcançada com a continuidade dos estudos e aprimoramento do estado da arte - experiências no campo de prova cislunar como: o redesenho de trechos ou de todo o habitat, da estrutura, de sistemas vitais, de suporte e instalações, além da utilização de recursos ISRU. Portanto, com a análise de todos os ambientes e medições feitas a partir da modelagem 3D disponibilizada pelo site NASA 3D Resources, por Matthew A. Simon é possível desenvolver o pré-dimensionamento e utilizar dos blocos de mobiliários do mesmo para projetação mais próxima do real no projeto da base planetária a ser desenvolvida

3.5.

CONSIDERAÇÕES A RESPEITO DAS ANÁLISES CORRELATAS. Todas as análises contribuem diretamente na proposta, nos fatores

criativos e técnicos como: forma, uso dos ambientes, materiais construtivos, limitações de espaço, programa de necessidades, layout, blocos de mobiliários e sistemas suficientes para uma habitação em Marte com capacidade de suprir as necessidades humanas.

61 CAPÍTULO 4 - PROPOSTA DA HABITAÇÃO EM MARTE A Universidade Espacial Internacional (2014) afirma que a humanidade está testemunhando o início de uma nova era na exploração espacial, e em um futuro próximo o homem alcançara o espaço. As missões principais de exploração, como descritas no CAPITULO 1 – AVANÇOS NA EXPLORAÇÃO ESPACIAL, objetivam na conquista do planeta Marte e criação de um assentamento humano no mesmo. A proposta da base planetária é um projeto de arquitetura espacial que une os conhecimentos arquitetônicos e de design humanos com a ambição de suprir as necessidades de abrigo na exploração do planeta Marte. As principais condicionantes para o desenvolvimento do projeto são as preocupações com segurança, saúde em ambientes fora da Terra e necessidades humanas principais. Entende-se que qualquer futura missão unidirecional à Marte será repleta de incontáveis questões técnicas, humanísticas, e outros dilemas (INTERNATION SPACE UNIVERSITY, 2014). A ideia de que os colonos marcianos nunca mais verão suas famílias é apenas uma das questões. Em relação à segurança pode-se elencar as ameaças ambientais como radiação, gravidade, baixas temperaturas, vendavais e vácuo (INTERNATION SPACE UNIVERSITY, 2014). A Universidade Espacial Internacional (2014) produziu um relatório (Mars Mission Technologies Mars Now) a partir da discussão sobre um possível assentamento humano no planeta pois entende-se que o envio de mais astronautas para Marte e interesses políticos de diversas nações são consequências imediatas.

4.1. PROGRAMA DE NECESSIDADES, PRÉ-DIMENSIONAMENTO E SETORIZAÇÃO Conforme McLeod (2007) apud Internation Space University (2014), a Hierarquia de Necessidades de Maslow’s é uma teoria da psicologia criada em 1943, que classifica as atividades básicas para desenvolvimento saudável

62 do corpo e mente humanos na Terra (Figura 31), portanto quando se trata de vida em outro planeta, essas necessidades são revistas. Figura 31: A - Hierarquia de Necessidades de Maslow’s original; B - Hierarquia de Necessidades de Maslow’s do homem em Marte.

FONTE: International Space University, Mars Mission Technologies Mars Now. 2014. Pg. 50-116 Captura de tela realizado e modificado pelo autor, 2018.

Analisando a teoria aplicada nos astronautas na conquista de Marte, a diferença crítica é que a base da pirâmide original é disponível facilmente na Terra (água, comida, dormir e respirar) pode ser adquirido com esforço pessoal (abrigo e roupas). No entanto, a situação é completamente diferente em Marte. Portanto, é necessária tecnologia para produção desses elementos, pois os sistemas necessitaram de energia ininterrupta para operar, o que coloca como prioridade na pirâmide de necessidades a geração de energia, crucial para a vida no planeta. Baseado no programa de necessidades das análises correlatas, é desenvolvido o fluxograma inicial da habitação na Figura 32 e em sequência, na As modificações necessárias no fluxograma foram necessárias para atender a necessidade de ambientes/fluxos do habitat. Adicionou-se a área de suprimentos e a enfermaria foi relocada no 1º pavimento (Work), pois caso

63 alguma intempere aconteça não será necessário transportar o indivíduo avariado para atendimento no 3º pavimento como no fluxograma anterior. Assim, o 3º pavimento (Health) compreende a cozinha, academia e lazer do habitat. O espaço de comunicação foi locado ao laboratório, visto que os computadores estão distribuídos nessa área. Figura 33 o fluxograma final modificado durante o estudo. Figura 32: Fluxograma Inicial do Habitat

FONTE: Desenvolvido pelo autor, 2018

As modificações necessárias no fluxograma foram necessárias para atender a necessidade de ambientes/fluxos do habitat. Adicionou-se a área de suprimentos e a enfermaria foi relocada no 1º pavimento (Work), pois caso alguma intempere aconteça não será necessário transportar o indivíduo avariado para atendimento no 3º pavimento como no fluxograma anterior. Assim, o 3º pavimento (Health) compreende a cozinha, academia e lazer do habitat. O espaço de comunicação foi locado ao laboratório, visto que os computadores estão distribuídos nessa área.

64 Figura 33: Fluxograma final do habitat

FONTE: Desenvolvido pelo autor, 2019

Na sequência, a Figura 34 designa o programa de necessidades e o prédimensionamento inicial do habitat, baseado nas consultas feitas a partir de plantas, cortes e modelagens 3D disponibilizadas no site 3D Resources para conferência de dimensões, o programa de necessidades resultou em uma junção de todos os espaços essenciais para desenvolvimento da habitação. Desenvolvido juntamente com o fluxograma e com todo o banco de informações acumulado no decorrer das pesquisas. Modificado no decorrer do trabalho, o programa de necessidades e pré-dimensionamento final foi transformado em um quadro de áreas pois os ambientes são compartilhados e optou-se por demonstrar suas áreas (Figura 35) ao invés de separar como setor anteriormente.

65 Figura 34: Programa de Necessidades e PrĂŠ-dimensionamento do habitat

FONTE: Desenvolvido pelo autor, 2018

Figura 35: Programa de Necessidades e Pré-Dimensionamento Final do Habitat

FONTE: Desenvolvido pelo autor, 2019

4.2.

MEMORIAL

A Universidade Espacial Internacional (2014) afirma que a equipe Mars NOW propõe que o habitat inicial do assentamento humano de Marte seja um híbrido, uma combinação de uma estrutura rígida e inflável. O objetivo da equipe da Mars NOW não é propor soluções únicas para a habitação inicial e de longo prazo em Marte, mas sim mostrar que vários fatores técnicos, arquitetônicos, psico-fisiológicos interconectados existem e devem ser supridos (INTERNATION SPACE UNIVERSITY, 2014). As análises correlatas foram fundamentais nas decisões técnicas e criativas, e alguns tópicos foram incorporados ao projeto, como na: Análise 01 – Ice House:  Técnicas construtivas (água como material construtivo);

67  Uso da membrana de ETFE na cobertura do domo;  Jardim hidropônico na zona intermediária;  Forma orgânica do habitat;  Dimensões de ambientes e mobiliários;  Método de envio do núcleo do habitat e procedimento de pouso. Análise 02 - Base Planetária em Marte: Arquitetura Espacial:  Forma orgânica;  Impressão em 3D com regolito;  Domo de ETFE inflado com água e posteriormente solidificado;  Setorização;  Fluxograma;  Programa de necessidades;  Distribuição do Layout;  Método de envio do núcleo e pouso. Análise 03 e 04 – TransHab e Mars Transit Habitat:  Programa de necessidades;  Multiuso dos espaços;  Blocos de modelagem disponibilizados pela NASA 3D Resources;  Setorização das funções por pavimento; Assim, o Mars 01 Hab é a aplicação de um compilado de condicionantes e decisões a partir de outros habitats com o mesmo intuito. A segurança, saúde e as necessidades básicas do homem são fundamentais para a missão, e esses materiais protegerão diretamente a tripulação contra os impactos da atmosfera marciana. O habitat pode ser construído em diversas áreas para pouso, que pode fornecer proteção natural para os colonos e luz natural, diminuindo assim as exigências de energia. Foi de grande importância entender como o núcleo do habitat chegaria na superfície marciana e as soluções construtivas influenciariam diretamente na forma, então optou-se por um sistema misto: impressão 3D de

68 regolito na base, núcleo em liga de lítio enviado pelo foguete SLS e domo de proteção em Membrana ETFE com estrutura de fios de Dyneema. A impressão 3D, pelo método de contorno, simulando as condições fora do planeta Terra, é desenvolvida na Califórnia pelo engenheiro Behrokh Khoshnevis. O método utilizado é chamado de elaboração de contorno e funciona como qualquer impressão 3D convencional, exceto pela dimensão dos robôs e uso do concreto ao invés do plástico (INTERNATION SPACE UNIVERSITY, 2014). Usando o método ISRU, a grande possibilidade é utilizar o solo de regolito e água na criação de uma massa para matéria prima construtiva. (INTERNATION SPACE UNIVERSITY, 2014). A dimensão do núcleo do habitat permite o transporte pelo Space Launch System, que envia o núcleo e a tripulação, porém só é utilizado como habitação quando construído na superfície de Marte. O núcleo chega na superfície de Marte e é desacoplado do foguete e liberado na atmosfera que equipado com air bags, aterrissa. Assim, o foguete pousa na superfície e imediatamente os robôs construtores, iniciam o processo de locação e impressão. O núcleo é construído na Terra com chapas de liga de lítio e alumínio e foi projetado visando o uso misto do espaço, devido sua dimensão de 6,30 metros, seu espaço interno é delimitado pelo mobiliário, pois as barreiras físicas são apenas a enfermaria e o banheiro pois possuem porta para privacidade. Os demais pavimentos são uma espécie de longe, possibilitando melhor aproveitamento do espaço devido as várias funções desenvolvidas simultaneamente. Na zona intermediária, é implantado o jardim hidropônico para cultivo de mudas e experiências e utilizado se necessário para produção de alimentos. A membrana de Etileno Tetrafluoroetileno (ETFE) possui resistência à tensão e funciona perfeitamente em baixas temperaturas, assim foi escolhida como material de revestimento para a cobertura. O domo é inflado assim que o método de contorno foi concluído. Projetado para a mínima intervenção humana na construção, o domo é locado por robôs construtores que são

69 enviados junto ao foguete SLS e inflado com a água retirada da superfície de Marte, que consequentemente se solidifica, tornando assim a cobertura rígida. Nessa estrutura de ETFE, os nós que estruturam as ligações entre cada bolha a ser preenchida são constituídos por fios de Dyneema, material este com grande resistência e aparência similar a cabos de aço. Nas páginas a seguir, o anteprojeto do Mars 01 Hab.

PLANTA DE LAYOUT TÉRREO (WORK)

PLANTA DE IMPLANTAÇÃO

PLANTA DE LAYOUT 1º PAVIMENTO (REST)

PLANTA DE LAYOUT 2º PAVIMENTO (HEALTH)

UNEMAT - FACULDADE DE ARQUITETURA E URBANISMO PLANTA BAIXA TÉRREO (WORK)

PLANTA BAIXA 1º PAVIMENTO (REST)

PLANTA BAIXA 2º PAVIMENTO (HEALTH)

DISCENTE:

WILLIAM MINUSCULLI DEGENHART

DATA

20/05/2019

DISCIPLINA:

TCC 2

ESCALA: INDICADA

TEMA:

MARS 01 HAB.

FOLHA

1/3

CORTE AA'

CORTE BB'

UNEMAT - FACULDADE DE ARQUITETURA E URBANISMO DISCENTE:

WILLIAM MINUSCULLI DEGENHART

DATA

20/05/2019

DISCIPLINA:

TCC 2

ESCALA: INDICADA

TEMA:

MARS 01 HAB.

FOLHA

2/3

VISTA 01

VISTA 02

UNEMAT - FACULDADE DE ARQUITETURA E URBANISMO DISCENTE:

WILLIAM MINUSCULLI DEGENHART

DATA

20/05/2019

DISCIPLINA:

TCC 2

ESCALA: INDICADA

TEMA:

MARS 01 HAB.

FOLHA

3/3

73 4.3. LOCAL DE IMPLANTAÇÃO A implantação da habitação será no Valles Marineris, um canyon de 4000 km de comprimento que varia 2 a 7 km de profundidade. O recorte na Figura 36 do terreno é de 250000mx250000m, demonstra graficamente a superfície do Valle Marineris, com relevo ampliado em 4x, disponilizado pelo arquivo de modelagens da NASA. Figura 36: Recorte no Valles Marineris

FONTE: NASA LaRC Advanced Concepts Lab, AMA Studios, 2015. Disponível em: nasa3d.arc.nasa.gov. Modificado pelo autor, 2018

A implantação do projeto é na Latitude: -13.48428º Longitude: 58.25763º do planeta (Figura 37). O terreno localiza-se dentro das 58 zonas propícias para colonização no planeta e foi escolhido pela proximidade das áreas com água no subterrâneo e devido a proteção das tempestades de vento no vale.

Figura 37: Vista do Valle Marineris por satélite

FONTE: Mars Trek, disponível em: marstrek.jpl.nasa.go. Modificado pelo autor, 2018.

4.4

ESTUDO FORMAL/VOLUMETRIA Baseado nas conquistas de exploração, a habitação possui um domo

de formato orgânico, possibilita menor impacto e evita a criação de uma barreira contra intempéries da atmosfera. A zona adjacente é formada por um sistema de construção mista, a base é efetivada a partir da impressão 3D com solo do planeta e o domo é composto pela membrana ETFE inflada com água e posteriormente congelada. A malha irregular no domo a ser desenvolvida foi inspirada no formato das bolhas de água na superfície, como estudado por Frei Otto e aplicado em diversas áreas da ciência no diagrama de Voronoi. Este diagrama sendo um tridimensional é uma estrutura modular não comum e adaptativa, e assim

75 pode ser aplicado em vários ramos do design e da arquitetura. (FRIEDRICH, 2008). Pelo fato da estrutura ser inflada pela membrana de EFTE preenchida com água, possibilita a amarração para o domo, a presença de luz natural no habitat e bloqueio da radiação da superfície. Na impressão em regolito da base, as paredes avantajadas funcionam como escudo de radiação solar e possibilitam maior rigidez na parte inferior da habitação. Na Figura 38, alguns croquis e ideias iniciais para a volumetria. Figura 38: Croquis iniciais da habitação

FONTE: Desenvolvido pelo autor, 2018

76 Nas etapas seguintes do projeto, a forma foi aperfeiçoada (Figura 39) , porém manteve-se a ideia, características visuais e materiais escolhidos anteriormente.

Figura 39: Volumetria do Habitat

FONTE: Desenvolvido pelo autor, 2019

A seguir, a Figura 40 e a Figura 41 a demonstram a volumetria do habitat, o veículo utilizado para envio do núcleo para o planeta e o rover.

77 Figura 40: Mars 01 Hab implantado.

FONTE: Desenvolvido pelo autor, 2019 Figura 41: Mars 01 Hab - Vista

FONTE: Desenvolvido pelo autor, 2019

79 CAPÍTULO 5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS O desenvolvimento do presente estudo possibilitou uma análise a respeito dos avanços do homem ao espaço e como essas descobertas influenciam diretamente na sociedade positivamente, geram empregos, fomentam as pesquisas acadêmicas e expandem os horizontes do conhecimento humanos sobre a história e a biologia e abrem a discussões como a de existência de uma nova gênese no planeta e até como povoar da maneira menos destrutiva e sustentável possível. As restrições planetárias também influenciam as características e desenhos do habitat e devem ser levadas em consideração. Esses requisitos formam uma complexa estrutura interconectada e deve ser abordada metodicamente para o sucesso da missão. Conclui-se que na exploração espacial a necessidade de um abrigo elaborado para a tripulação é fundamental para melhores resultados e segurança nas expedições em qualquer superfície fora da Terra e a partir das análises correlatas, materiais e métodos o MARS 01 HAB foi projetado. Assim, o presente trabalho é uma contribuição para o estado da arte, e servirá como material de apoio para estudos similares. Se possível, o projeto será continuado para conhecimento público.

80 REFERÊNCIAS BBC, Elon Musk revela plano de usar foguete para viajar para qualquer parte da Terra em menos de 1 hora, 2017. Disponível em: <https://www.bbc.com/portuguese/geral-41446973>. Acesso em: 15 out. 2018. BOYNTON, W. V. et al. Distribution of hydrogen in the near surface of Mars: Evidence for subsurface ice deposits. Cience, v. 297, n. 5578, p. 81-85, 2002. Disponível

em:

http://www.ifa.hawaii.edu/~meech/a740/2004/fall/papers/boynton_2002.pdf >. Acesso em: 01 out. 2018 BROYAN, James Lee. Waste collector system technology comparisons for constellation applications. SAE Technical Paper, 2007.

Disponível em:

<https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20070016696 >. Acesso em: 19 nov. 2018. CARDOSO,

Luisa.

Corrida

espacial.

Disponível

em:

<https://www.infoescola.com/historia/corrida-espacial/>. Acesso em: 25 set. 2018. CARLEIAL, Aydano Barreto. Uma breve história da conquista espacial. Parcerias

Estratégicas,

21-30,

2009.

Disponível

em:

<http://www.ufpa.br/ensinofts/artigos/breve%20historia%20dos%20foguetes.p df>. Acesso em: 06 nov. 2018. CARR, Michael H. The surface of Mars. Cambridge University Press, 2007. Disponível

em:

<https://www.cambridge.org/core/books/surface-of-

mars/82F28AFD6BFD8785D5E5B42581FC6859>. Acesso em: 15 out. 2018. CDA,

Santa

Catarina.

Centro

Divulgação

Astronomia,

USP. Marte. 2000. Disponível em: <http://www.cdcc.usp.br/cda/aprendendobasico/sistema-solar/marte.html#Heading23>. Acesso em: 09 out. 2018.

CHRISTENSEN, Philip R. et al. Mars Global Surveyor Thermal Emission Spectrometer experiment: investigation description and surface science results. Journal of Geophysical Research: Planets, v. 106, n. E10, p. 23823-23871, 2001.

Disponível

em:

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2000JE001370 >. Acesso em: 01 out. 2018. COLLINS.

Definição

'cislunar'.

Disponível

<https://www.collinsdictionary.com/pt/dictionary/english/cislunar>.

em: Acesso

em: 10 out. 2018. CZUPALLA, Markus et al. Analysis of a spacecraft life support system for a Mars mission. Acta Astronautica, v. 55, n. 3-9, p. 537-547, 2004. Disponível em: < https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15806741>. Acesso em: 18 nov. 2018. DISCOVER THE SPACE. International Space Station Time. Disponível em: <https://superstarfloraluk.com/3512584-International-Space-StationTime.html>. Acesso em: 24 set. 2018. FARINACCIO, Rafael. Por que exploração e pesquisas espaciais são importantes

para

humanidade.

2018.

Disponível

em:

<https://www.tecmundo.com.br/ciencia/127611-exploracao-pesquisasespaciais-importantes-humanidade.htm >. Acesso em: 06 nov. 2018. FOGG, Martyn J. The utility of geothermal energy on Mars. Journal of the British Interplanetary Society, v. 49, n. 11, p. 403-422, 1996. Disponível em: < http://www.users.globalnet.co.uk/~mfogg/fogg1996.pdf>. Acesso em: 01 nov. 2018.

82 FRIEDRICH, Eva. The Voronoi diagram in structural optimisation. 2008. Tese de Doutorado. UCL (University College London). Disponível em: < https://pdfs.semanticscholar.org/9dbb/59e645e1219150fa262c0849988ae492 27de.pdf>. Acesso em: 05 nov. 2018. G1. Relembre frases de Neil Armstrong, primeiro homem na Lua. Disponível

em:

<http://g1.globo.com/ciencia-e-

saude/noticia/2012/08/relembre-frases-de-neil-armstrong-primeiro-homemna-lua.html>. Acesso em: 24 set. 2018. GAGARIN, Yuri. Soviet Man in Space. Honolulu, Havaí: The Minerva Group,

Inc.,

2001.

112

Disponível

em:

<https://books.google.com.br/books?id=P180sjRuqi4C&printsec=frontcover& hl=pt-BR&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false>. Acesso em: 20 out. 2018. GEOSATHS.

Satellites

History.

1997.

Disponível

em:

<http://www.geosats.com/sathist.html >. Acesso em: 06 nov. 2018. HASSLER, Donald M. et al. Mars’ surface radiation environment measured with the Mars Science Laboratory’s Curiosity rover. science, v. 343, n. 6169, p. 1244797,

2014.

Disponível

em:

http://science.sciencemag.org/content/343/6169/1244797>. Acesso em: 12 out. 2018. HECHT, M. H.; HOFFMAN, J. A.; TEAM, Moxie. The Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE) on the Mars 2020 Rover. In: 3rd International Workshop on Instrumentation

for

Planetary

Mission.

2016.

Disponível

em:

<https://www.hou.usra.edu/meetings/ipm2016/pdf/4130.pdf>. Acesso em: 15 nov. 2018.

83 INFOESCOLA: NAVEGANDO E APRENDENDO. Ritmos circadianos. Disponível em: <https://www.infoescola.com/fisiologia/ritmos-circadianos/>. Acesso em: 04 out. 2018. INTERNATION

SPACE

UNIVERSITY,

2014,

Illkirch-graffenstaden,

França. Assessing Cave Capabilities Establishing Specific Solutions (ACCESS) Mars - FINAL REPORT. Illkirch-graffenstaden, França: International Space University, 2014. 136

Disponível

em:

<https://isulibrary.isunet.edu/doc_num.php?explnum_id=635>. Acesso em: 01 out. 2018. INTERNATION

SPACE

UNIVERSITY,

2014,

Illkirch-graffenstaden,

França. Assessing Cave Capabilities Establishing Specific Solutions (ACCESS) Mars - FINAL REPORT. Illkirch-graffenstaden, França: International Space University,

2014.

136

Disponível

em:

<https://isulibrary.isunet.edu/doc_num.php?explnum_id=635>. Acesso em: 01 out. 2018. ISECG. Benefits Stemming from Space Exploration. 1 ed. [S.L.: s.n.], 2013. 26 p. Disponível em: <https://www.nasa.gov/sites/default/files/files/BenefitsStemming-from-Space-Exploration-2013-TAGGED.pdf>. Acesso em: 04 de out. 2018 KIM

DISMUKES.

TransHab

Concept,

2003.

Disponível

em:

<https://spaceflight.nasa.gov/history/station/transhab/>. Acesso em: 26 out. 2018. KLUGER, Jeffrey. Donald Trump Said America Is Going to Mars. Here's Why That

Won’t

Happen

Any

Time

Soon.

2018.

Disponível

em:

84 http://time.com/5202056/space-force-mars-donald-trump/>. Acesso em: 06 nov. 2018. MAHONEY,

Erin. In-Situ

Resource

Utilization. 2018.

Disponível

em:

<https://www.nasa.gov/isru>. Acesso em: 20 out. 2018. MARSHALL, George C. International Space Station. Environmental Control and Life Support System, Huntsville, ALABAMA, p. 1-4, nov. 2008. Disponível

em:

<https://www.nasa.gov/sites/default/files/104840main_eclss.pdf>. Acesso em: 20 set. 2018. MAY, Todd A.; CREECH, Stephen D. Nasa's space launch system (sls) program:

Mars

program

utilization.

2012.

Disponível

em:

https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20120015287>. Acesso em: 17 nov. 2018. MCLEOD, Saul. Maslow's hierarchy of needs. Simply Psychology, v. 1, 2007. Disponível em: < https://www.simplypsychology.org/maslow.html>. Acesso em: 30 out. 2018. MORRIS, Michael et al. Mars Ice House: Using the physics of phase change in 3D printing a habitat with H2O. In: AIAA SPACE 2016. 2016. p. 5528. Disponível em: < https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2016-5528>. Acesso em: 01 out. 2018 NASA,

National

Aeronautics

And

Space

Administration,

Human

exploration and operations exploration objectives HEOMD-001, Washington, D.C.,

EUA,

01,

001,

19,

jul.

2016.

Disponível

em:

<https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/heomd_001_exploration _objectives_baseline_release_090716.pdf>. Acesso em: 10 out. 2018.

85 NASA, National Aeronautics And Space Administration, NASA’s Journey to Mars: Pioneering Next Steps in Space Exploration. Washington: NASA, 2015. 36

Disponível

em:

<https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/journey-to-mars-nextsteps-20151008_508.pdf>. Acesso em: 09 out. 2018. NASA,

National

Aeronautics

And

Space

Administration,

Washington. Asteroid Redirect Mission Crewed Mission (ARCM) Concept Study: Mission Formulation Review. Mission Formulation Review: Nasa, 2012. 19 p.

Disponível

em:

<https://www.nasa.gov/sites/default/files/files/Asteroid-

Crewed-Mission-Stich-TAGGED2.pdf>. Acesso em: 09 out. 2018. NASA. NASA Selects 'MAVEN' Mission to Study Mars Atmosphere. 2008. Disponível

em:

<https://www.nasa.gov/mission_pages/mars/news/maven_20080915.html>. Acesso em: 09 out. 2018. NASA. National Aeronautics And Space Administration, Deep space gateway to open opportunities for distant destinations. 2017. Disponível em: <https://www.nasa.gov/feature/deep-space-gateway-to-openopportunities-for-distant-destinations>. Acesso em: 11 out. 2018. NASA.

National

Aeronautics

And

Space

Administration,

Human

Exploration of Mars Design Reference Architecture 5.0 Addendum. Washington: Nasa,

2009.

406

Disponível

em:

<https://www.nasa.gov/pdf/373667main_NASA-SP-2009-566-ADD.pdf>. Acesso em: 01 out. 2018. National Space Society (NSS) (1999-06-10). National Space Society Announces

Policy

Transhab.

Press

release.

86 http://nss.org/news/releases/release74.html.

Retrieved

2007-06-

10. Disponível em: <http://space.nss.org/>. Acesso em: 25 out. 2018. NEWTON, ISAAC. Philosophiae naturalis principia mathematica. G. Brookman,

1833.

Disponível

em:

<https://books.google.com/books/about/Philosophiae_naturalis_principia_m athema.html?id=5Zs8tAEACAAJ>. Acesso em: 05 nov. 2018. REDAÇÃO REVISTA GALILEU. Como a NASA pretende chegar a Marte na década

2030. 2017.

Disponível

em:

<https://revistagalileu.globo.com/Ciencia/noticia/2017/05/como-nasapretende-chegar-marte-na-decada-d>. Acesso em: 09 out. 2018. REVISTA UFO. Nostalgia: Kenneth Arnold, o início de tudo em 24 de junho de

1947.

Disponível

em:

<https://ufo.com.br/noticias/nostalgia-kenneth-

arnold-o-inicio-de-tudo-em-24-de-junho-de-1947/>. Acesso em: 21 set. 2018. ROSENFIELD, KARISSA. "Clouds AO e SEArch vencem o concurso "Mars Habitat" da NASA com proposta em impressão 3D" [Clouds AO and SEArch Win NASA's Mars Habitat Competition with 3D-Printed Ice House] 17 Out 2015. ArchDaily Brasil. (Trad. Sbeghen Ghisleni, Camila). Disponível em: <https://www.archdaily.com.br/br/775091/clouds-ao-and-search-win-nasasmars-habitat-competition-with-3d-printed-ice-house> ISSN 0719-8906. Acesso em: 09 out. 2018. SCHRIMPSHER, Dan (2006-08-21). "Interview: TransHab developer William Schneider". TheSpaceReview.com. Retrieved 2007-06-10. Disponível em: < http://www.thespacereview.com/article/686/1>. Acesso em: 28 out. 2018. SIDNEY, Cibele. A história da exploração espacial. 2012. Disponível em: http://www.inape.org.br/coluna/si-belle-la-science/historia-exploracaoespacial. Acesso em: 06 nov. 2018.

87 SIMON, Matthew et al. NASA's advanced exploration systems Mars transit habitat refinement point of departure design. In: Aerospace Conference, 2017 IEEE.

IEEE,

2017.

1-34.

Disponível

em:

<https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20170002219.pdf>. Acesso em: 01 nov. 2018. SMITH, David Alan; JACKMAN, Angie. Space Launch System. 2016. Disponível em: <https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20160010361>. Acesso em: 19 nov. 2018. SQUYRES, S. W. et al. Ice in the Martian regolith. Mars, p. 523-554, 1992. Disponível

em: http://adsabs.harvard.edu/abs/1992mars.book..523SAcesso

em: 01 out. 2018 WARREN, Stephen G.; BRANDT, Richard E.; GRENFELL, Thomas C.. Visible and near-ultraviolet absorption spectrum of ice from transmission of solar radiation into sn. Applied Optics, Seattle, Washington, v. 45, n. 21, p.5320-5334, 20

jul.

2006.

Disponível

em:

<https://www.osapublishing.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-45-21-5320>. Acesso em: 12 out. 2018. WEBSTER

al.

Mars

Curiosity,

2017.

Disponível

em:

<https://www.nasa.gov/feature/jpl/large-solar-storm-sparks-global-auroraand-doubles-radiation-levels-on-the-martian-surface>. . Acesso em: 15 out. 2018. WILLIAMS, J.; BRATKOVICH, T.; BUSSING, T. Atmospheric water vapor adsorption for Mars in situ resource utilization. In: 35th Joint Propulsion Conference

and

Exhibit.

1999.

2412.

Disponível

em:

https://www.lpi.usra.edu/meetings/ISRU-III-99/pdf/8022.pdf>. Acesso em: 01 nov. 2018.

WILLIAMS, Steven H. The winds of Mars: aeolian activity and landforms. 1997. DisponĂvel em: < https://www.lpi.usra.edu/publications/slidesets/winds/ >. Acesso em: 09 out. 2018.