HABITAÇÃO EM MARTE by William Degenhart

WILLIAM MINUSCULLI DEGENHART

HABITAÇÃO EM MARTE

Trabalho de conclusão de Curso apresentado à Universidade do Estado de Mato Grosso como parte dos requisitos da disciplina Trabalho de Conclusão de Curso 1 do Curso de Arquitetura e Urbanismo. Orientadora: Prof. Me. Eveline Nunes Costa.

Barra do Bugres - MT 2018

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

LISTA DE FIGURAS Figura 1: Fases da Exploração Espacial - NASA .................................................................................. 17 Figura 2: Duração do dia e comparação de tamanho entre a Terra e Marte ........................... 24 Figura 3: Satélites de Marte, Fobos e Deimos, vista 90º ..................................................................... 25 Figura 4: Componentes da atmosfera marciana .............................................................................. 26 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) ................................................................................................................................................ 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: Esquema de água como escudo para radiação e possibilidade de iluminação .... 40 Figura 10: Programa de necessidades ................................................................................................. 40 Figura 11: Corte - Ice House (A- Núcleo do Habitat, B – Zona de Contenção Intermediária)FONTE: Clouds AO e SEAch, 2015. ............................................................................... 42 Figura 12: 1º Pavimento da Ice House. ................................................................................................. 43 Figura 13: 2º pavimento da Ice House ................................................................................................. 44 Figura 14: 3º Pavimento da Ice House .................................................................................................. 45 Figura 15: 4º Pavimento da Ice House .................................................................................................. 46 Figura 16: Perspectiva da Base Planetária de Luiz Pegorar ............................................................. 47 Figura 17: Esquema de montagem da base no foguete SLS .......................................................... 48 Figura 18: Colônia de exploração em Marte (A - Base para 4 indivíduos, B - Base para 3 indivíduos)................................................................................................................................................... 49 Figura 19: Programa de Necessidades................................................................................................. 50 Figura 20: 1º Pavimento da Base Planetária ....................................................................................... 51 Figura 21: 2º Pavimento da Base Planetária ....................................................................................... 52 Figura 22: 3º Pavimento da Base Planetária ....................................................................................... 53 Figura 23: Corte da Base Planetária ..................................................................................................... 54

Figura 24: Implantação do TransHab na estação espacial ............................................................. 55 Figura 25: TransHab - Níveis ..................................................................................................................... 56 Figura 26: Programa de Necessidades do TransHab ......................................................................... 57 Figura 27: Nível 01 do TransHab.............................................................................................................. 57 Figura 28: Nível 02 do TransHab.............................................................................................................. 58 Figura 29: Nível 03 e 04 do TransHab ..................................................................................................... 59 Figura 30: Programa de necessidades do Mars Transit Habitat ...................................................... 60 Figura 31: Mars Transit Habitat - Corte A e B ........................................................................................ 61 Figura 32: A - Hierarquia de Necessidades de Maslow’s original; B - Hierarquia de Necessidades de Maslow’s do homem em Marte. ...................................................................................................... 67 Figura 33: Fluxograma do Habitat ......................................................................................................... 68 Figura 34: Pré-dimensionamento da habitação ................................................................................ 69 Figura 35: Recorte no Valles Marineris .................................................................................................. 72 Figura 36: Vista do Valle Marineris por satélite .................................................................................... 73 Figura 37: Croquis da habitação ........................................................................................................... 74

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) Sistemas de Suporte de Controle Ambiental e Sobrevivência 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 ISRU - In-Situ Resource Utilization 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 MEPAG - Mars Exploration Program Analysis Group MGS - Mars Global Surveyor MOXIE - Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment 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 WCS - Waste Collection System

SUMÁRIO INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................... 9 CAPITULO 1 – AVANÇOS NA EXPLORAÇÃO ESPACIAL ..................................................................... 9 1.1.

FASES DA EXPLORAÇÃO ESPACIAL ATUAL ........................................................................... 15

CAPÍTULO 2 – O PLANETA MARTE ....................................................................................................... 24 2.1.

ATMOSFERA E RADIAÇÃO ....................................................................................................... 26

2.2.

CONDICIONANTES CLIMÁTICOS ............................................................................................ 27

2.3.

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

2.4.

LOCAIS IDEAIS PARA POUSO E TOPOGRAFIA ...................................................................... 30

2.5.

CONDICIONANTES DE PROJETO NO PLANETA .................................................................... 31

2.5.1.

Sistema de Energia e o In-Situ Resource Utilization (ISRU) ............................................. 31

2.5.2.

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

2.5.3.

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

2.5.4.

Transporte até o planeta .................................................................................................... 35

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

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

3.2.

ANÁLISE 02 – BASE PLANETÁRIA EM MARTE: ARQUITETURA ESPACIAL ............................ 47

3.3.

ANÁLISE 03 – TRANSHAB .......................................................................................................... 55

3.4.

ANÁLISE 04 - MARS TRANSIT HABITAT ...................................................................................... 60

3.5.

CONSIDERAÇÕES A RESPEITO DAS ANÁLISES CORRELATAS. ............................................ 62

CAPÍTULO 4 - PROPOSTA DA HABITAÇÃO EM MARTE ...................................................................... 66 4.1.

PROGRAMA DE NECESSIDADES, PRÉ-DIMENSIONAMENTO E SETORIZAÇÃO ................. 66

4.2.

SISTEMAS CONSTRUTIVOS ......................................................................................................... 70

4.3.

LOCAL DE IMPLANTAÇÃO ....................................................................................................... 72

4.4

ESTUDO FORMAL/VOLUMETRIA............................................................................................... 73

CAPÍTULO 5 – CONSIDERAÇÕES PARCIAIS ....................................................................................... 78 REFERÊNCIAS ........................................................................................................................................ 79

9 INTRODUÇÃO A busca pelo desconhecido é a essência do homem e a história é documentada gradativamente ao longo da evolução. Na lacuna histórica de exploração além do planeta Terra, a invenção da luneta astronômica em 1610 por Galileu Galilei e posteriormente 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). Desde então o conhecimento efetivo do espaço movimentou a ficção científica literária e cinegráfica. 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, o cosmonauta Yuri Gagarin a orbitar o planeta Terra, 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 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 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). Nesse sentido, considerando o planejamento americano para o povoamento de Marte que surge a problemática desse trabalho. Quais

10 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 a avaliar os materiais que melhor se adequam a um projeto de habitação em marte, relacionar as possibilidades de transporte da habitação até marte, pré-dimensionar um módulo habitacional que permita moradia e pesquisas. Como metodologia, além das análises dos dados fornecidos pela NASA, tem-se o estudo do foguete Space Lauch System (SLS) que levará uma tripulação terrestre para Marte, a análise projetos de edificações propostas, seus programas de necessidades, materiais e volumetrias.

12 CAPITULO 1 – AVANÇOS NA EXPLORAÇÃO ESPACIAL Em 1610, o astrônomo Galileu Galilei desenvolveu a luneta astronômica, instrumento que possibilitou Isaac Newton publicasse em 1687, todos seus estudos da realidade física, mecânica, astronomia e matemática em sua obra “Princípios Matemáticos da Filosofia Natural”. Com essa publicação, a surge a possibilidade de exploração espacial e demonstra 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. Desde então, as viagens espaciais eram apenas um sonho expressado na ficção cientifica, como livro publicado em 1865 por Júlio Verne e o primeiro filme com a temática, 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 avião pelos irmãos Wright deu ênfase as pesquisas. (GEOSATHS, 1997; CARLEIAL, 2009). Logo após início da guerra fria entre Estados Unidos (capitalista) e União Soviética (governo comunista), a primeira possível aparição do primeiro Objeto Voador Não Identificado (ÓVNI) ocorreu em julho de 1947, avistado por um norte americano, 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

13 transmissor de rádio e foi primeiro satélite artificial do planeta. Em novembro do mesmo ano, com foguete de empuxo de centenas de toneladas, a União Europeia envia o Sputnik 2, tripulado pela cachorra Laika, primeiro animal enviado para o espaço. (CARDOSO, 2018; CARLEIAL, 2009). O avanço da União Soviética na era espacial, criou o “efeito Sputnik” que além de influenciar na criação de sua agência espacial, movida pelas 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 URSS atingiu a Lua com a sonda Luna 2, e em outubro do mesmo ano, enviaram a Luna 3 que capturou fotos do satélite 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 Edwin 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

14 tecnologias para converter o dióxido de carbono de Marte em oxigênio e, 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 envios 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 possibilite missões robóticas e humanas, instalação das estações espaciais e missões planetárias, esforços esses, 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

15 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 tecnologia desenvolvida 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, 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 para 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).

16 avanços tecnologia e 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 eles, 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 traze-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: Earth-Reliant, Proving Ground e 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 da Solo do espaço cislunar e culminando com a exploração independente da Terra onde os seres humanos 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 experiência operacional da fase anterior para ampliação das capacidades. 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

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)

17 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 depende 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 extraordinariamente desafiador, portanto deve ser flexível a mudanças e aperfeiçoamentos, evoluindo através das descobertas e avanços na tecnologia empregada nos períodos anteriores. (NASA, 2016)

18  Fase 0: Teste de sistemas de exploração sobre a ISS Baseado nos dados da HEOMD, a NASA (2016) afirma em resumo que 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, facilita a uma tripulação o transporte de carga 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 tinha iniciativa de capturar com braços robóticos com garras de ancoragem para transporte um asteroide até a órbita lunar estável para analises. Se financiada, a missão seria lançada em dezembro de 2021, porem em abril de 2017 a Agência Espacial Americana anunciou o desembolso para a missão, e em junho de 2017 o cancelamento da mesma. (NASA, 2012; NASA, 2016; NASA; 2017).  Fase 02 – Proving Ground: Validação cislunar dos sistemas de exploração

19 Etapa que valida a integração de todas as etapas anteriores, e culmina da 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. Como o próprio nome já diz, a etapa é idealizada em 2030, com início da primeira viagem a Marte com a nave Orion com cerca de mil dia, 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 cientifico, 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 asteroides permite 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 estadunidense, 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, o que cabe aos indivíduos cientes da importância de tais pesquisas, desenvolver trabalho dentro da temática para que a mesma ganhe mais credibilidade na corrente mainstream, e visibilidade, alcançando assim, investimento financeiro do governo norte americano novamente e se possível, patrocínio de qualquer espécie, ou centralização de patrocínio nas empresas privadas como a SpaceX e Virgin, empresas privadas que possuem a mesma ambição para levar o homem a Marte e são atualmente, as

20 instituições desenvolvendo tecnologias independentes para colonização. (BBC, 2017)

24 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 quilômetro da Terra, possui 37 minutos há 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.

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

25 Figura 3: Satélites de Marte, Fobos e Deimos, vista 90º

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

O satélite natural Fobos é o mais próximo do planeta, tem 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, possui 23.460km do centro do planeta, 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, 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)

26 2.1.

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

majoritariamente de dióxido de carbono (gás carbônico) e quantidade de oxigênio no planeta corresponde a um milésimo da quantidade terrestre, não sendo suficiente para respiração aeróbica, a circulação no planeta por seres humanos só seria efetivada com o uso de trajes especiais. Os componentes estes (Figura 4) combinados resultam na cor ocrealaranjado, 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 atmosfera de marte é 3,72 m/s², cerca de 38% a da Terra, o que torna um ser humano de 80 kg pesar 29,71kg. Fato esse que 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.

27 As sondas Viking 1 e 2, formadas por um satélite e um veículo para mapeamento

superfície

possibilitou

cada,

possibilitou

algumas

experiências além do reconhecimento visual, porém dentre as análises dos dados obtidos na época, evidenciou-se 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 através de fotos e detectou a presença de vulcão, diversas crateras e vales, descritos pelo astrônomo Giovanni Schiaparelli em 1907, 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) é foi lançada ao espaço no dia 18 de novembro de 2013 e entrou em órbita de 21 de setembro de 2014. O objetivo da missão é 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 é uma característica ambiental da qual a Terra não é atingida, por conta da magnetosfera relativamente grossa, enquanto Marte é diretamente atingida, assim, um escudo contra radiação é fundamental para o projeto.

2.2.

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

de radiação na superfície mais do que o dobro medido pelas missões anteriores e duraram cerca de dois dias. (WEBSTER et al., 2017). 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.

28 Vendavais e tempestades de poeira ocorrem por toda a superfície do planeta, com ventos que chegam até 240 km/h. (WILLIAMS, 1997). Nos eixos do planeta as variações são nítidas e seguem as estações, no inverno de um dos hemisférios a camada de gelo chega até o meio do polo. Com dados obtidos pela sonda Mariner, conclui-se que a temperatura da superfície

-132

ºC,

temperatura

essa

necessária

para

condensação/solificação do dióxido de carbono. No equador a temperatura varia de -113⁰C a -93.5 ⁰C à noite e de -13.5 ⁰C a 7 ⁰C durante o dia e as áreas próximas ao equador podem atingir um máximo de 20⁰C (NASA, 1998). Em altas latitudes no outono, as temperaturas chegam a -123 ºC e permanecem iguais durante o inverno. No Polo Norte, no verão, as temperaturas permanecem próximas a -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.

29 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. 62-113. Captura de tela realizado e modificado pelo autor, 2018.

2014. pg.

Podemos comparar o clima equatorial de Marte com uma montanha muito alta em dia claro e seco. 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 muito grandes. (CDA, 2000) Assim, apesar de Marte ser menor e bem mais distante do sol que a Terra, os climas dos dois planetas são similares, além das condicionantes como atmosfera, camada de gelo nos polos e padrões climáticos, algumas características

distinguem

ambos

drasticamente,

como

gravidade,

componentes químicos da superfície e a ausência de formação de nuvens, portanto não chove no solo de regolito.

30 2.3.

GELO NA SUPERFÍCIE MARCIANA Em pesquisas recentes a respeito apontam que o planeta possui

abundancia em água, com ênfase nas crateras, tanto nos polos, condensado 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 a +/- 30 graus. Podem-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 enquanto 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 inutiliza-la em algum sistema construtivo. (MORRIS, 2016).

2.4.

LOCAIS IDEAIS PARA POUSO E TOPOGRAFIA Como a 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 5. 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 (

31 Figura 6), cada um com suas determinadas características, diversidade geológica e topográfica classificada pelo HSRM (Human science reference missions) como: Geologia, Geofísica, Atmosfera/Clima e Biologia/Vida. Figura 6: 58 locais ideais para pouso em Marte

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

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 e o homem mais necessário será gerar os próprios recursos com materiais locais na

32 superfície/atmosferas estudada. A utilização de recursos locais existentes é chamada de In-Situ Resource Utilization (ISRU). Utilizando da premissa do ISRU, os sistemas de geração de energia de possível execução são:  Energia Solar: gerada através da captação dos raios solares, aplicada na Estação Espacial há décadas;  Energia Eólica: captada por turbinas de vento implantadas na superfície;  Energia Nuclear: como fonte uma grande quantidade de energia e pouco espaço físico para obtenção;  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 viável, e a redução da massa transportada com a utilização destes recursos possibilita investimentos em outras questões das missões. Em Marte, devido grande quantidade de dióxido de carbono, as vantagens de utilização dessa premissa são: geração de energia, redução de carga nos veículos (foguetes, espaçonaves), materiais construtivos com impressão 3D, retirada de água da superfície, oxigênio da atmosfera, combustível para propulsão de foguetes, no caso de Marte, a grande quantidade de dióxido de carbono (MAHONEY, 2018). Para pesquisa no planeta é necessário algum meio de transporte, no carregamento de cargas e devido as distancias significativas a serem percorridas. O Space Exploration Vehicle (Veículo de Exploração Espacial SEV) (Figura 7) é projetado para ser flexível e sua cabina pressurizada é projetada para missões em geral, e versão de exploração em marte é montada sobre um chassi, com rodas de giro 360º e percorre cerca de 10 kms por hora. Tem dimensão similar de 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).

33 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 (figura), planejado para envio ao planeta em julho do ano que vem, será responsável por obter 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 divide as moléculas em oxigênio e monóxido de carbono. 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 das missões de exploração, localização, concentração e melhor maneira de extração destes recursos para serem preenchidas nos próximos anos e consequentemente, o aperfeiçoamento desses condicionantes.

34 2.5.2. Conforto ambiental

Entende-se que as baixas temperaturas da superfície marciana necessitam de um controle térmico artificial na habitação, que necessita de energia para funcionar. A presença de luz é fundamental para o ritmo circadiano e a homeostase do organismo humano. A ausência de uma dose diária de luz causaria distúrbios que afetariam a performance dos astronautas na pesquisa. Assim, a necessidade de iluminação natural se torna um 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. Entende-se que como a água no planeta Marte é encontrada solidificada e subterrânea. O 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). 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 da base, permitindo maior conforto e semelhança a uma habitação terrestre. O MOXIE é responsável pela oxigenação da base, que basicamente, retira o CO² presente na atmosfera do planeta e devolve oxigênio para o interior da habitação 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 próprio planeta, na zona intermediária com cultivo hidropônico, para pesquisa e alimento para a tripulação.

35 2.5.3. Gerenciamento De Resíduos

Os resíduos são recolhidos pelo Waste Collection System (WCS), sistema esse desenvolvido pela Agência Espacial, que armazena e seca os resíduos fecais, processa urina e transfere para o tanque de agua residual onde posteriormente é transformado em água potável. A 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 no planeta Marte, para abrigo de quarto indivíduos e utilizando da 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 é composta pelo TransHab. Uma habitação interplanetária, utilizada no espaço com possibilidade de acoplamento a demais veículos e estações. A última análise é o Mars Transit Habitat, modulo 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 habitação em Marte, a NASA lançou o Concurso 3D Printed Habitat Challenge, que 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 apresenta o projeto com a seguinte explicação:

39 Reconhecendo que a água é o alicerce para a vida, e a equipe usar 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 para 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 através 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. Após realização de experiência com fontes sintéticas a luz solar, notouse que não deteriam a mesma variação circadiana1 para o ser humano,

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

40 assim, a água em estado sólido empregada na edificação serve como matéria prima para construção e barreira de radiação por ter capacidade de filtrar os raios solares (conforme Figura 9).

ABSORÇÃO

Figura 9: 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.

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

circadianos. Disponível em: <https://www.infoescola.com/fisiologia/ritmos-circadianos/>. Acesso em: 04 out. 2018).

41 FONTE: Desenvolvido 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 9. 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 involucro é uma zona neutra (B), que possibilita a visualização do interior/exterior e vice-versa, permite o astronauta a possibilidade de experimentar a vivência “fora” sem necessidade do traje espacial dentro da habitação. Devido ao efeito criado através 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 através 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).

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).

42 Figura 11: 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.

Na planta layout do primeiro pavimento da habitação (Figura 12) possui o espaço de conexão com o veículo Rover, e entrada principal da base é destinada para expedições a pé, 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, permite que a temperatura do habitat seja por volta de 20ºC, enquanto na Zona Intermediária, a temperatura é menor que zero.

43 Figura 12: 1º Pavimento da Ice House.

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

No segundo pavimento (Figura 13), encontra-se a academia e suporte médico, acervo de livros e um pequeno dormitório, ambos possuem janelas de visualização. O laboratório, o banheiro 01 são de uso compartilhado. Neste pavimento inicia-se o jardim vertical implantado nos pavimentos acima, e ao redor, a zona de intermediária.

44 Figura 13: 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 14), encontra-se a área de descanso do habitat: dormitório da tripulação e o banheiro 02.

45 Figura 14: 3º Pavimento da Ice House

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

No último pavimento do habitat (Figura 15), encontra-se a sala do comandante, o espaço para preparação dos alimentos além dos ambientes que se continuam.

46 Figura 15: 4º Pavimento da Ice House

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

Assim, após análise do projeto vencedor do concurso NASA’s 3D Printed Habitat Challenge 3D, 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, utilização da água como material construtivo e o jardim hidropônico vertical. A forma orgânica é fonte de inspiração no desenvolvimento do habitat.

47 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 escritórios que participaram do concurso de impressão 3D da NASA, da qual a análise 01 do trabalho foi vencedora. 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. Desenvolvido em duas etapas, a primeira com a base para acomodação de quatro indivíduos (Figura 16), e a segunda, o envio de mais habitat com segundo layout e bases para três indivíduos, que interligadas formam uma colônia para dezessete astronautas no planeta Marte. (PEGORAR, 2015). 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.

48 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. Utilizado nas paredes do entorno de toda a base, a impressão 3D com regolito com espessura avantajada, além de estrutura, torna-se elemento de filtragem da radiação do planeta, pois o regolito possui bom desempenho nessa questão. (PEGORAR, 2015) 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, Centro Universitário Belas Artes De São Paulo, 2016. Modificado pelo autor, 2018.

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.

49 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,

possibilita

desenvolvimento de vegetação para estudo. Elemento esse que se estende por toda habitação, a membrana inflada reduz o peso e espaço no foguete SLS, veículo do qual a base é transportada até o planeta Marte. (PEGORAR, 2015) Pegorar (2015) afirma que o uso de materiais de menor combustão 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.

50 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.

51 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 (Figura 21), possui o dormitório da tripulação, para a incidência de radiação ser a mínima possível, pois esse piso é protegido pela camada espessa plotada em regolito.

52 Figura 21: 2º Pavimento da Base Planetária

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

No terceiro pavimento (Figura 22), ligado pela circulação vertical principal de todos os andares, possui área da cozinha, comunicações, enfermaria e área de exercícios

53 Figura 22: 3º Pavimento da Base Planetária

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

A Figura 23 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.

54 Figura 23: 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 através 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.

55 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 24) 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 24: 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 ocorreu 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 programas de tecnologias infláveis porém pausa nos estudos do módulo TransHab ISS. (NSS, 1999).

56 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 25): Figura 25: TransHab - Níveis

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

Na Figura 26, segue o programa de necessidades analisado:

57 Figura 26: 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 27. (KRISS, 2002). Figura 27: Nível 01 do TransHab

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

58 O nível 02 (Figura 28) é o dormitório da tripulação e possui seis quartos individuais com 2,3m³ cada e um túnel central para circulação. Cada quarto possui um saco de dormir, área para guardar itens pessoais e um computador para trabalho e recreação. (KRISS, 2002). Figura 28: Nível 02 do TransHab

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

O nível 03 e 04 (Figura 29) são conectados e consiste 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 e entre a habitação e qualquer veículo que o conduza. (KRISS, 2002).

59 Figura 29: 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, o multiuso dos espaços e a separação das funções por pavimento.

60 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 aplicação em duas situações: a de zero gravidade, quando utilizada acoplada em alguma estação espacial ou transportada por foguete, e a 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 capsula, áreas de fechamento por pressão ou veículo na superfície marciana. Na Figura 30, segue o programa de necessidades: Figura 30: 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

61 suprimentos e dormitórios dos astronautas conforme Figura 31 que representa os cortes A e B respectivamente da habitação. Figura 31: 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.

62 O habitat acomodaria suprimento para 1100 dias de viagem, enquanto em superfície apenas necessitaria para apenas 500 dias. O que possibilitaria o aumento do espaço de uso interno quando implantado em Marte. (SIMON, 2017) O layout interior não foram os únicos a seres testados, 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 analises 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.

66 CAPÍTULO 4 - PROPOSTA DA HABITAÇÃO EM MARTE A Internation Space University (2014) afirma a respeito 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, finalizam na conquista do planeta Marte e criação de um assentamento no mesmo. A proposta da base planetária é um projeto de arquitetura espacial que une os conhecimentos arquitetônicos e de design 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 a Marte será repleta de incontáveis questões técnicas, humanísticas, e outros dilemas. (INTERNATION SPACE UNIVERSITY, 2014). A ideia de colonos marcianos nunca mais verem suas famílias é apenas uma das questões. Em relação a segurança pode-se elencar as ameaças ambientais como radiação, gravidade, baixas temperaturas, vendavais e vácuo. (INTERNATION SPACE UNIVERSITY, 2014). A Internation Space University (2014) produziu um relatório (Mars Mission Technologies Mars Now) a partir da discussão do assentamento 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 do corpo e mente humanos na Terra (Figura 32), portanto quando se trata de vida em outro planeta, essas necessidades são revistas.

67 Figura 32: 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. 50-116 Captura de tela realizado e modificado pelo autor, 2018.

2014. Pg.

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 como água, comida, dormir e respirar ou pode ser adquirido com esforço pessoal como 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 poder ininterrupto 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 da habitação na Figura 33.

68 Figura 33: Fluxograma do Habitat

FONTE: Desenvolvido pelo autor, 2018

Na sequĂŞncia a Figura 34 designa o programa de necessidades e o prĂŠdimensionamento do habitat:

69 Figura 34: Pré-dimensionamento da habitação

FONTE: Desenvolvido pelo autor, 2018

Baseado nas medições feitas a partir de plantas, cortes e modelagens 3D disponibilizadas para consulta. O programa de necessidades

70 resultou em uma junção de todos os espaços essenciais para desenvolvimento da habitação.

4.2.

SISTEMAS CONSTRUTIVOS

A INTERNATION SPACE UNIVERSITY (2014) afirma que a equipe Mars NOW propõe que o habitat inicial do assentamento 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 várias considerações

técnicas,

arquitetônicas,

psicológicas

fisiológicas

interconectadas existem e devem ser abordadas para se chegar a um modelo sustentável (INTERNATION SPACE UNIVERSITY, 2014). 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. As soluções construtivas influenciam na forma diretamente, então optou-se por um sistema misto: impressão 3D de regolito na base, núcleo em liga de lítio enviado pelo SLS e domo de proteção em membra da de ETFE com estrutura em alumínio. A impressão 3D fora da 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. Usando o método ISRU, a grande possibilidade é utilizar o solo de regolito para criação de uma espécie de concreto para matéria prima construtiva. (INTERNATION SPACE UNIVERSITY, 2014).

71 O núcleo da base tem 6,3 metros de diâmetro e construído com chapas de liga de lítio. Sua dimensão é permite o transporte pelo Space Launch System. A membrana de Etileno Tetrafluoroetileno (ETFE) possui resistência à tensão e funciona perfeitamente em baixas temperaturas. Os nós podem ser estruturados por fios de Dyneema ou por estruturas em alumínio.

72 4.3. LOCAL DE IMPLANTAÇÃO A implantação da habitação será no Valles Marineris, um canyons de 4000 km de comprimento que varia 2 a 7 km de profundidade. O recorte na modelagem 3D do terreno é de 250000mx250000m, demonstra graficamente a superfície do Valle Marineris. Figura 35: 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 36). O terreno localiza-se nas dentro das zonas propicias 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.

73 Figura 36: 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

orgânica, possibilita menor impacto e evita a criação de uma barreira na superfície. Enviado através do foguete, o núcleo da habitação possui medidas que reduzidas ao essencial para efetivação da vida no planeta. 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 vonoroi. Este diagrama sendo um tridimensional é uma estrutura modular não comum e adaptativa, e assim

74 pode ser aplicado em vários ramos com o design e 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 para radiação e possibilitam maior rigidez na parte inferior da habitação. Na Figura 37, alguns croquis e ideias para a volumetria Figura 37: Croquis da habitação

FONTE: Desenvolvido pelo autor, 2018

75 Esses estudos de forma e materiais podem ser alterados se analisado melhor eficiĂŞncia.

78 CAPÍTULO 5 – CONSIDERAÇÕES PARCIAIS 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, gera empregos, fomenta as pesquisas acadêmicas e expande os horizontes do conhecimento humanos sobre a história e a biologia. 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 partir das análises correlatas, materiais e métodos influenciaram e aumentaram consideravelmente

opções

para

construção

habitat

desenvolvimento do trabalho. Na segunda etapa, alguns temas deveram ser abordados mais detalhadamente, como aperfeiçoamento da forma, especificação do método construtivo juntamente com os materiais escolhidos, projeto da habitação, otimização dos espaços, detalhamentos e todo material para compreensão do leitor.

79 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.

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