Si los humanos planean ir a vivir y trabajar más allá de la Tierra algún día, necesitarán tecnologías que permitan una vida sostenible en entornos alienígenas. Esto es especialmente cierto en el caso de Marte, que es extremadamente frío, seco y está sujeto a más radiación de la que estamos acostumbrados. Además de eso, también lleva de seis a nueve meses enviar naves espaciales allí, y eso es cada dos años cuando la Tierra y Marte están más cerca uno del otro en sus órbitas.

Como tal, establecerse en el Planeta Rojo requerirá mucha creatividad.

Este es el propósito de Mars City Design (la Mars City®), una plataforma de innovación y diseño fundada por la arquitecta y cineasta Vera Mulyani. Cada año desde sus inicios, esta organización ha acogido la Desafíos de diseño de la ciudad de Martedonde estudiantes de todo el mundo se reúnen con expertos de la industria para producir diseños arquitectónicos para vivir en Marte (lo que Mulyani llama «Arquitectura»).

Como cubrimos en un artículo anterior, el enfoque de los desafíos de 2020 fue Agricultura urbana. Para esta competencia, los participantes tenían la tarea de crear innovaciones arquitectónicas e ideas que garantizaran la seguridad alimentaria en Marte. Pero de acuerdo con el enfoque de Mars City Design, los participantes debían mirar más allá de lo básico y generar ideas innovadoras que permitieran prosperar a los futuros marcianos.

Prosperar y no solo sobrevivir es fundamental para la misión de Mars City. Como explicó Vera Mulyani a Universe Today por correo electrónico:

“Prosperar en Marte” significa vivir más allá del modo de supervivencia. Esto significa que preparamos mejor la infraestructura de nuestros destinos, la planificamos bien en función de cómo los humanos pueden vivir de manera sostenible para un asentamiento a largo plazo (no solo soluciones temporales) incluso antes de enviar humanos allí.

“Prosperar significa también avanzar juntos en el contexto de la innovación. Alcanzar Marte solo puede ser posible para algunas personas consideradas ‘sobrehumanas’, pero ¿cuál es la diversión de hacer el esfuerzo solo? Los verdaderos desafíos radican en el proceso de lograrlo, juntos”.

Juntos es la palabra clave, según Mulyani. Varias luminarias y empresarios como Elon Musk, Richard Branson y otros han expresado interés en establecer una colonia en Marte y tienen los recursos para liderar tal esfuerzo. Pero establecer una presencia humana permanente en Marte que sea abierta e inclusiva requiere un esfuerzo de colaboración mucho mayor.

Además, la colaboración es esencial para crear el tipo de soluciones innovadoras que permitirán a los seres humanos vivir en Marte de manera cómoda y productiva. Es bien sabido que cualquier presencia humana allí dependerá en gran medida de los sistemas artificiales que tienen que imitar los procesos naturales. Pero al final, la recompensa por esta innovación se extiende más allá de las aplicaciones para Marte y otros cuerpos celestes.

Al igual que en desafíos anteriores, las presentaciones ganadoras de este año (diez en total) se dividieron en varias categorías. Estos incluidos Ingeniería agrícola de Marte, para el cual se seleccionaron cuatro propuestas ganadoras. Estos incluidos Granja de Marte de Justinun concepto presentado por Justin Pourkaveh, un ingeniero de fluidos de sistemas térmicos en la industria aeroespacial comercial.

El concepto de Pourkaveh es esencialmente un sistema de producción de alimentos compuesto por módulos interconectados. Cada módulo proporciona 290 m2 (~3120 pies2) de espacio de cultivo, aportando un total de 1.450 m2 (~15,600 pies2) de tierra cultivable con la que cultivar alimentos. Cada módulo tiene ventanas y está diseñado para regular la entrada solar, las condiciones térmicas, la humedad y otros factores cruciales.

El concepto aprovecha los avances realizados en la agricultura de interior (o agricultura urbana), una práctica que se está volviendo cada vez más común aquí en la Tierra y se ha utilizado tradicionalmente para cultivar alimentos en climas inhóspitos. Adaptado para vivir en Marte, este sistema permite que cada unidad agrícola cultive alimentos suficientes para alimentar a nueve personas. Según Pourkavah, será del tamaño de una tripulación inicial que aterriza en Marte.

Por lo tanto, Mars Farm apoyará a los primeros habitantes mientras realizan el arduo trabajo de establecer la infraestructura para acomodar una mayor presencia humana. En este sentido, un solo granja marte la unidad puede sostener un solo hábitat, y se agregan más unidades a medida que llega más gente. También podría permitir la autosuficiencia para comunidades remotas o estaciones de investigación en Marte (¡y también aquí en la Tierra!)

El segundo lugar fue para un equipo internacional detrás de su Colonia de Marte 1 diseño. Este equipo fue formado por el Embajador de Mars City Tomás Lagarde e incluyó ingeniero aeroespacial postdoctoral y especialista en medio ambiente marciano Yulia Akisheva“Mararquitecto” Stefan Alexa DurdevicNenadic Nenad y Explorers Club International Fellow, astronauta analógico y experto en factores humanos Benjamín Pothier.

El diseño de la Colonia consiste en una torre principal que se compone de múltiples módulos interconectados. En la base se encuentra la “Placa Madre”, desde la cual tiene tres puntos de conexión que permiten el acceso a otras secciones de la colonia ya la superficie. El módulo Shelter también se encuentra aquí y puede brindar protección de emergencia a la tripulación en caso de erupciones solares.

El módulo Greenhouse se encuentra directamente encima de la placa base. Este es el corazón de la Colonia y consta de tres secciones verticales: la sección superior, donde se cultivan plantas comestibles; la sección central, donde se ubica el biorreactor que provee de nutrientes a las plantas; y la parte inferior, donde está el jardín de hierbas. Como lo describió Ben Pothier a Universe Today por correo electrónico:

“Nuestro proyecto ofrece una perspectiva innovadora tanto en términos de selección de cultivos como de operaciones conceptuales con una serie de posibles aplicaciones en la Tierra. También aumenta la seguridad potencial de la tripulación, tanto con el refugio de radiación como con el módulo de ascenso”.

“Nuestro concepto ‘No hay trigo’ suena más realista para una primera ola de asentamientos. Proporcionaría suficiente diversidad de alimentos para satisfacer las necesidades nutricionales y psicológicas, dejando suficiente tiempo para que los astronautas trabajen en otros aspectos de la misión”.

El modelo que emplearon se centra en la producción de soja, con la posibilidad de introducir la producción de trigo una vez que lleguen nuevas oleadas de colonos. Combinado con investigaciones adicionales sobre la fabricación de una capa exterior de regolito (más protección contra la radiación), Pothier y sus colegas creen que el concepto se puede ampliar para acomodar a 100 personas. Otra característica clave, dice Pothier, es el uso de «bacterias nobles»:

“Nuestro modelo sugiere la gran importancia de lo que definimos como “bacterias nobles”, así como levaduras y hongos como complementos alimenticios, proveedores de diversidad de alimentos, diversidad de sabores y patrimonio cultural internacional. Estas bacterias, levaduras y hongos entran en la producción de salsa de soya, queso, tempeh, kombucha, vinagre y 27 alimentos fermentados como kimchi, chucrut, etc… que representan un patrimonio culinario y cultural internacional. Además, aportan ventajas innegables en términos de digestión y asimilación de nutrientes”.

Una torre secundaria conecta con la principal, que consiste en el módulo de Garaje en su base. Aquí es donde se almacenan los rovers, los materiales de construcción y los suministros adicionales, sin mencionar la maquinaria para elevar el nivel del suelo alrededor de la colonia (usando regolito local). Frente a la torre principal (también en la base de la estructura) se encuentra el Módulo de entrada donde se guardan los trajes EVA de la tripulación (así como una unidad de limpieza para eliminar el polvo).

El módulo de comando se encuentra encima de este y proporciona vistas panorámicas del paisaje y permite la comunicación con la Tierra. Junto a los módulos de Comando y Entrada se encuentra el módulo de Preparación de Alimentos. Aquí es donde se encuentran los sistemas de procesamiento y envasado de alimentos, que se mantienen separados del invernadero para evitar la contaminación cruzada.

Hay dos módulos para dormir externos en el nivel del suelo que tienen cuartos de higiene incorporados y camas para nueve miembros de la tripulación cada uno, más una «cama de enfermo». También hay un módulo de refinería que alberga una cámara de reacción de metanol y un motor de combustión (que quema aceite orgánico). La colonia también depende de unidades de batería y un reactor nuclear como fuente de energía de respaldo.

Ubicado en la placa base, este reactor tomará la forma de un generador termoeléctrico de radioisótopos multimisión (MMRTG), una tecnología probada en el tiempo utilizada para impulsar misiones como la Curiosidad y Perserverancia rovers Del mismo modo, podría depender de un Reactor Kilopower con tecnología Stirling (KRUSTY), una tecnología de punta que la NASA está desarrollando actualmente para uso fuera del mundo. Como Akisheva le dijo a Universe Today por correo electrónico:

“Mientras miramos hacia el futuro de la exploración y asentamiento de Marte, es probable que Kilopower se convierta en el respaldo de energía en nuestro diseño. Especialmente, para los primeros asentamientos con un pequeño número de personas, los reactores Kilopower parecen una opción razonable. Sin embargo, los conceptos de los reactores son similares, y el hecho de que ambos tipos tendrían que ser traídos de la Tierra refuerza la idea de que cualquiera podría usarse”.

Toda la estructura también está coronada por el módulo Ascending, que descansa sobre tres patas de apoyo para mantener estable a Colony, pero también puede llevar a los miembros de la tripulación hacia y desde la órbita (si surge la necesidad). Como ubicación, el equipo seleccionó Arcadia Planitia al noroeste de la cadena montañosa Tharsis Montes. Esta ubicación brinda acceso al hielo de agua del subsuelo y al buen regolito, que es lo suficientemente sólido para soportar la estructura pero lo suficientemente suelto como para poder extraerlo.

En el Categoría de diseñoel primer lugar fue para el ingeniero arquitecto Mohamed Emad por su MarSpine diseño. Inspirándose en la robusta estructura Voronoi del nenúfar, Emad diseñó el MarteColumna vertebral como un sistema de circuito cerrado que dependería de la utilización de recursos in situ (ISRU) para proporcionar materiales de construcción, alimentos, agua, energía, refugio y recreación a sus habitantes.

La inspiración para el MarSpine El diseño es claro cuando se ve desde arriba, que parece la parte inferior de un nenúfar, es decir, una columna central que divide la estructura en dos secciones con redes de costillas que se extienden hasta el borde. Para el MarSpineeste sirve como punto de distribución para las partes aéreas y subterráneas de la estructura, así como el corredor principal que da acceso a la superficie y diferentes partes del interior.

La estructura en sí se imprimiría en 3D a partir de regolito local y se combinaría con nanotubos de carbono prefabricados para garantizar que sea sólida y duradera, pero también flexible. Luego, la envoltura externa se trata con tela de fibra de vidrio, politetrafluoroetileno (PTFE), que reduce la fricción del polvo en el aire, brinda protección UV adicional y garantiza temperaturas internas estables. Como Emad le dijo a Universe Today por correo electrónico:

“En Marte, el verdadero desafío es cómo utilizar mejor sus recursos para construir un sistema de circuito cerrado… La utilización de recursos in situ (ISRU) es la respuesta, con la utilización del regolito de Marte, la producción de oxígeno de la atmósfera marciana, generación de energía a partir de paneles solares y extracción de agua.

“[W]on la inspiración de la biomimética, la estructura icónica de lilypad fue la mejor [place to] comienzo… como la red de costillas en un nenúfar representa el sistema de circuito cerrado de la Utilización de recursos in situ de la estructura agrícola (ISRU) de los recursos de Marte».

Además de recolectar regolito local para construir la estructura y producir oxígeno gaseoso directamente de la atmósfera, el MarSpine también se basa en un sistema de fibra óptica y lentes Fresnel de seguimiento para aprovechar la luz solar y enviarla a las áreas agrícolas del interior. Los cimientos también cuentan con amortiguadores para mantener la estructura estable en caso de un fuerte terremoto. Pero quizás el mayor atractivo es la característica es el «Ojo».

Ubicado en un extremo de la Columna Vertebral, el Ojo está diseñado específicamente para atender un aspecto muy importante del bienestar de la tripulación, ¡que es su salud mental! Como Emad lo describió:

“No importa qué tan bien entrenada esté la tripulación, los problemas de comportamiento debido al aislamiento en un espacio durante mucho tiempo son inevitables. El Ojo es el área recreativa de los astronautas, dotada de una plataforma de Realidad Virtual, un área para que los astronautas puedan pasar su tiempo de ocio como lo harían en la Tierra, y observar el horizonte marciano en un recinto de cristal estanco e iluminado. para apoyar su salud mental y funcionamiento cognitivo durante su misión”.

De acuerdo con la idea de vivir bien y no solo sobrevivir, Emad diseñó el MarSpine para dar cabida a tres tipos de sistemas agrícolas autosuficientes. Estos consisten en la «matriz de almohadillas», donde las semillas de la Tierra se cultivan en suelo marciano; acuaponia, donde las plantas se cultivan en el agua junto con diferentes tipos de peces; e hidroponía, donde las plantas se cultivan sin el uso de suelo.

Estos tres sistemas aseguran que se pueda cultivar una variedad de alimentos, que luego los equipos pueden usar para crear un menú con muchas opciones diferentes. Esto está en consonancia con otro programa organizado por Mars City Design, que es la Gala anual de la Fiesta Marciana. Como ubicación, Emad seleccionó el cráter Jezero, que es el sitio de un antiguo delta del río preservado y donde el Perserverancia rover aterrizará el 18 de febreroel2021.

El tercer lugar en la Categoría de Diseño fue para Khaled AlLabban, arquitecto junior de Dubai (EAU), por su Ciudad de Barchán diseño. La estructura toma su nombre del Dunas de Barchan – una de las características más conocidas de Marte – que se encuentran en la región de tierras bajas de Acidalia Planitia. Al igual que Barchans aquí en la Tierra, estas dunas marcianas tienen forma de media luna y se forman en regiones arenosas frecuentadas por fuertes vientos. Como lo describe AlLabban:

“El foco principal de la ciudad es la siembra. Proporciona diversas instalaciones de cultivo, áreas residenciales, espacios de trabajo y los servicios necesarios para su mantenimiento. Es el siguiente paso hacia una comunidad completamente funcional, independiente y centrada en la planta”.

Imitando estas mismas estructuras, el concepto de AlLabban consiste en muchos grupos en forma de dunas que se unen para formar una ciudad. También inspirados en cómo las plantas y los árboles se adaptan a las condiciones extremas aquí en la Tierra, los diferentes grupos se organizan según su altura y el nivel de protección que requieren. Siguen la dirección del viento, imitan la topografía local y pueden mezclarse con el medio ambiente.

El diseño general requiere tres componentes integrados: la exoestructura, la piel y las columnas estructurales. La exoestructura tiene apariencia celular, define el diseño de la fachada y ayuda a distribuir la presión sobre las columnas estructurales. Estas columnas son las principales estructuras de carga de la ciudad y pueden llegar más alto debido a la menor gravedad en Marte (~38% de lo que experimentamos en la Tierra).

La piel contiene cámaras de cultivo de algas que eliminan el CO2 de la atmósfera y el aire de la ciudad y procesarlo con aguas residuales y biomasa para generar oxígeno, agua potable y fertilizantes. Los sistemas alimentarios son de circuito cerrado y de naturaleza biorregenerativa, y se basan en una combinación de granjas aeropónicas verticales y eventual cultivo en suelo.

En un extremo, los biorreactores convierten el CO2, desechos humanos, biomasa y aguas grises en nutrientes para fertilizar las plantas. Estos, a su vez, producen alimento y oxígeno para sustentar a los colonos, además de biomasa adicional para los biorreactores. Con el tiempo, la estructura se puede ampliar para incluir complejos adicionales, lo que permite más actividades. Por su inspirado concepto, AlLabban también obtuvo el codiciado premio de Ganador Favorito de la competencia de este año.

Y en el Categoría Marchitectureel primer lugar fue para Guiseppe Calabrese de Australia e Italia, por su Brote diseño. El concepto de la idea de Calabrese se reduce a las crudas realidades que conlleva la agricultura aquí en la Tierra, que es la destrucción del medio ambiente natural y la producción masiva de desechos. En respuesta, Calabrese propone un sistema que convertirá los residuos en un proceso agrícola y energético sostenible.

Al igual que con el MarSpine y otros conceptos, Calabrese seleccionó el cráter Jezero (al sur de su famoso delta) como ubicación de su ciudad. En el centro se encuentra Green Power House, un concepto inventado por Michael Smith, presidente de REGENiTECH LLC) que imita a la naturaleza para satisfacer las necesidades humanas. Usando el material rico en hierro y magnesio del delta, fibras de basalto extraídas y bioplásticos, los robots imprimirán en 3D bloques de construcción tipo lego.

Estos se colocarán sobre una base impresa en 3D para crear la central eléctrica hexagonal. Una vez que esté operativo, se basará en tres tipos de reactores naturales para convertir los desechos en recursos y generar electricidad. En primer lugar, están los biorreactores fotográficos que convierten los «biorresiduos» en energía y enmiendas para el suelo. En segundo lugar, están los biorreactores anaeróbicos que convierten la biomasa de algas en metano, hidrógeno y fertilizante orgánico.

Por último, están los motores de carbono orgánico, que convierten la biomasa en biocarbón, que bloquea el carbono y produce suelo cuando se calienta a 538 °C. (1000 °F) en ausencia de oxígeno. Desde la estructura central, los robots colocarán ladrillos tipo lego para crear muros protectores para cilindros de invernadero y módulos de hábitat, cada uno de los cuales estará cubierto con bóvedas nubias impresas en 3D y vidriado de sílice para permitir la entrada de luz natural.

Una vez que se completen las paredes exteriores y los techos, los cilindros presurizados del invernadero se abrirán en el interior y los robots plantarán semillas para cultivar. Se colocarán colectores solares con elementos LED en el exterior para recoger la mayor parte de la luz utilizada para cultivar las plantas. Para cuando los habitantes lleguen a Marte, estos cultivos estarán floreciendo y listos para la cosecha.

En este punto, se establecerá la naturaleza de circuito cerrado de la colonia, con plantas que proporcionan biomasa para la central eléctrica y la central eléctrica que suministra biocarbón, fertilizantes y enmiendas para el suelo. Luego, los habitantes supervisarán la ciudad en expansión, agregando más invernaderos, una bóveda de semillas y un área de cultivo de insectos (para proteína adicional). El sistema produce cero residuos y puede funcionar en cualquier entorno, ya sea en Marte o en la Tierra.

Como dice el dicho, «resolver para el espacio resuelve para la Tierra». En ese sentido, el tema de este año fue uno que tiene el potencial de resolver una de las crisis más apremiantes aquí en la Tierra. Si estamos planeando establecer una presencia humana permanente en otro cuerpo celeste donde las misiones de reabastecimiento serán pocas y distantes entre sí. Mulyani dijo:

“Cada año tenemos diferentes enfoques. Este año pasa a ser la agricultura urbana que incluye: la producción de alimentos en Marte, el diseño del invernadero que funcionaría en el medio ambiente extremo. Entonces, lo más destacado de este año es que la comida es un tema muy esencial y toca a mucha gente, algo que finalmente los conecta con cualquier cosa de «Marte» en su vida diaria».

Esto es similar a las aplicaciones tecnológicas que buscan la NASA y otras agencias espaciales mientras se preparan para regresar a los astronautas a la superficie lunar por primera vez en más de 50 años. según Proyecto Artemisala NASA tiene la intención de crear un «programa de exploración lunar sostenible», lo que significa aprovechar ISRU y los sistemas de circuito cerrado para permitir que los humanos prosperen en un entorno lunar hostil.

“El Desafío de utilizar los recursos planetarios enfatiza la importancia de los recursos valiosos en la Tierra. Las lecciones que se deben aprender son primero para preservar nuestro ‘Blue Marble’, [make good use of] su energía renovable, reducir el impacto ambiental negativo y utilizar técnicas de fabricación ambientalmente responsables o materiales reciclados”, agregó Emad.

Akisheva también explicó cómo el concepto que ella y sus colegas diseñaron (Colonia de Marte 1) podría tener aplicaciones considerables para la agricultura urbana sostenible aquí en la Tierra. Ella señala que esto es particularmente cierto cuando se trata de áreas superpobladas y remotas, entornos hostiles y áreas donde el espacio es limitado:

“La agricultura urbana en tales áreas debería volverse atractiva si la gente quiere elegir productos locales. Como nuestro diseño está centrado en la soya, atrae principalmente a culturas con una alta utilización de productos de soya. No obstante, la finca se puede adaptar a otros gustos. Además, la producción masiva sostenible de soya debería contribuir a disminuir los efectos devastadores que la industria del cultivo de soya tiene actualmente en la Tierra”.

Al abordar su concepto, Calabrese enfatizó que las lecciones aprendidas de Sprout y sistemas de circuito cerrado similares nos ayudarán a evitar repetir los mismos errores que hemos cometido aquí en la Tierra:

“La agricultura es la actividad humana más destructiva del planeta. Al planeta Tierra le quedan solo 60 años de tierra cultivable debido a la agricultura insostenible y las condiciones climáticas extremas. La biodiversidad es necesaria, la [imbalance] pide fertilizantes y pesticidas para combatir las súper malas hierbas y los súper insectos, problemas de salud para los consumidores, [and] destrucción.

“La combinación de estructuras de blindaje ISRU, Green Power Houses y sistemas de cilindros de efecto invernadero son la solución. Juntos podrán absorber todo el carbono de la atmósfera terrestre para acabar con el calentamiento global y acelerar la generación de suelo de décadas a días y convertir los desechos en energía”.

¡La competencia de este año inspiró muchos otros diseños que les valieron a sus diseñadores numerosos reconocimientos y elogios! Estos incluyen los de inspiración biológica. protistas concepto por Mohamad Montazeri y Elham Mirzapour del Arena Design Studio (Tabriz, Irán), que obtuvo el segundo lugar en la categoría Diseño.

También está el Laboratorio de moléculas por Jasleen Gujral, un diseño hermoso y poco ortodoxo también inspirado en la naturaleza que ganó el segundo lugar en la categoría Marschitecture (los videos de ambos conceptos se publican arriba). Para obtener más información sobre los competidores y sus diseños ganadores, consulte el Salón de la fama de MCD 2020!

Para aquellos que argumentarían que la exploración espacial y establecer una presencia humana en otros planetas es un desperdicio (es decir, «¿No deberíamos arreglar la Tierra primero?»), Competencias como esta ilustran cómo podemos hacer ambas cosas al mismo tiempo. De hecho, con todos los avances que permite la exploración espacial, como los sistemas de circuito cerrado, uno puede argumentar fácilmente que ir al espacio es un componente necesario para resolver los problemas de la Tierra.

Entre el plan de la NASA para la «exploración lunar sostenible» (Proyecto Artemis), los muchos planes para construir bases en la Luna y los planes a largo plazo para enviar astronautas (e incluso colonos) a Marte y al espacio profundo, el nombre del juego es sustentabilidad. ¿Cómo nos aseguramos de que las personas puedan vivir, comer, respirar, beber y hacer sus necesidades en el espacio durante períodos prolongados sin depender de las misiones de reabastecimiento?

Eso es mucho pedir, pero las aplicaciones que surgen de este desafío siempre han llevado a innovaciones que han tenido todo tipo de aplicaciones beneficiosas aquí en la Tierra. Dado que se espera que la población mundial alcance los 10 000 millones para mediados de siglo, al mismo tiempo que el cambio climático debilita seriamente los mismos sistemas de los que dependemos para nuestro sustento y supervivencia, ¡las soluciones de sostenibilidad serán literalmente la diferencia entre la vida y la muerte!

Descargo de responsabilidad: Matt Williams es el Director de Comunicación de Medios de Mars City Design. El artículo anterior no constituye un respaldo en nombre de Universe Today.

Otras lecturas: Diseño de la ciudad de Marte

Licenciado y Doctor en Ciencias Biológicas por la Universidad Autónoma de Madrid. Ahora compartiendo mis conocimientos y las últimas noticias del ámbito tecno-científico.

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