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Con questo progetto ho potuto partecipare ad un concorso di architettura internazionale, il KLAF2019: INTERNATIONAL IDEAS COMPETITION - FIRST COLONY ON MARS.
La base da me ideata, progettata e stampata in 3D, prevede l'insediamento presso il bacino di Hellas Planitia, un'area peculiare di Marte dove la pressione atmosferica è maggiore rispetto a tutte le altre aree del pianteta per via della notevole profondità di questa zona d'impatto, che raggiunge i 9 km. Sebbene la pressione sia ancora di molto inferiore al Limite di Armstrong, ovvero in grado di far bollire l'acqua alla temperatura usuale di un corpo umano privo di protezioni; essa raggiunge i 1155 Pa, un valore al di sopra del Triplo Punto. In questo particolare stato termodinamico, se la temperatura supera zero gradi, l'acqua in forma liquida può esistere, e quindi favorire lo stanziamento della colonia umana. |
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La presenza di acqua allo stato liquido è suggerita dallle immagini e rilevazioni del Bacino ottenute dalle sonde Mars Global Surveyor, Exomars e successive missioni. Si registra anche la probabile presenza di metano, gas che può essere impiegato nella fabbricazione di combustibile per razzi. A prescindere dalla sua effettiva presenza, è possibile produrre sia metano che ossigeno dall'atmosfera marziana attraverso la reazione di Sabatier: CO2 + 4 H2 –> CH4 + 2 H2O –> 2 H2O –> 2 H2 + O2, in linea con il conveniente sistema ISRU (in situ resource utilization).
L'area di Hellas Planitia è più frequentemente colpita dalle tempeste di sabbia rispetto ad altre zone più equatoriali, ma ad ogni modo non è possibile affidare la produzione di energia della colonia ai soli pannelli solari, che a tale distanza dal Sole producono già il 60% in meno, in condizioni ottimali.
Si evidenzia quindi la necessità di ricorrere a sistemi di produzione mista, che utilizzano sia turbine eoliche specificamente disegnate per le condizioni meteorologiche del pianeta, sia sistemi molto più affidabili che includono l'utilizzo dei Kilopower, ovvero mini-reattori nucleari in grado di fornire da uno a dieci kilowatt di energia portando calore a convertitori Sterling, ciascuno dei quali è in grado di produrre 100 Watt. Tale reattore è composto da una barra di uranio arricchito del diametro di 15 cm, circondato da un riflettore di ossido di berillio, e viene utilizzata una singola barra di carburo di boro (B4C) per innescare la reazione. Questo reattore si basa sulla comprovata fisica di Duclair in grado di auto-regolare la reazione di fissione, eliminando così la necessità di complicati sistemi di controllo.
Le fasi per lo stanziamento presso il Bacino di Hellas Planitia prevedono diverse fasi, la prima delle quali richiede l'individuazione di un luogo dove siano presenti pareti rocciose verticali. Robot e droni possono essere utilizzati per scavare la roccia e appianare il terreno. I motivi per cui si dovrebbe optare per tale tipo di habitat sono molti:
L'area di Hellas Planitia è più frequentemente colpita dalle tempeste di sabbia rispetto ad altre zone più equatoriali, ma ad ogni modo non è possibile affidare la produzione di energia della colonia ai soli pannelli solari, che a tale distanza dal Sole producono già il 60% in meno, in condizioni ottimali.
Si evidenzia quindi la necessità di ricorrere a sistemi di produzione mista, che utilizzano sia turbine eoliche specificamente disegnate per le condizioni meteorologiche del pianeta, sia sistemi molto più affidabili che includono l'utilizzo dei Kilopower, ovvero mini-reattori nucleari in grado di fornire da uno a dieci kilowatt di energia portando calore a convertitori Sterling, ciascuno dei quali è in grado di produrre 100 Watt. Tale reattore è composto da una barra di uranio arricchito del diametro di 15 cm, circondato da un riflettore di ossido di berillio, e viene utilizzata una singola barra di carburo di boro (B4C) per innescare la reazione. Questo reattore si basa sulla comprovata fisica di Duclair in grado di auto-regolare la reazione di fissione, eliminando così la necessità di complicati sistemi di controllo.
Le fasi per lo stanziamento presso il Bacino di Hellas Planitia prevedono diverse fasi, la prima delle quali richiede l'individuazione di un luogo dove siano presenti pareti rocciose verticali. Robot e droni possono essere utilizzati per scavare la roccia e appianare il terreno. I motivi per cui si dovrebbe optare per tale tipo di habitat sono molti:
- l'atmosfera rarefatta di Marte non blocca i meteoriti. Una colonia costruita ex novo dovrebbe quindi utilizzare molto materiale per proteggere le strutture, ma la roccia marziana stessa può fornire questa protezione se si scava al di sotto di essa lasciando uno strato sufficiente al di sopra dell'habitat.
- l'atmosfera rarefatta di Marte non blocca nemmeno le radiazioni solari. Anche per questo, avere uno strato di roccia tra la base e la superficie è necessario.
- Temperatura e pressione. Le temperature su Marte sono etremamente rigide, variando da un massimo di 30 gradi ad un minimo di -120 gradi, con escursioni termiche dal giorno alla notte di 80-100 gradi. La pressione è estremamente bassa e non supporta la vita umana. Un ambiente che è già naturalmente chiuso su più lati come un rifugio all'interno del terreno roccioso, costituisce un vantaggio costruttivo.
- Risparmio dei materiali. Utilizzare le strutture naturali già presenti sul pianeta non richiede il costosissimo e difficoltoso invio di materiali dalla Terra.
- Espandibilità. La base potrebbe essere costruita in più fasi di ampliamento, con nuovi scavi in base alla richiesta crescente di spazio.
Aerogel di silicio: Effetto Knudsen
La parte frontale, l'unica esposta verso l'esterno, deve essere chiusa con un materiale in grado di filtrare le radiazioni, ma di lascair passare la luce. Il ghiaccio possiede entrambe queste caratteristiche. Dato che le temperature di Hellas Planitia non superano mai lo zero, e che il ghiaccio è un materiale reperibile sul pianeta, questo risulta pertanto la scelta migliore per proteggere l'habitat. E' possibile rinforzare la struttura del ghiaccio utilizzando un reticolo di polimeri, i quali possono essere creati a partire da metano e specifici batteri anaerobici metanotrofici (Methylobacterium extorquens e Methylobacterium rhodesianum). In caso di demolizione, è possibile altresì invertire questo processo attraverso altri batteri (simili alla Ideonella sakaiensis) in grado di riconvertire i polimeri in CO2 e quindi di nuovo in metano e ossigeno attraverso la reazione di Sabatier.
Esisite già un vetro capace di resistere alle radiazioni che utilizza l'ossido di cerio (CeO2), ed è in grado di assorbire selettivamente la luce ultravioletta. Viene costruito utlilizzando un sistema di nanocristallizzazione autolimitata (dalla natura stessa dello stato solido della matrice). Questo vetro è stato creato di recente presso la South China University of Technology. Ma trasportare materiali costosi dalla Terra, che solo sulla Terra possono essere ricreati, non prepone per uno sviluppo agevole della colonia, specie inizialmente.
Il ghiaccio polimerizzato rimane quindi l'opzione più pratica, economica e facilmente riparabile.
Il mio progetto prevede che per separare gli ambienti dell'habitat dall'esterno, oltre al ghiaccio si applichi uno strato di aerogel di silicio. L'aerogel è una sostanza solida e trasparente composta dal 99,8% di aria e dallo 0.2% di biossido di silicio. La sua struttura è spugnosa, e sfrutta l'effetto Knudsen per risultare estremamente isolante. Questo permette alla base colonica di mantenere una temperatura e un'umidità costante con il minor dispendio di enegia possibile. Inoltre il peso estremamente ridotto dell'aerogel permette di poter essere trasportato in grande quantità dalla Terra con un costo minimo. Strati alterni di ghiaccio polimerizzato e aerogel costituiscono una protezione efficace ed economica per l'habitat. La luce naturale, importante sia per le colture che per il benessere dei coloni, filtra attraverso la grande parete rivolta all'esterno, permettendo la vista del panorama marziano. Larghi specchi, posizionati al di fuori della base, possono convogliare ancora più luce attraverso la parete di ghiaccio, raggiungendo il livello d'irradiamento solare terrestre.
All'interno dell'habitat, oltre a creare un ambiente confortevole, è necessario ricostruire un mini-ecosistema per permettere di nutrire i coloni senza spreco e col minimo dispendio energetico. La pratica dell'acquaponica riunisce i vantaggi dell'idroponica assieme a quelli dell'allevamento del pesce, in un unico sistema circolare.
Esisite già un vetro capace di resistere alle radiazioni che utilizza l'ossido di cerio (CeO2), ed è in grado di assorbire selettivamente la luce ultravioletta. Viene costruito utlilizzando un sistema di nanocristallizzazione autolimitata (dalla natura stessa dello stato solido della matrice). Questo vetro è stato creato di recente presso la South China University of Technology. Ma trasportare materiali costosi dalla Terra, che solo sulla Terra possono essere ricreati, non prepone per uno sviluppo agevole della colonia, specie inizialmente.
Il ghiaccio polimerizzato rimane quindi l'opzione più pratica, economica e facilmente riparabile.
Il mio progetto prevede che per separare gli ambienti dell'habitat dall'esterno, oltre al ghiaccio si applichi uno strato di aerogel di silicio. L'aerogel è una sostanza solida e trasparente composta dal 99,8% di aria e dallo 0.2% di biossido di silicio. La sua struttura è spugnosa, e sfrutta l'effetto Knudsen per risultare estremamente isolante. Questo permette alla base colonica di mantenere una temperatura e un'umidità costante con il minor dispendio di enegia possibile. Inoltre il peso estremamente ridotto dell'aerogel permette di poter essere trasportato in grande quantità dalla Terra con un costo minimo. Strati alterni di ghiaccio polimerizzato e aerogel costituiscono una protezione efficace ed economica per l'habitat. La luce naturale, importante sia per le colture che per il benessere dei coloni, filtra attraverso la grande parete rivolta all'esterno, permettendo la vista del panorama marziano. Larghi specchi, posizionati al di fuori della base, possono convogliare ancora più luce attraverso la parete di ghiaccio, raggiungendo il livello d'irradiamento solare terrestre.
All'interno dell'habitat, oltre a creare un ambiente confortevole, è necessario ricostruire un mini-ecosistema per permettere di nutrire i coloni senza spreco e col minimo dispendio energetico. La pratica dell'acquaponica riunisce i vantaggi dell'idroponica assieme a quelli dell'allevamento del pesce, in un unico sistema circolare.
