Si et quand nous décidons d'aller sur Mars (et d'y rester), les colons martiens seront confrontés à de sérieux défis. D'une part, la planète est extrêmement froide par rapport à la Terre, avec une moyenne d'environ -63 ° C (-82 ° F), ce qui est comparable à une nuit froide en Antarctique. En plus de cela, il y a l'atmosphère incroyablement mince qui est irrespirable pour les humains et les créatures terrestres. Ajoutez à cela le rayonnement, et vous commencez à voir pourquoi le règlement de Mars sera difficile.
Mais comme le dit le dicton, la nécessité est la mère de l'invention. Et pour stimuler le processus d'invention, la NASA s'est associée à l'Université Bradley de Peoria pour lancer le concours Défi du centenaire de l'habitat imprimé en 3D. Dans le cadre des Centennial Challenges de la NASA, parrainés par la Space Technology Mission Directorate, ce concours a récemment attribué 100 000 $ en prix à cinq équipes pour leurs concepts de conception.
Les défis du centenaire de la NASA ont été lancés en 2005 pour impliquer directement le public et produire des applications révolutionnaires pour les défis de l'exploration spatiale. Le programme offre des prix incitatifs pour stimuler l'innovation dans la recherche fondamentale et appliquée, le développement technologique et la démonstration de prototypes. Pour administrer le concours, l'Université Bradley a également établi un partenariat avec les sponsors Caterpillar, Bechtel et Brick & Mortar Ventures.
Pour le concours, les participants ont été chargés de créer des représentations numériques des caractéristiques physiques et fonctionnelles d'un habitat martien à l'aide d'outils logiciels spécialisés. Un panel d'experts de la NASA, d'universitaires et de l'industrie a attribué des points à l'équipe en fonction de divers critères, qui ont déterminé le montant du prix que chaque équipe gagnante a obtenu. Sur 18 candidatures du monde entier, 5 équipes ont été sélectionnées.
Par ordre de prix, ils ont été récompensés:
- Équipe Zopherus de Rogers, Arkansas - 20 957,95 $
- AI. SpaceFactory de New York - 20 957,24 $
- Kahn-Yates de Jackson, Mississippi - 20 622,74 $
- SEArch + / Apis Cor of New York - 19580,97 $
- Université Northwestern d'Evanston, Illinois - 17 881,10 $
Le concours de conception met l'accent sur tous les défis qu'impliquerait la construction d'un habitat vital sur Mars, y compris les distances importantes impliquées et les différences d'atmosphère et de paysages. En bref, les équipes devaient créer des habitats qui seraient isolés et étanches à l'air et pourraient également être construits en utilisant des matériaux locaux (aka. Utilisation des ressources in situ).
Le concours a commencé en 2014 et s'est structuré en trois phases. Pour la phase 1, le concours de design (qui s'est terminé en 2015 avec un sac à main de 50 000 $), les équipes devaient soumettre un rendu de leur habitat proposé. La phase 2, le concours des membres structurels, était axée sur les technologies des matériaux et les équipes requises pour créer des composants structurels. Cette phase s'est terminée en 2017 avec une bourse de 1,1 million de dollars.
Pour la phase 3, le concours de l'habitat sur place - qui est la phase actuelle du concours - les concurrents ont été chargés de fabriquer des versions sous-échelles de leurs habitats. Cette phase comporte cinq niveaux de compétition, qui se composent de deux niveaux virtuels et de trois niveaux de construction. Pour les premiers, les équipes ont été chargées d'utiliser un logiciel de modélisation des informations du bâtiment (BIM) pour concevoir un habitat qui combine toutes les exigences structurelles et les systèmes qu'il doit contenir.
Pour les niveaux de construction, les équipes devront fabriquer de manière autonome des éléments de l'habitat imprimés en 3D, culminant avec un habitat imprimé à l'échelle d'un tiers pour le niveau final. À la fin de cette phase, les équipes recevront un prix en argent d'un sac de 2 millions de dollars. Comme Monsi Roman, le gestionnaire de programme pour les défis du centenaire de la NASA, a déclaré dans un récent communiqué de presse de la NASA:
«Nous sommes ravis de voir le succès de ce groupe diversifié d'équipes qui ont abordé cette compétition dans leurs propres styles uniques. Ils ne conçoivent pas seulement des structures, ils conçoivent des habitats qui permettront à nos explorateurs de l'espace de vivre et de travailler sur d'autres planètes. Nous sommes ravis de voir leurs créations prendre vie au fur et à mesure que la compétition avance. »
Les candidatures gagnantes comprenaient le concept de l'équipe Zorphues pour un habitat modulaire inspiré des structures biologiques ici sur Terre. Le processus de construction commence par un atterrisseur (qui est également une imprimerie mobile) atteignant la surface et balayant l'environnement pour trouver une bonne «zone d'impression». Il parcourt ensuite cette zone et déploie des rovers pour rassembler les matériaux, puis se scelle au sol pour fournir un environnement d'impression sous pression.
Le module principal est ensuite assemblé à l'aide de composants préfabriqués (comme les sas, les fenêtres, le contrôle atmosphérique, les toilettes, les éviers, etc.), et la structure est imprimée autour de lui. L'imprimante se dirige ensuite vers un emplacement adjacent et imprime un autre module en utilisant la même méthode. Avec le temps, un certain nombre d'habitats sont connectés au module principal qui offrent des espaces de vie, de loisirs, de production alimentaire, d'études scientifiques et d'autres activités.
Pour leur concept, l'équipe de deuxième place (Team AI. SpaceFactory) a choisi un cylindre orienté verticalement comme la forme la plus efficace pour leur habitat Marsha. Selon l'équipe, cette conception est non seulement l'environnement de pression idéal, mais maximise également la quantité d'espace utilisable, permet à la structure d'être divisée verticalement en fonction des activités, est bien adaptée à l'impression 3D et prend moins de place espace de surface.
L'équipe a également conçu leur habitat pour faire face aux changements de température sur Mars, qui sont importants. Leur solution a été de concevoir la structure entière comme une coque à bride qui se déplace sur des paliers coulissants à sa fondation en réponse aux changements de température. La structure est également une double coque, la coque externe (sous pression) étant entièrement séparée de l'habitat intérieur. Cela optimise le flux d'air et permet à la lumière de filtrer dans l'ensemble de l'habitat.
L'étape suivante est l'habitat de Khan-Yates, que l'équipe a conçu pour être spécifiquement adapté pour résister aux tempêtes de poussière et aux climats rigoureux de la planète rouge. Ce dôme de corail se compose d'un atterrisseur qui se poserait dans la région équatoriale, puis imprimerait une couche de fondation et de semelle en utilisant des matériaux locaux. Le bras d'impression passerait ensuite verticalement pour commencer à imprimer la coque et les sols.
L'enveloppe extérieure est parsemée de fenêtres qui permettent un environnement bien éclairé, l'enveloppe extérieure est séparée du noyau et la forme de la structure est conçue pour garantir que les tempêtes de poussière circulent autour de la structure. À la quatrième place se trouvait la maison Mars X de SEArch + / Apis Cor, un habitat conçu pour fournir une protection contre les radiations maximale tout en assurant la lumière naturelle et les connexions avec le paysage martien.
L'habitat est construit par des imprimantes robotiques mobiles, qui sont déployées à partir d'un échiquier réutilisable à une étape Hercules. Le design s'inspire de l'architecture nordique et utilise des «pelles à lumière» et des ouvertures d'observation au niveau du sol pour garantir que la lumière du soleil dans les latitudes nord pénètre à l'intérieur. Les deux coques extérieures (et superposées) abritent les espaces de vie, qui se composent de deux espaces gonflables avec CO transparent2 poches de fenêtre gonflées.
La cinquième place est revenue à l'équipe de Northwestern University pour leur habitat martien 3Design, qui se compose d'une sphère intérieure à coque fermée et d'un dôme parabolique extérieur. Selon l'équipe, cet habitat offre une protection contre les éléments martiens grâce à trois caractéristiques de conception. Le premier est la forme interne de la structure, qui se compose d'une fondation circulaire, d'un récipient sous pression gonflable qui sert de zone de vie principale et de la coque extérieure.
La deuxième caractéristique est le système d'entrée, qui s'étend des extrémités opposées de la structure et sert d'entrées et de sorties et pourrait fournir des jonctions avec de futurs pods. La troisième caractéristique est les poutres transversales qui sont l'épine dorsale structurelle du dôme et sont optimisées pour la charge de pression sous la gravité martienne et les conditions atmosphériques, et fournissent une protection continue contre le rayonnement et les éléments.
L’agencement intérieur est basé sur l’habitat de la NASA Hawai’i Space Exploration Analog and Simulation (HI-SEAS) et est divisé entre «zones humides» et «zones sèches». Ces zones sont placées sur les côtés opposés de l'habitat pour optimiser l'utilisation des ressources en les concentrant sur un côté (plutôt que de les faire courir dans cet habitat), et l'espace est également divisé par un mur central rétractable qui sépare l'intérieur en espaces publics et privés.
Ensemble, ces concepts incarnent les objectifs du Défi du centenaire de l'habitat imprimé en 3D, qui consiste à mobiliser les talents d'inventeurs citoyens pour développer les technologies nécessaires à la construction d'abris durables qui permettront un jour aux humains de vivre sur la Lune, Mars et au-delà. . Comme l'a dit Lex Akers, doyen du Caterpillar College of Engineering and Technology de l'Université Bradley:
«Nous encourageons un large éventail de personnes à proposer des conceptions innovantes pour la façon dont elles envisagent un habitat sur Mars. Les niveaux virtuels permettent aux équipes des écoles secondaires, des universités et des entreprises qui pourraient ne pas avoir accès à de grandes imprimantes 3D de continuer à faire partie de la compétition, car elles peuvent faire équipe avec ceux qui ont accès à ces machines pour le niveau final de la compétition . "
Poursuivant dans la tradition des prix du centenaire, la NASA cherche à susciter l'engagement du public dans cette compétition pour promouvoir l'intérêt pour l'exploration spatiale et relever les défis futurs. Il cherche également à tirer parti des nouvelles technologies afin de résoudre les nombreux problèmes d'ingénierie, techniques et logistiques que posent les voyages dans l'espace. Un jour, si et quand des êtres humains vivent sur la Lune, Mars et d'autres endroits du système solaire, les habitats qu'ils appellent chez eux pourraient très bien être l'œuvre d'étudiants, d'inventeurs citoyens et de passionnés de l'espace.
Pour plus d'informations sur le Défi Habitat en 3D 3-D, consultez la page Web du concours.
