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火星洞穴項目

火星洞穴項目（Caves of Mars Project）是本世紀初一項獲得第二階段撥款的美國宇航局「高級概念研究」計劃[1][2]，旨在評估安置載人火星任務所需的最佳研究和居住模塊位置[3]，其最終報告於2004年年中發表[3]。

熱輻射成像系統拍攝的阿爾西亞山上可能的洞穴口圖像，這些坑被非正式地命名為 (A) 黛娜、(B) 克洛艾、(C) 溫迪、(D) 安妮、(E) 艾比（左）和尼基及（F）珍妮。

描述

 
火星帕弗尼斯火山熔岩管天窗口的高解像度成像科學設備圖像。

洞穴和其他地下結構，包括火星熔岩管、峽谷懸岩和其他火星洞穴，可能對載人任務非常有用，因為它們能提供很大程度的屏蔽保護，可避免太空人在火星任務時暴露在元素和強烈的太陽輻射下，並可提供給任務太空人尋找礦物、氣體、冰和任何地下生物的通道[3]。

該項目還研究了充氣模塊和其他類似結構的設計，以幫助太空人為人類和地球生物營造宜居的環境[3]。

最終報告摘要

最終報告《人類對外星地下環境的利用》[4]共分為10個部分：

  1. 項目摘要
  2. 導言
  3. 技術促進確定
  4. 基本任務確定
  5. 示範任務
  6. 技術試驗
  7. 行星保護協議的發展
  8. 教育和外聯
  9. 結論
  10. 文獻參引及延伸閱讀

第1節，項目摘要總結了整個項目，聲稱「該項目開發了一個革命性的系統，以探索利用地外洞穴的新理念」，並解釋了為收集數據而測試的兩項實驗或「任務」。

第2節，導言回答了「為什麼要將洞穴[用作火星研究基地]？」問題，並提供了各種不同的答案，列舉了將洞穴作為火星探索立足點的優勢，例如：

  • 據推測，與火星表面相比，洞穴中的大氣溫度變化較少；
  • 洞穴保護生命體和設備免受有害的太陽和銀河系輻射；
  • 洞穴可以防止沙塵暴及微型隕石撞擊；
  • 探索洞穴是一項重要的科學目標，因為它使研究火星上的地質、歷史和可能存在的生命變得較為容易，而無需大型挖掘設備；
  • 對洞穴加壓能更適合人類居住的潛力；
  • 允許輕鬆提取冰和礦物等地下材料。

本節還包括了一些有關這些洞穴現存狀況與位置以及火星洞穴類型的推測，但由於高解像度成像科學設備和熱輻射成像系統任務等較新的研究，這些洞穴在很大程度上已經過時。

第3節，對技術推進的描述，分析了大量需用到的創新技術，並指出了這些技術當前的就緒指數。例如，「就地泡沫氣閘」創新的技術備便水準為5級，而「洞穴惰性氣體增壓」則為2級。

第4節描述了洞穴居住所需的「基本任務」，它們是：

  • 尋找地外洞穴；
  • 保護洞穴內的科學環境；
  • 應對黑暗（為棲息地內部提供照明解決方案）；
  • 開發洞穴生命支持系統。

該出版物詳細探討了其中的每一項主題，並強調了使用發光細菌作為照明備份方案的新想法，並建議使用「光管道」技術對棲息地進行照明。文章還詳細討論了天窗和防輻射玻璃，這可能是由於2000年發表時尚缺乏先進的太陽能電池板和LED照明技術。

第5節包含關於「演示任務」的信息，特別是「內部空間的老鼠試驗任務」，簡稱「莫米斯」（MOMIS）和人類等效物，簡稱「胡米斯」（HUMIS）。其想法是開發火星洞穴棲息地某些方面的初級版本，例如在老鼠等試驗對象上使用氬混合呼吸氣體和其他新的生命支持系統。莫米斯實驗已成功完成了多次實驗，但胡米斯實驗被認為不在調查範圍內，儘管已努力尋找試驗場地，但所做的工作反映在2004年賓夕法尼亞州立學院春季學期的「洞穴天體生物學」探索級課程中。

第6節介紹了不同的「技術試驗」，首先，為提供給太空人無需穿着航天服的「便裝型室內環境」，對充氣式棲息地進行了研究。文章進一步建議，如果洞穴內空間大小合適，可在洞穴中放置一座充氣的襯墊，並在不需要額外支撐系統的情況下進行充氣。然後，文章建議使用雙層襯墊系統，其中外層襯墊為洞穴表面提供一層外罩並封閉氣壓；內層襯墊則為太空人提供棲息地，機械設備和生命支持系統可放置在二層襯墊之間。該報告還概述了這些襯墊的摺疊、製造、運輸、更換和充氣方法。本節的另一個主要主題是「就地發泡」氣閘，其設計需符合形狀高度不規則的開口，易於部署和密封，他們最後提出的一種氣閘裝置系統，有多條可伸縮支撐腿，可延伸到所有洞壁。然後，氣閘和洞壁之間的空間用可噴射、硬化的氣密泡沫填充。接下來，報告概述了利用火星上存在的氣體，特別是氬氣加壓來產生惰性氣壓環境的方法，這將使人類科學家只需佩戴呼吸裝置，而不需穿着全壓防護服，並建議洞穴內不得充滿氧氣或其他活性氣體，因為這將使洞內所有潛在的科學價值失效，並可能對在洞穴內呼吸的人類有害。最後，本節介紹了一種洞穴內部通信網絡系統，它也在一座真實的洞穴（羅伯遜洞穴）內進行過測試，並建議將來進行修改以增加帶寬和信號強度。

第7節介紹了行星保護協議的制定，強調了在探索火星洞穴中的重要性，並建議使用「消毒微型機械人」進行探索和科學研究。

第8節名為「教育和外聯」。它包含本報告產生的衍生科學競賽實驗信息，以及本報告及其創建所產生的其他外聯影響。本節還概述了學校的教育活動，如「尋找熔岩管活動」和「小鼠太空人計劃」。

第9節和第10節總結了報告，並引用了參考文獻供進一步閱讀[3]。

結果

該項目表明蟋蟀和老鼠可長時間呼吸氬混合氣體而不會出現明顯問題[3]。

該項目製作了許多教育材料，通過其外聯倡議提供[3]。

在石灰岩洞穴系統中演示了無線通信技術[3]。

另請查看

參考文獻

  1. ^ Robert Braun; et al. Appendix E: List and Statistical Analysis of NIAC Grants. Fostering Visions for the Future: A Review of the NASA Institute for Advanced Concepts (National Academies Press). 2009 [2010-06-30]. ISBN 0-309-14051-X. （原始內容存檔於2013-10-13）. 
  2. ^ David, LeonardS. Digging and Sniffing for Life on Mars. Space.com. 2005-02-22 [2010-06-30]. （原始內容存檔於2010-10-24）. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Boston, P.; Frederick, G.; Welch, S.; Werker, J.; Meyer, T.R.; Sprungman, B.; Hildreth-Werker, V.; Murphy, D.; Thompson, S.L., System Feasibility Demonstrations of Caves and Subsurface Constructed for Mars Habitation and Scientific Exploration (PDF), USRA Reports (NASA Institute for Advanced Concepts), 2004 [2010-06-30], （原始內容存檔 (PDF)於2021-11-14） 
  4. ^ 存档副本. [2021-09-06]. （原始內容存檔於2021-07-30）. 

外部連結

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