Was werden die Menschen tragen, wenn sie auf dem Mars ankommen?

Der Mars, ein erdähnlicher Planet in der bewohnbaren Zone des Sonnensystems, ist für die Menschheit seit Langem eine Quelle der Neugier und Intimität. In den letzten Jahren gab es eine Einwanderungswelle zum Mars. Doch vor der Einwanderung müssen wir uns mit der Frage auseinandersetzen, was Menschen tragen müssen, wenn sie sich auf diesem „erdähnlichen Planeten“ mit seiner sehr rauen Umwelt frei bewegen wollen? Ist es dasselbe wie der Außenbordanzug, den Astronauten tragen, wenn sie das Raumschiff in der Erdumlaufbahn verlassen?

Marsumgebung

Der Mars ist der beliebteste Planet im Sonnensystem für Erkundungen und in Science-Fiction-Werken auch ein Kandidat für Planetenmigration. Der Mars ist der am leichtesten am Nachthimmel der Erde zu beobachtende terrestrische Planet. Wenn er der Erde am nächsten ist, beträgt seine scheinbare Helligkeit -2,94 (Hinweis: Die scheinbare Helligkeit ist ein astronomischer Begriff, der sich auf die Helligkeit eines Sterns bezieht, wie er vom Beobachter mit bloßem Auge gesehen wird. Die Größe der scheinbaren Helligkeit kann negativ sein. Je kleiner der Wert, desto höher die Helligkeit und umgekehrt).

▲Das wahre Verhältnis von Erde und Mars

(Quelle: wikimedia)

Die Masse des Mars beträgt 11 % der Masse der Erde, sein Volumen 15 % und seine Oberflächengravitation 38 % der Erdgravitation. Vor 4 Milliarden Jahren verlor es den Schutz seiner Magnetosphäre. Nach Hunderten von Millionen Jahren der Interaktion mit dem Sonnenwind ist seine Atmosphäre, die bereits vorher leichter entweichen konnte als die der Erde, ziemlich dünn geworden. Der Luftdruck auf seiner Oberfläche beträgt nur 0,6 % des Drucks auf der Erde und liegt damit weit unter der Armstrong-Grenze (6,18 % des Luftdrucks, bei dem der Siedepunkt von Wasser der Körpertemperatur des Menschen entspricht). Wenn sich Menschen auf dem Mars ohne jegliche Druckausgleichsmaßnahmen befänden, würden sämtliche Körperflüssigkeiten einschließlich Tränen, Speichel und Blut innerhalb kürzester Zeit verkochen und verdunsten, und die Lunge wäre aufgrund der Dehydration nicht mehr in der Lage, Sauerstoff auszutauschen.

Natürlich muss man sich über den Sauerstoffaustausch keine allzu großen Sorgen machen, da in der Marsatmosphäre grundsätzlich kein Sauerstoff vorhanden ist. Die Marsatmosphäre besteht zu etwa 96 % aus Kohlendioxid, zu 1,93 % aus Argon und zu 1,89 % aus Stickstoff sowie Spuren von Sauerstoff- und Wassermolekülen. Die trockene Marsluft ist voller Staub, darunter eine große Anzahl von Partikeln mit einem Durchmesser von mehr als 2,5 Mikrometern (PM2,5). Obwohl die Zusammensetzung der Marsatmosphäre an die Atmosphäre der primitiven Erde vor 2,3 Milliarden Jahren vor dem Ausbruch der Blaualgen erinnert, werden die berühmten Sandstürme die Menschen in die nordchinesische Tiefebene des 21. Jahrhunderts zurückversetzen.

Aufgrund der fehlenden Atmosphäre und Hydrosphäre und der größeren Entfernung von der Sonne beträgt die Durchschnittstemperatur auf dem Mars nur -46 °C (-51 °F). Im Winter kann die Temperatur in den Polarregionen auf -143 °C (-225,4 °F) fallen, während die Temperatur am Äquator im Sommer mittags 35 °C (95 °F) erreichen kann.

▲Foto von Zhurong und dem Lander

(Quelle: China Planetary Exploration)

Ohne den Schutz einer Atmosphäre oder eines globalen Magnetfelds ist der größte Teil der Marsoberfläche dem Sonnenwind direkt ausgesetzt. Bei ruhiger Sonneneinstrahlung beträgt die Strahlung an der Erdoberfläche etwa 244,5 mSv pro Jahr. Bei häufiger Sonnenaktivität ist die Strahlung stärker. Auf der Erde beträgt dieser Wert etwa 6,2 mSv. Gemäß den vom Multilateral Medical Action Panel (MMOP) entwickelten Expositionsstandards für Astronauten beträgt der jährliche Grenzwert mit Schutz 500 mSv und der berufliche Grenzwert 1000 mSv.

Überlebe eine Minute

Auf der Erde kann man auch ohne Raumanzug rund 80 Jahre leben, auf dem Mars muss man sich jedoch zunächst überlegen, wie man die erste Minute überlebt. In der ersten Minute müssen Sie nicht an Komfort, Haltbarkeit, Bewegungsfreiheit, Arbeitskommunikation oder Stoffwechsel denken. Sie können sogar den Atem anhalten, ohne ans Atmen zu denken. Dennoch müssen Sie Folgendes berücksichtigen: Sie müssen sich von der äußeren Umgebung isolieren und Ihrem Körper genügend Druck verleihen.

Die ersten menschlichen Raumanzüge entstanden aus Druckanzügen für die Luftfahrt. Die innere Schicht ist eine luftdichte Schicht, die die Luftdichtheit und den Druck des Anzugs unter Arbeitsbedingungen aufrechterhalten kann und hochfeste, elastische und versiegelte Materialien erfordert; Die äußere Schicht ist eine Begrenzungsschicht, die den Restdruck des Anzugs trägt und die anthropomorphe Form des Raumanzugs beibehält, wenn dieser mit Sauerstoff versorgt wird und unter Druck steht. Sie erfordert hochfeste, unelastische Materialien. Derzeit wird für die luftdichte Schicht im Allgemeinen polyurethanbeschichtetes Nylon und für die einschränkende Schicht im Allgemeinen Polyester verwendet.

Überlebe eine Stunde lang

Nachdem Sie die erste Minute überlebt haben, müssen Sie nicht nur auf Atmung, Wärmeableitung, Temperatur und andere Aspekte des menschlichen Stoffwechsels achten, sondern auch darauf, wie Sie in rauen Umgebungen Ihre eigene Sicherheit gewährleisten können. Zu diesem Zeitpunkt müssen Sie zusätzlich zur Druckschicht eine Wärmeableitungsschicht auf der Innenseite des Raumanzugs und eine Wärmeisolations- und Schutzschicht auf der Außenseite sowie ein Umweltkontrollsystem und ein Lebenserhaltungssystem einbauen.

Da die Innenseite des Druckanzugs in direktem Kontakt mit der menschlichen Haut steht, können wir durch eine Nylonunterwäsche mit einem wassergekühlten Kunststoffschlauchsystem, das von einer Pumpe angetrieben wird (Flüssigkeitskühlungs-Belüftungsanzug), zur Ableitung von Wärme und Feuchtigkeit beitragen.

Die Außenseite des Druckanzugs ist der Außenumgebung zugewandt, daher verwenden wir auf der Außenseite mit Neopren beschichtetes Nylon und eine aluminisierte PET-Folie, um ein Mischgewebe zu bilden, das die Wärmeschutzschicht des Raumanzugs für den Außenbordeinsatz bildet. Darüber hinaus soll es sich vor Marsstaubstürmen und möglichen Sonnenstürmen schützen. Im Allgemeinen verwenden wir Materialien wie Aramid und Teflon, die über hervorragende hitzebeständige, verschleißfeste, wasserdichte und flammhemmende Eigenschaften verfügen, um die äußerste Panzerungsschicht außerhalb der Wärmeschutzschicht zu bilden.

▲Lebenserhaltungssystem für Raumanzüge vom Typ Z-2 in Entwicklung

(Quelle: wikimedia)

Das Lebenserhaltungssystem und das Umweltkontrollsystem können derzeit nicht in die Kleidung integriert werden. Sie können lediglich einen großen Rucksack tragen, in dem verschiedene Instrumente integriert sind, beispielsweise zur Sauerstoffversorgung, zur Umluftbelüftung, zur Regulierung des Innendrucks des Raumanzugs, zur Filterung von Abwasser und Abgasen sowie zur Überwachung der körperlichen Indikatoren der Astronauten.

Kann arbeiten, studieren und leben

Wenn Sie überleben können, müssen Sie Indikatoren wie die Erfüllung langfristiger Anforderungen im Berufs- und Privatleben, Tragbarkeit, Haltbarkeit, Komfort und sogar den Umgang mit technischer Machbarkeitsausrüstung wie dem Marsrover berücksichtigen.

▲Chinas Raumanzug

(Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

Auf dem Mars herrscht 38 % der Schwerkraft der Erde, daher dürfen Marsanzüge nicht zu schwer sein und die Gelenke müssen über Vorrichtungen zur Bewegungsunterstützung verfügen. Der Bedarf an flexibler Bewegung ist auf dem Mars größer als in einem Raum mit Mikrogravitation. Gleichzeitig stellen mögliche Sonnenstürme und eine langfristige Unterdruckbelastung in Staubumgebungen im Hinblick auf die Haltbarkeit zwar keine ernsthafte chemische Korrosion wie etwa durch atomaren Sauerstoff auf der Marsoberfläche dar, jedoch ein ernstzunehmendes Problem. Der Marsrover Perseverance der NASA, der am 30. Juli 2020 um 19:50 Uhr gestartet wurde, transportierte fünf Arten von Materialien für die Außenschicht von Raumanzügen für Außenbordeinsätze zu Feldtests in der Marsumgebung.

Abschließend muss ich alle daran erinnern, dass die Kleidung, die die Menschen auf dem Mars tragen, eigentlich die Idee ist, einen Marsanzug von Grund auf neu zu entwickeln. Bei der tatsächlichen Forschung und Entwicklung sind wir jedoch häufig von vorhandenen Technologiereserven, technologischer Trägheit und sogar … Geld beeinflusst.

Bislang ist es noch keinem Land gelungen, auf dem Mars zu landen. Ich bin jedoch überzeugt, dass mit der Umsetzung der Pläne verschiedener Länder zur bemannten Erkundung des Weltraums nach und nach die Mars-Raumanzüge der großen Raumfahrtmächte für uns verfügbar sein werden. Von nun an wird es kein Problem mehr sein, was die Menschen auf dem Mars tragen.

Quellen:

[1] Li Guosheng, Zhang Yu. Vom Raumanzugdesign bis zur Forschung und Entwicklung funktionaler Kleidung [J]. Schönheit und Zeiten: Ästhetik (Teil 2), 2006(4):2.

[2] Wu Guoxing. Persönliche Schutzausrüstung der Astronauten – Raumanzüge[J]. Persönliche Schutzausrüstung China, 2002.

[3] Li Min, Yu Miao. Die Entwicklung und der aktuelle Stand von US-Kabinenraumanzügen[J]. 2021.

[4] Zhang Ruiming (Übersetzer). Designaussichten russischer Planetenraumanzüge[J]. Informationen zur bemannten Raumfahrt, 2010(3):5.

[5] Übersetzt von Guan Chunlei, herausgegeben von Chen Jingshan. Anforderungen an die Nutzung von Raumanzügen und Bewertung von Systemlösungen für Mond- und Marsmissionen[J]. Informationen zur bemannten Raumfahrt, 2008(1):15.

[6] Kou Cuicui. Der Einfluss unterschiedlicher Weltraumumgebungen auf die Leistung von extravehicularen Raumanzügen[D]. Universität für Luft- und Raumfahrt Nanjing.

Wissenschaftliche Überprüfung: Yang Yuguang, Chinas Botschafter für Weltraumwissenschaften, stellvertretender Vorsitzender des Space Transportation Committee der International Astronautical Federation