Grupa Mars Craft Nova zdobyła pierwsze miejsce w międzynarodowym konkursie na szczegółową koncepcję założenia i rozbudowy bazy na Marsie, organizowanym przez Mars Society South Asia. W składzie zwycięskiego zespołu jest dr inż. Magdalena Łabowska z Wydziału Mechanicznego PWr.

Zespoły rywalizujące w konkursie musiały przygotować kompleksowe projekty marsjańskich habitatów – takie, które pozwoliłyby zapewnić stałą obecność człowieka na Czerwonej Planecie. Koncepcje miały zakładać zapewnienie odpowiednich warunków dla minimum czterech, a maksymalnie ośmiu astronautów do 2040 r., a następnie stopniową rozbudowę bazy – tak by do 2060 r. pomieściła 50 osób.

Konieczne były samodzielny wybór lokalizacji na Marsie oraz przedstawienie planu działania i technologii wykorzystanych do założenia i rozwoju osady. Organizator konkursu – Mars Society South Asia – podkreślał, że kluczowe jest przedstawienie jasnego, wykonalnego planu misji, od pierwszego siedliska, po długoterminowy rozwój bazy, ze szczególnym naciskiem na wybór technologii i strategii osiągnięcia samowystarczalności.

Pierwszą nagrodę w konkursie – ex aequo z grupą Iuvaan z Indian Institute of Technology Guwahati – zdobył polski zespół Mars Craft Nova. Stworzyli go Alan Żmuda, Magdalena Pawelec, dr inż. Magdalena Łabowska, Michał Ziemiński i Maja Staniewska. Dr Łabowska jest badaczką z Wydziału Mechanicznego PWr.

Baza w arkadii, sterowana przez sztuczną inteligencję

Na lokalizację swojej bazy Polacy wybrali Arcadia Planitia – gładką równinę, położoną na północny zachód od regionu Tharsis. Tamtejsze rozległe kratery – jak argumentował zespół – są najlepsze do budowy bazy – m.in. ze względu na ukształtowanie terenu i dużą dostępność lodu, a zatem wody.

W swoim projekcie polska grupa postawiła na zaawansowane systemy autonomiczne i zarządzania bazą, zapewniające jej samowystarczalność i minimalizację interwencji człowieka. Sztuczna inteligencja miałaby monitorować funkcjonowanie bazy, optymalizować zużycie energii i zarządzać podtrzymywaniem życia, przewidując ewentualne usterki i zapobiegając awariom.

Systemy automatycznego recyklingu powietrza i wody dostosowywałyby warunki środowiskowe w czasie rzeczywistym, a inteligentne uprawy hydroponiczne i aeroponiczne samodzielnie regulowałyby poziom nawadniania i składników odżywczych.

Komunikacja i nawigacja działałyby tam w trybie autonomicznym, zapewniając stabilność połączeń i koordynację misji w terenie. A oprócz tego roboty inspekcyjne i serwisowe monitorowałyby stan infrastruktury, a systemy autodiagnostyki wykrywały potencjalne zagrożenia, umożliwiając szybkie reagowanie bez udziału astronautów.

Recykling i wykorzystanie lokalnych zasobów

Zespół założył także maksymalne wykorzystanie dostępnych na Marsie surowców, co znacząco zmniejszyłoby zależność od dostaw z Ziemi. Regolit marsjański służyłby do budowy infrastruktury za pomocą technologii przyrostowej (czyli drukarek 3D), a woda lodowa do produkcji tlenu, paliwa i na potrzeby załogi.

Energia miałaby tam pochodzić zarówno z reaktora jądrowego, jak i paneli słonecznych (gwarantując zasilanie nawet podczas burz pyłowych). A zamknięty obieg zasobów i zaawansowane metody przetwarzania surowców pozwalałyby na długoterminową autonomię bazy.

– Nasza baza wykorzystywałaby zaawansowane systemy recyklingu, które minimalizują straty zasobów. Powietrze byłoby oczyszczane i regenerowane, woda odzyskiwana z odpadów biologicznych i atmosferycznej kondensacji, a odpady organiczne byłyby przekształcane w nawozy i biogaz. Uprawy hydroponiczne i aeroponiczne nie tylko dostarczałyby pożywienia, ale także brały udział w produkcji tlenu i utrzymaniu odpowiedniego składu atmosfery – opowiada dr Łabowska.

Jak ochronić się przed warunkami na Marsie?

W swojej koncepcji Mars Craft Nova uwzględnił oczywiście metody ochrony załogi przed szkodliwymi warunkami panującymi na Marsie. Założył, że moduły mieszkalne byłyby częściowo osłonięte warstwą regolitu, co redukowałoby ekspozycję na promieniowanie kosmiczne.

Grupa zaplanowała także wykorzystanie jako materiału budowlanego – betonu siarkowego, który zapewniałby izolację termiczną i osłonę przed promieniowaniem UV.

Systemy podtrzymywania życia dbałyby o stabilne warunki wewnętrzne, a autonomiczne algorytmy zarządzały temperaturą i ciśnieniem, dostosowując je do zmieniających się warunków atmosferycznych.

Dr Łabowska zajmowała się właśnie opracowaniem systemów chroniących człowieka przed środowiskiem Marsa (systemy awaryjne, systemy bezpieczeństwa), a także wprowadzeniem autonomii i robotyzacji bazy oraz projektem modułów laboratoryjnych i medycznych.

– Jednym z rozwiązań, jakie zaproponowaliśmy, był system generowania pola elektromagnetycznego, symulujący działanie ziemskiej magnetosfery i osłabiający wpływ wysokoenergetycznych cząstek promieniowania kosmicznego – opowiada. – Generatory pola elektromagnetycznego byłyby rozmieszczone wokół kluczowych modułów bazy, tworząc barierę ochronną zmniejszającą dawkę promieniowania, na jaką narażeni są astronauci. Dodatkowym elementem systemu bezpieczeństwa byłyby moduły awaryjne wyposażone w zapasy tlenu, wody i żywności na minimum trzy lata, co pozwalałoby na przetrwanie w przypadku awarii głównych systemów bazy. Każdy moduł byłby samowystarczalny i mógł zostać odizolowany w razie rozszczelnienia lub skażenia atmosfery.

Moduł laboratoryjny – nad którym pracowała dr Łabowska – byłby wyposażony spektrometry, chromatografy, mikroskopy oraz systemy do analizy składu chemicznego i biologicznego. Umożliwiałby badania planety, ale także upraw do wyżywienia załogi oraz testowania technologii dla przyszłych misji kolonizacyjnych. W ramach autonomii, część eksperymentów miałaby tam być prowadzona bez bezpośredniego udziału astronautów, z wykorzystaniem robotycznych ramion i zdalnie sterowanych urządzeń.

Dr Łabowska jest badaczką z Katedry Mechaniki, Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej na Wydziale Mechanicznym. Od lat łączy w swoich zainteresowaniach naukowych inżynierię biomedyczną z zagadnieniami związanymi z eksploracją kosmosu i inżynierią kosmiczną.

Na PWr analizuje właściwości fizyczne hydrożeli. Prowadzi badania nad ich zastosowaniem m.in. w obszarze nośników leków z kontrolowanym uwalnianiem substancji aktywnych, sztucznych mięśni oraz sensorów. W swoich pracach wykorzystuje technologie przyrostowe, co pozwala na tworzenie innowacyjnych materiałów biomedycznych z możliwością personalizacji. Za swoją aktywność została ogłoszona Wrocławianką 2022 Roku w kategorii „Teraz młodość – Siła młodości”.

Jedna z założycielek grupy Innspace, czyli pasjonatów inżynierii kosmicznej, którzy realizują projekty pozaziemskich baz i pojazdów. Nasza badaczka – już jako studentka, a później doktorantka – była odpowiedzialna za koncepcje systemów podtrzymywania życia w takich projektach jak baza na Marsie dla tysiąca mieszkańców o nazwie Ideacity, która zdobyła tytuł Gold Winner (na 3 tys. zgłoszeń) w konkursie Future Mars Life w Chinach oraz 5. miejsce w konkursie Mars Colony Prize (na 100 zgłoszeń) w USA.

Pracowała również nad projektem bazy dla 50 osób o nazwie Dome, która została wyróżniona w konkursie First Colony on Mars w Singapurze i zdobyła tytuł Winner w konkursie Future Mars Life w Chinach. Na swoim koncie ma także drugie miejsce w Telerobotic Mars Mision Competition za projekt misji marsjańskiej „Late” (USA) i zwycięstwo w hackatonie ActInSpace za projekt „Demeter” (Niemcy).

Była także zaangażowana w projektowanie kabiny samolotu suborbitalnego Innspace, którą doceniono główną nagrodą – ESA GrandPrix w Student Aerospace Challenge w 2019 r., a rok później za analizę rynku załogowych lotów suborbitalnych Innspace ponownie stanęło na podium w tym samym konkursie, otrzymując Ariane Group Prize.

lucy