Kolonisasi Mars

Kolonisasi Mars merujuk pada konsep permukiman permanen manusia di planet Mars. Gagasan yang awalnya merupakan gagasan dalam fiksi ilmiah ini kini telah diteliti secara serius.
Mars adalah fokus dari banyak penelitian ilmiah tentang kemungkinan kolonisasi manusia. Kondisi permukaan Mars dan keberadaan air di masa lalu membuatnya menjadi planet yang paling ramah di Tata Surya selain Bumi. Mars membutuhkan lebih sedikit energi per satuan massa (delta-v) untuk dicapai dari Bumi dibandingkan planet yang lain, selain Venus.
Tempat tinggal permanen manusia di planet lain, termasuk Mars, adalah salah satu tema fiksi ilmiah yang paling lazim. Seiring kemajuan teknologi dan kekhawatiran tentang masa depan umat manusia di Bumi meningkat, argumen yang mendukung kolonisasi ruang mendapatkan momentum. Alasan lain untuk menjelajahi Mars termasuk kepentingan ekonomi, penelitian ilmiah jangka panjang yang dilakukan oleh manusia sebagai lawan dari penyelidikan robot, dan keingintahuan belaka.
Baik organisasi swasta maupun publik telah membuat komitmen untuk meneliti kelayakan upaya kolonisasi jangka panjang dan untuk mengambil langkah-langkah menuju kehadiran manusia permanen di Mars. Badan-badan luar angkasa yang terlibat dalam penelitian atau perencanaan misi termasuk NASA, Roscosmos, China National Space Administration dan Indian Space Research Organisation. Organisasi swasta termasuk SpaceX, Lockheed Martin, dan Boeing.

Konsep misi dan linimasa

Semua konsep misi manusia purba ke Mars yang disusun oleh program ruang angkasa pemerintah nasional, seperti yang sementara direncanakan oleh NASA, Roscosmos dan ESA - tidak akan menjadi pelopor langsung menuju kolonisasi di planet Mars. Proyek ini dimaksudkan semata-mata sebagai misi eksplorasi, karena misi Apollo ke Bulan tidak direncanakan menjadi situs pangkalan permanen.
Kolonisasi membutuhkan pembentukan habitat permanen yang memiliki potensi untuk pengembangan diri dan ekonomi sendiri. Dua proposal awal untuk membangun habitat di Mars adalah konsep Mars Direct dan Semi-Direct, yang didukung oleh Robert Zubrin.

SpaceX (basis ekspedisi)

Pada tahun 2018, SpaceX mendanai dan mengembangkan serangkaian penerbangan kargo menuju Mars dengan roket BFR dan sistem pesawat ruang angkasa sedini dan secepat mungkin pada tahun 2022, diikuti oleh penerbangan awak pertama ke Mars pada peluncuran berikutnya sekitar 2024. Selama fase pertama, tujuannya adalah untuk meluncurkan beberapa BFR untuk mengangkut dan merakit pabrik propana metana / oksigen dan membangun sebuah pusat peradaban dalam persiapan untuk kehadiran permukaan yang diperluas. Kolonisasi yang berhasil pada akhirnya akan melibatkan lebih banyak faktor ekonomi — antara individu, perusahaan, atau pemerintah — untuk memfasilitasi pertumbuhan keberadaan manusia di Mars selama beberapa dekade.

Keterhunian

Berdasarkan bukti yang dikumpulkan oleh satelit serta wahana pendarat dan penjelajah seperti Curiosity, Mars tidak dapat dihuni oleh manusia atau kehidupan lain di Bumi secara umum, karena radiasi, tekanan udara yang sangat minim, dan atmosfer dengan hanya 0,1% oksigen. Antarktika memiliki suhu yang dapat dibandingkan dengan Mars, walaupun Mars lebih dingin, namun keadaan lingkungan lain tidak sama dengan Bumi dan mematikan bagi semua kehidupan (kecuali mikroorganisme ekstremofil yang dapat bertahan dalam keadaan yang menyimulasikan keadaan Mars).
Manusia telah menjelajahi bagian-bagian Bumi yang cocok dengan beberapa kondisi di Mars. Berdasarkan data penjelajah NASA Rover Curiosity, suhu di Mars (di lintang rendah) mirip dengan yang ada di Antarktika. Tekanan atmosfer di ketinggian tertinggi yang dicapai oleh pendakian balon berpilot (35 km (114.000 kaki) pada 1961, 38 km pada 2012) serupa dengan yang ada di permukaan Mars. Namun, para pilot tidak dapat terkena tekanan yang sangat rendah, karena itu akan membunuh mereka, tetapi duduk dalam kapsul bertekanan.
Pada tahun 2012, dilaporkan bahwa beberapa lichen dan cyanobacteria yang bertahan dan hal ini menunjukkan kapasitas adaptasi yang luar biasa untuk fotosintesis, setelah 34 hari dalam kondisi simulasi keadaan Mars di Laboratorium Simulasi Mars (Mars Simulation Library/MSL) yang dikelola oleh German Aerospace Center (DLR). Beberapa ilmuwan berpikir bahwa cyanobacteria dapat berperan dalam pengembangan pos-pos kru mandiri di Mars. Mereka mengusulkan bahwa cyanobacteria dapat digunakan secara langsung untuk berbagai aplikasi, termasuk produksi makanan, bahan bakar dan oksigen, tetapi juga secara tidak langsung: produk-produk dari kultur mereka dapat mendukung pertumbuhan organisme lain, membuka jalan ke berbagai biologi pendukung kehidupan proses berdasarkan sumber daya Mars.
Jika manusia ingin hidup di Mars, diperlukan habitat buatan dengan sistem pendukung kehidupan yang kompleks. Salah satu aspek utama dari ini adalah sistem pengolahan air. Karena sebagian besar tubuh manusia terbuat dari air, manusia akan mati dalam beberapa hari tanpa air. Bahkan penurunan 5–8% dalam total air tubuh menyebabkan kelelahan dan pusing dan penurunan 10% gangguan fisik dan mental (Lihat Dehidrasi). Seseorang di Bumi rata-rata menggunakan 70-140 liter air per hari. Melalui pengalaman dan pelatihan, para astronot di ISS telah menunjukkan bahwa adalah hal yang mungkin untuk menggunakan jauh lebih sedikit air, dan bahwa sekitar 70% dari apa yang digunakan dapat didaur ulang menggunakan sistem pemulihan air ISS. Sistem serupa akan diperlukan di Mars, tetapi teknologi yang digunakan harus jauh lebih efisien, karena pengiriman air melalui roket ke Mars sangatlah mahal (ISS dipasok dengan air hanya empat kali per tahun). Potensi akses ke air in-situ (beku atau sebaliknya) melalui pengeboran ke dalam daratan Mars telah diselidiki oleh NASA.

Dampak terhadap kondisi kehidupan manusia

Lingkungan hidup di Mars tidak bersahabat sebagai tempat tinggal manusia. Berbagai teknologi telah dikembangkan untuk membantu eksplorasi ruang angkasa jangka panjang dan teknologi tersebut dapat disesuaikan untuk tempat tinggal di Mars. Rekor penerbangan luar angkasa terpanjang berkelanjutan adalah 438 hari oleh cosmonaut Valeri Polyakov, dan waktu yang paling akurat keberadaan manusia di luar angkasa adalah 878 hari oleh Gennady Padalka. Waktu terlama yang dihabiskan di luar perlindungan sabuk radiasi Van Allen di Bumi adalah sekitar 12 hari, yaitu pendaratan kru Apollo 17 di bulan. Jangka waktu ini kecil dibandingkan dengan perjalanan 1100 hari yang direncanakan oleh NASA sekitar tahun 2028. Para ilmuwan juga berhipotesis bahwa banyak fungsi biologis dapat dipengaruhi secara negatif oleh lingkungan koloni Mars. Karena tingkat radiasi yang lebih tinggi, ada banyak efek samping fisik yang harus dikurangi. Selain itu, tanah Mars mengandung racun tingkat tinggi yang berbahaya bagi kesehatan manusia.

Dampak fisik

Perbedaan gaya gravitasi akan berdampak negatif bagi kesehatan manusia dengan melemahnya tulang dan otot. Ada juga risiko osteoporosis dan masalah kardiovaskular. Gaya rotasi yang menempatkan para astronot dalam gravitasi nol selama enam bulan di Stasiun Luar Angkasa Internasional sebanding dengan panjang waktu perjalanan satu arah ke Mars. Hal ini menambah kemampuan para peneliti untuk lebih memahami keadaan fisik yang akan muncul kepada para astronot di Mars. Ketika berada di Mars, gaya gravitasi permukaan hanya 38% dari yang ada di Bumi. Setelah kembali ke Bumi, pemulihan dari kehilangan tulang dan atrofi adalah sebuah proses yang panjang dan efek dari gravitasi mikro yang dialami oleh para astronot mungkin tidak pernah sepenuhnya kembali.
Ada juga risiko radiasi yang parah di Mars yang dapat memengaruhi proses kognitif, memperburuk kesehatan jantung, menghambat reproduksi, dan menyebabkan kanker.

Dampak psikologi

Karena keterlambatan komunikasi, protokol dan teknologi baru perlu dikembangkan untuk menilai kesehatan psikologis anggota kru. Para peneliti telah mengembangkan simulasi Mars yang disebut HI-SEAS (Hawaii Space Exploration Analog and Simulation) yang menempatkan para ilmuwan di laboratorium simulasi Mars untuk mempelajari efek psikologis dari isolasi diri, tugas berulang, dan hidup dalam jarak dekat dengan ilmuwan lain tahun demi tahun. Program komputer kini sedang dikembangkan untuk membantu kru dengan masalah pribadi dan interpersonal tanpa adanya komunikasi langsung dengan para ahli di bumi. Untuk eksplorasi dan kolonisasi Mars, sarannya adalah untuk memilih individu yang telah melewati pemeriksaan psikologis. Sesi psikososial untuk pulang juga disarankan untuk mengarahkan para astronot kembali ke hadapan masyarakat.

Teraformasi

Mars mungkin dapat diteraformasi agar dapat menopang kehidupan seperti manusia. Pada April 2012, telah dilaporkan bahwa beberapa lumut kerak dan cyanobacteria dapat bertahan dan menunjukkan kemampuan adaptasi dalam berfotosintesis setelah 34 hari berada dalam keadaan yang menyimulasikan keadaan Mars di Mars Simulation Laboratory (MSL).

Radiasi

Mars tidak memiliki magnetosfer global seperti halnya Bumi. Ditambah lagi dengan atmosfer tipis, memungkinkan sejumlah besar radiasi ionisasi untuk mencapai permukaan Mars. Pesawat ruang angkasa Mars Odyssey membawa instrumen, Eksperimen Lingkungan Radiasi Mars (Mars Radiation Environment Experiment/MARIE), untuk mengukur tingkat radiasi. MARIE menemukan bahwa tingkat radiasi di orbit atas Mars 2,5 kali lebih tinggi daripada di Stasiun Luar Angkasa Internasional. Dosis harian rata-rata sekitar 220 μGy (22 mrad) - setara dengan 0,08 Gy per tahun. Eksposur dengan jangka waktu tiga tahun di tingkat itu mirip dengan batas keamanan yang saat ini diberlakukan NASA. Tingkat radiasi di permukaan Mars mungkin lebih rendah dan bervariasi secara signifikan di lokasi yang berbeda tergantung pada ketinggian dan medan magnet lokal. Memungkinkan manusia untuk membangun tempat tinggal di bawah tanah (mungkin dalam tabung lava Mars yang sudah ada), yang akan secara signifikan menurunkan paparan radiasi penjajah. Terkadang, tingkat solar proton events (SPE) menghasilkan dosis yang jauh lebih tinggi.
Masih banyak hal yang perlu dipelajari tentang radiasi ruang angkasa. Pada tahun 2003, Pusat Antariksa NASA Lyndon B. Johnson membuka fasilitas berupa Laboratorium Radiasi Antariksa NASA, di Brookhaven National Laboratory, yang menggunakan akselerator partikel untuk mensimulasikan radiasi ruang angkasa. Fasilitas ini mempelajari efeknya pada organisme hidup, serta bereksperimen dengan teknik perisai. Awalnya, ada beberapa bukti bahwa radiasi kronis tingkat rendah seperti ini tidak seberbahaya yang diperkirakan; dan bahwa radiasi hormesis terjadi. Namun, hasil dari penelitian tahun 2006 menunjukkan bahwa proton dari radiasi kosmik dapat menyebabkan kerusakan dua kali lebih serius pada DNA seperti yang diperkirakan sebelumnya, membuat para astronot berisiko lebih besar terkena kanker dan penyakit lainnya. Sebagai akibat dari radiasi yang lebih tinggi di lingkungan Mars, ringkasan laporan dari Tinjauan Komite Rencana Penerbangan Luar Angkasa Manusia AS yang dirilis pada 2009 melaporkan bahwa "Mars bukanlah tempat yang mudah untuk dikunjungi dengan teknologi yang ada dan tanpa investasi sumber daya yang substansial." NASA kini sedang mengeksplorasi berbagai teknik dan teknologi alternatif seperti perisai deflektor plasma untuk melindungi astronot dan pesawat ruang angkasa dari radiasi.
Pada bulan September 2017, NASA melaporkan tingkat radiasi di permukaan planet Mars untuk sementara berlipat ganda, dan dikaitkan dengan aurora yang 25 kali lebih terang daripada yang diamati sebelumnya, karena badai matahari yang masif dan tak terduga di pertengahan bulan.

Penerbangan antariksa

Mars membutuhkan lebih sedikit energi per satuan massa (delta-V) untuk mencapai dari Bumi daripada planet mana pun kecuali Venus. Menggunakan orbit transfer Hohmann, perjalanan ke Mars membutuhkan waktu sekitar sembilan bulan di ruang angkasa. Lintasan transfer yang dimodifikasi dapat memangkas waktu perjalanan menjadi empat hingga tujuh bulan di ruang angkasa, walau dengan jumlah energi dan bahan bakar yang lebih tinggi. Hal ini mulai diimplementasikan secara bertahap dibandingkan dengan orbit transfer Hohmann, dan akan dapat digunakan secara standar untuk misi Mars robot. Memperpendek waktu perjalanan di bawah sekitar enam bulan membutuhkan delta-v yang lebih tinggi dan secara eksponensial meningkatkan jumlah bahan bakar, yang sulit dilakukan dengan roket kimia. Hal ini bisa dilakukan dengan teknologi propulsi pesawat ruang angkasa canggih, beberapa di antaranya telah diuji ke berbagai tingkat, seperti Variabel Spesifik Impuls Magnetoplasma Rocket, dan roket nuklir. Dalam kasus sebelumnya, waktu perjalanan empat puluh hari bisa dicapai, dan dalam informasi terbaru, waktu perjalanan turun menjadi sekitar dua minggu. Pada tahun 2016, seorang ilmuwan Universitas California mengatakan mereka dapat mengurangi waktu tempuh untuk penyelidikan robot ke Mars menjadi "hanya 72 jam" dengan menggunakan sistem "penggerak fotonik" dibandingka sistem propulsi roket berbahan bakar bahan bakar.
Selama perjalanan, para astronot akan terkena radiasi, sehingga akan dibutuhkan sebuah sarana untuk dapat melindungi mereka. Radiasi kosmik dan angin matahari menyebabkan kerusakan DNA, yang meningkatkan risiko kanker secara signifikan. Efek perjalanan jangka panjang di ruang antarplanet belum diketahui, tetapi para ilmuwan memperkirakan akan ada risiko tambahan antara 1% hingga 19% (salah satu perkiraan yakni 3,4%) bagi pria untuk meninggal karena kanker akibat radiasi selama perjalanan ke Mars dan kembali ke bumi. Bagi wanita, kemungkinan terkena akan lebih tinggi karena jaringan kelenjar yang umumnya lebih besar.

Pendaratan di Mars

Mars memiliki gravitasi permukaan 0,38 kali dari yang ada di Bumi, dengan kepadatan tekanan atmosfernya sekitar 0,6% dari yang ada di Bumi. Karena gaya gravitasi yang relatif kuat dan adanya efek aerodinamis, membuat sulit untuk mendaratkan pesawat ruang angkasa yang berat dengan awak pendorong saja, seperti yang dilakukan pada pendaratan Apollo Moon, namun suasananya terlalu tipis untuk efek aerodinamis yang akan banyak membantu dalam aerobraking dan pendaratan kendaraan besar. Misi pendaratan berawak di Mars akan membutuhkan sistem pengereman dan pendaratan yang berbeda dari apa pun yang digunakan untuk mendaratkan pesawat ruang angkasa berawak di Bulan ataupun misi robot di Mars.
Jika para peneliti mengasumsikan bahan konstruksi nanotube karbon akan tersedia dengan kekuatan 130 GPa, maka lift ruang angkasa dapat dibangun untuk mendaratkan manusia dan material di Mars. Sebuah lift ruang angkasa di Phobos (bulan Planet Mars) juga telah diusulkan.

Wilayah kutub

Kutub utara dan selatan Mars telah menarik perhatian karena tudung es kutub telah lama ditemukan dengan menggunakan teleskop di Bumi. Mars Odyssey menemukan konsentrasi air yang besar di dekat kutub utara, namun juga menunjukkan bahwa air mungkin ada di wilayah dengan lintang lebih rendah, sehingga wilayah kutub tidak harus menjadi tempat permukiman. Seperti di Bumi, pada musim panas matahari akan terus bersinar, sementara pada musim dingin matahari akan selalu tenggelam.

Wilayah khatulistiwa

Mars Odyssey menemukan gua alami di dekat gunung berapi Arsia Mons. Diduga para penetap dapat memanfaatkan gua tersebut untuk melindungi diri dari radiasi dan mikrometeoroid. Energi geotermal juga diduga terdapat di wilayah khatulistiwa.

Valles Marineris

Valles Marineris memiliki panjang sebesar 3.000 km dan rata-rata kedalaman 8 km. Tekanan atmosfer di dasar 25% lebih tinggi dari rata-rata permukaan (0,9 kPa vs 0,7 kPa). Terdapat saluran yang mengarah ke lembah dan diduga wilayah tersebut sebelumnya berair.

Perlindungan Planetari

Pesawat ruang angkasa robotik yang ke Mars diwajibkan untuk steril, memiliki paling banyak 300.000 spora di bagian luar kapal — dan disterilkan lebih menyeluruh jika mereka mendarat di "wilayah khusus" yang mengandung air, jika tidak, ada risiko terkontaminasi tidak hanya terhadap alat eksperimen deteksi kehidupan, tetapi juga planet itu sendiri.
Mustahil untuk mensterilkan misi manusia ke tingkat seperti ini, karena manusia adalah tuan rumah bagi seratus triliun mikroorganisme dari ribuan spesies mikrobioma manusia, dan ini tidak dapat dihilangkan sambil menjaga kehidupan manusia. Sebuah alat penahanan tampaknya merupakan satu-satunya pilihan, tetapi ini merupakan tantangan besar jika terjadi pendaratan keras (mis. Kecelakaan). Ada beberapa lokakarya planet tentang masalah ini, tetapi belum ada pedoman final untuk melangkah maju. Penjelajah manusia juga akan rentan terhadap kontaminasi balik ke Bumi jika mereka menjadi pembawa mikroorganisme baru.

Tantangan etis, politis, dan legalitas

Satu kemungkinan tantangan etis yang mungkin dihadapi oleh mereka yang bepergian ke ruang angkasa adalah kehamilan selama perjalanan. Menurut kebijakan NASA, anggota kru dilarang melakukan hubungan seks di luar angkasa. NASA ingin anggota krunya memperlakukan satu sama lain seperti rekan kerja di lingkungan profesional. Anggota yang hamil di pesawat ruang angkasa berdampak bahaya bagi semua penumpang. Wanita hamil dan anak kemungkinan besar akan membutuhkan nutrisi tambahan dari ransum di atas kapal, serta perlakuan dan perawatan khusus. Di beberapa titik selama perjalanan, kehamilan kemungkinan besar akan menghalangi tugas dan kemampuan anggota kru yang hamil. Masih belum sepenuhnya diketahui bagaimana lingkungan di pesawat ruang angkasa akan mempengaruhi perkembangan bayi di atas pesawat. Namun diketahui bahwa anak yang lahir di ruang angkasa akan lebih rentan terhadap radiasi matahari, yang kemungkinan akan memiliki efek negatif pada sel dan genetika. Selama perjalanan panjang ke Mars, ada kemungkinan para kru dapat melakukan hubungan seks karena lingkungan mereka yang penuh tekanan dan terisolasi.
Tidak akan terduga bagaimana pendaratan manusia pertama di Mars akan mengubah kebijakan saat ini mengenai eksplorasi ruang dan hunian benda langit. Dalam perjanjuan PBB tahun 1967 tentang Prinsip-prinsip yang Mengatur Kegiatan Negara dalam Eksplorasi dan Penggunaan Luar Angkasa, Termasuk Bulan dan Badan Angkasa Lainnya, ditetapkan bahwa tidak ada negara yang dapat mengklaim sebuah ruang atau penghuninya di ruang angkasa. Karena planet Mars menawarkan lingkungan yang menantang dan rintangan berbahaya bagi manusia untuk diatasi, hukum dan budaya di planet ini kemungkinan besar akan sangat berbeda dari yang ada di Bumi. Dengan Elon Musk mengumumkan rencananya untuk bepergian ke Mars, tidak diketahui pasti bagaimana dinamika dan peranan perusahaan swasta yang mengirim dan menempatkan orang pertama di Mars dalam skala nasional dan global. NASA harus berurusan dengan beberapa masalah pemotongan pendanaan. Selama masa kepresidenan Barack Obama, tujuan bagi NASA untuk mencapai Mars didorong ke belakang. Pada tahun 2017, presiden Donald Trump berjanji untuk mengembalikan manusia ke Bulan dan pada akhirnya Mars, secara efektif mengambil tindakan dengan meningkatkan anggaran NASA sebesar $ 1,1 miliar, dan sebagian besar fokus pada pengembangan Sistem Peluncuran Antariksa yang baru.