[논문 리뷰] Human Mars Mission Architecture -- Plan to Settle the Red Planet with 1000 People

Malaya Kumar Biswal M, S Vishnu외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 02.

Planetary Science and Exploration참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 여러 번의 화물 발사와 현지 자원 이용 기술을 활용하여 1,000명의 영구 정착을 위한 지속 가능한 인간 화성 미션 구조를 제안한다. 이 설계는 고도화된 생명 유지 시스템, 방사선 차폐 및 단계적 거주지 배치를 통합하여 장기 거주를 가능하게 하며, 첫 번째 인간 화성 정착지에 대한 종합적인 로드맵을 제공한다. 이는 상세한 미션 계획과 인프라 확장을 포함한다.

ABSTRACT

Exploration is one of the attentive endeavor to mankind and a strategy for evolution. We have been incessantly reconnoitering our planet and universe from Mesopotamian era to modern era. The progression of rocketry and planetary science in past century engendered a futuristic window to explore Mars which have been a source of inspiration to hundreds of astronomers and scientists. Globally, it invigorated space exploration agencies to make expedition for planetary exploration to Mars and Human Mars Missions. Scientists and engineers have portrayed numerous Human Mars Mission proposals and plans but currently the design reference mission 5.0 of NASA is the only mission under study. Here we propose a mission architecture for permanent Human Mars Settlement with 1000 peoples with multiple launch of sufficient cargoes and scientific instruments

연구 동기 및 목표

• 1,000명의 인구를 지속 가능하게 지원할 수 있는 실현 가능하고 장기적인 화성 정착지 설계를 위한 목표.
• 행성 간 미션에서의 방사선 노출, 생명 유지 시스템의 지속 가능성 및 물류 복잡성에 대비한 과제 해결.
• 현재의 나사 설계 기준 미션 5.0을 넘어서 영구 정착을 중심으로 한 전략적 접근을 제공하기 위해 상세한 미션 설계 구조를 마련하는 것.
• 확장 가능한 정착지 성장을 위한 현지 자원 이용 및 모듈식 거주지 배치 통합

제안 방법

• 수차례의 화물 발사를 통해 승무원 미션 이전에 필수 기반 시설 및 생명 유지 시스템을 배치하는 단계적 접근 방식을 적용.
• 레고리스(지표면 토양)와 같은 현지 자원으로 제작된 압력 유지 모듈을 사용해 방사선 차폐 및 열 절연을 구현한 거주지 설계.
• 식량 생산과 폐기물 재활용을 통합한 폐쇄형 생물 재생 생명 유지 시스템 기반의 생명 유지 시스템.
• 핵에너지 및 태양 에너지 자원을 포함한 단계적 전력 시스템 배치를 통해 에너지 지속 가능성 확보.
• 레고리스 차폐, 폭풍 숙소 및 최적화된 거주지 배치를 통한 방사선 완화 전략.
• 10년의 타임라인을 기반으로 한 미션 설계 구조로, 초기 기지에서 시작해 반복적 배치를 통해 전면 정착지로 확장

실험 결과

연구 질문

• RQ1 현재 또는 근래의 기술을 활용해 1,000명의 영구 정착을 지속 가능한 방식으로 화성에 구축할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 장기적 생존과 성장을 보장하기 위해 거주지, 생명 유지 시스템 및 전력 시스템의 최적의 단계적 배치 전략은 무엇인가?
• RQ3 지구에서 발사하는 질량을 줄이고 미션의 지속 가능성을 높이기 위해 현지 자원 이용을 얼마나 극대화할 수 있는가?
• RQ4 임시 미션을 넘어서 영구적인 인간 존재를 가능하게 하기 위한 핵심 공학적 및 물류 과제는 무엇인가?

주요 결과

• 100여 회의 화물 발사를 포함한 단계적, 다중 미션 배치 전략을 통해 지속 가능한 화성 인류 존재가 가능하다.
• 현지 자원을 이용한 거주지 건설은 지구에서 발사하는 차폐 재료 의존도를 감소시키며 효과적인 방사선 보호를 제공한다.
• 폐쇄형 생명 유지 시스템은 자원 재활용 효율성이 높아 1,000명의 인구를 지속 가능하게 지원하며 재보급 필요성을 최소화한다.
• 미션 타임라인은 약 10년이며, 초기 거주지 모듈은 첫 3년 내에 배치되고, 10년째에 전면 정착지 능력이 달성된다.
• 고도의 재현성과 모듈성 확보로 미션의 회복력과 장기적 확장 가능성이 향상된다.
• 기존 기술을 기반으로 한 확장 가능한 인프라 계획과의 통합을 통해 영구 정착의 실현 가능성을 입증한다.