پناهگاه‌های یخی برای مریخ‌نشینان؛ ایده شگفت‌انگیز دانشمندان برای زنده ماندن در سیاره سرخ

پناهگاه‌های یخی برای مریخ‌نشینان؛ ایده شگفت‌انگیز دانشمندان برای زنده ماندن در سیاره سرخ

فراتر از رؤیا، به سوی ساختن

زمین، مهد تمدن ما، آبی و زنده است؛ اما در اعماق کهکشان، سیاره‌ای سرخ‌فام ما را به چالش می‌کشد. مریخ، آن همسایه آشنا و در عین حال بیگانه، دهه‌هاست که ذهن ما را به خود مشغول کرده است. این سیاره با وجود نزدیکی نسبی‌اش، محیطی به‌شدت خصمانه برای حیات زمینی است. تصور کنید اولین گروه از انسان‌ها پا به این دنیای خاکستری می‌گذارند؛ اولین نگاه به آسمان نارنجی مایل به صورتی، اولین تنفس هوای رقیق و سرد، و اولین درک عمق تنهایی در برابر وسعت بیابان‌های متروک. چالش اصلی پیش روی این پیشگامان، صرفاً بقا نیست، بلکه «ساختن» چیزی پایدار، مقاوم و در نهایت، خانه‌ای قابل زندگی است. در مواجهه با پرتوزایی کشنده، دمای انجماد ابدی و فشار اتمسفری نزدیک به خلاء، نیاز به یک پناهگاه نه یک نیاز لوکس، بلکه شرط اول حیات است. این نیاز مبرم، مهندسان و طراحان فضایی را به سوی راهکاری سوق داده است که شاید در نگاه اول غیرمنطیکی به نظر برسد: استفاده از یخ. یخ، ماده‌ای فراوان در مریخ، نه تنها به عنوان منبع آب حیاتی، بلکه به عنوان ماده اصلی ساختمانی برای خلق اولین زیستگاه‌های مریخی پایدار مطرح شده است. این مقاله سفری است به قلب این ایده انقلابی: ساخت خانه‌های یخی در مریخ، شهری که ممکن است با آب منجمد بنا شود.

چرا مریخ؟ مروری علمی و تاریخی بر رؤیای سکونت انسان

تاریخ اکتشافات بشری، همواره با غلبه بر موانع سخت و فتح قلمروهای جدید گره خورده است. مریخ، با جذابیت‌های منحصربه‌فردش، همواره هدف اصلی پس از ماه بوده است. از اولین تلسکوپ‌هایی که خطوط فرضی کانال‌های آبیاری را در سطح آن رؤیت کردند تا مأموریت‌های رباتیک پیشرفته‌ای که اکنون بر سطح آن کاوش می‌کنند، همه و همه بر یک فرضیه استوارند: مریخ روزگاری شبیه به زمین بوده یا پتانسیل تبدیل شدن به آن را دارد.

شواهد آب و امکان حیات گذشته

از نظر علمی، جذابیت مریخ ناشی از شواهد قاطع وجود آب مایع در گذشته دور آن است. نقشه‌برداری‌های دقیق توسط مریخ‌نوردهایی مانند «کنجکاوی» (Curiosity) و «استقامت» (Perseverance) نشان‌دهنده وجود دلتاهای رودخانه‌ای باستانی، دریاچه‌های خشک‌شده و کانی‌های آبدار است. این شواهد، فرضیه وجود حیات میکروبی در گذشته را تقویت می‌کند و مهم‌تر از آن، تأییدی بر فراوانی منابع حیاتی برای سکونت انسان در آینده است. آب، پایه و اساس هر تمدنی است؛ برای نوشیدن، برای تولید اکسیژن از طریق الکترولیز، و برای کشاورزی.

مریخ به عنوان گام بعدی تمدن

سفر به مریخ دیگر یک فانتزی علمی-تخیلی نیست، بلکه هدف اعلام‌شده سازمان‌هایی چون ناسا و شرکت‌های خصوصی فضایی است. دلایل متعددی برای این اشتیاق وجود دارد: حفاظت از بقای بلندمدت گونه انسان در برابر فجایع احتمالی بر روی زمین، استفاده از منابع فضایی، و پیشبرد مرزهای دانش. با این حال، تبدیل یک سیاره متروک به یک سکونتگاه پایدار، نیازمند غلبه بر چالش‌هایی است که هیچ‌گاه در زمین تجربه نکرده‌ایم. سکونت انسان در مریخ مستلزم طراحی زیستگاه‌هایی است که بتوانند کاملاً خودکفا عمل کنند و در عین حال، با حداقل بار ارسالی از زمین، ساخته شوند. اینجاست که ایده‌های نوآورانه، مانند استفاده از مصالح بومی، اهمیت پیدا می‌کنند.

چالش‌های مرگبار مریخ: محیطی که دشمن حیات است

مریخ، در نگاه اول، مکانی آرام و زیبا به نظر می‌رسد، اما در واقعیت، ترکیبی از تهدیدات مرگبار است که سکونت انسان را به یک کابوس مهندسی تبدیل می‌کند. برای ساختن یک شهر مریخی، ابتدا باید بر این موانع غلبه کرد.

۱. دمای انجماد و نوسانات شدید حرارتی

میانگین دمای سطح مریخ حدود منفی ۶۳ درجه سانتی‌گراد است. هرچند در استوا در تابستان ممکن است دما به ۲۰ درجه سانتی‌گراد برسد، اما در شب این دما به سرعت تا منفی ۹۰ درجه سقوط می‌کند. این نوسانات شدید، علاوه بر نیاز به عایق‌بندی حرارتی فوق‌العاده قوی، باعث ایجاد تنش‌های فیزیکی عظیمی بر سازه‌ها می‌شود. مواد ساختمانی باید بتوانند در برابر انبساط و انقباض‌های مکرر مقاومت کنند.

۲. پرتوهای کیهانی و خورشیدی: قاتلان خاموش

مهم‌ترین چالش زیست‌محیطی مریخ، فقدان یک میدان مغناطیسی سراسری قوی و اتمسفر ضخیم (فشار سطح تنها حدود ۰.۶ درصد زمین) است. این امر موجب می‌شود که سطح سیاره به طور مداوم توسط پرتوهای کیهانی کهکشانی (GCRs) و ذرات پرانرژی خورشیدی (SEPs) بمباران شود. قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض این پرتوها، خطر ابتلا به سرطان، آسیب‌های حاد به سیستم عصبی مرکزی و تخریب DNA را به شدت افزایش می‌دهد. هر زیستگاه مریخی باید سپری به ضخامت ده‌ها سانتی‌متر از ماده‌ای با چگالی بالا داشته باشد تا بتواند دوز پرتو را به سطح قابل تحمل برای انسان (مشابه سطح زمین) کاهش دهد.

۳. فشار اتمسفری نزدیک به خلاء

فشار جوی مریخ به قدری پایین است که آب مایع به طور پایدار در دمای اتاق نمی‌تواند بر سطح آن وجود داشته باشد؛ بلافاصله به بخار تبدیل می‌شود (تصعید). برای انسان، فشار کمتر از ۶۰ میلی‌بار به معنای مرگ آنی از طریق جوشیدن مایعات بدن در دمای بدن است. بنابراین، زیستگاه‌ها باید کاملاً تحت فشار قرار گیرند و فشار داخلی معادل یا نزدیک به سطح زمین را حفظ کنند، که نیازمند دیوارهایی با استحکام فوق‌العاده بالاست.

۴. گرد و غبار سمی و سایش مداوم

سطح مریخ پوشیده از رگولیت (خاک مریخی) است که حاوی پرکلرات‌ها (مواد سمی) بوده و دارای دانه‌های بسیار ریز و ساینده است. این ذرات ریز، به دلیل الکتریسیته ساکن، به راحتی به تجهیزات، مهر و موم‌ها و سیستم‌های مکانیکی می‌چسبند و باعث فرسایش، اختلال در عملکرد پنل‌های خورشیدی و آسیب به ریه‌های ساکنان می‌شوند.

۵. چالش‌های روانشناختی انزوا

دور بودن از زمین، حس انزوا و محبوس بودن در فضاهای بسته، تهدیدی جدی برای سلامت روان پیشگامان است. طراحی محیط زندگی باید به گونه‌ای باشد که این حس حبس را کاهش داده و ارتباط با طبیعت (هرچند مصنوعی) و نور طبیعی را فراهم آورد.

چرا مصالح زمینی شکست می‌خورند؟ محدودیت‌های انتقال و منابع

یکی از اصول اولیه مأموریت‌های فضایی بلندمدت، استفاده از منابع در محل (In-Situ Resource Utilization یا ISRU) است. انتقال مصالح ساختمانی از زمین به مریخ، فراتر از مقرون‌به‌صرفه بودن، از لحاظ لجستیکی نیز کابوسی غیرممکن است. هزینه پرتاب هر کیلوگرم محموله به مریخ میلیون‌ها دلار است. ساخت یک پناهگاه چند صد متری با فولاد یا بتن زمینی نیازمند صدها مأموریت باربری است.

فلزات و سازه‌های سنتی

استفاده از فلزات سنتی (مانند آلومینیوم یا فولاد) برای دیواره‌های تحت فشار، اگرچه از نظر استحکام عالی هستند، اما معایب جدی دارند:
۱. وزن بالا: نیاز به پرتاب سنگین از زمین. 2. حفاظت از پرتو: فلزات سنگین به تنهایی سپر تابشی مؤثری نیستند؛ آنها می‌توانند پرتوهای ثانویه تولید کنند که خطرناک‌تر از پرتوهای اولیه هستند. ۳. تولید دشوار: استخراج و ذوب فلزات در مریخ، فرآیندی انرژی‌بر و پیچیده است که منابع محدود اولیه را هدر می‌دهد.

بتن رگولیتی: راه حلی ناقص

یکی از رایج‌ترین پیشنهادها برای ساخت در مریخ، استفاده از رگولیت (خاک مریخ) به عنوان ماده اصلی است، که می‌توان آن را با استفاده از افزودنی‌هایی مانند گوگرد مذاب یا پلیمرها تثبیت کرد (بتن مریخی).
مزیت اصلی بتن رگولیتی، دسترسی نامحدود به ماده اولیه است. اما معایب قابل توجهی دارد:

• نیاز به حرارت بالا: تثبیت رگولیت اغلب نیازمند حرارت‌دهی بالا برای ذوب یا واکنش شیمیایی است که نیازمند انرژی بسیار زیادی است.
• چالش‌های پرتو: اگرچه رگولیت می‌تواند ضخامت مناسبی برای محافظت در برابر پرتو فراهم کند، اما ساخت سازه‌های توخالی و تحت فشار با آن، پیچیدگی‌های مهندسی فراوانی دارد و مهر و موم کردن آن در برابر نشت گاز (فشار داخلی) بسیار دشوار است.

شکست پلیمرهای زمینی

پلیمرها (پلاستیک‌ها) سبک هستند و در برابر پرتوها مقاومت نسبی دارند، اما در شرایط سرمای شدید مریخ، شکننده می‌شوند و استحکام خود را از دست می‌دهند. همچنین، آنها به راحتی در برابر فرسایش ناشی از پرتوهای فرابنفش و اکسیژن اتمسفری مریخ تجزیه می‌شوند.

بنابراین، برای تحقق رویای یک شهر مریخی، باید به منبعی تکیه کرد که هم به صورت فراوان در دسترس باشد، هم دارای خواص حفاظتی عالی در برابر پرتو باشد، و هم بتواند فشار داخلی را تحمل کند. این منبع، چیزی جز یخ آب نیست.

یخ مریخی چیست و چگونه شکل گرفته است؟ سرچشمه حیات

مریخ، سیاره‌ای است که در دوران مدرن خود به شدت سرد و خشک به نظر می‌رسد، اما دانشمندان تقریباً متقاعد شده‌اند که ذخایر عظیمی از آب منجمد در زیر سطح آن نهفته است. این کشف، نقطه عطفی در برنامه‌ریزی برای سکونت انسان در مریخ محسوب می‌شود.

ذخایر زیرسطحی و کلاهک‌های قطبی

بیشترین حجم یخ شناخته‌شده در مریخ، در کلاهک‌های قطبی شمالی و جنوبی قرار دارد که ترکیبی از یخ آب و دی‌اکسید کربن منجمد (یخ خشک) است. با این حال، این مکان‌ها برای استقرار اولیه بسیار دور از خط استوا (که میزان نور خورشید و دمای نسبتاً بالاتری دارد) هستند.

کشف مهم‌تر، وجود یخ آب در عرض‌های جغرافیایی میانی و حتی نزدیک به استوا، در زیر لایه‌ای کم‌عمق از رگولیت است. این یخ‌ها معمولاً به صورت پرمافراست (Permafrost) یا لایه‌های یخ‌زده مخلوط با خاک در اعماق چند سانتی‌متری تا چند متری زیر سطح قرار دارند.

شواهد ژئوفیزیکی

کاوشگرهای مدارگردی مانند مدارگرد شناسایی مریخ (MRO) با استفاده از ابزارهایی مانند رادار نفوذکننده به سطح (SHARAD)، توانسته‌اند لایه‌های زیرسطحی را با وضوح بالا نقشه‌برداری کنند. این داده‌ها نشان می‌دهند که در برخی مناطق، ممکن است یخ آب به صورت یک لایه تقریباً خالص یا با درصد آب بالا، در عمق کمتری از یک متر زیر سطح وجود داشته باشد.

منشأ یخ‌ها

این ذخایر یخ، یادگاری از دوران مرطوب‌تر مریخ هستند، یا اینکه در طول میلیاردها سال در نتیجه جذب بخار آب توسط رگولیت در شرایط سرمای شدید و فشار پایین، شکل گرفته‌اند. اهمیت این ذخایر برای هر پروژه شهر مریخی این است که این منبع، به وفور و در دسترس، برای استخراج و استفاده مجدد در دسترس است. استخراج این یخ، اولین گام عملی در تبدیل مریخ به یک خانه دائمی خواهد بود.

ایده گنبدهای یخی چگونه متولد شد؟ هم‌افزایی محافظت و منبع

ایده استفاده از یخ برای ساخت پناهگاه‌های فضایی جدید نیست؛ در مدار زمین، ساختارهای یخی برای محافظت در برابر ریزشهاب‌سنگ‌ها پیشنهاد شده‌اند. اما کاربرد یخ برای ساخت زیستگاه مریخی تحت فشار، یک جهش بزرگ است که توسط دانشمندانی چون دکتر رابرت وودوارد و بعدها توسط تیم‌هایی در دانشگاه‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. این ایده بر دو محور اساسی استوار است: فراهم‌سازی ساختار مکانیکی و تأمین حفاظت تابشی.

پارادوکس تابش و ساختار

همانطور که ذکر شد، برای مقابله با پرتوهای کیهانی، نیاز به ماده‌ای با چگالی بالا داریم. آب (یخ) به دلیل داشتن هیدروژن فراوان در ساختار مولکولی خود ((H_2O))، یکی از بهترین موادی است که می‌توان برای جذب پرتوهای ثانویه تولید شده توسط برخورد پرتوهای کیهانی با مواد سنگین‌تر (مانند رگولیت) استفاده کرد. در حالی که رگولیت خاک رس و سنگ است، یخ آب خالص‌ترین و کارآمدترین جاذب هیدروژنی است که می‌توان به راحتی در مریخ به دست آورد.

الهام از ساختارهای بومی و سنتی

ساختارهای گنبدی، از نظر مهندسی، بهترین شکل را برای تحمل فشار داخلی در محیطی با فشار خارجی نزدیک به خلاء دارند. گنبدها تنش‌های برشی را به حداقل رسانده و بار را به طور مساوی در سراسر ساختار توزیع می‌کنند. ترکیب این شکل بهینه با ماده‌ای فراوان و ارزان‌قیمت (یخ)، منجر به مفهوم «گنبد یخی تحت فشار» شد. این سازه‌ها اغلب به صورت ساختارهای دو لایه یا چندلایه طراحی می‌شوند.

اصل خودکفایی

ایده اصلی این است که فضانوردان نیازی به پرتاب مصالح ساختمانی از زمین ندارند. آنها می‌توانند با استفاده از منابع موجود (برق تولید شده از انرژی خورشیدی یا هسته‌ای)، آب را از زیر سطح استخراج کرده، آن را تصفیه و ذوب کنند، و سپس با استفاده از روش‌های چاپ سه‌بعدی یا قالب‌گیری، ساختار پناهگاه را بسازند. این رویکرد، چالش لجستیکی را تقریباً به صفر می‌رساند و امکان ساخت سریع‌تر و بزرگ‌تر را فراهم می‌آورد. این پایه و اساس توسعه یک خانه یخی در مریخ است.

مهندسی خانه‌های یخی: ساختار، ضخامت، پایداری

ساخت یک سازه قابل سکونت از یخ نیازمند دقت مهندسی بی‌نظیری است تا اطمینان حاصل شود که این پناهگاه در برابر فشارهای شدید، ارتعاشات و شرایط محیطی دوام می‌آورد.

طراحی ساختار: گنبدهای تحت فشار

معمولاً دو رویکرد اصلی برای ساختار یخی پیشنهاد می‌شود:

۱. گنبدهای لایه‌ای (Double-Walled Domes): این رایج‌ترین مدل است. یک سازه داخلی تحت فشار (که توسط مواد پلیمری یا فلزی سبک محصور شده و فشار هوای قابل تنفس را نگه می‌دارد) در مرکز قرار دارد. سپس یک پوسته خارجی ضخیم از یخ خالص، به صورت گنبدی یا نیمه‌کروی، بر روی آن ساخته می‌شود. این پوسته خارجی دو وظیفه اصلی دارد: محافظت از پوسته داخلی در برابر پرتوها و فراهم کردن عایق حرارتی در برابر دمای بسیار پایین مریخ.

۲. سازه‌های بادی تقویت‌شده با یخ (Ice-Reinforced Inflatables): در این روش، ابتدا یک سازه پارچه‌ای یا پلیمری سبک به داخل مریخ فرستاده شده و با فشار هوا (یا گاز) باد می‌شود. سپس، مواد یخی با استفاده از چاپ سه‌بعدی یا پاشیدن آب سرد (که فوراً منجمد می‌شود) بر روی سطح خارجی این ساختار بادی اعمال می‌شود. این لایه یخ، استحکام ساختاری لازم را فراهم می‌کند و مانند یک سپر عمل می‌کند.

تعیین ضخامت مورد نیاز

محاسبات مربوط به ضخامت محافظ تابشی بسیار حیاتی است. برای رسیدن به سطحی از محافظت که برای سلامتی انسان در مأموریت‌های طولانی‌مدت قابل قبول باشد (حدود ۱ میلی‌سیورت در روز)، ضخامت سپر باید به نحوی باشد که انرژی ذرات پرانرژی را جذب کند.

مطالعات نشان می‌دهند که ضخامت‌های بین ۳ تا ۵ متر از یخ آب خالص برای کاهش دوز پرتوهای کیهانی به سطح قابل قبول، ضروری است. این عدد قابل توجه است و نشان می‌دهد که خانه‌های یخی در مریخ باید سازه‌هایی عظیم باشند. ضخامت دیواره‌های جانبی در صورت استفاده از رگولیت ممکن است کمتر باشد (به دلیل چگالی بالاتر رگولیت)، اما برای یخ خالص، نیاز به توده حجمی زیادی است.

چالش پایداری حرارتی و مکانیکی

بزرگ‌ترین نگرانی مکانیکی، «خزش» (Creep) یخ تحت بار ثابت فشار داخلی در دمای نسبتاً بالا (دمای مطلوب برای زندگی انسان در داخل) است. یخ، حتی در دماهای زیر صفر، یک ماده ویسکوالاستیک است که به آرامی تحت فشار تغییر شکل می‌دهد.

راهکار مهندسی در اینجاست که یخ به عنوان ماده اصلی ساختاری به کار نرود، بلکه به عنوان ماده حفاظتی و عایق استفاده شود. پوسته داخلی تحت فشار باید از موادی با استحکام کششی بالا ساخته شود (مانند فیبر کربن یا پلیمرهای پیشرفته)، در حالی که یخ تنها وظیفه جذب پرتو را بر عهده دارد. برای جلوگیری از ذوب شدن، باید یک لایه عایق حرارتی بسیار مؤثر بین فضای داخلی گرم و پوسته یخ بیرونی تعبیه شود.

نقش هیدروژل‌ها و مواد تقویت‌کننده: استحکام بخشیدن به آب

برای غلبه بر ضعف ذاتی یخ به عنوان یک ماده ساختاری (شکنندگی و تمایل به خزش)، دانشمندان به ترکیب آن با سایر مواد روی آورده‌اند. این کار امکان می‌دهد تا ضخامت کمتری برای رسیدن به استحکام مطلوب استفاده شود یا دوام سازه در برابر نوسانات دمایی افزایش یابد.

تقویت‌کننده‌های فیبری و شبکه‌ای

یکی از ایده‌های نوآورانه، ایجاد سازه‌های کامپوزیتی یخ-پلیمر است. این فرآیند مشابه ساخت «آیس‌کریت» (Icecrete) است، اما با تمرکز بر استحکام کششی. افزودن الیاف مقاوم در برابر سرما، مانند فیبر کربن یا رشته‌های نایلونی بسیار ریز، می‌تواند به طور چشمگیری مقاومت یخ در برابر ترک‌خوردگی را افزایش دهد.

استفاده از هیدروژل‌ها در محیط مریخ

هیدروژل‌ها موادی پلیمری هستند که قادر به جذب مقادیر زیادی آب هستند و در عین حال ساختار خود را حفظ می‌کنند. در مریخ، هیدروژل‌ها می‌توانند چندین نقش ایفا کنند:

۱. پایدارسازی رطوبت: می‌توان از آنها برای نگهداری آب مایع در یک ساختار نیمه جامد استفاده کرد که در برابر تصعید مقاوم‌تر است.
۲. عایق حرارتی: هیدروژل‌های خاص می‌توانند عایق‌های حرارتی فوق‌العاده‌ای باشند که با استفاده از منابع محلی (آب) تولید می‌شوند. ۳. بایگانی (Bio-containment): در بخش کشاورزی، هیدروژل‌ها می‌توانند به عنوان بستری برای رشد گیاهان عمل کنند که رطوبت مورد نیاز را به صورت کنترل‌شده در اختیار ریشه‌ها قرار دهند.

استفاده از هیدروژل‌های تقویت‌شده با الیاف، امکان ساخت دیواره‌هایی سبک‌تر و در عین حال مقاوم‌تر در برابر پرتوها و فشار داخلی را فراهم می‌آورد. این مواد، به موازات یخ، می‌توانند به عنوان لایه‌های میانی در ساختارهای چندلایه عمل کنند و انتقال حرارت را به حداقل برسانند، در حالی که همچنان در جذب پرتو مشارکت دارند. در نهایت، ساختار ایده‌آل زیستگاه مریخی ترکیبی از پوسته فشار داخلی، یک لایه عایق، و یک پوشش ضخیم از یخ آب تقویت‌شده خواهد بود.

یخ به‌عنوان سپر تابش و فیلتر نور: نوری در دل تاریکی

بزرگ‌ترین مزیت رقابتی یخ نسبت به رگولیت (خاک) در محافظت در برابر پرتوها، حضور هیدروژن است.

کارایی جذب پرتو توسط هیدروژن

پرتوهای کیهانی، شامل هسته‌های سنگین و پروتون‌ها هستند. هنگامی که این ذرات پرانرژی با مواد برخورد می‌کنند، می‌توانند باعث شکافتن هسته و تولید ذرات ثانویه (مانند نوترون‌ها) شوند که بسیار خطرناک هستند. بهترین ماده برای متوقف کردن این ذرات، ماده‌ای است که حاوی تعداد زیادی هیدروژن باشد، زیرا هیدروژن سبک‌ترین عنصر است و می‌تواند انرژی ذرات سنگین‌تر را با تعداد برخورد کمتری جذب کند و آنها را به ذرات کم‌انرژی تبدیل کند. آب ((H_2O)) سرشار از هیدروژن است و به طور مؤثر این نقش را ایفا می‌کند.

نقش یخ در کاهش پرتوهای ثانویه

در مقابل، سنگ‌ها و رگولیت‌های سیلیکاتی حاوی عناصر سنگین‌تر (مانند آهن و سیلیکون) هستند. برخورد پرتوهای کیهانی با این عناصر، نوترون‌های پرانرژی بیشتری تولید می‌کند که به نفوذ در سازه ادامه می‌دهند. بنابراین، یک سپر ساخته شده از رگولیت خالص، هرچند ضخیم، ممکن است به اندازه یک سپر یخی با همان جرم، مؤثر نباشد. یخ نه تنها جذب‌کننده اولیه، بلکه یک جاذب عالی برای پرتوهای ثانویه است.

فیلتر کردن نور: پل ارتباطی با زمین

اما مزایای یخ تنها به حفاظت ختم نمی‌شود. یک مزیت روانشناختی و زیست‌شناختی مهم، امکان عبور نور از یخ شفاف است. فضانوردان در طول مأموریت‌های طولانی، باید نور خورشید را دریافت کنند تا ریتم شبانه‌روزی (ساعت بیولوژیکی) آنها تنظیم شود و از کمبود ویتامین D جلوگیری شود.

ساخت دیواره‌هایی از یخ شفاف یا نیمه‌شفاف اجازه می‌دهد تا نور طبیعی خورشید، با شدت کاهش‌یافته، به داخل زیستگاه مریخی هدایت شود. این نور باید از فیلترهایی عبور کند تا پرتوهای مضر فرابنفش که می‌تواند به تجهیزات و گیاهان آسیب بزند، حذف شوند، اما طیف مرئی حفظ شود.

مزایای روانی و زیست‌محیطی نور طبیعی

حبس شدن در محیط‌های فلزی بسته و تحت نورهای مصنوعی، تأثیرات منفی عمیقی بر سلامت روان فضانوردان دارد. نورپردازی مصنوعی، هرچند پیشرفته باشد، نمی‌تواند جایگزین طیف کامل و متغیر نور خورشید شود.

تنظیم ساعت بیولوژیکی و سلامت روان

قرار گرفتن منظم در معرض نور طبیعی (حتی فیلترشده) به تنظیم ملاتونین و سایر هورمون‌های حیاتی کمک می‌کند و به کاهش افسردگی، خستگی و اختلالات خواب که در محیط‌های بسته رایج است، یاری می‌رساند. در طراحی شهر مریخی مبتنی بر یخ، گنبدهای یخی می‌توانند نقش پنجره‌های عظیم و عایق را به طور همزمان بازی کنند.

افزایش بهره‌وری و حس ارتباط

ساکنان پناهگاه‌های یخی می‌توانند مناظر خارجی سیاره سرخ را مشاهده کنند، هرچند که این مناظر از پشت لایه‌های یخ و احتمالا یک ماده پلیمری محافظ باشند. این ارتباط بصری با محیط، حتی اگر خشن باشد، حس انزوا را به شدت کاهش می‌دهد و حس «خانه» بودن را تقویت می‌کند. کشاورزی در داخل این سازه‌ها، با نور طبیعی، می‌تواند بهره‌وری بالاتری نسبت به محیط‌های کاملاً بسته و مصنوعی داشته باشد و از نظر روانی نیز برای کارکنان دلپذیرتر است.

مقایسه کامل یخ و رگولیت: کدام ماده برای ساخت اولویت دارد؟

انتخاب ماده اولیه برای ساخت زیرساخت‌های اولیه در مریخ، مهم‌ترین تصمیم مهندسی است. هر دو ماده، یعنی یخ و رگولیت، در دسترس هستند، اما کارایی‌های متفاوتی دارند.

ویژگییخ آب ((H_2O))رگولیت مریخی (خاک)دسترسیفراوان در عرض‌های میانی (زیرسطح)فراوان در همه جا (سطح)حفاظت تابشیعالی (به دلیل هیدروژن بالا)خوب (به دلیل جرم حجمی)؛ اما تولید پرتو ثانویه بیشتراستحکام ساختاریضعیف (خزش و شکنندگی در سرما)متوسط (نیاز به تثبیت‌کننده و حرارت)عایق حرارتیعالی (نقطه ذوب پایین، مقاومت حرارتی ذاتی)متوسط (بستگی به تراکم و تثبیت دارد)تولید اکسیژن/آبمنبع مستقیم آب و اکسیژن (الکترولیز)منبع غیرمستقیم؛ نیاز به استخراج مواد معدنی پیچیدهشفافیت/نورامکان ساخت سازه‌های نیمه‌شفافکاملاً مات (مانند بتن)انرژی مورد نیاز برای فرآوریپایین (ذوب/تبلور مجدد)بالا (ذوب برای پخت یا واکنش شیمیایی)

نتیجه‌گیری مقایسه‌ای

نتیجه واضح است: یخ ماده برتر برای حفاظت در برابر پرتو و منبع حیاتی است، در حالی که رگولیت ماده برتر برای ساخت سازه‌های تکیه‌گاهی حجیم (مانند دیواره‌های خارجی ضخیم) است که به محافظت در برابر طوفان‌های غبار و ایجاد جرم حرارتی کمک می‌کند.

راهکار بهینه برای ساخت یک شهر مریخی پایدار، ادغام این دو ماده است:

1. هسته داخلی تحت فشار: ساخت با پلیمر یا فلز سبک.
2. لایه محافظ اولیه: لایه‌ای ضخیم از یخ خالص یا یخ تقویت‌شده با هیدروژل برای جذب حداکثری پرتو.
3. پوسته بیرونی (روکش): پوششی از رگولیت فشرده یا چاپ سه‌بعدی شده بر روی لایه یخ برای محافظت از یخ در برابر فرسایش ناشی از تشعشعات UV و کمک به حفظ یکپارچگی حرارتی کلی سازه.

این رویکرد ترکیبی، از بهترین خواص هر دو منبع بومی مریخ بهره می‌برد.

انرژی موردنیاز و چالش‌های تأمین آن: نیروی محرکه شهر یخی

هیچ سازه پیچیده‌ای در مریخ بدون منبع انرژی عظیم و قابل اعتماد ساخته نمی‌شود. ساخت خانه‌های یخی در مریخ، هرچند از نظر مصالح سبک‌تر از ساختارهای فلزی است، اما فرآیندهای استخراج، تصفیه آب و حفظ فشار داخلی به انرژی فراوانی نیاز دارند.

استخراج و فرآوری آب

استخراج یخ از زیر سطح (شاید با استفاده از مایکروویو یا گرمایش الکتریکی در محل) و سپس ذوب، تصفیه و تبدیل آن به آب قابل استفاده، مستلزم مصرف انرژی قابل توجهی است. علاوه بر این، فرآیند الکترولیز برای تولید اکسیژن و هیدروژن (برای سوخت یا سیستم‌های پشتیبان) نیز انرژی‌بر است.

حفظ فشار و دما

بزرگ‌ترین مصرف‌کننده انرژی در طول عمر زیستگاه مریخی، سیستم‌های پشتیبانی حیات خواهد بود. حفظ فشار داخلی (مثلاً ۱۰۰ کیلو پاسکال) در برابر یک محیط نزدیک به خلاء (۰.۶ کیلو پاسکال)، نیازمند سیستم‌های مهر و موم فعال و پمپ‌های هوایی است که به طور مداوم نشتی‌های احتمالی را جبران کنند. همچنین، انتقال حرارت از داخل به بیرون باید دائماً متوقف شود، که نیازمند عایق‌بندی فعال و سیستم‌های سرمایشی/گرمایشی قدرتمند است.

منابع انرژی پیشنهادی

برای یک شهر مریخی، اتکای صرف به پنل‌های خورشیدی (Solar Arrays) در بلندمدت منطقی نیست، زیرا طوفان‌های غبار می‌توانند بازدهی آنها را برای ماه‌ها کاهش دهند. بنابراین، منابع ترکیبی ضروری است:

۱. انرژی هسته‌ای (Fission Reactors): نسل‌های کوچک و مدولار رآکتورهای شکافت هسته‌ای، تنها منبعی هستند که می‌توانند انرژی لازم برای عملیات ISRU در مقیاس بزرگ و حفظ سیستم‌های پشتیبانی حیات در طول شب‌های مریخی (حدود ۶۰۰ ساعت تاریکی در زمستان قطبی) را فراهم کنند.
۲. انرژی خورشیدی پشتیبان: آرایه‌های خورشیدی بزرگ برای تکمیل بار پایه و همچنین تأمین انرژی برای فعالیت‌های خارج از زیستگاه (مانند اکتشاف و استخراج مواد) مورد نیازند.

تأمین انرژی پایدار و محافظت از سیستم‌های تولید برق (به ویژه تجهیزات هسته‌ای) در برابر گرد و غبار، خود چالش مهندسی بزرگ دیگری است که باید با استفاده از مواد بومی، از جمله پوشش‌های رگولیتی محافظ، حل شود.

خطر تصعید و راهکارهای مهندسی: مبارزه با فرار آب

آب مایع در مریخ پایدار نیست؛ در فشار محیطی موجود، آب در هر دمایی به بخار تبدیل می‌شود. این پدیده، که به آن تصعید (Sublimation) می‌گویند، بزرگ‌ترین تهدید برای منبع حیاتی ما، یعنی یخ، است.

مکانیسم از دست دادن آب

اگر یخ مورد استفاده در ساختار حفاظتی، مستقیماً در معرض محیط مریخ قرار گیرد (حتی در عمق کم)، تابش خورشیدی یا نوسانات دمایی می‌توانند باعث تصعید مولکول‌های آب شوند. آب به بخار تبدیل شده و از طریق خلأ مریخ از دست می‌رود و ساختار را تضعیف می‌کند. این امر منجر به کاهش ضخامت سپر تابشی و در نهایت سوراخ شدن ساختار می‌شود.

راهکارهای مهندسی برای حبس آب

مهندسان باید تضمین کنند که تمام آب موجود در سازه‌های بیرونی، تحت فشار و دماهایی باقی بماند که فاز جامد آن حفظ شود، یا به طور کامل مهر و موم شود.

۱. پوشش نفوذناپذیر رگولیت: همانطور که پیشتر ذکر شد، بهترین راهکار این است که لایه‌ای ضخیم از رگولیت فشرده یا تثبیت‌شده بر روی پوسته یخی اعمال شود. این لایه رگولیت به عنوان یک “روکش خنک کننده” عمل کرده و مانع از رسیدن مستقیم تابش خورشیدی به یخ می‌شود و همچنین هرگونه بخار آبی را که از درون پوسته یخی نشت می‌کند، جذب و به دام می‌اندازد (از طریق پدیده جذب سطحی).

۲. سیستم‌های تصفیه و بازیافت بسته: برای آب داخل زیستگاه، چرخه‌های بسته با بازدهی بیش از ۹۸% ضروری است. این سیستم‌ها باید رطوبت هوا، ادرار و فاضلاب را به طور مداوم جمع‌آوری و تصفیه کنند. این آب بازیافتی می‌تواند به عنوان منبع برای جبران نشتی‌های کوچک در لایه‌های محافظ بیرونی استفاده شود.

۳. تثبیت با مواد افزودنی در مرزها: در مرزهای تماس بین یخ و ساختارهای تحت فشار داخلی، می‌توان از موادی مانند نمک‌های آبدار یا مواد فعال سطحی استفاده کرد که نقطه انجماد آب را اندکی پایین‌تر بیاورند اما به ساختار اجازه دهند که در دمای مریخ (مثلاً منفی ۵۰ درجه سانتی‌گراد) پایدار بماند، در حالی که تبخیر سطحی را نیز کاهش می‌دهد.

طوفان‌های غبار و تهدیدهای محیطی: مقاومت در برابر خشم سرخ

طوفان‌های غبار مریخی، پدیده‌ای هستند که می‌توانند هفته‌ها یا ماه‌ها ادامه داشته باشند و اغلب سطح سیاره را به تاریکی مطلق فرو می‌برند. این طوفان‌ها دو تهدید اصلی برای شهر مریخی یخی ایجاد می‌کنند: قطع منابع انرژی و سایش فیزیکی.

خاموشی انرژی خورشیدی

بزرگ‌ترین تأثیر طوفان‌های غبار بر سیستم‌های خورشیدی است. در طوفان‌های بزرگ، میزان نور ورودی می‌تواند به کمتر از ۵ درصد برسد. اگر یک زیستگاه مریخی کاملاً متکی بر خورشید باشد، در طول طوفان‌های طولانی، ذخیره انرژی آن به سرعت تخلیه شده و سیستم‌های حیاتی (به ویژه گرمایش و حفظ فشار) به خطر می‌افتند. این امر بر اهمیت استقرار راکتورهای هسته‌ای به عنوان منبع پایه انرژی تأکید می‌کند.

سایش مکانیکی و آلودگی پرکلرات‌ها

ذرات ریز رگولیت که در طوفان‌ها به حرکت درمی‌آیند، مانند سندبلاست‌های دائمی عمل می‌کنند. این ذرات می‌توانند پوشش‌های نازک محافظتی بر روی گنبد یخی را از بین ببرند، به مهر و موم‌های حساس آسیب بزنند و اتصالات را فرسوده کنند. همچنین، این ذرات حاوی پرکلرات‌های سمی هستند که می‌توانند در صورت نفوذ به داخل، محیط زیست بسته را آلوده کنند.

راهکارهای دفاعی مبتنی بر یخ

ساختار یخی خود می‌تواند یک مزیت در برابر این تهدید باشد:

• حفاظت از تجهیزات: تجهیزات حیاتی مانند پنل‌های خورشیدی و هوابندها را می‌توان در زیر لایه‌های ضخیمی از رگولیت یا یخ ذخیره کرد و در زمان وقوع طوفان، آنها را به طور کامل پوشاند.
• تجهیزات خودکار تمیزکاری: سطح خارجی گنبدها باید از موادی با اصطکاک کم ساخته شود یا از سیستم‌های لرزشی/الکترواستاتیکی برای دفع ذرات استفاده کند.
• استقرار در مکان‌های استراتژیک: انتخاب محل استقرار پناهگاه‌های یخی در دامنه‌های کم‌ارتفاع یا در دهانه‌های برخوردی قدیمی که از بادهای غالب محافظت می‌شوند، می‌تواند فرسایش را به حداقل برساند.

مسیر ساخت اولین شهر یخی در مریخ: مراحل توسعه

ساخت یک شهر مریخی نیازمند یک رویکرد چند مرحله‌ای است که از استقرار رباتیک آغاز شده و به حضور دائمی انسان ختم می‌شود.

مرحله ۱: پیش‌قراولان رباتیک (استخراج و آماده‌سازی)

اولین مأموریت‌های رباتیک باید متمرکز بر شناسایی دقیق ذخایر یخ با بالاترین خلوص در موقعیت‌های استراتژیک (نزدیک به خط استوا برای نور خورشید و منابع آب) باشند. ربات‌های استخراج‌کننده (مانند مته‌های حرارتی و رادارهای نفوذکننده) باید آب را استخراج کرده و به یک واحد پردازشی مرکزی انتقال دهند. در این مرحله، فرآیند الکترولیز برای تولید مقادیر کمی از اکسیژن و هیدروژن برای تست سیستم‌ها آغاز می‌شود.

مرحله ۲: ساخت هسته تحت فشار (اولین زیستگاه)

پس از تأمین مواد اولیه (آب)، نوبت به ساخت اولین ماژول زیستی سرپناه می‌رسد. این ماژول احتمالاً یک سازه بادشدنی کوچک از جنس پلیمرهای پیشرفته (مانند وکتورهای تفلون یا پلی‌اتیلن) خواهد بود که توسط انسان‌ها یا ربات‌های پیشرفته با دقت بالا نصب و باد می‌شود. این سازه تحت فشار قرار گرفته و اولین بخش تحت سکونت انسان می‌شود.

مرحله ۳: ساخت پوسته حفاظتی یخی

با تثبیت ماژول اصلی، فرآیند ساخت سپر تابشی آغاز می‌شود. ربات‌های چاپگر سه‌بعدی فضایی، آب تصفیه‌شده را به بیرون پمپ کرده و با استفاده از سرمایش فعال یا فناوری‌های مشابه، آن را به صورت لایه‌های ضخیم (۳ تا ۵ متر) بر روی پوسته داخلی رسوب می‌دهند. این لایه‌ها باید با دقت کنترل شوند تا از تخلخل بیش از حد جلوگیری شود.

مرحله ۴: ایجاد شبکه‌های اتصال و مقیاس‌پذیری

پس از تثبیت اولین گنبد یخی، ماژول‌های بعدی (برای تولید غذا، آزمایشگاه‌ها، یا خوابگاه‌ها) به آن متصل می‌شوند. این اتصال از طریق تونل‌های تحت فشار که می‌توانند از یخ تقویت‌شده ساخته شوند، صورت می‌گیرد. موفقیت در ساخت این سازه، امکان ساخت شهرک‌های یخی متصل و بزرگ‌تر را فراهم می‌کند که در آن جمعیت می‌تواند به صدها نفر برسد و سکونت انسان در مریخ به یک واقعیت پایدار تبدیل شود.

آینده کشاورزی، اکسیژن‌سازی و خودکفایی

هدف نهایی هر شهر مریخی، رسیدن به خودکفایی کامل است. یخ نه تنها به عنوان ساختار، بلکه به عنوان منبع اصلی برای سیستم‌های پشتیبانی حیات عمل می‌کند.

کشاورزی در گنبدهای یخی (آئروپونیک و هیدروپونیک)

آب، عنصر محدودکننده اصلی کشاورزی در مریخ است. استفاده از یخ برای تأمین مداوم آب، امکان توسعه کشاورزی عمودی و هیدروپونیک را فراهم می‌کند. در داخل گنبدهای یخی:

• نور طبیعی: نور فیلترشده خورشید از طریق دیواره‌های یخی، هزینه انرژی برای نورپردازی مصنوعی را به شدت کاهش می‌دهد.
• کنترل محیطی: دیواره‌های یخی، کنترل دما و رطوبت را در مقایسه با سازه‌های فلزی آسان‌تر می‌کنند، زیرا جرم حرارتی بالایی دارند و نوسانات دمای بیرونی را کندتر به داخل منتقل می‌کنند.
• تولید مواد مغذی: در کنار آب، یخ می‌تواند برای استخراج مواد معدنی یا به عنوان منبع هیدروژن برای سنتز برخی ترکیبات آلی ضروری در سیستم‌های پیچیده کشاورزی استفاده شود.

تولید اکسیژن (الکترولیز)

آب ((H_2O)) را می‌توان با استفاده از الکترولیز به هیدروژن ((H_2)) و اکسیژن ((O_2)) تجزیه کرد. این اکسیژن مستقیماً برای تنفس فضانوردان و همچنین برای ایجاد جو داخلی قابل تنفس در پناهگاه‌ها به کار می‌رود. هیدروژن تولیدی نیز می‌تواند به عنوان سوخت موشک برای بازگشت به زمین یا تأمین انرژی در سلول‌های سوختی استفاده شود، که این امر زنجیره خودکفایی را کامل می‌کند.

شهر مریخی مبتنی بر یخ، در حقیقت یک اکوسیستم بسته است که انرژی لازم برای بازیافت آب و هوا را از یخ استخراج شده فراهم می‌آورد.

نظر دانشمندان: تحلیل روندهای فکری

بحث استفاده از منابع بومی در مریخ، به سرعت به سمت مواد اولیه فراوان یعنی رگولیت و یخ متمرکز شده است. در این میان، رویکرد استفاده از یخ به دلیل مزایای حفاظتی آن، توجه ویژه‌ای را جلب کرده است.

تمرکز بر حفاظت از پرتو

دانشمندانی مانند پیت ووردزورث (که اغلب در زمینه معماری فضایی فعالیت داشته‌اند) بر این باورند که هرگونه ساخت و ساز اولیه باید اولویت را به حفاظت در برابر پرتو بدهد. محاسبات آنها نشان می‌دهد که برای رسیدن به سطح ایمنی زمین، به موادی با چگالی هیدروژن بالا نیاز است. این امر، یخ را به ماده‌ای ارجح نسبت به رگولیت‌های سیلیکاتی سنگین‌تر تبدیل می‌کند، مگر آنکه رگولیت با مقدار زیادی آب ترکیب شده و به شکل یخ-رگولیت درآید.

چالش لجستیک و عملیاتی (سومینی و همکاران)

تحلیل‌های مهندسی بر روی فرآیندهای ISRU، مانند کارهای گروهی به رهبری سومینی، نشان می‌دهد که فناوری لازم برای استخراج یخ در مقیاس صنعتی و سپس کنترل دقیق فرآیند تبلور و چاپ سه‌بعدی آن، نیازمند توسعه رباتیک پیشرفته‌ای است که بتواند در خلاء و دماهای شدید کار کند. چالش اصلی نه در موجود بودن یخ، بلکه در انرژی مورد نیاز برای جداسازی آن از رگولیت در عمق و سپس مدیریت ذوب و انجماد مجدد در حین ساخت است.

نتیجه‌گیری تحلیلی

اجماع علمی نشان می‌دهد که برای ساختارهای دارای فشار داخلی (مانند زیستگاه‌ها)، استفاده از یخ به عنوان سپر حفاظتی ضروری است. رگولیت باید به عنوان لایه محافظ خارجی و تثبیت‌کننده حرارتی به کار رود. ایده پناهگاه‌های یخی یک راهکار میانی هوشمندانه است که کمترین وابستگی را به زنجیره تأمین زمین دارد و بهترین محافظت را در برابر بزرگ‌ترین تهدید مریخ (پرتوها) فراهم می‌آورد.

پیامدهای این ایده برای آینده تمدن انسانی

ساخت خانه‌های یخی در مریخ صرفاً یک راه‌حل مهندسی برای یک سیاره نیست؛ بلکه یک تغییر پارادایم در نحوه نگرش ما به سکونت فضایی است.

امکان‌سنجی استعمارگری واقعی

اگر بتوانیم سازه‌های عظیمی را با استفاده از منابع آب بومی بسازیم، این امر به طور چشمگیری هزینه و ریسک مأموریت‌های طولانی‌مدت را کاهش می‌دهد. این امر مسیر را برای استعمارگری واقعی، نه فقط بازدیدهای کوتاه، هموار می‌کند. به جای فرستادن یک پایگاه کوچک و شکننده که همیشه به زمین وابسته است، می‌توانیم یک شهرک نسبتاً خودکفا را پایه‌ریزی کنیم.

توسعه معماری فضایی جدید

این ایده ما را وادار می‌کند تا معماری را فراتر از مواد سنتی (فلز و بتن) ببینیم. یادگیری نحوه استفاده از آب منجمد به عنوان ماده ساختمانی اصلی، درک ما از خواص مواد در محیط‌های شدید را بهبود می‌بخشد. این دانش می‌تواند برای ساخت ایستگاه‌های فضایی مداری یا ماهواره‌های بزرگ نیز به کار رود.

ایجاد پیشگامی مریخی

این گام، بشریت را به مرحله‌ای جدید وارد می‌کند: تبدیل شدن از بازدیدکنندگان موقت به ساکنان دائمی سیاره‌ای دیگر. موفقیت در ساخت یک شهر یخی، ثابت می‌کند که ما می‌توانیم محیط‌های زیست جدیدی خلق کنیم و وابستگی تمدن به یک نقطه واحد (زمین) را کاهش دهیم.

بخش پایانی: جمع‌بندی الهام‌بخش و آینده‌نگرانه

مریخ، با آسمان گل‌آلود و سرمای ابدی‌اش، آزمون نهایی برای نبوغ بشری است. ما در مقابل چالش‌هایی قرار داریم که هیچ‌گاه در تاریخ سیاره آبی خود با آنها روبرو نبوده‌ایم: پرتوهای سوزان، خلأ خشن و انزوای کیهانی. اما پاسخ، در خود سیاره نهفته است. آبی که روزگاری در رودخانه‌های مریخ جاری بود و اکنون در زیر خاک منجمد خفته است، کلید بقای ماست.

پناهگاه‌های یخی نمایانگر هوشمندی انسان در استفاده از محیط به جای مبارزه با آن هستند. تبدیل آب به دیوارهای دفاعی، به جای فرستادن تن‌های فلزی سنگین از زمین، یک پیروزی منطقی و اقتصادی است. ما می‌توانیم دیواره‌هایی بسازیم که نه تنها در برابر فشار مقاومت کنند، بلکه با جذب پرتوهای کیهانی، نور حیات را به داخل هدایت کنند.

تصور کنید چند دهه دیگر؛ جایی در دشت‌های وسیع آرس، گنبدهای نیمه‌شفافی چون جواهرات یخ‌زده می‌درخشند. داخل آنها، ساکنان مریخ در نور طبیعی سبزی مزارع خود را آبیاری می‌کنند و جهان را از پشت سپرهای آبی خود نظاره می‌کنند. این شهر مریخی نه از سنگ‌های سخت، بلکه از تجلی آب ساخته شده است. این، نه تنها بقای ما، بلکه تجلی جدیدی از خلاقیت انسانی در مواجهه با ناشناخته‌هاست. مسیر طولانی است، اما با هر مولکول آبی که استخراج و سازماندهی می‌کنیم، یک قدم به تبدیل این بیابان سرخ به خانه دوممان نزدیک‌تر می‌شویم.

---

سؤالات متداول (FAQ) درباره پناهگاه‌های یخی مریخ

۱. آیا یخ مریخ به اندازه کافی خالص است که بتوان از آن سازه ساخت؟
یخ خالص در کلاهک‌های قطبی به میزان زیاد یافت می‌شود، اما استخراج آن دشوار است. یخ زیرسطحی در عرض‌های میانی معمولاً با رگولیت مخلوط است. دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که می‌توان با استفاده از فرآیندهای گرمایش و سپس تصفیه مکرر، یخ با خلوص ساختمانی بالا استخراج کرد، یا از یخ تصفیه‌شده در لایه‌های داخلی و یخ مخلوط با رگولیت برای لایه‌های خارجی محافظ استفاده نمود.

۲. بزرگترین چالش فنی در ساخت خانه‌های یخی چیست؟
بزرگ‌ترین چالش، مدیریت خزش (تغییر شکل آهسته تحت فشار مداوم) یخ در طول زمان است. به همین دلیل، ساختار پیشنهادی معمولاً بر یک پوسته فشار داخلی (ساخته شده از پلیمر یا فلز) متکی است، در حالی که یخ نقش محافظ تابشی و عایق حرارتی را ایفا می‌کند.

۳. ضخامت مورد نیاز برای سپر یخی جهت حفاظت در برابر پرتوها چقدر است؟
برای محافظت مؤثر در برابر پرتوهای کیهانی که عامل اصلی خطر سرطان در مریخ هستند، تخمین زده می‌شود که حداقل ۳ تا ۵ متر از یخ آب خالص، برای کاهش دوز پرتو به سطح قابل قبول برای انسان (مشابه زمین) مورد نیاز باشد.

۴. آیا نور خورشید می‌تواند از دیواره‌های یخی به داخل نفوذ کند؟
بله، آب خالص در فاز جامد (یخ شفاف) اجازه عبور نور را می‌دهد. این یک مزیت بزرگ است زیرا امکان استفاده از نور طبیعی برای تنظیم ریتم شبانه‌روزی و کشاورزی را فراهم می‌آورد. البته، باید از فیلترهایی برای حذف پرتوهای مضر فرابنفش استفاده شود.

۵. آیا طوفان‌های غبار مریخ می‌توانند یخ‌های ساختاری را ذوب کنند؟
طوفان‌های غبار مستقیماً دمای سطح را به طور چشمگیری بالا نمی‌برند (دمای مریخ همچنان بسیار پایین است). تهدید اصلی طوفان غبار، قطع منابع انرژی خورشیدی است. با این حال، ذرات ریز غبار می‌توانند به مرور زمان به لایه‌های یخی نفوذ کرده و با ایجاد پوشش مات، جذب تابش خورشیدی را افزایش دهند و منجر به افزایش جزئی دمای سطحی و فرسایش شوند.

۶. چگونه از تصعید (تبخیر مستقیم) یخ در سطح مریخ جلوگیری می‌شود؟
برای جلوگیری از تصعید یخ‌های سازه‌ای، باید آنها را با لایه‌ای از رگولیت فشرده شده یا چاپ‌شده پوشاند. این لایه رگولیت به عنوان یک سپر فیزیکی عمل کرده و از تابش مستقیم خورشید جلوگیری می‌کند و همچنین رطوبت نشت‌کرده از ساختار داخلی را جذب می‌کند.

۷. هزینه ساخت با یخ در مقایسه با مصالح زمینی چگونه است؟
ساخت با یخ به شدت هزینه را کاهش می‌دهد زیرا مواد ساختمانی اصلی (آب) در محل استخراج می‌شود. این امر نیاز به ارسال صدها تن مواد ساختمانی از زمین را از بین می‌برد و به طور بالقوه هزینه کل استقرار اولیه یک زیستگاه مریخی را به شدت پایین می‌آورد.

۸. آیا می‌توان از رگولیت به جای یخ برای محافظت در برابر پرتو استفاده کرد؟
بله، رگولیت به عنوان یک سپر مؤثر است، اما به دلیل داشتن عناصر سنگین‌تر در ترکیب خود (آهن و سیلیکون)، در مقایسه با یخ (که هیدروژن فراوان دارد)، نوترون‌های پرانرژی ثانویه بیشتری تولید می‌کند که خطرناک‌تر هستند. بنابراین، یخ در حفاظت تابشی برتری دارد.

۹. آیا ساختار یخی می‌تواند فشار داخلی یک جو قابل تنفس را تحمل کند؟
خود یخ به تنهایی استحکام کششی کافی برای تحمل اختلاف فشار بالا (حدود ۱ بار) را در طولانی مدت ندارد. بنابراین، در طرح‌های پیشرفته، یک پوسته درونی سبک و مقاوم به فشار (مانند فیبر کربن یا پلیمرهای پیشرفته) برای حفظ فشار استفاده می‌شود و یخ به عنوان پوشش محافظ ثانویه عمل می‌کند.

۱۰. آیا می‌توان از یخ برای تولید اکسیژن در مریخ استفاده کرد؟
بله، آب استخراج‌شده از یخ را می‌توان با استفاده از فرآیند الکترولیز به هیدروژن و اکسیژن تجزیه کرد. اکسیژن تولیدی مستقیماً برای تنفس فضانوردان و ایجاد جو داخلی شهر مریخی استفاده می‌شود.

۱۱. آیا ساکنان پناهگاه‌های یخی دچار مشکلات روانی ناشی از کمبود نور طبیعی می‌شوند؟
برخلاف سازه‌های کاملاً بسته و فلزی، گنبدهای یخی شفاف یا نیمه‌شفاف اجازه می‌دهند تا نور فیلترشده خورشید به داخل برسد، که برای تنظیم ساعت بیولوژیکی و سلامت روان حیاتی است.

۱۲. ساخت اولین شهر یخی چه زمانی می‌تواند آغاز شود؟
توسعه رباتیک برای استخراج و چاپ سه‌بعدی یخ باید پیش از اعزام انسان‌ها انجام شود. با توجه به پیشرفت‌های فعلی، بسیاری از کارشناسان امیدوارند که در دهه ۲۰۴۰ میلادی، اولین سازه‌های بزرگ یخی مریخی که قابلیت سکونت طولانی‌مدت دارند، در حال ساخت یا تکمیل باشند.