Erdvinės buveinės su dirbtine gravitacija, kuri laikui bėgant gali padidėti, kad tilptų daugiau žmonių, dizainas
Yra du pagrindiniai būdai, kuriais žmonija gali gyventi erdvėje. Dažniausiai vaizduojama, kaip mes kolonizuojame kitus dangaus kūnus, tokius kaip Mėnulis ir Marsas. Toks požiūris turi tam tikrų didelių trūkumų, įskaitant susidorojimą toksiški dirvožemiai , lipnios dulkės , ir gravitacijos šuliniai .
Alternatyva – kurti savo buveines. Jie gali būti bet kurioje Saulės sistemos vietoje, gali būti bet kokio dydžio, kurį leidžia medžiagų mokslas, ir turėti skirtingas charakteristikas, tokias kaip temperatūra, klimatas, gravitacija ir net dienos trukmė. Deja, mums dar labai toli iki tokio, kaip pilnavertės buveinės, sukūrimo. Tačiau dabar esame vienu žingsniu arčiau to, kai išleidome a popierius iš Texas A&M komandos, kuri aprašo būdą, kaip sukurti išplečiamą erdvę iš koncentrinių cilindrų, kuriuose tilptų iki 8000 žmonių.
Bet kuri buveinė, kurioje gyvena daug žmonių, turės susidurti su pagrindiniais gyvenimo erdvėje trūkumais. Straipsnio autoriai aiškiai išvardija 5, kuriuos jų erdvės buveinių projektavimas bandė išspręsti:
- Gravitacija
- Radiacinė apsauga
- Tvarus žemės ūkis
- Buveinių augimo galimybė
- Komercinė vertė
Ilgalaikis gravitacijos trūkumas sugriauna žmonių kūnus ir sukelia viską nuo regėjimo sutrikimas į kaulų tankio sumažėjimas . Daugumą šių problemų išsprendžia vienas elegantiškas sprendimas: dirbtinė gravitacija.
Identiški astronautai dvyniai Scottas ir Markas Kelly yra NASA dvynių tyrimo objektai. Skotas (dešinėje) kosmose praleido metus, o Markas (kairėje) liko Žemėje kaip kontrolinis subjektas. Scottas patyrė tam tikrų sekinančių padarinių, kai ilgą laiką buvo nulinėje padėtyje. Autoriai: NASA
Mes (dar) neturime technologijos, leidžiančios kapitonui Pikarui stovėti ant įmonės tilto taip, lyg jis stovėtų biurų pastate. Tačiau mes turime kažką, kas artima dirbtinei gravitacijai: išcentrinę jėgą, kurią sukelia sukimasis. Tai gana įprasta sprendimas suteikti astronautams kažką, kas prilygsta gravitacijai. Šis sprendimas nebuvo išbandytas, tačiau dauguma ekspertų sutinka, kad jis turėtų palengvinti daugumą sveikatos problemų, susijusių su gravitacijos trūkumu.
Kuriant dirbtinę gravitacijos sistemą, kuri pašalintų tas sveikatos problemas, reikia atsižvelgti į du pagrindinius projektavimo aspektus. Pirmiausia kalbama apie buveinės dydį, sukeliantį dirbtinę gravitaciją. Jei sukimosi spindulys yra per mažas, žmogaus galvos ir kojų gravitacija gali labai skirtis. Buvo žinoma, kad tai sukelia judesio ligą, todėl bet kokia buveinė, sukėlusi šį poveikį, taptų netinkama naudoti.
Erdvės buveinės kada nors galėtų išaugti iki žemynų dydžio ir galbūt panaudoti tą patį išplečiamą dizainą, aprašytą naujajame dokumente.
Kreditas: Isaacas Arthuras
Antrasis dėmesys sutelkiamas į sukimosi greitį. Autoriai nurodo dokumentą, kuriame nurodoma, kad bet koks sukimosi greitis, didesnis nei 4 aps./min, taip pat sukeltų judesio ligą. Naudojant viršutinę sukimosi greičio ribą ir apatinę sukimosi spindulio ribą, gaunamas 56 metrų spindulys, maždaug tokio aukščio kaip Pizos bokštas . Žmogus galėtų gyventi tokioje buveinėje be karnavalinio pasivažinėjimo sukelto judesio ligos ir be neigiamo poveikio sveikatai dėl nuolatinio plūduriavimo nuliniame grame.
Nulis G nėra vienintelis pavojus, kurį autoriai turi sukurti. Ilgalaikė spinduliuotė poveikis yra nepaprastai žalingas žmonėms, nes žymiai padidėja vėžio ir ląstelių pažeidimo rizika, todėl yra labai reali bet kokio ilgesnio buvimo kosmose tikimybė.
Straipsnyje siūlomas radiacijos skydo vaizdavimas. Jį sudaro regolito ir vandens derinys.
Kreditas: Muhao Chen ir kt.
Šio pavojaus autoriaus sprendimas yra paprastas – apjuoskite visą buveinę 5 metrais regolitas ir vandens. Jų modelyje vanduo įspraustas tarp regolito. Apsauginis sluoksnis būtų tame, ką jie vadina „skydu“. Jis būtų cilindrinės buveinės išorėje ir būtų padengtas saulės baterijomis, kad būtų galima maitinti buveinę. Skydo sudėtis visų pirma buvo parinkta atsižvelgiant į lengvą prieigą prie medžiagų – regolito ir vandens gausu iš vietų, kuriose yra santykinai mažos gravitacijos šulinių (ty asteroidų ir Mėnulio). Taip pat gerai žinoma, kad šis derinys sustabdo ir kosminius spindulius, ir saulės spinduliuotę.
Skydas ne tik sustabdo bet kokią galimą spinduliuotę, bet ir padeda gyvybės palaikymo sistemai, sukdamasis labai lėtai, stengdamasis išsklaidyti kai kuriuos šiluminius gradientus, esančius buveinės struktūroje. Autoriaus skaičiavimais, kai skydas sukasi 0,2 aps./min. ir prie buveinės šono pritvirtintas platus „radiatorius“, jie gali pasiekti maždaug 300 K (27 C / 80 F) vidinę temperatūrą buveinėje.
Išmuštas vaizdas į visą „erdvinio kaimo vieno“ buveinės struktūrą. Atkreipkite dėmesį į įtempimo stygas ir radiatorių pagrindinės konstrukcijos viduryje.
Kreditas: Muhao Chen ir kt.
Šią vidinę temperatūrą gerai priimtų buveinės siūlomi ne žmonės – augalai. Buveinės ūkiai būtų išdėstyti abiejuose cilindro galuose kūgiškai, o viršuje būtų skaidrios stiklinės lubos. Jie taip pat būtų aptarnaujami milžiniškais veidrodžiais, kurie yra šiek tiek pasvirę ir tolygiai atspindi saulės šviesą į žemės ūkio paviršių.
Autoriai suskaičiavo, kad kiekvienam stoties gyventojui reikėtų maždaug 300 m2dirbamos žemės jiems paremti. Išplėstoje buveinėje, išaugant iki 224 m spindulio (52 atskiri 4 metrų aukščio aukštai su 20 metrų vidiniu cilindru), žemės ūkio ir gyvenamojo ploto pakaktų 8000 žmonių.
Tačiau buveinė negalėtų palaikyti visų tų žmonių. 20 metrų spindulio vidinis cilindras galėtų būti „sėklos“ modulis, iš kurio susidaro kiti cilindriniai sluoksniai. Ir tame statybos procese būtų naudojama išbandyta mechaninės inžinerijos technika – tensegrity.
NASA robotas, sukurtas naudojant tensegrity principus.
Autoriai: NASA / Adrianas Agogino ir Vyto saulės spiralė
Tensegrity yra portmanteau, kurį sukūrė Bakminsteris Fulleris apibūdinti susipynusių strypų ir stygų sistemą, kai strypai suspaudžiami, o stygos įtemptos. Tai leidžia dizaineriams sukurti tikrai neįtikėtinų konstrukcijų, jau nekalbant apie įspūdingus baldus, kuriuos kai kurie „YouTube“ naudotojai statyti .
Kalbant apie erdvės buveinę, tai leidžia dizaineriams parengti 6 žingsnių išplėtimo planą, kuris gali būti kartojamas neribotą laiką, neišjungiant gyvybės palaikymo sistemų plečiant buveinę. Kiekvienas išplėtimas leidžia papildyti kompleksą papildomu cilindru ir prideda nemažus kiekius papildomo gyvenamojo ploto, netrikdant žmonių, gyvenančių jau sumontuotuose cilindruose, gyvenimo. Dėl tokio išplečiamumo bet kokia struktūra, kurioje naudojama ši sistema, būtų ekonomiškai įdomesnė nei buveinė, kuri turi išlaikyti vieną formą. Šis ekonominis veiksnys yra labai svarbi bet kokių būsimų projektavimo planų dalis, nes tai bus pagrindinis veiksnys plečiant kosmoso infrastruktūrą apskritai.
Kitas būdas gauti ekonominę vertę būtų panaudoti vieną iš įdomių šio cilindro formos buveinių stiliaus bruožų. Cilindro centras galėtų veikti kaip „nulinės gravitacijos dirbtuvės“, kurios leistų keleiviams atlikti darbus, kurie gali būti sudėtingi arba neįmanomi gravitacijos šulinyje, pavyzdžiui, perdirbti žaliavas arba kurti naujas vaistų rūšis.
3D spausdintas kosminės stoties modelis su įvairiomis svarbiomis savybėmis.
Kreditas: Muhao Chen ir kt.
Centrinis cilindras taip pat galėtų atlikti svarbų vaidmenį kitokioje buveinės ekonomikoje – turizmas . Dizaineriai planuoja centrinę atvirą erdvę, kuri beveik visiškai skirta parkui. Tai iš dalies būtų skirta ilgalaikių buveinių gyventojų emocinei ir psichologinei gerovei, bet taip pat galėtų būti pagrindinis turistų traukos objektas. Tai būtų ypač naudinga, nes turizmas greičiausiai bus viena iš pagrindinių ankstyvųjų kosminių buveinių ekonominių jėgų.
Iki turizmo iš tiesų dar toli, ir nors paleidimo kaštai ir toliau mažėja, kol nesukursime infrastruktūros asteroidams ar mėnuliui išgauti, mažai tikėtina, kad bus pastatyta kokia nors svarbi kosminė buveinė. Tuo tarpu galime toliau kurti naujas idėjas, kurias galiausiai galėsime įgyvendinti. Jei tik nereikėtų tiek daug išleisti, kad išvengtume savo gravitacijos.
Sužinokite daugiau:
Aviacijos mokslas ir technologijos: Auginamos dirbtinės gravitacinės erdvės buveinės projektavimas ir analizė
Izaokas Artūras: Besisukančios erdvės buveinės
Space.com: Pripučiamos erdvės buveinės