Habitat kosmiczny ze sztuczną grawitacją
Projekt habitatu kosmicznego ze sztuczną grawitacją, który może z czasem wzrosnąć, aby pomieścić więcej ludzi
Istnieją dwa główne podejścia, które ludzkość może przyjąć, aby żyć w kosmosie. Częściej przedstawiany jest obraz kolonizacji innych ciał niebieskich, takich jak Księżyc i Mars. Takie podejście ma kilka poważnych wad, w tym radzenie sobie z toksycznymi glebami , czepliwym kurzem i różnicą grawitacji.
Alternatywą jest budowanie własnych siedlisk. Mogłyby one znajdować się w dowolnym miejscu Układu Słonecznego, mieć dowolną wielkość, na jaką pozwala nauka o materiałach, i mieć różne cechy, takie jak temperatura, klimat, grawitacja, a nawet długość dnia. Niestety, wciąż jesteśmy bardzo daleko od zbudowania czegoś w rodzaju siedliska o odpowiedniej wielkości. Jesteśmy jednak o krok bliżej, aby to zrobić, publikując artykuł zespołu z Texas A&M, w którym opisano sposób budowania rozszerzalnego siedliska kosmicznego z koncentrycznych cylindrów, które mogą pomieścić do 8000 osób.
Każde siedlisko, w którym mieszka wiele osób, będzie musiało mieć do czynienia z poważnymi wadami życia w kosmosie. Autorzy artykułu wyraźnie wymieniają 5, których projekt ich habitatu kosmicznego starał się uwzględnić:
Alternatywą jest budowanie własnych siedlisk. Mogłyby one znajdować się w dowolnym miejscu Układu Słonecznego, mieć dowolną wielkość, na jaką pozwala nauka o materiałach, i mieć różne cechy, takie jak temperatura, klimat, grawitacja, a nawet długość dnia. Niestety, wciąż jesteśmy bardzo daleko od zbudowania czegoś w rodzaju siedliska o odpowiedniej wielkości. Jesteśmy jednak o krok bliżej, aby to zrobić, publikując artykuł zespołu z Texas A&M, w którym opisano sposób budowania rozszerzalnego siedliska kosmicznego z koncentrycznych cylindrów, które mogą pomieścić do 8000 osób.
Każde siedlisko, w którym mieszka wiele osób, będzie musiało mieć do czynienia z poważnymi wadami życia w kosmosie. Autorzy artykułu wyraźnie wymieniają 5, których projekt ich habitatu kosmicznego starał się uwzględnić:
- Grawitacja
- Ochrona przed promieniowaniem
- Zbilansowane rolnictwo
- Zdolność wzrostu siedlisk
- Koszt
Identyczni bliźniacy astronauci, Scott i Mark Kelly, są przedmiotem badania bliźniąt NASA. Scott (po prawej) spędził rok w kosmosie, podczas gdy Mark (po lewej) pozostał na Ziemi jako podmiot kontrolny. Scott cierpiał z powodu niektórych wyniszczających skutków pozostawania w zerowej masie ciała przez dłuższy czas. Źródło: NASA
Nie mamy (jeszcze) technologii, która pozwoliłaby Kapitanowi Picardowi stanąć na mostku Enterprise, jakby stał w biurowcu. Mamy jednak coś, co przypomina sztuczną grawitację: siłę odśrodkową wywołaną obrotem. Jest to dość powszechne rozwiązanie zapewniające astronautom coś równoważnego grawitacji. To rozwiązanie nie zostało przetestowane, ale większość ekspertów zgadza się, że powinno złagodzić większość problemów zdrowotnych związanych z brakiem grawitacji.
Podczas tworzenia systemu sztucznej grawitacji, który wyeliminowałby te problemy zdrowotne, należy wziąć pod uwagę dwa główne czynniki. Najpierw trzeba zająć się wielkością siedliska wywołującą sztuczną grawitację. Jeśli promień obrotu jest zbyt mały, może wystąpić znaczna różnica w postrzeganej grawitacji między głową a stopami osoby. Wiadomo, że powoduje to chorobę lokomocyjną i sprawi, że każde środowisko, które wywołało ten efekt u jego mieszkańców, będzie bezużyteczne.
Druga uwaga skupia się na prędkości obrotowej. Autorzy wskazują, że każda prędkość obrotowa powyżej 4 obr / min może również wywołać chorobę lokomocyjną. Użycie górnej granicy prędkości obrotowej i dolnej granicy promienia obrotu daje promień 56 metrów Człowiek mógłby żyć w takim środowisku bez choroby lokomocyjnej i bez negatywnych skutków zdrowotnych wynikających z ciągłego unoszenia się w zerowej grawitacji.
Zero G nie jest jedynym zagrożeniem o którym autorzy muszą pamiętać projektując stację. Długotrwałe narażenie na promieniowanie jest niezwykle szkodliwe dla ludzi, ze znacznie zwiększonym ryzykiem raka i uszkodzenia komórek, co zmniejsza prawdopodobieństwo jakiegokolwiek dłuższego pobytu w kosmosie.
Podczas tworzenia systemu sztucznej grawitacji, który wyeliminowałby te problemy zdrowotne, należy wziąć pod uwagę dwa główne czynniki. Najpierw trzeba zająć się wielkością siedliska wywołującą sztuczną grawitację. Jeśli promień obrotu jest zbyt mały, może wystąpić znaczna różnica w postrzeganej grawitacji między głową a stopami osoby. Wiadomo, że powoduje to chorobę lokomocyjną i sprawi, że każde środowisko, które wywołało ten efekt u jego mieszkańców, będzie bezużyteczne.
Druga uwaga skupia się na prędkości obrotowej. Autorzy wskazują, że każda prędkość obrotowa powyżej 4 obr / min może również wywołać chorobę lokomocyjną. Użycie górnej granicy prędkości obrotowej i dolnej granicy promienia obrotu daje promień 56 metrów Człowiek mógłby żyć w takim środowisku bez choroby lokomocyjnej i bez negatywnych skutków zdrowotnych wynikających z ciągłego unoszenia się w zerowej grawitacji.
Zero G nie jest jedynym zagrożeniem o którym autorzy muszą pamiętać projektując stację. Długotrwałe narażenie na promieniowanie jest niezwykle szkodliwe dla ludzi, ze znacznie zwiększonym ryzykiem raka i uszkodzenia komórek, co zmniejsza prawdopodobieństwo jakiegokolwiek dłuższego pobytu w kosmosie.
Zdjęcie przedstawiające proponowane ekranowanie siedliska kosmicznego przed promieniowaniem. Przedstawienie osłony radiacyjnej zaproponowanej w artykule. Składa się z połączenia regolitu i wody. Źródło: Muhao Chen et all.
Autorskie rozwiązanie tego zagrożenia jest proste - otoczyć całe siedlisko 5 metrami regolitu i wodą. W ich modelu woda jest wciśnięta pomiędzy regolit. Warstwa ochronna znajdowałaby się w tym, co nazywają „tarczą”. Byłaby umieszczona na zewnątrz cylindrycznego habitatu i pokryta panelami słonecznymi, aby zasilać siedlisko. Skład tarczy został dobrany przede wszystkim ze względu na łatwy dostęp do materiałów - regolit i woda są obficie dostępne z miejsc o stosunkowo niskiej grawitacji (np. Asteroidy i Księżyc). Kombinacja ta zatrzymuje zarówno promienie kosmiczne, jak i promieniowanie słoneczne.
Oprócz zatrzymywania potencjalnego promieniowania, tarcza wspomaga system podtrzymywania życia, obracając się bardzo powoli, starając się rozproszyć niektóre gradienty termiczne obecne w strukturze siedliska. Autor obliczył, że przy obrocie tarczy o 0,2 obr / min i rozległym „radiatorze” przymocowanym z boku siedliska mogą osiągnąć w habitacie około 300K (27C / 80F) wewnętrznej temperatury.
Oprócz zatrzymywania potencjalnego promieniowania, tarcza wspomaga system podtrzymywania życia, obracając się bardzo powoli, starając się rozproszyć niektóre gradienty termiczne obecne w strukturze siedliska. Autor obliczył, że przy obrocie tarczy o 0,2 obr / min i rozległym „radiatorze” przymocowanym z boku siedliska mogą osiągnąć w habitacie około 300K (27C / 80F) wewnętrznej temperatury.
Artystyczna koncepcja całego systemu habitatów kosmicznych. Widok całej struktury habitatu „kosmiczna wieś”. Zwróć uwagę na elementy tensegrity i grzejnik w środku głównej konstrukcji. Źródło: Muhao Chen et all.
Farmy siedliska zostaną umieszczone na każdym końcu cylindra w kształcie stożka i zwieńczone przezroczystym szklanym sufitem. Obsługiwane byłyby również przez gigantyczne lustra, które są lekko przekrzywione, odbijając światło słoneczne równomiernie na powierzchnię uprawną.
Autorzy obliczyli, że każdy mieszkaniec stacji będzie potrzebował około 300 m2 ziemi rolnej do utrzymania. Przy rozszerzonym siedlisku rozrastającym się do promienia 224 m (52 oddzielne 4-metrowe piętra z 20-metrowym wewnętrznym cylindrem) byłoby wystarczająco dużo przestrzeni rolniczej i mieszkalnej, aby pomieścić 8000 osób.
Habitat na początku nie byłby w stanie utrzymać wszystkich tych ludzi. Najbardziej wewnętrzny cylinder o promieniu 20 metrów mógłby służyć jako moduł „ziarna”, z którego budują się inne cylindryczne warstwy. A ten proces budowy wykorzystywałby wypróbowaną technikę inżynierii mechanicznej - tensegrity.
Robot NASA zbudowany zgodnie z zasadami tensegrity. Źródło: NASA / Adrian Agogino & Vytas Sunspiral
Tensegrity to pojęcie wymyślone przez Buckminstera Fullera w celu opisania systemu przeplatanych prętów i strun, w których pręty są ściskane, a struny napinane. Pozwala projektantom budować naprawdę niesamowite konstrukcje, nie wspominając o spektakularnych meblach, które budują niektórzy YouTuberowie .
Jeśli chodzi o habitat kosmiczny, pozwala projektantom opracować 6-stopniowy plan ekspansji, który można powtarzać w nieskończoność bez konieczności wyłączania systemów podtrzymywania życia w miarę rozbudowy habitatu. Każda rozbudowa pozwala na dodanie do kompleksu dodatkowego cylindra i dodaje znaczną ilość dodatkowej przestrzeni życiowej bez zakłócania życia ludzi mieszkających w już zainstalowanych cylindrach. Taka możliwość rozbudowy uczyniłaby każdą konstrukcję korzystającą z tego systemu o wiele bardziej interesującą ekonomicznie niż siedlisko, które musi zachować jeden kształt. Ten czynnik ekonomiczny jest niezwykle ważną częścią wszelkich przyszłych planów projektowych, ponieważ będzie głównym czynnikiem napędzającym ogólną rozbudowę infrastruktury kosmicznej.
Innym sposobem uzyskania wartości ekonomicznej byłoby wykorzystanie jednej z interesujących cech tego stylu siedliska cylindrycznego. Środek cylindra mógłby pełnić funkcję „warsztatu o zerowej grawitacji”, który umożliwiałby mieszkańcom wykonywanie prac, które w grawitacji byłyby trudne lub niemożliwe, takich jak przetwarzanie surowców lub opracowywanie nowych rodzajów farmaceutyków.
Jeśli chodzi o habitat kosmiczny, pozwala projektantom opracować 6-stopniowy plan ekspansji, który można powtarzać w nieskończoność bez konieczności wyłączania systemów podtrzymywania życia w miarę rozbudowy habitatu. Każda rozbudowa pozwala na dodanie do kompleksu dodatkowego cylindra i dodaje znaczną ilość dodatkowej przestrzeni życiowej bez zakłócania życia ludzi mieszkających w już zainstalowanych cylindrach. Taka możliwość rozbudowy uczyniłaby każdą konstrukcję korzystającą z tego systemu o wiele bardziej interesującą ekonomicznie niż siedlisko, które musi zachować jeden kształt. Ten czynnik ekonomiczny jest niezwykle ważną częścią wszelkich przyszłych planów projektowych, ponieważ będzie głównym czynnikiem napędzającym ogólną rozbudowę infrastruktury kosmicznej.
Innym sposobem uzyskania wartości ekonomicznej byłoby wykorzystanie jednej z interesujących cech tego stylu siedliska cylindrycznego. Środek cylindra mógłby pełnić funkcję „warsztatu o zerowej grawitacji”, który umożliwiałby mieszkańcom wykonywanie prac, które w grawitacji byłyby trudne lub niemożliwe, takich jak przetwarzanie surowców lub opracowywanie nowych rodzajów farmaceutyków.
Wydrukowany obraz 3D wycięcia wnętrza habitatu. Wydrukowany model stacji kosmicznej z opisanymi różnymi ważnymi cechami. Źródło: Muhao Chen et all.
Centralny cylinder może również odgrywać ważną rolę w innym ekonomicznym bodźcu dla siedliska - turystyce . Projektanci planują centralną otwartą przestrzeń, która jest prawie w całości poświęcona parkowi. Miałoby to częściowo wpływ na emocjonalne i psychiczne samopoczucie długoterminowych mieszkańców siedliska, ale mogłoby również służyć jako główna atrakcja turystyczna. Byłoby to szczególnie przydatne, ponieważ turystyka prawdopodobnie będzie jedną z głównych sił ekonomicznych napędowych wczesnych siedlisk kosmicznych.
Do tej turystyki oczywiście jest jeszcze daleko i chociaż koszty startu nadal spadają, dopóki nie będziemy mieć infrastruktury do eksploatacji asteroid lub księżyca, jest mało prawdopodobne, że powstanie jakikolwiek główny habitat kosmiczny. W międzyczasie możemy kontynuować pracę nad nowatorskimi pomysłami, które moglibyśmy ostatecznie zrealizować.
Komentarze
Prześlij komentarz