Космическая станция с вращающимся колесом
Космическая станция с вращающимся колесом , также известная как колесо фон Брауна , представляет собой концепцию гипотетической космической станции в форме колеса . Первоначально предложенный Константином Циолковским в 1903 году. [1] идея была расширена Германом Поточником в 1929 году. [2]
Технические характеристики [ править ]
Станции такого типа вращаются вокруг своей оси, создавая среду искусственной гравитации . Обитатели станции будут испытывать центробежное ускорение согласно следующему уравнению: [3]
где – угловая скорость станции, - его радиус, а линейное ускорение в любой точке его периметра. [3]
Теоретически станция может быть настроена на имитацию гравитационного ускорения Земли (9,81 м/с). 2 ), позволяющий человеку длительное время находиться в космосе без недостатков микрогравитации . [4]
История [ править ]
И ученые, и писатели-фантасты задумывались над концепцией космической станции с вращающимся колесом еще с начала XX века. Константин Циолковский писал об использовании вращения для создания искусственной гравитации в космосе в 1903 году. [1] Герман Поточник представил станцию с прялкой диаметром 30 метров в своей книге « Проблема космических путешествий ». Он даже предложил вывести его на геостационарную орбиту . [2]
В 1950-х годах Вернер фон Браун и Вилли Лей в статье для журнала Colliers Magazine обновили эту идею, отчасти как способ запуска космического корабля, направляющегося на Марс . Они представляли себе вращающееся колесо диаметром 76 метров (250 футов). Трехдековое колесо будет вращаться со скоростью 3 об/мин, обеспечивая искусственную треть гравитации. Предполагалось, что экипаж будет состоять из 80 человек. [5]
В 1959 году комитет НАСА высказал мнение, что такая космическая станция станет следующим логическим шагом после программы «Меркурий» . [6] Стэнфордский тор , предложенный НАСА в 1975 году, представляет собой огромную версию той же концепции, в которой мог бы разместиться целый город. [7] .
НАСА никогда не пыталось построить космическую станцию с вращающимся колесом по нескольким причинам. Во-первых, такую станцию будет очень сложно построить, учитывая ограниченные возможности подъема, доступные Соединенным Штатам и другим космическим державам. Сборка такой станции и ее давление создадут огромные препятствия, которые, хотя и не выходят за рамки технических возможностей НАСА, но выходят за рамки имеющегося бюджета. Во-вторых, НАСА считает, что нынешняя космическая станция, Международная космическая станция (МКС), ценна как лаборатория невесомости , и ее нынешняя среда микрогравитации была сознательным выбором. [8]
В 2010-х годах НАСА изучало планы демонстрационного проекта центрифуги Nautilus X. В случае полета на МКС будет добавлен модуль спальных помещений с центрифугой. Это позволяет экспериментировать с искусственной гравитацией, не уничтожая при этом полезности МКС для экспериментов в невесомости. Это может привести к полетам в дальний космос при полной перегрузке в спальных помещениях с центрифугами, используя тот же подход. [ нужна ссылка ]
Галерея [ править ]
Tsiolkovsky's bublik -city on a stamp
Концепция Стэнфордского тора НАСА 1975 года.
1962 г. Концепция НАСА по развертыванию шестиугольной надувной вращающейся космической станции.
1962 г. Концепция НАСА шестиугольной надувной вращающейся космической станции.
Описание космической станции с вращающимся колесом в Германа Поточника книге «Проблема космических путешествий» (1929).
Инженер НАСА прогуливается в условиях невесомости вокруг макета полномасштабной космической станции диаметром 7,3 м (24 фута), 1964 год.
Предлагаемый Наутилус-X
Концептуальный рендеринг предлагаемой космической станции "Вояджер" в 2019 году , разрабатываемой Orbital Assembly Corporation.
В художественной литературе [ править ]
Многие вымышленные космические станции и корабли используют вращающуюся конструкцию.
1936: В Александра Беляева романе «Звезда КЭЦ» круглая космическая станция за счет своего вращения обеспечивает псевдогравитацию около 0,1 g .
1958: В фильме «Королева космоса» рассказывается о взрывающейся вращающейся космической станции.
1968 : Артура Кларка Роман «2001: Космическая одиссея» был разработан одновременно с Стэнли Кубрика киноверсией одноименной . В нем вращающаяся космическая станция « Космическая станция V» обеспечивает искусственную гравитацию и занимает видное место на обложке первого издания книги. Космический корабль миссии Юпитер Discovery One оснащен центрифугой для жилых помещений экипажа, обеспечивающей искусственную гравитацию.
1968 : В шестисерийном «Доктор Кто» сериале «Колесо в космосе» главная станция является основным местом действия истории.
1970 : В романе « Мир-Кольцо» описывается очень большая обитаемая структура, в центре которой находится звезда.
1984 : В фильме Питера Хайамса «2010» показан российский космический корабль размером с линкор (спроектированный художником-футуристом Сидом Мидом) « Леонов» , который имеет постоянно вращающуюся центральную часть, обеспечивающую искусственную гравитацию для пассажиров.
1985 : В романе « Игра Эндера» есть многокольцевая станция под названием «Боевая школа» с различными уровнями имитации гравитации. По мере того как персонажи поднимаются по станции к центру, ощущение гравитации заметно снижается.
1994: Люди из научно-фантастического сериала «Вавилон 5» живут на цилиндрической станции О'Нила , используя вращающиеся секции для создания искусственной гравитации. Космические станции Земного Альянса , такие как серия «Вавилон» (отсюда и название серии), пересадочные станции, такие как станция на Ио рядом с главными прыжковыми воротами солнечной системы, и космические корабли-эсминцы класса «Омега» EarthForce широко использовали вращающиеся секции для увеличения времени развертывания. раз и повысить гибкость миссии, поскольку эффекты невесомости больше не являются проблемой.
1999 : Основной сюжет японской манги и аниме «Планеты » разворачивается в «Семь», орбитальной станции с 7-м колесом, а к 2075 году строится 9-е колесо. В трилогии «Зенон» ( «Зенон: Девушка 21-го века» , «Зенон: Девушка» Зекель и Зенон: Z3 ), 13-летний Зенон живет на вращающейся космической станции, принадлежащей вымышленному WyndComm с 2049 по 2054 год, но она не спроектирована таким образом, чтобы обеспечить искусственную гравитацию за счет центростремительной силы.
2000 : В фильме «Миссия на Марс» , «Марс II» , космический корабль НАСА, поспешно перепрофилированный для миссии по восстановлению первой миссии человечества на Марс в 2020 году, демонстрирует вращающуюся среду обитания экипажа, искусственное гравитационное вращение которого было отключено с помощью двигателей управления ориентацией корабля , чтобы позволить аварийный ремонт корпуса после микрометеороидного дождя.
2001 : В серии видеоигр Halo, созданной Bungie , изображено кольцо размером с планету. который может укрывать Землю , как и фауну и окружающую среду, имитируя гравитацию посредством ее вращения.
2003 : В переосмысленном сериале «Звездный крейсер Галактика» . «Рагнар Анкоридж» — это станция хранения оружия с тремя кольцами, а гражданский корабль «Зефир» — роскошный лайнер с кольцевым миделем.
2007 : Сектор «Президиум» космической станции «Цитадель» в серии видеоигр Mass Effect представляет собой вращающуюся тороидальную секцию, соединенную со стыковочным кольцом, с пятью большими «опеками», расходящимися от центрального кольца, как лепестки цветка. Кроме того, Станция Арктур, человеческая резиденция правительства на галактической арене (не показанная в играх, но подробно описанная), также упоминается как вращающийся Стэнфордский тор .
2010 : В OVA Mobile Suit Gundam Unicorn официальная резиденция премьер-министра Земной Федерации «Лаплас» представляла собой пример Стэнфордского тора.
2011 : Большинство космических станций в серии Expanse используют искусственную гравитацию путем вращения, в первую очередь станция Тихо. Даже более крупные небесные объекты, такие как Церера и Эрос, были выдолблены и раскручены, чтобы создать гравитационное притяжение для своих обитателей.
2013 : Нила Бломкампа В фильме «Элизиум» есть огромная космическая станция под названием «Элизиум» (станция с открытой крышей диаметром от 20 до 45 километров (от 12 до 28 миль), [9] где-то между гораздо большим Бишоп-Рингом с открытой крышей и меньшим, полностью закрытым Стэнфордским Тором .) Станция в фильме является городом и средой обитания для привилегированных высших классов Земли.
2014 судно, очень похожее по конструкции на спроектированный НАСА « Наутилус-X» использовалось : В «Интерстелларе» . Корабль, известный как « Эндьюранс» , использовался в качестве промежуточной станции, также способной совершать межпланетные перелеты.
2014 : Космические станции в видеоигре Elite: Dangerous (и ее приквелах ) вращаются, создавая искусственную гравитацию.
2015 : Thunderbird 5 в ITV телешоу Thunderbirds Are Go представляет собой вращающуюся секцию гравитационного кольца на космической станции со стеклянным полом для наблюдения за Землей внизу. Действие сериала происходит в 2060 году.
2015 : НАСА Разработанный «Гермес» в фильме «Марсианин» был способен совершить космическое путешествие на Марс.
2018 : -планетарии В фильме «Марс 1001» показана вымышленная миссия на Марс с использованием вращающегося космического корабля. Fallout 76 включает в себя разрушенную космическую станцию с вращающимся колесом в локации под названием Кратер.
2019 : В видеоигре Outer Wilds есть несколько функций: базовая игра содержит вращающееся гравитационное колесо внутри планеты, поддерживающее гравитационное притяжение в центре планеты . В DLC Echoes of the Eye 2021 года представлена космическая станция в форме колеса размером с планету, которая вращается, создавая искусственную гравитацию.
2022 : Мандалорец показан на вращающемся кольце с искусственной гравитацией в « Книге Бобы Фетта» .
2022 : Премьера третьего сезона «Для всего человечества оригинального сериала Apple TV+ » изображает космический отель с вращающимся колесом для генерации гравитации, которое становится важным для сюжетной линии после неисправности вращающегося механизма.
См. также [ править ]
- Космическая среда обитания
- Космическая колонизация
- Невесомость
- Стэнфордский тор — проект космической среды обитания диаметром 1,8 км (1,1 мили), способной вместить от 10 000 до 140 000 постоянных жителей, предложенный НАСА в 1975 году.
- Бишоп Ринг (среда обитания)
- Цилиндр О'Нила , конструкция космического поселения диаметром 5 миль (8,0 км), предложенная в 1976 году Джерардом К. О'Нилом.
- Мир-кольцо
- Человек скоро покорит космос! , знаменитая серия журнальных статей 1950-х годов, подробно описывающая планы Вернера фон Брауна по пилотируемому космическому полету.
- Mars Direct , предложение о миссии человека на Марс. Он содержит конструкцию для создания искусственной гравитации путем привязывания «жилого модуля» к ступени ракеты и вращения их вокруг общей оси.
- Космические станции и среды обитания в популярной культуре
Ссылки [ править ]
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Бекей, Иван; Герман, Дэниел (1 января 1985 г.). «Концепции космической станции и космической платформы: исторический обзор» . Космические станции и космические платформы: концепции, проектирование, инфраструктура и использование . Американский институт аэронавтики и астронавтики . стр. 203–263. дои : 10.2514/5.9781600865749.0203.0263 . ISBN 978-0-930403-01-0 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Нордунг (псевдоним), Герман (1929). Проблема путешествий в космосе: ракетный двигатель (PDF) (на немецком языке). Берлин: Ричард Карл Шмидт и компания, стр. 136–144. ISBN 3851320603 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Ретт Аллен (28 октября 2014 г.). «Физика вращающегося космического корабля в «Интерстеллар»: добавление кругового движения космическому кораблю создает эффект, подобный гравитации» . Проводной .
- ^ Ричард Холлингем (18 ноября 2014 г.). «Гигантские вращающиеся космические станции, генерирующие собственную искусственную гравитацию, задумывались десятилетиями. Так почему же никто их не построил?» . Би-би-си .
- ^ Райан, Корнелиус (редактор; также заместитель редактора журнала Collier's - на клапане суперобложки указано, что половина содержания книги первоначально появилась в серии статей журнала Collier's « Человек скоро покорит космос! ) » Space Frontier Нью-Йорк: сентябрь 1952 г., Viking Press. См. главу 4 Вилли Лея — «Станция в космосе», стр. 98–117; на фронтисписе книги изображена Чесли Бонестелл, изображающая всю колесную космическую станцию на орбите над Центральной Америкой; на страницах 106 и 107 представлена иллюстрация внутреннего пространства колесной космической станции в разрезе; На странице 100 упоминается, что она рассчитана на экипаж из 80 человек. Во введении на странице xii упоминается, что космическая станция с вращающимся колесом будет находиться на орбите на высоте 1075 миль (1730 км) над Землей , ее ожидаемая стоимость составит 4 000 000 000 долларов США в долларах 1952 года. (эквивалент 46 миллиардов долларов США в 2023 году).
- ^ Космическая станция. Получено с http://www.daviddarling.info/encyclepedia/S/space_station.html .
- ^ https://nss.org/settlement/nasa/75SummerStudy/Table_of_Contents1.html
- ^ "Дом, милый дом" . НАСА. 25 мая 2001 г. Архивировано из оригинала 29 сентября 2006 г.
- ^ Аллен, Ретт (5 июня 2013 г.). «Гравитация на космической станции Элизиум» . Wired.com . Архивировано из оригинала 22 декабря 2016 года . Проверено 22 мая 2018 г.
