Цилиндр О'Нила
Цилиндр О'Нила (также называемый колонией О'Нила ) — это концепция космического поселения, предложенная американским физиком Джерардом К. О'Нилом в его книге 1976 года «Высокий рубеж: человеческие колонии в космосе» . [ 1 ] О'Нил предложил колонизацию космоса в XXI веке с использованием материалов, добытых с Луны , а затем и с астероидов . [ 2 ]
Цилиндр О'Нила будет состоять из двух цилиндров, вращающихся в противоположных направлениях. Цилиндры будут вращаться в противоположных направлениях, чтобы нейтрализовать любые гироскопические эффекты, которые в противном случае затруднили бы наведение их на Солнце. Каждый будет иметь диаметр 5 миль (8,0 км) и длину 20 миль (32 км), соединенный на каждом конце стержнем через систему подшипников . Их вращение обеспечило бы искусственную гравитацию . [ 1 ]
Фон
[ редактировать ]
Преподавая физику в Принстонском университете , О'Нил поставил перед своими студентами задачу спроектировать большие конструкции в космическом пространстве с намерением показать, что жизнь в космосе может быть желательной. Некоторые из проектов смогли обеспечить достаточно большие объемы, пригодные для проживания людей. Этот совместный результат вдохновил на идею цилиндра и был впервые опубликован О'Нилом в статье в журнале Physics Today в сентябре 1974 года . [ 3 ]
Проект О'Нила был не первым примером этой концепции. В 1954 году немецкий учёный Герман Оберт описал использование гигантских обитаемых цилиндров для космических путешествий в своей книге Menschen im Weltraum — Neue Projekte für Raketen- und Raumfahrt (« Люди в космосе — новые проекты для ракет и космических путешествий »). В 1970 году писатель-фантаст Ларри Нивен предложил аналогичную, но более масштабную концепцию в своем романе «Мир-Кольцо» . Незадолго до того, как О'Нил предложил свой цилиндр, Артур Кларк использовал такой цилиндр (хотя и внеземной конструкции) в своем романе «Свидание с Рамой» .
Острова
[ редактировать ]В своей книге 1976 г. [ 1 ] О'Нил описал три эталонных проекта, получивших прозвище «острова»:
- Остров Один представляет собой вращающуюся сферу размером в одну милю (1,6 км) в окружности (1681 фут (512 м) в диаметре), на которой люди живут в экваториальной области (см. Сфера Бернала ). Более позднее исследование НАСА/Эймса в Стэнфордском университете разработало альтернативную версию Острова Один: Стэнфордский тор , тороидальную форму диаметром 1600 футов (490 м). [ 4 ]
- Остров Два имеет сферическую форму, диаметр 5200 футов (1600 м).
- Конструкция Island Three , более известная как цилиндр О'Нила, состоит из двух цилиндров, вращающихся в противоположных направлениях . Их диаметр составляет пять миль (8,0 км) , а длину можно увеличить до двадцати миль (32 км). [ 5 ] Каждый цилиндр имеет шесть полос равной площади, проходящих по всей длине цилиндра; три — прозрачные окна, три — обитаемые «сухопутные» поверхности. Кроме того, внешнее сельскохозяйственное кольцо диаметром двадцать миль (32 км) вращается с другой скоростью, чтобы поддерживать сельское хозяйство. Промышленный производственный блок среды обитания расположен посередине, чтобы свести к минимуму гравитацию для некоторых производственных процессов.
Чтобы сэкономить огромные затраты на доставку материалов с Земли, эти среды обитания будут построены из материалов, запущенных в космос с Луны с помощью магнитного привода . [ 1 ]
Дизайн
[ редактировать ]Жизнь в цилиндре
[ редактировать ]В сентябрьском выпуске журнала Physics Today за 1974 год доктор О'Нил утверждал, что жизнь на борту цилиндра О'Нила будет лучше, чем в некоторых местах на Земле. [ 6 ] Это произойдет из-за изобилия продуктов питания, контроля климата и погоды, а также из-за того, что не будет необходимости в транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания, которые создавали бы смог и загрязнение окружающей среды. [ 6 ] Жители также будут поддерживать себя активными и развлекаться, занимаясь современными земными видами спорта, такими как катание на лыжах, парусный спорт и альпинизм, благодаря искусственно создаваемой гравитации из-за вращения цилиндра. В дополнение к этим видам спорта, новые виды спорта также будут созданы из среды обитания, заключенной в цилиндр в космосе, и эти обстоятельства будут творчески использованы. [ 6 ]
Искусственная гравитация
[ редактировать ]
Цилиндры вращаются, создавая искусственную гравитацию на своей внутренней поверхности. При радиусе, описанном О'Нилом, средам обитания пришлось бы вращаться примерно двадцать восемь раз в час, чтобы имитировать стандартную земную гравитацию ; угловая скорость 2,8 градуса в секунду. Исследования человеческого фактора во вращающихся системах отсчета [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] указывают на то, что при таких низких скоростях вращения лишь немногие люди будут испытывать укачивание из-за сил Кориолиса, действующих на внутреннее ухо. Однако люди смогут определять направления вращения и против вращения, поворачивая головы, и любые брошенные предметы будут отклоняться на несколько сантиметров. [ 10 ] Центральной осью среды обитания должна была стать область невесомости , и предполагалось, что там могут быть расположены места отдыха.
Атмосфера и радиация
[ редактировать ]Планировалось, что в среде обитания будет кислород с парциальным давлением, примерно таким же, как в земном воздухе, то есть 20% давления воздуха на уровне моря на Земле. Азот также будет включен, чтобы добавить еще 30% земного давления. Эта атмосфера с половинным давлением сэкономит газ и уменьшит необходимую прочность и толщину стен среды обитания. [ 1 ] [ 4 ]
В этом масштабе воздух внутри цилиндра и оболочка цилиндра обеспечивают достаточную защиту от космических лучей . [ 1 ] Внутренний объем цилиндра О'Нила достаточно велик, чтобы поддерживать собственные небольшие погодные системы, которыми можно манипулировать, изменяя состав внутренней атмосферы или количество отраженного солнечного света. [ 5 ]
Солнечный свет
[ редактировать ]Большие зеркала прикреплены на петлях позади каждой полосы окна. Неоткрытый край окон смотрит на Солнце. Назначение зеркал – отражать солнечный свет в цилиндры через окна. Ночь имитируется путем открытия зеркал, позволяющих видеть из окна пустое пространство; это также позволяет теплу излучаться в космос. В течение дня кажется, что отраженное Солнце движется вместе с зеркалами, создавая естественную последовательность углов Солнца. Хотя изображение Солнца и не видно невооруженным глазом, можно наблюдать его вращение из-за вращения цилиндра. Свет, отраженный зеркалами , поляризован , что может сбить с толку пчел- опылителей . [ 1 ]
Чтобы свет проникал в среду обитания, по всей длине цилиндра расположены большие окна. [ 1 ] Это не будут одиночные стекла, а будут состоять из множества небольших секций, чтобы предотвратить катастрофические повреждения, и поэтому алюминиевые или стальные оконные рамы смогут выдержать большую часть нагрузки от давления воздуха в среде обитания. [ 1 ] Иногда метеорит может разбить одно из этих окон. Это могло бы вызвать некоторую потерю атмосферы, но расчеты показали, что это не будет аварийной ситуацией из-за очень большого объема среды обитания. [ 1 ]
Контроль отношения
[ редактировать ]Среда обитания и ее зеркала должны быть постоянно направлены на Солнце, чтобы собирать солнечную энергию и освещать внутреннюю часть среды обитания. О'Нил и его ученики тщательно разработали метод непрерывного поворота колонии на 360 градусов за орбиту без использования ракет (которые привели бы к потере реакционной массы). [ 1 ] Во-первых, пару сред обитания можно катить, используя цилиндры как импульсные колеса . Если вращение одной среды обитания немного отклонено, два цилиндра будут вращаться вокруг друг друга. Как только плоскость, образованная двумя осями вращения, станет перпендикулярной оси вращения орбите, пару цилиндров можно будет отклонять от курса, чтобы нацелиться на Солнце, прикладывая силу между двумя направленными к Солнцу подшипниками. Отталкивание цилиндров друг от друга приведет к гироскопической прецессии обоих цилиндров , и система будет отклоняться от курса в одном направлении, тогда как толкание их друг к другу вызовет отклонение в другом направлении. Вращающиеся в противоположных направлениях среды обитания не имеют суммарного гироскопического эффекта, и поэтому эта небольшая прецессия может продолжаться по всей орбите среды обитания, удерживая ее направленной на Солнце. Это новое применение гироскопов управляющего момента .
Обновление дизайна и производные
[ редактировать ]В 1990 и 2007 годах была представлена меньшая модификация конструкции, известная как Kalpana One, в которой устраняется эффект раскачивания вращающегося цилиндра за счет увеличения диаметра и сокращения длины. Логистические проблемы радиационной защиты решаются путем строительства станции на низкой околоземной орбите и удаления окон. [ 12 ] [ 13 ]
В 2014 году был предложен новый метод строительства, который включал надувание мешка и заклеивание его катушкой (изготовленной из астероидных материалов), подобно конструкции композитного сосуда под давлением, обернутого пленкой . [ 14 ]
Предложение
[ редактировать ]На мероприятии Blue Origin в Вашингтоне 9 мая 2019 года Джефф Безос предложил строить колонии О'Нила, а не колонизировать другие планеты. [ 15 ] [ 16 ]
Галерея изображений
[ редактировать ]-
![Цилиндр, построенный из взаимосвязанных боласов или других геометрических фигур[17]](//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c6/Curreri_space_habitat_evolution.png)
Цилиндр, построенный из соединенных между собой боласов или других геометрических фигур. [ 17 ] -
Концептуальное изображение НАСА нескольких цилиндров среды обитания, ориентированных на Солнце.
![Цилиндр, построенный из взаимосвязанных боласов или других геометрических фигур[17]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c6/Curreri_space_habitat_evolution.png)
См. также
[ редактировать ]- Ротор (аттракцион) – этот, Гравитрон и некоторые другие аттракционы в парках развлечений используют центробежную силу аналогичным образом.
- Бишоп Ринг (среда обитания)
- Модуль размещения центрифуг , отмененный модуль МКС.
- Дон Дэвис (художник)
- Сфера Дайсона
- Цилиндр Маккендри
- Планетарный шовинизм
- Космическая станция с вращающимся колесом
- Скайхук (структура)
- Стэнфорд Торус
В художественной литературе
[ редактировать ]- Космические станции и среды обитания в художественной литературе
- 2312 – Цилиндры О'Нила в полых астероидах.
- Вавилон 5
- Киберпанк (ролевая игра)
- The Expanse – вращающийся цилиндр с двигателями.
- Небесная река Денниса Э. Тейлора
- Межзвездный
- Цитадель (Mass Effect)
- Незнакомец (Outer Wilds) – вращающийся сосуд кольцеобразной формы.
- Мобильный Костюм Гандам ( аниме )
- Полицейские
- Встреча с Рамой
- Мир-кольцо
- Побеждать
- «Грязь на нашей обуви» , Нил Шустерман
- Конец смерти автора Цысинь Лю
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к О'Нил, Джерард К. (1977). Высокий рубеж: человеческие колонии в космосе . Нью-Йорк: Уильям Морроу и компания. ISBN 0-688-03133-1 .
- ^ «Космические ресурсы и космические поселения, летнее исследование 1977 года в Исследовательском центре Эймса НАСА» . НАСА . Архивировано из оригинала 29 июля 2012 года . Проверено 20 октября 2012 г.
- ^ О'Нил, Джерард К. (сентябрь 1974 г.). «Колонизация космоса» . Физика сегодня . 27 (9): 32–40. Бибкод : 1974PhT....27i..32O . дои : 10.1063/1.3128863 .
- ^ Перейти обратно: а б Космические поселения: исследование дизайна (1977). Архивировано 14 июня 2012 г. в Wayback Machine . НАСА СП-413. НСС.орг. Проверено 12 сентября 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Цилиндр О'Нила» . Орбитальные космические поселения . Национальное космическое общество . Архивировано из оригинала 21 февраля 2009 года . Проверено 13 ноября 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б с О'Нил, Джерард (28 марта 2018 г.). «Колонизация космоса - Джерард К. О'Нил, «Физика сегодня», 1974 г. - Национальное космическое общество» . space.nss.org . Проверено 29 апреля 2022 г.
- ^ Бошан, GT (октябрь – декабрь 1961 г.). «Неблагоприятные последствия вращения космического корабля». Обзор астронавтических наук . 3 (4): 9–11.
- ^ Материалы симпозиума о роли вестибулярных органов в пилотируемых космических полетах, НАСА SP-77, 1965. См., в частности: Томпсон, Аллен Б.: Критерии физиологического проектирования для среды искусственной гравитации в пилотируемых космических системах.
- ^ Ньюсом, BD (июнь 1972 г.). «Факторы обитаемости на вращающейся космической станции» (PDF) . Космические науки о жизни . 3 (3): 192–197. Бибкод : 1972SLSci...3..192N . дои : 10.1007/BF00928163 . ПМИД 5038187 . S2CID 21448026 . Архивировано из оригинала (PDF) 4 октября 2018 г. Проверено 12 сентября 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б Материалы Пятого симпозиума о роли вестибулярных органов в освоении космоса, Пенсакола, Флорида, 19–21 августа 1970 г., НАСА SP-314, 1973 г.
- ^ Альтман, Ф. (1973). «Некоторые аверсивные эффекты центробежной гравитации». Аэрокосмическая медицина . 44 : 418–421.
- ^ «Единое космическое поселение Калпана» . Settlement.arc.nasa.gov . Архивировано из оригинала 15 февраля 2013 г. Проверено 26 октября 2018 г.
- ^ Глобус, Ал. «Пересмотренная версия орбитального космического поселения Калпана-1» (PDF) .
- ^ 10.0 Сценарий строительства мест обитания космических поселений в форме цилиндра О'Нила (Отчет). Третий межзвездный семинар в долине Теннесси, 10–11 ноября 2014 г., Ок-Ридж, Теннесси, д-р Гордон Вудкок (Boeing/NSS). 21 декабря 2014 г. Проверено 26 октября 2018 г.
- ^ Блиц, Мэтт; Орф, Даррен (9 мая 2019 г.). «Blue Origin раскрывает лунный посадочный модуль «Голубая Луна»» . Популярная механика . Проверено 11 июня 2019 г.
- ^ «Отправление в космос на благо Земли (Полный повтор события)» . Голубое происхождение . Проверено 5 октября 2021 г.
- ^ Каррери, Питер А. (2007). «Минимизированный технологический подход к самодостаточности человечества за пределами Земли» (PDF) . Конференция Международного форума космических технологий и приложений (STAIF), Альбукерке , Нью-Мексико, 11–15 февраля 2007 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Хеппенхаймер, Т.А. (2007) [1977]. Колонии в космосе (изд. онлайн-книги). Национальное космическое общество. ISBN 978-0-8117-0397-0 . Проверено 19 апреля 2009 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Видео на YouTube об острове Три от НАСА Эймс (5 минут)
- Видео на YouTube: Сценарий строительства места обитания космического поселения в форме цилиндра О'Нила, Третий межзвездный семинар в долине Теннесси, 10–11 ноября 2014 г., Ок-Ридж, Теннесси, доктор Гордон Вудкок (30 минут)
- Видео о том, как сделать космические полеты доступными для строительства космических колоний (10 минут)
