Колонизация пояса астероидов
Астероиды, в том числе находящиеся в поясе астероидов , были предложены в качестве возможных мест космической колонизации . [ 1 ] Мотивы включают выживание человечества и особые экономические возможности для добычи полезных ископаемых на астероидах . Препятствия включают расстояние транспортировки, температуру, радиацию, отсутствие гравитации и психологические проблемы.
На большинстве астероидов есть полезные ископаемые, которые можно добывать . Поскольку эти тела не имеют серьезных гравитационных колодцев только небольшое значение дельта-V . , для перевозки материалов на строительную площадку требуется [ 2 ] [ 3 ] По оценкам, только в главном поясе астероидов имеется достаточно материала для создания достаточного количества космических сред обитания , равного площади обитаемой поверхности 3000 Земель. [ 4 ]
Движущие силы
[ редактировать ]Одним из основных аргументов в пользу космической колонизации является обеспечение долгосрочного выживания человеческого вида. В случае всемирной искусственной или природной катастрофы космическая колония позволит человеческому виду продолжить существование. [ 5 ] Майкл Гриффин, администратор НАСА в 2006 году, изложил это дело следующим образом:
«...цель состоит не только в научных исследованиях... она также в расширении ареала обитания человека за пределы Земли в Солнечную систему по мере нашего продвижения во времени... В долгосрочной перспективе виды, обитающие на одной планете, будут не выжить… Если мы, люди, хотим выжить в течение сотен тысяч или миллионов лет, мы в конечном итоге должны заселить другие планеты». [ 6 ]
Конкретным аргументом в пользу колонизации астероидов является потенциальная экономическая выгода от добычи полезных ископаемых на астероидах . Астероиды содержат значительное количество ценных материалов, в том числе редких минералов и драгоценных металлов , которые можно добывать и транспортировать обратно на Землю для продажи. — один из таких астероидов , содержащий примерно столько же железа, сколько мир производит за 100 000 лет. 16 Психея Стоимость металлического железа и никеля составляет около 10 квинтиллионов долларов. [ 7 ] НАСА планирует на 10 октября 2023 года миссию орбитального аппарата «Психея», который должен запуститься и добраться до астероида к августу 2029 года для изучения. [ 8 ] 511 Давида могла бы обладать полезными ископаемыми и ресурсами на сумму 27 квадриллионов долларов. [ 9 ]
По оценкам НАСА, от 1,1 до 1,9 миллиона астероидов в поясе астероидов имеют диаметр более 1 километра. Миллионы меньше. Примерно 8% известных астероидов главного пояса по составу схожи с 16 Психеей. [ 10 ] [ 11 ] Одна компания, Planetary Resources, уже стремится разработать технологии с целью использования их для добычи полезных ископаемых на астероидах. По оценкам Planetary Resources, астероиды длиной около 30 метров содержат платину на сумму от 25 до 50 миллиардов долларов. [ 12 ]
Транспорт
[ редактировать ]Межпланетный космический полет представляет собой сложную задачу, поскольку пояс астероидов находится далеко, в сотнях миллионов миль или километров. [ 13 ] Человеческая миссия на Марс длиной в десятки миллионов миль или километров также сложна. [ 14 ] Марса . Например, марсоходу потребовалось 253 дня, чтобы добраться до [ 14 ] В период с 2007 по 2011 год Россия, Китай и Европейское космическое агентство провели эксперимент под названием MARS-500 , чтобы оценить физические и психологические ограничения пилотируемых космических полетов. [ 15 ] Эксперимент пришел к выводу, что 18 месяцев одиночества — предел для пилотируемой космической миссии. [ 15 ] При нынешних технологиях путешествие к поясу астероидов займет более 18 месяцев, что позволяет предположить, что миссия с экипажем может потребовать решения этой проблемы. [ 13 ]
Посадка
[ редактировать ]Астероиды недостаточно велики, чтобы создавать значительную гравитацию, что затрудняет посадку космического корабля. [ 1 ] Людям еще предстоит посадить космический корабль на астероид в поясе астероидов, но беспилотные космические корабли временно приземлились на нескольких астероидах, первым из которых в 2001 году был 433 Эрос , АСЗ из группы Амор, а совсем недавно 162173 Рюгу , еще один АСЗ. группы «Аполлон». [ 16 ] Это была часть миссии «Хаябуса-2» , которую проводило Японское космическое агентство . [ 17 ] При посадке использовались четыре солнечных ионных двигателя и четыре реактивных колеса для управления ориентацией и орбитой космического корабля, который приземлится на Рюгу. [ 17 ] Эти технологии могут быть применены для успешного аналогичного приземления в поясе астероидов.
Церера
[ редактировать ]Церера — карликовая планета и самое большое тело в поясе астероидов. [ 19 ] Поскольку он криовулканический , он потенциально может использоваться для добычи ресурсов для колонизации на астероидах. Его гравитационное притяжение сильнее, чем у других тел в поясе астероидов, что делает колонизацию поверхности более реалистичной.
Добыча пояса астероидов с Марса
[ редактировать ] Солнце Трояны Юпитера | Пояс астероидов Астероиды Хильда Объекты, сближающиеся с Землей (выборка) |
Поскольку Марс находится гораздо ближе к поясу астероидов , чем Земля , потребуется меньше Дельта-v, чтобы добраться до пояса астероидов и вернуть минералы на Марс. Одна из гипотез состоит в том, что происхождение спутников Марса ( Фобоса и Деймоса ) на самом деле является захватом астероидов из пояса астероидов. [ 20 ] Использование луны Фобос для запуска космических кораблей является энергетически выгодным и полезным местом для отправки миссий к астероидам главного пояса. [ 21 ] Добыча пояса астероидов на Марсе и его спутниках может помочь в колонизации Марса . [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]
Космический лифт на базе Фобоса мог бы снизить стоимость транспорта. См. Колонизацию Марса # Транспорт.
Проблемы для человеческого жилья
[ редактировать ]Гравитация
[ редактировать ]Отсутствие гравитации оказывает множество неблагоприятных последствий на биологию человека . Переходные гравитационные поля могут влиять на пространственную ориентацию , координацию, равновесие, передвижение и вызывать укачивание . [ 25 ] Астероиды, не имеющие искусственной гравитации, имеют относительно небольшую гравитацию по сравнению с Землей. [ 26 ] Без воздействия силы тяжести на тело человека кости теряют минералы, а плотность костей снижается на 1% ежемесячно. Для сравнения, скорость потери костной массы у пожилых людей составляет 1–1,5% в год. [ 25 ] Выделение кальция из костей при низкой гравитации увеличивает риск образования камней в почках . [ 25 ] Кроме того, жидкости в организме смещаются к голове, что может вызвать давление на голову и проблемы со зрением. [ 25 ]
Общая физическая подготовка также имеет тенденцию к снижению, и правильное питание становится гораздо более важным. Без гравитации мышцы задействованы меньше, и в целом движение становится легче. [ 25 ] Без целенаправленных тренировок мышечная масса, состояние сердечно-сосудистой системы и выносливость уменьшатся. [ 25 ]
Искусственная гравитация
[ редактировать ]Искусственная гравитация предлагает решение негативного воздействия невесомости на организм человека. Одна из возможностей, исследованная в исследовании, проведенном исследователями из Венского университета , предполагает выемку и вращение небесного тела . Тогда колонисты будут жить внутри астероида, а центробежная сила будет имитировать гравитацию Земли. Исследователи обнаружили, что, хотя может быть неясно, будут ли астероиды достаточно сильными, чтобы поддерживать необходимую скорость вращения, они не могут исключить такой проект, если размеры и состав астероида будут в пределах приемлемых уровней. [ 27 ]
В настоящее время не существует практических крупномасштабных применений искусственной гравитации для космических полетов или колонизации из-за проблем с размером и стоимостью. [ 28 ] Тем не менее, различные исследовательские лаборатории и организации провели ряд испытаний с использованием человеческих центрифуг для изучения воздействия продолжительной, устойчивой или прерывистой искусственной гравитации на тело, пытаясь определить осуществимость будущих миссий, таких как долгосрочные космические полеты и космическая колонизация. . [ 29 ] Исследовательская группа из Университета Колорадо в Боулдере обнаружила, что им удалось заставить всех участников исследования чувствовать себя комфортно при скорости около 17 оборотов в минуту в человеческой центрифуге без укачивания, которое обычно беспокоит большинство испытаний мелкомасштабных применений центрифуги. искусственная гравитация. [ 30 ] Это предлагает альтернативный метод, который может быть более осуществимым, учитывая значительно сниженную стоимость по сравнению с более крупными конструкциями.
Температура
[ редактировать ]Большинство астероидов расположены в поясе астероидов , между Марсом и Юпитером . Это холодный регион с температурой от -73 градусов по Цельсию до -103 градусов. [ 31 ] Человеческая жизнь потребует постоянного источника энергии для обогрева.
Радиация
[ редактировать ]В космосе космические лучи и солнечные вспышки создают смертельно опасную радиационную среду. [ 32 ] Космическое излучение потенциально может увеличить риск сердечно-сосудистых заболеваний , рака , расстройств центральной нервной системы и острого лучевого синдрома . [ 33 ] На Земле мы защищены магнитным полем и нашей атмосферой , но у астероидов этой защиты нет. [ 1 ]
Одной из возможностей защиты от этого излучения является жизнь внутри астероида. Подсчитано, что люди будут достаточно защищены от радиации, если закопаются в астероид на глубину 100 метров. [ 32 ] [ 1 ] Однако состав астероидов создает проблему для этого решения. Многие астероиды представляют собой рыхло организованные груды обломков с очень слабой структурной целостностью . [ 1 ]
Психология
[ редактировать ]Космические путешествия оказывают огромное влияние на психологию человека, включая изменения в структуре мозга, нейронных связях и поведении. [ 33 ]
Космическое излучение способно воздействовать на мозг и широко изучалось на крысах и мышах. [ 33 ] [ 34 ] Эти исследования показывают, что животные страдают от снижения пространственной памяти , нейронной связи и памяти. [ 33 ] [ 34 ] Кроме того, у животных увеличилось беспокойство и страх. [ 33 ]
Изоляция пространства и трудности со сном в окружающей среде также способствуют психологическому воздействию. Трудность общения с людьми на Земле может способствовать одиночеству, тревоге и депрессии . [ 34 ] Российское исследование смоделировало психологические последствия длительного космического путешествия. Шесть здоровых мужчин из разных стран, но с образованием, схожим с космонавтами, жили в закрытом модуле в течение 520 дней в 2010–2011 годах. [ 34 ] Участники опроса сообщили о симптомах умеренной депрессии, нарушениях циклов сна, бессоннице и физическом истощении. [ 34 ]
Кроме того, НАСА сообщает, что миссии глобального масштаба завершились или были остановлены из-за психических проблем. [ 35 ] Некоторые из этих проблем включают общие психические заблуждения, депрессию и переживания из-за неудачных экспериментов. [ 35 ]
Однако на многих космонавтов космические путешествия могут оказать положительное психическое воздействие. Многие астронавты сообщают о возросшем понимании планеты, цели и духовности . [ 36 ] В основном это происходит из-за вида Земли из космоса.
См. также
[ редактировать ]- 16 Психея
- Колонизация Марса
- Добыча астероидов
- Добыча пояса астероидов с Марса
- Космическая колонизация
- Пояс астероидов
- Космическая среда обитания
- Исследование 16 Psyche — миссия запланирована на запуск в 2023 году и прибытие в 2029 году.
- Гравитационный поезд
- Космический лифт
- Орбитальное кольцо
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Эллисон, Питер Рэй (13 июня 2018 г.). «Как мы могли выжить на астероиде» . Би-би-си . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ Пурнель, доктор Джеррольд Э. (1980). Шаг дальше . У. Х. Аллен. ISBN 978-0491029414 .
- ^ Материалы по космическим ресурсам (PDF) (Отчет). НАСА. 1992. с. 51 . Проверено 21 ноября 2022 г.
- ^ «Пределы роста» , Глава 7, Космические поселения: исследование дизайна . НАСА, 1975 год.
- ^ Каку, Мичио (2018). Будущее человечества: терраформирование Марса, межзвездные путешествия, бессмертие и наша судьба за пределами Земли (Первое изд.). Нью-Йорк. ISBN 9780385542760 . OCLC 1013774445 .
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ «Гриффин НАСА: «Люди колонизируют Солнечную систему» » . 25 сентября 2005 года . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ Парнелл, Брид-Эйн (26 мая 2017 г.). «НАСА достигнет уникального металлического астероида стоимостью 10 000 квадриллионов долларов на четыре года раньше» . Форбс . Проверено 9 ноября 2019 г.
- ^ «НАСА продолжает миссию по астероиду Психика» . Лаборатория реактивного движения . 28 октября 2022 г.
- ^ Гоф, Эван (21 июня 2022 г.). «Можем ли мы использовать Марс в качестве базы для добычи полезных ископаемых на астероидах?» . Вселенная сегодня .
- ^ Аткинсон, Нэнси (10 сентября 2015 г.). «Что такое астероиды?» . Физика.орг . Проверено 9 ноября 2019 г.
- ^ «Астероиды: подробно» . Исследование Солнечной системы НАСА . Проверено 9 ноября 2019 г.
- ^ Клотц, Ирен (24 апреля 2012 г.). «Технологические миллиардеры финансируют золотую лихорадку для добычи полезных ископаемых на астероидах» . Рейтер . Проверено 9 ноября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Уильямс, Мэтт (10 августа 2016 г.). «Сколько времени потребуется, чтобы добраться до пояса астероидов?» . Вселенная сегодня . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б mars.nasa.gov. «Близкое сближение с Марсом | Марс в нашем ночном небе» . Программа НАСА по исследованию Марса . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б «Длительное космическое путешествие» . iop.org . Архивировано из оригинала 2 мая 2019 года . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ Берд, Дебора (9 сентября 2019 г.). «Что нам рассказал астероид Рюгу» . ЗемляНебо . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б «Хаябуса 2: Подробно» . Исследование Солнечной системы НАСА . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ Рассчитано на основе известных параметров:
- Площадь поверхности: 4πr 2
- Поверхностная гравитация: ГМ / р 2
- Скорость отрыва: √ 2GM / r
- Скорость вращения: период вращения / окружность
- ^ «В глубине | Церера» . Исследование Солнечной системы НАСА . Архивировано из оригинала 21 апреля 2019 года . Проверено 21 апреля 2019 г.
- ^ «Марсианский спутник Фобос в форме картофеля может быть захваченным астероидом» . Space.com . 15 января 2014 г.
- ^ Тейлор, Энтони Дж.; Макдауэлл, Джонатан С.; Элвис, Мартин (2022). «Орбиты Фобоса и Марса служат базой для исследования и добычи полезных ископаемых на астероидах» . Планетарная и космическая наука . 214 : 105450. Бибкод : 2022P&SS..21405450T . дои : 10.1016/j.pss.2022.105450 . S2CID 247275237 .
- ^ Картер, Джейми (19 октября 2021 г.). «Космическая добыча: ученые обнаружили два астероида, запасы драгоценных металлов которых превысят мировые запасы» . Форбс .
- ^ Картер, Джейми (26 октября 2021 г.). «Хаббл исследует массивный металлический астероид под названием «Психея», который стоит намного больше, чем наша глобальная экономика» . Форбс .
- ^ Картер, Джейми (12 июня 2021 г.). «НАСА направляется к «Психее», загадочному металлическому астероиду, который может быть сердцем мертвой планеты» . Форбс .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Перес, Джейсон (30 марта 2016 г.). «Человеческое тело в космосе» . НАСА . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ «Церера: в цифрах» . Исследование Солнечной системы НАСА . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ Майндл, Томас И.; Микш, Роман; Лойбнеггер, Биргит (2019). «Устойчивость вращающегося астероида, на котором расположена космическая станция» . Границы астрономии и космических наук . 6 : 37. arXiv : 1812.10436 . Бибкод : 2019ФрАСС...6...37М . дои : 10.3389/fspas.2019.00037 . ISSN 2296-987X .
- ^ Фельтман, Рэйчел (3 мая 2013 г.). «Почему у нас нет искусственной гравитации?» . Популярная механика . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ Клеман, Жиль (24 ноября 2017 г.). «Международная дорожная карта исследований искусственной гравитации» . npj Микрогравитация . 3 (1): 29. дои : 10.1038/s41526-017-0034-8 . ISSN 2373-8065 . ПМК 5701204 . ПМИД 29184903 .
- ^ Стрейн, Дэниел (2 июля 2019 г.). «Искусственная гравитация — без укачивания» . CU Боулдер сегодня . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ Уильямс, Мэтт (24 августа 2015 г.). «Что такое пояс астероидов?» . Физика.орг . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Глобус, Ал. «Основы космического расселения» . НАСА . Архивировано из оригинала 5 ноября 2009 года.
- ^ Jump up to: а б с д и Аль-Родхан, Наиф (27 февраля 2018 г.). «Это ваш мозг на Марсе: что космические путешествия делают с нашей психологией» . Журнал «Проспект» . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Вейр, Кирстен (июнь 2018 г.). «Миссия на Марс» . Монитор по психологии . 49 (6). Американская психологическая ассоциация: 36 . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Моррис, Натаниэль П. (14 марта 2017 г.). «Психическое здоровье в космосе» . Сеть блогов Scientific American . Проверено 8 ноября 2019 г.
- ^ Голдхилл, Оливия (6 сентября 2015 г.). «Астронавты сообщают об «обзорном эффекте» от трепета перед космическим путешествием — и вы можете повторить его здесь, на Земле» . Кварц . Проверено 8 ноября 2019 г.