Космическая станция с вращающимся колесом , также известная как колесо фон Брауна , представляет собой концепцию гипотетической космической станции в форме колеса . Первоначально предложенная Константином Циолковским в 1903 году, [1] идея была расширена Германом Поточником в 1929 году. [2]
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, – ее радиус, – линейное ускорение в любой точке ее периметра. [3]
Теоретически станция может быть сконфигурирована для имитации гравитационного ускорения Земли (9,81 м/с 2 ), что позволит человеку длительное время находиться в космосе без недостатков микрогравитации . [4]
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 вращающимся колесом диаметром 30 метров в своей книге « Проблема космического путешествия ». 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 управления космическим кораблем, направляющимся 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, которая могла бы вместить целый город. [ нужна цитата ]
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. [7]
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 цитата ]
Многие вымышленные космические станции и корабли используют вращающуюся конструкцию.
1936: В романе Александра Беляева «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 : Роман Артура Кларка « 2001: Космическая одиссея» был разработан одновременно с одноименной киноверсией Стэнли Кубрика . 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, которая обеспечивает искусственную гравитацию.
1968 : В шестисерийном сериале «Доктор Кто» «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 космический корабль российского производства 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, представляет собой 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, которое может содержать земную фауну и окружающую среду, имитируя гравитацию посредством своего 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 «защитами», 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 : В фильме Нила Бломкампа «Элизиум» есть огромная космическая станция под названием «Элизиум» (станция с открытой крышей диаметром от 20 до 45 километров (от 12 до 28 миль), [8] где-то между гораздо большим кольцом епископа с открытой крышей и меньшим , полностью закрытый Стэнфордский Торус .) Станция в фильме поддерживает город и среду обитания для привилегированных высших классов Земли.
2014 : В «Интерстелларе» использовалось судно, очень похожее по конструкции на спроектированный НАСА «Наутилус-X» . Корабль, известный как « Эндюранс» , 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 телешоу ITV 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 : Разработанный НАСА «Гермес» в фильме «Марсианин» был способен совершить космическое путешествие на Марс.
2018 : В фильме -планетарии «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 оригинального сериала Apple TV+ « Для всего человечества » изображает космический отель с вращающимся колесом для генерации гравитации, которое становится важным для сюжетной линии после неисправности вращающегося механизма.
