Цилиндр О'Нила (также называемый колонией О'Нила ) — 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 21 веке с использованием материалов, добытых на Луне , а позднее и на астероидах . [2]
Цилиндр О'Нила будет состоять из двух цилиндров, вращающихся в противоположных направлениях. Цилиндры будут вращаться в противоположных направлениях, чтобы устранить любые гироскопические эффекты, которые в противном случае затрудняли бы их наведение на Солнце. Каждый будет иметь диаметр восемь километров (5 миль) и длину 30 километров (20 миль), соединенных на каждом конце стержнем через систему подшипников . Их вращение будет обеспечивать искусственную гравитацию . [1]
Преподавая физику в Принстонском университете , О'Нил поставил перед своими студентами задачу проектирования крупных структур в открытом космосе , намереваясь показать, что устойчивое проживание в космосе возможно. Несколько проектов смогли обеспечить объемы, достаточно большие, чтобы быть пригодными для проживания людей. Этот совместный результат вдохновил на идею цилиндра и был впервые опубликован О'Нилом в статье Physics Today в сентябре 1974 года . [3]
Проект О'Нила не был первым примером этой концепции. В 1954 году немецкий ученый 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 похожую, но более масштабную концепцию в своем романе Ringworld . Незадолго до того, как О'Нил предложил свой цилиндр, Артур Кларк использовал такой цилиндр (хотя и внеземной конструкции) в своем романе Rendezvous with Rama .
В своей книге 1976 года [1] О'Нил описал три эталонных проекта, названных «островами»:
Чтобы сэкономить огромные затраты на доставку материалов с Земли, эти жилища будут построены из материалов, запущенных в космос с Луны с помощью магнитного двигателя . [1]
В выпуске журнала Physics Today за сентябрь 1974 года доктор О'Нил утверждал, что жизнь на борту цилиндра О'Нила будет лучше, чем в некоторых местах на Земле. [6] Это было бы из-за изобилия пищи, контроля климата и погоды, а также из-за того, что не было бы необходимости в транспортных средствах, использующих двигатели внутреннего сгорания, которые создавали бы смог и загрязнение. [6] Жители также поддерживали бы свою активность и развлекались, занимаясь современными земными видами спорта, такими как катание на лыжах, парусный спорт и альпинизм, благодаря искусственно созданной гравитации из-за вращения цилиндра. В дополнение к этим видам спорта, новые виды спорта также были бы созданы из среды обитания, заключенной в цилиндр в космосе, и эти обстоятельства были бы творчески использованы. [6]
Цилиндры вращаются, чтобы обеспечить искусственную гравитацию на своей внутренней поверхности. При радиусе, описанном О'Нилом, места обитания должны были бы вращаться около двадцати восьми 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] показывают, что при таких низких скоростях вращения немногие люди будут испытывать укачивание из-за сил Кориолиса, действующих на внутреннее ухо. Однако люди могли бы обнаружить направления вращения и антивращения, поворачивая голову, и любые упавшие предметы, казалось бы, отклонялись на несколько сантиметров. [10] Центральная ось места обитания была бы областью невесомости , и предполагалось, что там можно будет разместить рекреационные сооружения.
Планировалось, что среда обитания будет иметь кислород при парциальном давлении , примерно похожем на земной воздух, 20% от давления воздуха на уровне моря Земли. Азот также будет включен, чтобы добавить еще 30% от давления Земли. Эта атмосфера половинного давления сэкономит газ и уменьшит необходимую прочность и толщину стен среды обитания. [1] [4]
В этом масштабе воздух внутри цилиндра и оболочка цилиндра обеспечивают адекватную защиту от космических лучей . [1] Внутренний объем цилиндра О'Нила достаточно велик, чтобы поддерживать его собственные небольшие погодные системы, которыми можно управлять, изменяя внутренний состав атмосферы или количество отраженного солнечного света. [5]
Большие зеркала прикреплены на петлях сзади каждой полосы окна. Незакрепленный край окон направлен к Солнцу. Цель зеркал — отражать солнечный свет в цилиндры через окна. Ночь имитируется путем открытия зеркал, позволяя окну видеть пустое пространство; это также позволяет теплу излучаться в космос. Днем отраженное Солнце кажется движущимся, когда движутся зеркала, создавая естественную прогрессию углов Солнца. Хотя это и не видно невооруженным глазом, можно наблюдать вращение изображения Солнца из-за вращения цилиндра. Свет, отраженный зеркалами, поляризован , что может сбить с толку опыляющих пчел . [1]
Чтобы свет мог проникать в среду обитания, большие окна идут по всей длине цилиндра. [1] Это не будут отдельные стекла, а будут состоять из множества маленьких секций, чтобы предотвратить катастрофические повреждения, и поэтому алюминиевые или стальные оконные рамы могут выдерживать большую часть напряжений от давления воздуха среды обитания. [1] Иногда метеороид может разбить одно из этих стекол. Это приведет к некоторой потере атмосферы, но расчеты показали, что это не будет чрезвычайной ситуацией из-за очень большого объема среды обитания. [1]
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 студенты тщательно разработали метод непрерывного поворота колонии на 360 градусов за орбиту без использования ракет (которые сбрасывали бы реактивную массу). [1] Во-первых, пара сред обитания может вращаться, управляя цилиндрами как колесами импульса . Если вращение одной среды обитания немного смещено, два цилиндра будут вращаться друг относительно друга. Как только плоскость, образованная двумя осями вращения, станет перпендикулярной оси вращения к орбите, тогда пару цилиндров можно будет повернуть , чтобы нацелиться на Солнце, прикладывая силу между двумя подшипниками, направленными на солнце. Отталкивание цилиндров друг от друга заставит оба цилиндра гироскопически прецессировать , и система будет рыскать в одном направлении, в то время как их толкание друг к другу вызовет рыскание в другом направлении. Противовращающиеся среды обитания не имеют чистого гироскопического эффекта, и поэтому эта небольшая прецессия может продолжаться по всей орбите среды обитания, сохраняя ее направленной на Солнце. Это новое применение гироскопов управляющего момента .
В 1990 и 2007 годах была представлена меньшая производная конструкция, известная как Kalpana One, которая решает проблему эффекта колебания вращающегося цилиндра путем 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 его обматывание лентой с катушкой (изготовленной из астероидных материалов), подобно строительству композитного сосуда высокого давления с внешней оболочкой . [14]
На мероприятии Blue Origin в Вашингтоне 9 мая 2019 года Джефф Безос предложил построить колонии О'Нейла вместо колонизации других планет. [15] [16]
