stringtranslate.com

Цилиндр О'Нила

Изображение художника пары цилиндров О'Нила.
Пара цилиндров О'Нила (Остров Три)

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 компенсировать 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]

Вид изнутри, показывающий чередующиеся сегменты земли и окон.

Фон

Впечатление художника от внутренней части цилиндра О'Нила, показывающее кривизну внутренней поверхности.
Весь остров Манхэттен поместился бы внутри цилиндра О'Нила.

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 конструкции смогли обеспечить достаточно большие объемы, пригодные для проживания людей. Этот совместный результат вдохновил на идею цилиндра и был впервые опубликован О'Нилом в статье журнала 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

В своей книге 1976 года [1] О'Нил описал три эталонных проекта, получивших прозвище «острова»:

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

Жизнь в цилиндре

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, использующих двигатели внутреннего сгорания, которые создавали бы смог и загрязнение окружающей среды. [7] 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. [8]

Искусственная гравитация

Концепция лунной базы НАСА с массовым двигателем (длинная структура, простирающаяся к горизонту, которая является частью плана по строительству цилиндров О'Нила)

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 [9] [10] [11] [12] [13] показывают, что при таких низких скоростях вращения мало кто будет 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. [12] Центральной осью среды обитания будет область невесомости , и предполагалось, что там могут быть расположены места отдыха.

Атмосфера и радиация

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]

Изображение художника внутренней части цилиндра О'Нила, освещенного отраженным солнечным светом.

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 его собственные небольшие погодные системы, которыми можно манипулировать, изменяя внутренний состав атмосферы или количество отраженного солнечного света. [5]

Солнечный лучик

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 отдельные стекла, а будут состоять из множества небольших секций, чтобы предотвратить катастрофические повреждения, и поэтому алюминиевые или стальные оконные рамы могут 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

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

В 1990 и 2007 годах была представлена ​​меньшая модификация конструкции, известная как Kalpana One, которая устраняет 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. [14] [15]

В 2014 году был предложен новый метод строительства, который включал надувание мешка и обвязку его катушкой (изготовленной из астероидных материалов), подобно конструкции композитного сосуда под давлением, обернутого пленкой . [16]

Предложение

На мероприятии Blue Origin в Вашингтоне 9 мая 2019 года Джефф Безос предложил строить колонии О'Нила, а не колонизировать другие планеты. [17] [18]

Галерея

Смотрите также

В фантастике

Рекомендации

  1. ^ abcdefghijk О'Нил, Джерард К. (1977). Высокий рубеж: человеческие колонии в космосе . Нью-Йорк: Уильям Морроу и компания. ISBN 0-688-03133-1.
  2. ^ «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.
  3. ^ О'Нил, Джерард К. (сентябрь 1974 г.). «Колонизация космоса». Физика сегодня . 27 (9): 32–40. Бибкод : 1974PhT....27i..32O. дои : 10.1063/1.3128863.
  4. ^ ab Космические поселения: исследование дизайна (1977). Архивировано 14 июня 2012 г. в Wayback Machine . НАСА СП-413. НСС.орг. Проверено 12 сентября 2012 г.
  5. ^ ab "Цилиндр О'Нила". Орбитальные космические поселения . Национальное космическое общество . Архивировано из оригинала 21 февраля 2009 года . Проверено 13 ноября 2012 г.
  6. ^ 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.
  7. ^ 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.
  8. ^ 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.
  9. ^ Бошан, GT (октябрь – декабрь 1961 г.). «Неблагоприятные последствия вращения космического корабля». Обзор астронавтических наук . 3 (4): 9–11.
  10. ^ Материалы симпозиума о роли вестибулярных органов в пилотируемых космических полетах, НАСА SP-77, 1965. См., в частности: Томпсон, Аллен Б.: Критерии физиологического проектирования для сред искусственной гравитации в пилотируемых космических системах.
  11. ^ 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. PMID  5038187. S2CID  21448026. Архивировано из оригинала (PDF) 4 октября 2018 г. Проверено 12 сентября 2012 г.
  12. ^ ab Материалы пятого симпозиума о роли вестибулярных органов в освоении космоса, Пенсакола, Флорида, 19–21 августа 1970 г., НАСА SP-314, 1973 г.
  13. ^ Альтман, Ф. (1973). «Некоторые аверсивные эффекты центробежной гравитации». Аэрокосмическая медицина . 44 : 418–421.
  14. ^ "Космическое поселение Калпана Один" . Settlement.arc.nasa.gov . Архивировано из оригинала 15 февраля 2013 г. Проверено 26 октября 2018 г.
  15. ^ Глобус, Ал. «Пересмотр орбитального космического поселения Калпана-1» (PDF) .
  16. ^ 10.0 Сценарий строительства мест обитания космических поселений в цилиндрах О'Нила (Отчет). Третий межзвездный семинар в долине Теннесси, 10–11 ноября 2014 г., Ок-Ридж, Теннесси, доктор Гордон Вудкок (Boeing/NSS). 21 декабря 2014 г. Проверено 26 октября 2018 г.
  17. ^ Блиц, Мэтт; Орф, Даррен (9 мая 2019 г.). «Blue Origin раскрывает лунный посадочный модуль Blue Moon». Популярная механика . Проверено 11 июня 2019 г.
  18. ^ «Отправление в космос на благо Земли (Полный повтор события)» . Голубое происхождение . Проверено 5 октября 2021 г.
  19. ^ 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

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с цилиндрами О'Нила .