Space bagel byer

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 13. juli 2019; checks kræver 8 redigeringer .

Rumbebyggelser med toroidform (i daglig tale "bagel-byer" ) er et af de tidligste projekter af orbitale rumbebyggelser , hypotetisk muligt, med forbehold for den videre implementering af de foreslåede muligheder for rumudforskning . Hovedmålet med udviklingen er at skabe et mellemled for rumflyvninger , som ville gøre det muligt at opsende rumfartøjer direkte fra kredsløb og dermed reducere omkostningerne og i høj grad forenkle yderligere rumudforskning.

Tidlige projekter

Tsiolkovskys tegninger.	Nordrung projekt. Boligmoduler er placeret på ydersiden af ​​stationen.

Tilbage i begyndelsen af ​​det 20. århundrede skabte K. E. Tsiolkovsky teorien om "æteriske bosættelser", det vil sige skabelsen af ​​gigantiske donutformede rumkolonier, der langsomt roterer rundt om deres akse , hvor mange tusinde mennesker vil finde ly. Men den offentlige mening i disse år var endnu ikke klar til at træffe sådanne modige konceptuelle beslutninger og repræsenterede i mange henseender Tsiolkovskys teori som en utopi , derfor udviklede videnskabsmanden sin idé, hovedsageligt kun i form af skitser og skitser [1] . Den første detaljerede tegning og den tilsvarende projektbegrundelse af en donutformet rumstation, som kombinerede boligmoduler, en strømgenerator og et astronomisk observatoriemodul , blev skabt af den østrigske videnskabsmand Hermann Nordrung i 1928 [2] .

Den 22. marts 1952 publicerede magasinet Collier's Weekly en artikel af Wernher von Braun , på det tidspunkt den førende specialist i det amerikanske rumprogram, kaldet "Crossing the last line", hvori en person af denne rang for første gang skitserede behov for, at amerikanerne skaber en rumstation. Artiklen er designet af kunstneren Chesley Bonestell , som også stod ved oprindelsen af ​​det amerikanske rumprogram. Blandt Bonestells illustrationer blev en skitse af rumstationen i form af en donut [3] først offentliggjort . Ifølge von Braun og Willy Leys ideer ville folk i sådanne stationer bo og arbejde i værelser forbundet i en stor korridor. Ifølge Lay var en station af denne form planlagt til at blive opsendt i en tusinde kilometer lang bane om Jorden. Efter von Braun planlagde den første besætning at lancere fem eller seks personer, som ville begynde arbejdet med installationen af ​​moduler. En sådan station ville fungere som et mellemled for yderligere rumrejser. Det skal bemærkes, at von Braun og Ley, der var ansvarlige for forløbet af det amerikanske rumprogram, udviklede alle disse ideer og projekter allerede før den første bemandede flyvning ud i rummet [4] . På foranledning af von Braun var det donutformede rumstationsprojekt en prioritet for NASA indtil fremkomsten af ​​Skylab -projektet i begyndelsen af ​​1960'erne , som skubbede donutbyrumsprojekterne i baggrunden [5] .

I 1965, i den centrale videnskabelige publikation af American Society of Astronautics , blev en antagelse offentliggjort, at den ideelle form for fremtidige beboede rumstationer [Note. 1] ville være en torus (i daglig tale - donut ). Forskere har fundet ud af, at hvis en rumstation med denne form roterer omkring sin akse, så er alle dens moduler placeret på et sted, hvor værdien af ​​kunstig tyngdekraft har størst værdi, og problemet med at skabe kunstig tyngdekraft syntes stort set at være løst [6 ] .

En af de velkendte muligheder blev udviklet af Gerard O'Neill  - skabelsen af ​​kolonier , hvortil det foreslås at bruge to gigantiske cylinderstørrelser indesluttet i en ramme og roterende i forskellige retninger. Disse cylindre roterer omkring deres egen akse med en hastighed på omkring 0,53 omdrejninger i minuttet, på grund af hvilken tyngdekraften , der er kendt for mennesker, skabes i kolonien .

I 1975 foreslog P. Parker et projekt for at skabe en koloni med en diameter på 100 m og en længde på 1 km, fjerntliggende i en afstand på omkring 400 tusinde km fra Jorden og Månen og designet til 10.000 mennesker. Rotationen af ​​en sådan cylinder rundt om længdeaksen med en hastighed på 1 omdrejning på 21 sekunder vil skabe tyngdekraft tæt på jordens i den.

I 1977 udkom under redaktion af en forsker ved Ames Research Center ( NASA ) Richard Johnson og professor Charles Holbrow fra Colgate University værket "Space Settlements", hvor blandt andet lovende undersøgelser af bosættelser i form af en torus (donut) skilte sig ud, hvorpå det ifølge videnskabsmænd var muligt ikke kun for menneskelig beboelse, men endda organiseringen af ​​teknologiske cyklusser og skabelsen af ​​en orbital produktionsfacilitet i form af en torus [7] .

I 1994, under ledelse af Dr. Rodney Galloway, med deltagelse af forskere og laboratorieassistenter fra Phillips Laboratory og Sandia Laboratory , samt andre forskningscentre i US Air Force og Space Research Center ved University of Arizona , blev der udarbejdet en omfangsrig manual til design af rumbebyggelser i form af en torus [8] .

Forskning og projekter af moderne videnskabsmænd

Stanford torus. Indefra.	Stanford torus. Udsigt under det mulige byggeri af bebyggelsen.	Udsigt over Stanford torus fra det ydre rum.

Forskere ved Stanford University foreslår en torus-formet struktur - Stanford torus  - en kæmpe donut 1,6 km i diameter og 150 m tyk, der roterer omkring en usynlig akse for at skabe kunstig tyngdekraft.

Forfatteren til encyklopædi af rum og astronomi og bøger om moderne rumteknologi, forsker ved Drexel University Joseph Angelo bemærker, at rumbosættelser i form af en torus vil være i stand til at understøtte det normale liv for omkring ti tusinde mennesker hver. Baseret på Stanford-projektet beskriver J. Angelo en rummonocity  , et mineanlæg, som er et torusformet objekt på cirka 1,6 km i omkreds, med beboelsesmoduler placeret på indersiden af ​​torusen; industrizonen, som omfatter produktionsfaciliteter og landingspladser for rumfartøjer, placeres henholdsvis på ydersiden af ​​torus. For at give byen normal kunstig tyngdekraft , der kan sammenlignes med tyngdekraften på Jorden, vil torusen konstant rotere. Affaldshåndtering er baseret på, at slaggen, der efterlades under forarbejdningen af ​​malm, og dumpes ud i det omgivende rum omkring stationen, vil skabe en slags barriere, der beskytter byen mod kosmisk stråling og stråling [9] .

Argumenter for at etablere sådanne kolonier

Menneskets udvikling af massive rumlegemer, såsom planeter og satellitter i solsystemet, støder på en række vanskeligheder af uløselig karakter, forbundet med tyngdekraften, temperaturforhold og fraværet af en beskyttende magnetosfære, så de slår sig ned i rummet, når de skaber de nødvendige betingelser, er den bedst egnede mulighed.

Mennesket er af natur, på det nuværende stadie af sin evolutionære udvikling i sit naturlige habitat, tilpasset livet på Jorden , mens det har en ret høj grad af tilpasningsevne og transformation af sit habitat, så det passer til sine behov. Samtidig er den endnu ikke klar til globale transformationer af hele planetens levevilkår, indtil videre kun på niveau med teknologitestning, når der skabes små rumbebyggelser. Det er denne "test af teknologier", der nu finder sted på eksisterende rumstationer.

Hvorfor skal sådanne kolonier have form som en torus? Centrifugalkraftens størrelse afhænger af omdrejningshastigheden og radius. Baseret på dette kan man tro, at den ideelle form for et rumobjekt ville være en krop, der har form som en torus  - en "donut". Hvis en rumstation af denne form roterer omkring sin egen torusakse, så er alle dens lokaler placeret i den zone, hvor den kunstige tyngdekraft har den største værdi [10] .

Hvorfor har ideen om at skabe kolonier i rummet forrang frem for koloniserende planeter?

• Det er meget varmt på Merkur , der er ingen atmosfære, den sædvanlige daglige rytme. Dette er ikke en hindring for lovende rumteknologier, men den reducerede tyngdekraft (sammenlignet med Jorden) er hovedafskrækkende for koloniseringen af ​​Merkur.
• Tyngdekraften på Venus er tæt på tyngdekraften på Jorden og er også ganske behagelig for mennesker. Men den for høje gennemsnitstemperatur på Venus (100 K højere end på Merkur) og det ultrahøje atmosfæriske tryk på planetens overflade, samt fraværet af den sædvanlige daglige rytme og fraværet af et magnetfelt, der er tilstrækkeligt til at beskytte mod stråling (som kompenseres af den ekstremt tætte venusiske atmosfære) gør stadig, at udforskningen af ​​Venus er ekstremt vanskelig.
• På Månen er det relativt varmt på dagsiden og for koldt på natsiden, der er ingen atmosfære, den sædvanlige daglige rytme, tyngdekraften er relativt lille, og der er intet magnetfelt tilstrækkeligt til at beskytte mod stråling. Og selvom disse forhold også er overkommelige for lovende teknologier, sætter den reducerede tyngdekraft en barriere for Månens afvikling.
• Det er ret koldt på Mars , atmosfæren er ret sjælden og består hovedsageligt af kuldioxid, tyngdekraften er kun 0,38 Jorden, et svagt magnetfelt, der ikke beskytter nok mod kosmisk stråling. Men Mars har masser af vand. Moderne og lovende teknologier gør det muligt at befolke Mars, men som i tilfældet med Månen og Merkur er problemet med reduceret tyngdekraft stadig uløseligt på Mars i øjeblikket. (Mere præcist kan Mars-tyngdekraften kun være ret behagelig for nogle mennesker.)
• Landing på en planet og den efterfølgende raketopsendelse fra den kræver store energi- og dermed økonomiske omkostninger (selvom materialeomkostningerne for at lette og lande skibe på planeter vil falde, efterhånden som fremdriftssystemerne for skibe, der er i stand til at lande på planeter, forbedres).

Du kan øge eller sænke temperaturen på planeten, ændre dens atmosfære, men det er endnu ikke teknologisk muligt at løse problemet skabt af den reducerede tyngdekraft på Mars, Månen eller Merkur, eller problemerne på grund af for langsom rotation af Venus omkring dens akse. Derudover har disse planeter ikke en tilstrækkelig kraftig magnetosfære .

I denne henseende forekommer det for mange at være mere hensigtsmæssigt at bygge rumkolonier i åbent rum (inklusive dem i kredsløb nær de navngivne), ved at bruge materialet fra asteroider, satellitter og planeter. Især sådanne stationsbyer nær livløse planeter kan blive "hyggelige boligforstæder", og disse planeter kan i sig selv blive et industrielt "bycenter", hvor stationsbeboere vil flyve på arbejde.

I sådanne lukkede kolonier er det i princippet muligt at opnå selvforsyning: På dem eller på de planeter, hvoraf de bliver satellitter, kan farlige og skadelige industrier flyttes og spejle til ophobning af solenergi kan installeres.

I tilfælde af globale katastrofer af Jorden på planetarisk skala, har menneskeheden en chance for at lave sin egen "sikkerhedskopi af livet" (menneske og nogle dyr) i form af sådanne bosættelser i rummet.

Kritik

På trods af de åbenlyse fordele ved at bygge donutformede rumstationsbyer, er der en række væsentlige ulemper. Går vi tilbage til 1960'erne, skal det nævnes, at en mere detaljeret undersøgelse foretaget af den samme gruppe af videnskabsmænd for American Society of Astronautics tilbage i 1960'erne viste, at "donuten" ville være langt fra den ideelle form til dette formål, fordi den muligheder for astronautik, både dengang og nu, er det stadig ikke muligt at installere i rummet konstruktion af objekter på størrelse med Stanford torus , og for stationer af lille størrelse var der meget flere designmæssige og tekniske vanskeligheder. Først og fremmest, med en relativt lille rumstation, ville belastningerne på forskellige dele af den menneskelige krop være forskellige forskellige steder på stationen.

Derudover skaber det rum, hvori kunstig tyngdekraft skabes, problemer af en anden karakter, nemlig den visuelle opfattelse af situationen. Et eksempel er en vindeltrappe , der fører til midten af ​​sådan en kosmisk donut. Det menneskelige vestibulære apparat vil ikke være i stand til at genkende trappens helicitet, fordi niveauet af hvert af dets trin vil være vinkelret på tyngdekraften, og på trods af at de vestibulære fornemmelser vil være de samme, som når man bestiger en almindelig "jordisk" stige, bortset fra et meget lille fald i tyngdekraften, der vil kunne mærkes, når en person bevæger sig op og derefter træder ned ad trappen igen. Men følelsen af ​​at bevæge sig op ad en sådan stige ville være ret usædvanlig for en person, der er vant til et ensartet gravitationsfelt, som er på jordens overflade - det er nok at forestille sig to mennesker, der går hen imod hinanden langs en sådan spiral trappe, som vil se hinanden ven går på hovedet og på hovedet (mod trappens akse) [6] . Desuden fandt man en tilgang til dette problem allerede i 1960'erne . Professor V. R. Lovelace beskriver måden at løse det på på denne måde: på trods af at indretningen af ​​lokalerne skal udføres i en usædvanlig projektion - i udviklingen af ​​buede overflader i et plan vinkelret på vektoren af ​​kunstig tyngdekraft og fra synspunkt af fremstilling og installation af individuelle elementer, "donut" er mere bekvemt gør ikke en cirkel, men en polyeder . I dette tilfælde vil der opstå en hændelse: trods alt vil en person i en sådan "donut" gå som om på et skævt gulv, og tilsyneladende vil denne omstændighed psykologisk ikke være særlig behagelig, såvel som det modsatte, når skævt gulv vil virke fladt-vandret. Arkitekten vil stå over for en meget vanskelig og delikat opgave: at afbøde disse problemer, visuelt berolig personen. Dette kan gøres ved at vælge rummenes form, så uregelmæssige vinkler og refleksioner ikke fremhæves. I dette tilfælde vil det være muligt at bruge til dette formål materialers fysiske egenskaber, forskellige metoder til belysning [10] .

Selvom det er ganske muligt at avle fødevarer på dem, er det usandsynligt, at millioner af mennesker vil gå med til at spise den samme mad i årevis - bagelbyens evne til at producere en række fødevarer er direkte proportional med dens størrelse, og derfor indre område. Det antages, at materialet til bagelbyer vil være råmaterialer, der udvindes på solsystemets naturlige kroppe, hvilket betyder, at man stadig skal skabe mindst skiftelejre på planeterne og deres satellitter og asteroider.

Generelt hviler problemet med at bygge rumkolonistationer på de teknologiske problemer med moderne og lovende rumaktiviteter:

• mens der ikke er nogen pålidelig og relativt billig måde at bringe last i kredsløb (en af ​​løsningerne kunne være en rumelevator eller et-trins-shuttle med NRE - et enkelt-trins skib med kemiske raketmotorer er umuligt);
• der er ikke skabt systemer til at beskytte stationer og mennesker mod kosmisk stråling, selvom arbejdet med disse problemer er i gang, A.G. Rebeco konkluderer i sin publikation "Beskyttelse af mennesker og rumfartøjer i rummet", at skabelsen af ​​pålidelig beskyttelse mod kosmisk stråling i princippet er mulig. For moderne astronautik kan elektrostatiske skærme være teknisk acceptable, som lover ikke kun at være lette, men også i stand til at beskytte rumfartøjet mod små meteoritter. Udviklingen af ​​sådanne anordninger og deres afprøvning i rummet er genstand for grundforskning;
• på grund af det uafklarede fusionsprojekt er der endnu ikke behov for at udforske månen med dens aflejringer af helium-3 . Der er med andre ord et tilbagebetalingsproblem for disse (for dyre) projekter;
• kunstig tyngdekraft er ikke blevet skabt .

Storstilet, seriøs rumudforskning synes mulig, når forskere løser disse problemer.

Konstruktion

Sådanne kolonier skulle ifølge O'Neills plan indsamles gradvist over årene.

Kilden til råvarer kan være månen. For at gøre dette skal der skabes industri på det (se Colonization of the Moon ). Ved hjælp af en elektromagnetisk katapult ville materialer blive affyret mod Lagrange-punktet i Jord-Måne-systemet, hvorfra de ville blive flyttet til kolonien under opførelse. Naturligvis vil der være brug for specielle robotter for at arbejde i rummet .

Optimerede varianter og kombinationer af byggerobotter er mulige ved brug af neurale netværk, der ligner biers hjerne og udstyret med 3D-printteknologier , programmeret både til at printe gigantiske rumstrukturer og til at reproducere dele til deres egen montering og reparation. Og også programmeret til at samle robotter af en anden type: til udvinding, levering og samtidig behandling af mineraler fra små rumlegemer, til forberedelse og forarbejdning af materialer, til dyrkning af mad til beboere.

En variant med genetisk modifikation af mennesker og dyr for at tilpasse sig betingelserne for livet i rummet er også mulig.

Se også

• Kolonisering af solsystemet
• Rumbebyggelse af skiftetypen

Noter

1. ↑ De første enkeltmodulsstationer dukkede op i rummet i 70'erne . Den første multi-modul station (" Mir ") dukkede kun op i midten. 80'erne .

Kilder

1. ↑ Dossier om emnet "Grænse": Gerard K. O'Neill // Udenlandsk litteratur  : Tidsskrift. - M . : Forlag for udenlandsk litteratur, 1986. - Udgave. 13 , nr. 2 . - S. 217. Oplag - 470 tusinde eksemplarer . — ISSN 0130-6545 .
2. ↑ Byttehandel, James. Introduktion //   Rumstationer . - San Diego, Californien: Lucent Books, 2004. - S. 9. - 112 s. - (Lucent bibliotek for videnskab og teknologi). — ISBN 1-59018-106-9 .
3. ↑ Westfahl, Gary. The Problems of Space Flying: How Science Fiction Inspired the Space Station // Islands in the Sky: The Space Station Theme in Science Fiction Literature   . — 2. udgave, rev. og opdateret. - San Bernardino, Californien: Wildside Press LLC, 2009. - S. 201. - 266 s. — (IO Evans studier i litteraturens filosofi og kritik. Nr. 15). — ISBN 1-43440-356-4 .
4. ↑ Dempewolff, Richard F. Forecast: A Sky Full Of Satellites   (eng.)  (neopr.)  // Popular Mechanics . - Chicago, IL: Hearst Magazines, 1958. - Januar ( vol. 109 , nr. 1 ). - S. 264 . — ISSN 0032-4558 .
5. ↑ Skylab // Space Flight: The First Thirty Years   (engelsk) / Office of Space Flight. - Washington, DC: National Aeronautics and Space Administration , 1993. - S. 18. - 36 s. — ISBN 1-56806-289-3 .
6. ↑ 1 2 Zayonchkovskiy, B.; Lavrenov L., Tarasevich V. Architecture in Space   (engelsk)  (neopr.)  // The Journal of the astronautical sciences / Zygielbaum, Joseph L.. - Tarzana, Californien: American Astronautical Society, 1965. - T. XII , No. 4 . - S. 159.160 . — ISSN 0021-9142 .
7. ↑ Johnson, Richard D. ; Holbrow, Charles H. Valg blandt alternativer // Space Settlements: A Design Study   (engelsk) / Scientific and Technical Information Office, National Aeronautics and Space Administration ; American Society for Engineering Education. —Washington, DC: US ​​Govt. Print. Kontor, 1977. Bd. 413. - P. 39,94. — 185 sider. — (NASA Sp.).
8. ↑ Galloway, Rodney G.; Lokaj, Stanley. Engineering, konstruktion og operationer i rummet   (engelsk) / Redigeret af Rodney G. Galloway og Stanley Lokaj. - Albuquerque, New Mexico: American Society of Civil Engineers, 1994. - Vol. I.-P. 249-569. — 1548 s. — (Rummets forløb 94). - ISBN 0-87262-937-6 .
9. ↑ Angelo, Joseph A. Rumteknologiens fremtid : Store rumbebyggelser // Rumteknologi   . - Westport, CT: Greenwood Publishing Group, Inc., 2003. - S. 289. - 394 s. - (Modern Technology Series). — ISBN 1-57356-335-8 .
10. ↑ 1 2 Lovelace V. Rumforskning begynder på Jorden  // All-Union Society "Knowledge" Science and Life  : Journal. - M .: Forlag for Videnskabsakademiet i USSR , 1964. - Nr. 10 . - S. 97-99 . — ISSN 0028-1263 . (Russisk)

Kolonisering af rummet
Kolonisering af solsystemet	Merkur Venus Måne Lagrange punkter Mars asteroider Ceres gasgiganter Jupiters måner Europa Ganymedes Callisto Saturns satellitter Titanium Enceladus Neptuns måner Triton Uranus måner Objekter i det ydre solsystem Pluto og trans-neptunske objekter Oort sky
Terraformning	Terraforming Mars Terraformende Venus
Kolonisering uden for solsystemet	interstellar flyvning Levedygtige planeter liste Planet beboelighedsindeks Jordens lighedsindeks
Rumbebyggelser	Rum og overlevelse Astro-tekniske strukturer Dyson sfære Bernal sfære O'Neill koloni Stanford torus Toroide
Ressourcer og energi	Industriel udvikling af asteroider rumenergi Rumøkonomi Rumpolitik