Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Художник изображает пару цилиндров О'Нила.

Цилиндр O'Neill (также называется колонией O'Neill ) является пространство поселения концепция , предложенная американским физиком Джерард К. О'Нил в своей книге 1976 High Frontier: Human Колоний в космосе . [1] О'Нил предложил колонизацию космоса в 21 веке с использованием материалов, извлеченных с Луны, а затем и с астероидов . [2]

Цилиндр О'Нила будет состоять из двух вращающихся в противоположных направлениях цилиндров. Цилиндры будут вращаться в противоположных направлениях, чтобы нейтрализовать любые гироскопические эффекты, которые в противном случае затрудняли бы их ориентацию на Солнце. Каждый будет иметь диаметр 5 миль (8,0 км) и длину 20 миль (32 км), соединенные на каждом конце стержнем через систему подшипников . Их вращение обеспечило бы искусственную гравитацию . [1]

Внутренний вид с чередующимися полосами земли и окон

Фон [ править ]

Художник запечатлел внутреннюю часть цилиндра О'Нила, показывающий кривизну внутренней поверхности.

Преподавая физику в Принстонском университете , О'Нил поставил перед своими студентами задачу разработать большие конструкции в космосе , чтобы показать, что жизнь в космосе может быть желательной. Некоторые из проектов были способны обеспечить объемы, достаточно большие, чтобы подходить для проживания людей. Этот совместный результат вдохновил 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 аналогичную, но более крупномасштабную 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 [ править ]

О'Нил создал [ когда? ] три эталонных дизайна, получивших название «острова»:

Остров Один - это вращающаяся сфера с окружностью в одну милю (1,6 км) (1681 фут (512 м) в диаметре), в которой люди живут в экваториальной области (см. Сферу Бернала ). Более позднее исследование НАСА / Эймса в Стэнфордском университете разработало альтернативную версию Острова Один: Стэнфордский тор , тороидальной формы диаметром 1600 футов (490 м). [4]

Остров Два имеет сферическую форму, диаметром 5200 футов (1600 м). [ необходима цитата ]

Конструкция Island Three , более известная как цилиндр О'Нила, состоит из двух цилиндров, вращающихся в противоположных направлениях . Они имеют диаметр 5 миль (8,0 км) и могут быть увеличены до 20 миль (32 км) в длину. [5] Каждый цилиндр имеет шесть полос равной площади, которые проходят по всей длине цилиндра; три - прозрачные окна, три - жилые «наземные» поверхности. Кроме того, внешнее сельскохозяйственное кольцо диаметром двадцать миль (32 км) вращается с другой скоростью, чтобы поддерживать сельское хозяйство. Промышленный производственный блок жилого дома расположен посередине, чтобы минимизировать силу тяжести для некоторых производственных процессов. [ необходима цитата ]

Чтобы сэкономить огромные затраты на запуск материалов с Земли, эти среды обитания будут построены из материалов, запускаемых в космос с Луны с помощью магнитного привода массы . [1]

Дизайн [ править ]

Искусственная гравитация [ править ]

Концепция лунной базы НАСА с массовым двигателем (длинная конструкция, которая простирается к горизонту, что является частью плана по созданию цилиндров О'Нила)

Цилиндры вращаются, создавая на их внутренней поверхности искусственную гравитацию . На радиусе, описанном О'Нилом, среды обитания должны будут 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 [6] [7] [8] [9] [10] показывают, что при таких низких скоростях вращения мало кто будет испытывать укачивание из-за сил Кориолиса.действует на внутреннее ухо. Однако люди смогут определять направление вращения и противовращение, поворачивая голову, и любые упавшие предметы будут отклоняться на несколько сантиметров. [9] Центральной осью среды обитания будет область невесомости , и предполагалось, что там могут быть размещены рекреационные объекты.

Атмосфера и радиация [ править ]

Планировалось, что в среде обитания будет кислород с парциальным давлением, примерно таким же, как в земном воздухе, что составляет 20% от атмосферного давления на уровне Земли на уровне моря. Также будет добавлен азот, чтобы добавить еще 30% давления Земли. Эта атмосфера половинного давления позволит сэкономить газ и уменьшить необходимую прочность и толщину стен среды обитания. [1] [4]

Художник изображает внутреннюю часть цилиндра О'Нила, освещенного отраженным солнечным светом.

В этом масштабе воздух внутри цилиндра и его оболочка 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]

Солнечный свет [ править ]

За каждой полосой окна на петлях закреплены большие зеркала. Раскрытый край окон указывает на Солнце. Зеркала предназначены для отражения солнечного света в цилиндры через окна. Ночь имитируется открыванием зеркал, позволяя окну видеть пустое пространство; это также позволяет теплу излучаться в космос. В течение дня кажется, что отраженное Солнце движется вместе с зеркалами, создавая естественную прогрессию углов Солнца. Хотя невооруженным глазом это не видно, изображение Солнца может вращаться из-за вращения цилиндра. Свет, отраженный зеркалами, поляризован , что может сбить с толку пчел- опылителей . [1]

Чтобы свет проникал в среду обитания, большие окна проходят по длине цилиндра. [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 выдерживать большую часть нагрузок от давления воздуха в помещении. [1] Иногда метеороид может разбить одну из этих панелей. Это может вызвать некоторую потерю атмосферы, но расчеты показали, что это не будет аварийной ситуацией из-за очень большого объема среды обитания. [1]

Контроль отношения [ править ]

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 по орбите без использования ракет (которые сбросили бы реакционную массу). [1] Во-первых, пара мест обитания может вращаться, используя цилиндры как импульсные колеса . Если вращение одной среды обитания немного отклонено, два цилиндра будут вращаться друг вокруг друга. Как только плоскость, образованная двумя осями вращения, перпендикулярна оси крена к орбите, пара цилиндров может быть отклонена от курса.чтобы нацелиться на Солнце, приложив силу между двумя направленными на Солнце пеленгами. Отталкивание цилиндров друг от друга вызовет гироскопическую прецессию обоих цилиндров , и система будет рыскать в одном направлении, а толкание их друг к другу вызовет рыскание в другом направлении. Вращающиеся в противоположных направлениях среды обитания не имеют чистого гироскопического эффекта, и поэтому эта небольшая прецессия может продолжаться по всей орбите среды обитания, удерживая ее нацеленной на Солнце. Это новое приложение гироскопов с управляющим моментом .

Обновление дизайна и производные [ править ]

В 2014 году был предложен новый метод строительства, который включал в себя надувание мешка и закрепление его катушкой (изготовленной из астероидных материалов), наподобие конструкции сосуда высокого давления с композитной оболочкой . [11]

В 1990 и 2007 годах была представлена ​​меньшая производная конструкция, известная как Kalpana One, которая устраняет эффект качания вращающегося цилиндра за счет увеличения диаметра и уменьшения длины. Логистические проблемы радиационной защиты решаются путем строительства станции на низкой околоземной орбите и удаления окон. [12] [13]

Предложение [ править ]

На мероприятии Blue Origin в Вашингтоне 9 мая 2019 года Джефф Безос предложил построить колонии О'Нил, а не колонизировать другие планеты. [14] [15]

Галерея изображений [ править ]

  • Цилиндр, растущий из соединенных между собой боласов [16]

  • Концептуальное изображение НАСА нескольких цилиндров среды обитания, ориентированных на Солнце.

См. Также [ править ]

  • Модуль размещения центрифуги , отмененный модуль МКС
  • Сфера Дайсона
  • Цилиндр МакКендри
  • Небесный крюк на орбите
  • Космическая станция с вращающимся колесом

В художественной литературе [ править ]

  • Космические станции и среды обитания в художественной литературе
  • 2312 - роман об использовании цилиндров О'Нила в выдолбленных астероидах под названием «террария».
  • Вавилон 5
  • Интерстеллар - станция Купера
  • Массовый эффект
  • Mobile Suit Gundam - аниме, действие которого происходит в будущем, где цилиндры О'Нила являются основными человеческими колониями в космосе.
  • Полисенавты - За пределами побережья
  • Свидание с Рамой
  • Кольцо
  • Пространство - Станция Наву / Бегемот / Медина, вращающийся цилиндр с двигателями, но без радиационной защиты (межзвездный корабль, позже преобразованный в космическую станцию)
  • Победить

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б с д е е г ч я J 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 оригинального 29 июля 2012 года . Проверено 20 октября 2012 года .
  3. О'Нил, Джерард К. (сентябрь 1974 г.). «Колонизация космоса». Физика сегодня . 27 (9): 32–40. Bibcode : 1974PhT .... 27i..32O . DOI : 10.1063 / 1.3128863 . ISSN 0031-9228 . [ постоянная мертвая ссылка ]
  4. ^ a b Космические поселения: исследование проекта (1977). Архивировано 14 июня 2012 г. в Wayback Machine . НАСА SP-413. NSS.org. Проверено 12 сентября 2012 года.
  5. ^ a b "Цилиндр О'Нила" . Орбитальные космические поселения . Национальное космическое общество . Архивировано из оригинального 21 февраля 2009 года . Проверено 13 ноября 2012 года .
  6. Beauchamp, GT (октябрь – декабрь 1961 г.). «Неблагоприятные эффекты от вращения космического корабля». Обзор астронавтических наук . 3 (4): 9–11.
  7. ^ Труды симпозиума о роли вестибулярных органов в пилотируемом космическом полете, NASA SP-77, 1965. См., В частности: Томпсон, Аллен Б.: Критерии физиологического дизайна для условий искусственной гравитации в пилотируемых космических системах
  8. Перейти ↑ Newsom, BD (июнь 1972 г.). «Факторы обитаемости на вращающейся космической станции» (PDF) . Космические науки о жизни . 3 (3): 192–197. Bibcode : 1972SLSci ... 3..192N . DOI : 10.1007 / BF00928163 . PMID 5038187 . S2CID 21448026 .   
  9. ^ a b Труды Пятого симпозиума о роли вестибулярных органов в исследовании космоса, Пенсакола, Флорида, 19–21 августа 1970 г., NASA SP-314, 1973
  10. ^ Альтман, Ф. (1973). «Некоторые негативные эффекты центробежной силы тяжести». Аэрокосмическая медицина . 44 : 418–421.
  11. ^ Третий межзвездный семинар в долине Теннесси, 10-11 ноября 2014 г., Ок-Ридж, штат Теннесси, доктор Гордон Вудкок (Boeing / NSS) (2014-12-21), 10.0 Сценарий строительства для мест обитания космических поселений цилиндров О'Нил , извлечен 2018-10-26CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  12. ^ "Kalpana One Space Settlement" . урегулирование.arc.nasa.gov . Проверено 26 октября 2018 .
  13. Globus, Al. «Пересмотренное орбитальное поселение Калпана-Уан» (PDF) .
  14. ^ Блиц, Мэтт; Орф, Даррен (9 мая 2019 г.). «Голубое происхождение раскрывает лунный посадочный модуль Голубой Луны» . Популярная механика . Проверено 11 июня 2019 .
  15. ^ «Полет в космос на благо Земли (Полное воспроизведение события)» . Голубое происхождение . Проверено 11 июня 2019 .
  16. ^ Curreri, Питер А. (2007). «Минимизированный технологический подход к самодостаточности человека за пределами Земли» (PDF) . Конференция Международного форума космических технологий и приложений (STAIF), Альбукерке , Нью-Мексико, 11–15 февраля 2007 г.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Т.А., Хеппенгеймер (2007) [1977]. Колонии в космосе (электронная книга, ред.). Национальное космическое общество. ISBN 978-0-8117-0397-0. Проверено 19 апреля 2009 .

Внешние ссылки [ править ]

  • YouTube-видео об Острове Три из NASA Ames (5 мин)
  • Видео на YouTube: Сценарий строительства мест обитания космического поселения О'Нил, Третья межзвездная мастерская в долине Теннесси, 10-11 ноября 2014 г., Ок-Ридж, Теннесси, доктор Гордон Вудкок (30 мин.)
  • Видео о том, как сделать космические полеты достаточно доступными для строительства космических колоний (10 мин)