Цилиндр ONeill - Википедия - ONeill cylinder

Художник изображает пару цилиндров О'Нила

В Цилиндр О'Нила (также называемый Колония О'Нил) это космическое поселение концепция, предложенная американскими физик Джерард К. О'Нил в его книге 1976 года Высокий рубеж: человеческие колонии в космосе.[1] О'Нил предложил колонизация космоса для 21 века, используя материалы, извлеченные из Луна а позже из астероиды.[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 наведение на Солнце. Каждый будет иметь диаметр 5 миль (8,0 км) и длину 20 миль (32 км), соединенные на каждом конце стержнем через несущий система. Они будут вращаться, чтобы обеспечить искусственная гравитация через центробежная сила на их внутренних поверхностях.[1]

Внутренний вид с чередующимися полосами земли и окон

Фон

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

Во время обучения в бакалавриате физика в Университет Принстона, О'Нил поставил перед своими учениками задачу спроектировать большие конструкции в космическое пространство, с целью 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 на идею цилиндра и был впервые опубликован О'Нилом в статье в сентябре 1974 г. Физика сегодня.[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 г. писатель-фантаст. Ларри Нивен предложил аналогичную, но более масштабную концепцию в своем романе 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.[нужна цитата ].

Острова

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

Первый остров представляет собой вращающуюся сферу размером 1,6 км в окружности (512 м в диаметре) с людьми, живущими в экваториальном регионе (см. Сфера Бернала ). В более позднем исследовании NASA / Ames в Стэнфордском университете была разработана альтернативная версия Island One: Стэнфордский тор, тороидальной формы диаметром 1600 футов (490 м).[4]

Остров Два имеет сферическую форму и имеет диаметр 5 200 футов (1600 м).[нужна цитата ]

В Остров Три конструкция, более известная как цилиндр О'Нила, состоит из двух вращающихся в противоположных направлениях цилиндры. Они составляют пять миль (8,0 км) в диаметр и могут быть увеличены до двадцати 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, внешний сельскохозяйственный Кольцо диаметром двадцать миль (32 км) вращается с разной скоростью для поддержки сельского хозяйства. Промышленный производственный блок жилого дома расположен посередине, чтобы минимизировать силу тяжести для некоторых производственных процессов.[нужна цитата ]

Чтобы сэкономить огромные затраты на запуск материалов с Земли, эти жилища будут построены из материалов, запускаемых в космос с Луны с помощью магнитного поля. массовый драйвер.[1]

Дизайн

Искусственная гравитация

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

Цилиндры вращаются, обеспечивая искусственная гравитация на их внутренней поверхности. В радиусе, описанном О'Нилом, среды обитания должны будут вращаться примерно двадцать восемь раз в час, чтобы имитировать стандартную Землю. сила тяжести; ан угловая скорость 2,8 градуса в секунду. Исследование человеческого фактора во вращающихся системах отсчета[6][7][8][9][10]указывают на то, что при таких низких скоростях вращения мало кто будет испытывать морская болезнь из-за силы 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] Центральная ось среды обитания будет нулевая гравитация области, и предполагалось, что здесь можно будет разместить объекты отдыха.

Атмосфера и радиация

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. Атмосфера половинного давления позволит сэкономить газ и уменьшить необходимую прочность и толщину стен среды обитания.[1][4]

Художник изображает цилиндр О'Нила, освещенный отраженным солнечным светом.

В этом масштабе воздух внутри цилиндра и кожуха цилиндра обеспечивает адекватную защиту от космические лучи.[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

За каждой полосой окна на петлях навешиваются большие зеркала. Раскрытый край окон указывает на Солнце. Назначение зеркал - отражать Солнечный свет в цилиндры через окна. Ночь имитируется открытием 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 естественное изменение углов Солнца. Хотя невооруженным глазом это не видно, изображение Солнца может вращаться из-за вращения цилиндра. Свет, отраженный зеркалами, равен поляризованный, что может запутать опыление пчелы.[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 нагрузки давления воздуха в помещении.[1] Иногда метеороид 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 направлен на Солнце для сбора солнечной энергии и освещения интерьера жилища. 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, пару мест обитания можно катить, управляя цилиндрами 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 рыскал чтобы нацелиться на Солнце, приложив силу между двумя направленными на Солнце пеленгами. Отталкивание цилиндров друг от друга вызовет гироскопическое движение обоих цилиндров. прецессия, 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 сети. гироскопический эффект, и поэтому эта небольшая прецессия может продолжаться по всей орбите среды обитания, удерживая ее нацеленную на Солнце. Это новое приложение гироскопы контрольного момента.

Обновление дизайна и производные

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

В 1990 и 2007 годах была представлена ​​небольшая производная конструкция, известная как Kalpana One, которая устраняет эффект качания вращающегося цилиндра за счет увеличения диаметра и уменьшения длины. Логистические проблемы радиационная защита решаются путем строительства станции в низкая околоземная орбита и снятие окон.[12][13]

Предложение

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

Галерея

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

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

Смотрите также

В художественной литературе

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час 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 НАСЕЛЕНИЯ, Летнее исследование 1977 года в Исследовательском центре Эймса НАСА». Получено 20 октября, 2012.
  3. ^ О'Нил, Джерард К. (Сентябрь 1974 г.). «Колонизация космоса». Физика сегодня. 27 (9): 32–40. Bibcode:1974ФТ .... 27и..32О. Дои:10.1063/1.3128863. ISSN  0031-9228.[постоянная мертвая ссылка ]
  4. ^ а б Космические поселения: исследование дизайна (1977) В архиве 2012-06-14 на Wayback Machine. НАСА SP-413. NSS.org. Проверено 12 сентября 2012 года.
  5. ^ а б "Цилиндр О'Нила". Орбитальные космические поселения. Национальное космическое общество. Архивировано из оригинал 21 февраля 2009 г.. Получено 13 ноября, 2012.
  6. ^ Бошан, Г. Т. (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 пилотируемых космических полетах, NASA SP-77, 1965. См., В частности: Томпсон, Аллен Б.: Критерии физиологического проектирования для сред с искусственной гравитацией в пилотируемых космических системах
  8. ^ Ньюсом, Б. Д. (июнь 1972 г.). «Факторы обитаемости на вращающейся космической станции» (PDF). Космические науки о жизни. 3 (3): 192–197. Bibcode:1972SLSci ... 3..192N. Дои:10.1007 / BF00928163. PMID  5038187.
  9. ^ а б Материалы 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, Теннесси, д-р Гордон Вудкок (Boeing / NSS) (21 декабря 2014 г.), 10.0 Сценарий строительства мест обитания в космосе цилиндров О'Нил, получено 2018-10-26CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  12. ^ "Kalpana One Space Settlement". урегулирование.arc.nasa.gov. Получено 2018-10-26.
  13. ^ Глобус, Ал. "Пересмотренное орбитальное космическое поселение Калпана-Уан" (PDF).
  14. ^ Блиц, Мэтт; Орф, Даррен (9 мая 2019 г.). "Blue Origin раскрывает лунный модуль Blue Moon". Популярная механика. Получено 11 июн 2019.
  15. ^ «Полет в космос на благо Земли (полный повтор события)». Blue Origin. Получено 11 июн 2019.
  16. ^ Каррери, Питер А. (2007). «Минимизированный технологический подход к самодостаточности человека за пределами Земли» (PDF). Конференция Международного форума космических технологий и приложений (STAIF), Альбукерке, Н.М., 11–15 февраля 2007 г.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка