Design til et rumhabitat med kunstig tyngdekraft, der kan forstørres over tid for at passe til flere mennesker

Der er to hovedtilgange, som menneskeheden kan tage til at leve i rummet. Den mere almindeligt portrætterede er kolonisering af andre himmellegemer såsom månen og Mars. Den tilgang har nogle store ulemper, herunder håndtering af giftig jord, klæbrigt støv og gravitationsbrønde.

Alternativet er at bygge vores egne levesteder. Disse kan være placeret hvor som helst i solsystemet, kunne være af enhver størrelse, som materialevidenskaben tillader, og har forskellige egenskaber, såsom temperatur, klima, tyngdekraft, og endda længder af dagen. Desværre, vi er stadig meget langt fra at bygge noget, der ligner et levested i fuld størrelse. Imidlertid, vi er nu et skridt tættere på at gøre det med udgivelsen af ​​et papir fra et team hos Texas A&M, der beskriver en måde at bygge et udvideligt rumhabitat af koncentriske cylindre, der kan rumme op til 8, 000 mennesker.

Ethvert habitat, der huser, at mange mennesker bliver nødt til at håndtere nogle store ulemper ved at bo i rummet. Avisens forfattere angiver eksplicit fem, som deres design af rumhabitat forsøgte at adressere:

• Tyngdekraft
• Strålingsbeskyttelse
• Bæredygtigt landbrug
• Habitat vækst evne
• Kommerciel værdi

Langvarig eksponering for mangel på tyngdekraft forårsager kaos på menneskekroppe, forårsager alt fra synsnedsættelse til knogletæthedtab. De fleste af disse problemer løses af en enkelt elegant løsning:kunstig tyngdekraft.

Vi har ikke teknologien (endnu) til at tillade kaptajn Picard at stå på broen til Enterprise, som han stod i en kontorbygning. Imidlertid, vi har noget, der tilnærmer kunstig tyngdekraft:centrifugalkraft via rotation. Dette er en ligetil løsning til at give astronauter noget, der svarer til tyngdekraften. Den løsning er ikke testet, men de fleste eksperter er enige om, at det burde afhjælpe de fleste sundhedsproblemer forbundet med manglende tyngdekraft.

Der er to vigtige designovervejelser, når man laver et kunstigt tyngdekraftssystem, der ville eliminere disse sundhedsproblemer. Den første omhandler størrelsen af ​​habitatet, der inducerer den kunstige tyngdekraft. Hvis rotationsradius er for lille, der kan være en betydelig forskel i opfattet tyngdekraft mellem en persons hoved og fødder. Dette har været kendt for at forårsage køresyge, og ville gøre ethvert levested, der inducerede den effekt hos beboerne, ubrugeligt.

Den anden overvejelse fokuserer på rotationshastigheden. Forfatterne citerer et papir, der bemærker, at enhver rotationshastighed på mere end 4 RPM også vil fremkalde køresyge. Brug af den øvre grænse for omdrejningshastighed og den nedre grænse for rotationsradius giver en radius på 56 meter, omtrent lige så højt som det skæve tårn i Pisa. Et menneske kunne muligvis leve på et sådant habitat uden den inducerede køresyge af en karnevalstur, og uden de negative sundhedsvirkninger af konstant at flyde i nul-G.

Zero-G er ikke den eneste fare, forfatterne skal designe omkring. Langvarig strålingseksponering er ekstraordinært dårlig for mennesker, markant øget risiko for kræft og cellulær skade under ethvert længere ophold i rummet.

Forfatternes løsning på denne fare er enkel - omgiv hele habitatet med fem meter regolit og vand. I deres model, vandet er klemt mellem regolitten. Det beskyttende lag ville være placeret i det, de kalder "skjoldet". Det ville være placeret på ydersiden af ​​det cylindriske habitat og dækket af solpaneler for at drive habitatet. Sammensætningen af ​​skjoldet blev valgt primært baseret på let adgang til materialer - regolit og vand er rigeligt tilgængelige fra steder med relativt lav tyngdekraft (dvs. asteroider og månen). Kombinationen er også velkendt for at stoppe kosmiske stråler og solstråling.

Ud over at stoppe enhver potentiel stråling, skjoldet hjælper livsstøttesystemet ved at rotere meget langsomt i et forsøg på at sprede nogle af de termiske gradienter, der er til stede på habitatets struktur. Forfatterne beregnede en 0,2 rpm rotation af skjoldet, og en omfattende "radiator" fastgjort til siden af ​​habitatet for at opnå en indre temperatur på ca. 300K (27C / 80F) i habitatet.

Den indre temperatur ville blive godt modtaget af habitatets foreslåede ikke-menneskelige beboere - planter. Gårdene i habitatet ville blive placeret i hver ende af cylinderen i en konisk form, og toppet af et gennemsigtigt glasloft. De ville også blive betjent af gigantiske spejle, der er lidt skæve, reflekterer sollys jævnt til landbrugets overflade.

Forfatterne beregnede, at hver beboer på stationen ville bruge cirka 300 m ² landbrugsjord til at støtte dem. Med et udvidet habitat, der vokser ud til en radius på 224 meter (52 separate 4 meter høje etager med en 20 meter inderste cylinder), der ville være landbrugs- og boligareal nok til at huse 8000 mennesker.

Men habitatet ville i første omgang ikke være i stand til at understøtte alle disse mennesker. Den inderste cylinder med en radius på 20 meter kunne tjene som et "frø"-modul, som andre cylindriske lag bygges af. Og den byggeproces ville bruge en gennemprøvet teknik inden for maskinteknik - tensegritet.

Tensegrity er et portmanteau opfundet af Buckminster Fuller for at beskrive et system af sammenvævede stænger og strenge, hvor stængerne komprimeres og strengene spændes. Det giver designere mulighed for at bygge nogle virkelig utrolige strukturer, for ikke at nævne de spektakulære møbler, som nogle YouTubere bygger.

Med hensyn til et rumhabitat, det giver designerne mulighed for at udvikle en seks-trins ekspansionsplan, der kan gentages i det uendelige, uden at det er nødvendigt at slukke for livsstøttesystemer, efterhånden som habitatet udvides. Hver udvidelse giver mulighed for at tilføje en ekstra cylinder til komplekset, og tilføjer betydelige mængder ekstra boligareal uden at forstyrre livet for de mennesker, der bor i de cylindre, der allerede er installeret. En sådan udvidelsesmulighed ville gøre enhver struktur, der bruger dette system, meget mere økonomisk interessant end et levested, der skal bevare en enkelt form. Denne økonomiske faktor er en yderst vigtig del af enhver fremtidig designplan, da det vil være den vigtigste drivende faktor bag udbygning af ruminfrastruktur mere generelt.

En anden måde at få økonomisk værdi på ville være at udnytte et af de interessante træk ved denne stil af cylindrisk habitat. Cylinderens centrum kunne fungere som et "nul-tyngdekraftværksted, "som ville give beboerne mulighed for at udføre arbejde, der kan være vanskeligt eller umuligt i en gravitationsbrønd, såsom forarbejdning af råvarer eller udvikling af nye typer lægemidler.

Den centrale cylinder kunne også spille en stor rolle i en anden økonomisk drivkraft for habitatet - turisme. Designerne planlægger et centralt åbent rum, der næsten udelukkende er helliget parklandskab. Dette ville delvist være for det følelsesmæssige og psykologiske velvære for habitatets langsigtede beboere, men kan også tjene som en stor turistattraktion. Det ville være særligt nyttigt, da turisme sandsynligvis vil tjene som en af ​​de vigtigste økonomiske drivkræfter i de tidlige rumhabitater.

At turismen faktisk stadig er langt væk, og mens lanceringsomkostningerne fortsætter med at falde, indtil vi har infrastrukturen på plads til at mine asteroider eller månen, det er usandsynligt, at der vil blive bygget noget større rumhabitat. I mellemtiden, vi kan fortsætte med at arbejde på nye ideer, som vi måske i sidste ende kan udføre. Hvis bare vi ikke skulle bruge så meget for at undslippe vores egen tyngdekraft.