• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Design för en rymdmiljö med artificiell gravitation som kan utökas med tiden för att passa fler människor

    Utbruten bild av hela strukturen i "space village one"-habitatet. Notera spänningssträngarna och kylaren i mitten av huvudstrukturen. Kredit:Muhao Chen et al

    Det finns två huvudsakliga tillvägagångssätt som mänskligheten kan ta för att leva i rymden. Den som oftare porträtteras är att kolonisera andra himlakroppar som månen och Mars. Det tillvägagångssättet kommer med några stora nackdelar, inklusive hantering av giftig jord, klängigt damm och gravitationsbrunnar.

    Alternativet är att bygga våra egna livsmiljöer. Dessa kan finnas var som helst i solsystemet, kan vara av vilken storlek materialvetenskapen tillåter, och har olika egenskaper, såsom temperatur, klimat, allvar, och även långa dagar. Tyvärr, vi är fortfarande väldigt långt ifrån att bygga något som liknar en livsmiljö i full storlek. Dock, vi är nu ett steg närmare att göra det med släppet av ett papper från ett team på Texas A&M som beskriver ett sätt att bygga en expanderbar rymdmiljö av koncentriska cylindrar som kan hysa upp till 8, 000 personer.

    Varje livsmiljö som rymmer att många människor kommer att behöva hantera några stora nackdelar med att leva i rymden. Tidningens författare listar uttryckligen fem som deras design av rymdmiljöer försökte ta itu med:

    • Allvar
    • Strålskydd
    • Hållbart jordbruk
    • Habitattillväxtförmåga
    • Kommersiellt värde

    Långvarig exponering för brist på gravitation orsakar förödelse på människokroppar, orsakar allt från synnedsättning till förlust av bentäthet. De flesta av dessa problem löses med en enda elegant lösning:artificiell gravitation.

    Vi har inte tekniken (ännu) för att tillåta kapten Picard att stå på bryggan till Enterprise som om han stod i en kontorsbyggnad. Dock, vi har något som approximerar artificiell gravitation:centrifugalkraft via rotation. Detta är en enkel lösning för att förse astronauter med något som motsvarar gravitation. Den lösningen har inte testats, men de flesta experter är överens om att det borde lindra de flesta hälsoproblem som är förknippade med bristande gravitation.

    NASA-robot byggd enligt tensegrity-principer. Kredit:NASA / Adrian Agogino &Vytas Sunspiral

    Det finns två viktiga designöverväganden när man gör ett artificiellt gravitationssystem som skulle eliminera dessa hälsoproblem. Den första handlar om storleken på livsmiljön som inducerar den artificiella gravitationen. Om rotationsradien är för liten, det kan finnas en betydande skillnad i upplevd gravitation mellan en persons huvud och fötter. Detta har varit känt för att orsaka åksjuka, och skulle göra alla livsmiljöer som inducerade den effekten hos dess åkande oanvändbara.

    Det andra övervägandet fokuserar på rotationshastigheten. Författarna citerar ett papper som noterar att varje rotationshastighet på mer än 4 RPM också skulle inducera åksjuka. Att använda den övre gränsen för rotationshastighet och den nedre gränsen för rotationsradie ger en radie på 56 meter, ungefär lika högt som det lutande tornet i Pisa. En människa skulle möjligen kunna leva på en sådan livsmiljö utan den inducerade åksjukan av en karnevalstur, och utan de negativa hälsoeffekterna av att ständigt flyta i noll-G.

    Zero-G är inte den enda faran som författarna måste designa runt. Långvarig strålningsexponering är utomordentligt dålig för människor, avsevärt öka riskerna för cancer och cellskador under en längre vistelse i rymden.

    Författarnas lösning på denna fara är enkel - omge hela livsmiljön med fem meter regolit och vatten. I deras modell, vattnet är inklämt mellan regoliten. Det skyddande lagret skulle ligga i vad de kallar "skölden". Det skulle vara beläget på utsidan av den cylindriska livsmiljön och täckt av solpaneler för att driva livsmiljön. Sammansättningen av skölden valdes främst baserat på lätt tillgång till material - regolit och vatten är rikligt tillgängliga från platser med brunnar med relativt låg gravitation (d.v.s. asteroider och månen). Kombinationen är också välkänd för att stoppa kosmisk strålning och solstrålning.

    Förutom att stoppa eventuell strålning, skölden hjälper livsuppehållande systemet genom att rotera mycket långsamt i ett försök att skingra några av de termiska gradienterna som finns på habitatets struktur. Författarna beräknade en 0,2 rpm rotation av skölden, och en omfattande "radiator" fäst vid sidan av livsmiljön för att uppnå en inre temperatur på cirka 300K (27C / 80F) i livsmiljön.

    Den inre temperaturen skulle tas emot väl av livsmiljöns föreslagna icke-mänskliga boende - växter. Gårdarna i livsmiljön skulle placeras i vardera änden av cylindern i en konisk form, och toppas av ett genomskinligt glastak. De skulle också betjänas av gigantiska speglar som är något skeva, reflekterar solljus jämnt till jordbruksytan.

    3D-utskriven modell av rymdstationen med de olika viktiga funktionerna märkta. Kredit:Muhao Chen et al

    Författarna beräknade att varje passagerare på stationen skulle behöva cirka 300 m 2 jordbruksmark för att försörja dem. Med en utökad livsmiljö som växer ut till en radie av 224 meter (52 separata 4 meter höga våningar med en 20 meter innersta cylinder), det skulle finnas tillräckligt med jordbruks- och bostadsyta för att hysa 8000 människor.

    Men livsmiljön skulle initialt inte kunna försörja alla dessa människor. Den 20-meters radie innersta cylindern skulle kunna fungera som en "frö"-modul som andra cylindriska lager bygger av. Och den byggprocessen skulle använda en beprövad teknik inom maskinteknik – spänning.

    Tensegrity är en portmanteau myntad av Buckminster Fuller för att beskriva ett system av sammanvävda stänger och strängar där stängerna komprimeras och strängarna är spända. Det låter designers bygga några verkligt otroliga strukturer, för att inte tala om de spektakulära möblerna som vissa YouTubers bygger.

    När det gäller en rymdmiljö, det gör det möjligt för designers att utveckla en sexstegs expansionsplan som kan upprepas i all oändlighet utan att behöva stänga av livsuppehållande system när livsmiljön utökas. Varje expansion gör att en extra cylinder kan läggas till komplexet, och lägger till betydande mängder ytterligare bostadsyta utan att störa livet för de människor som bor i cylindrarna som redan är installerade. En sådan utvidgningsmöjlighet skulle göra vilken struktur som helst som använder detta system mycket mer ekonomiskt intressant än en livsmiljö som måste behålla en enda form. Den ekonomiska faktorn är en extremt viktig del av alla framtida designplaner, eftersom det kommer att vara den främsta drivkraften bakom utbyggnaden av rymdinfrastrukturen mer generellt.

    Ett annat sätt att få ekonomiskt värde skulle vara att utnyttja en av de intressanta egenskaperna hos denna typ av cylindrisk livsmiljö. Cylinderns mitt kan fungera som en "nollgravitationsverkstad, " som skulle göra det möjligt för de åkande att utföra arbete som kan vara svårt eller omöjligt i en gravitationsbrunn, som att bearbeta råmaterial eller utveckla nya typer av läkemedel.

    Den centrala cylindern kan också spela en viktig roll i en annan ekonomisk drivkraft för livsmiljön - turism. Formgivarna planerar ett centralt öppet utrymme som nästan helt är ägnat åt parklandskap. Detta skulle delvis vara för det känslomässiga och psykologiska välbefinnandet för livsmiljöns långvariga boende, men kan också fungera som en stor turistattraktion. Det skulle vara särskilt användbart eftersom turism sannolikt kommer att fungera som en av de största drivande ekonomiska krafterna i tidiga rymdmiljöer.

    Att turismen verkligen är långt borta, och medan lanseringskostnaderna fortsätter att sjunka, tills vi har infrastrukturen på plats för att bryta asteroider eller månen, det är osannolikt att någon större rymdbiotop kommer att byggas. Sålänge, vi kan fortsätta att arbeta med nya idéer som vi kanske så småningom kan genomföra. Om vi ​​bara inte behövde spendera så mycket för att slippa vår egen gravitation väl.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com