Vesmírná bagelová města

Vesmírná sídliště toroidního tvaru (hovorově „bagel města“ ) jsou jedním z prvních projektů orbitálních vesmírných sídel , hypoteticky proveditelných, za předpokladu další realizace navržených možností průzkumu vesmíru . Hlavním cílem vývoje je vytvoření mezičlánku pro lety do vesmíru , který by umožnil vypouštět kosmické lodě přímo z oběžné dráhy a tím snížit náklady a výrazně zjednodušit další průzkum vesmíru.

Rané projekty

Ještě na počátku 20. století vytvořil K. E. Ciolkovskij teorii „éterických sídel“, tedy vytváření obřích vesmírných kolonií ve tvaru koblih pomalu rotujících kolem své osy , kde najde úkryt mnoho tisíc lidí. Veřejné mínění oněch let však ještě nebylo připraveno učinit tak odvážná koncepční rozhodnutí a v mnoha ohledech představovalo Ciolkovského teorii jako utopii , proto vědec svou myšlenku rozvinul, převážně pouze ve formě náčrtů a náčrtů [1] . První podrobný výkres a odpovídající projektové zdůvodnění koblihové vesmírné stanice, která kombinovala obytné moduly, elektrocentrálu a modul astronomické observatoře , vytvořil rakouský vědec Hermann Nordrung v roce 1928 [2] .

22. března 1952 otiskl časopis Collier's Weekly článek Wernhera von Brauna , v té době předního specialisty na americký vesmírný program, nazvaný „Crossing the last line“, ve kterém člověk tohoto ranku poprvé nastínil Američané potřebují vytvořit vesmírnou stanici. Článek navrhl umělec Chesley Bonestell , který také stál u zrodu amerického vesmírného programu. Mezi Bonestellovými ilustracemi byla poprvé zveřejněna skica vesmírné stanice ve formě koblihy [3] . Podle myšlenek von Brauna a Willyho Leye by v takových stanicích lidé žili a pracovali v místnostech spojených v jedné velké chodbě. Podle Laye bylo plánováno vypuštění stanice této podoby na tisícikilometrovou oběžnou dráhu Země. Po von Braunovi plánovala počáteční posádka vypustit pět nebo šest lidí, kteří začnou pracovat na instalaci modulů. Taková stanice by sloužila jako mezičlánek pro další cesty vesmírem. Nutno podotknout, že von Braun a Ley, zodpovědní za průběh amerického vesmírného programu, rozvinuli všechny tyto myšlenky a projekty ještě před prvním pilotovaným letem do vesmíru [4] . Na popud von Brauna byl projekt vesmírné stanice ve tvaru koblihy prioritou NASA až do příchodu projektu Skylab na počátku 60. let 20. století , který zatlačil vesmírné projekty koblihových měst do pozadí [5] .

V roce 1965 byl v ústřední vědecké publikaci Americké společnosti astronautiky publikován předpoklad, že ideální forma pro budoucí obydlené vesmírné stanice [pozn. 1] by byl torus (hovorově - kobliha ). Vědci zjistili, že pokud se vesmírná stanice tohoto tvaru otáčí kolem své osy, pak se všechny její moduly nacházejí v místě, kde má hodnota umělé gravitace největší hodnotu, a problém vytvoření umělé gravitace se zdá být z velké části vyřešen [6 ] .

Jedna ze známých možností byla vyvinuta Gerardem O'Neillem  - vytvoření kolonií , pro které je navrženo použití dvou obřích velikostí válců uzavřených v rámu a rotujících v různých směrech. Tyto válce rotují kolem své vlastní osy rychlostí asi 0,53 otáčky za minutu, díky čemuž se v kolonii vytváří lidem známá gravitační síla .

V roce 1975 navrhl P. Parker projekt vytvoření kolonie o průměru 100 m a délce 1 km, vzdálené ve vzdálenosti asi 400 tisíc km od Země a Měsíce a určené pro 10 000 lidí. Rotace takového válce kolem podélné osy rychlostí 1 otáčka za 21 sekund v něm vytvoří gravitaci blízkou zemské.

V roce 1977 vyšla pod redakcí výzkumného pracovníka Ames Research Center ( NASA ) Richarda Johnsona a profesora Charlese Holbrowa z Colgate University práce „Space Settlements“, kde jsou mimo jiné slibné studie osídlení v podobě tzv. vynikl torus (kobliha), na kterém bylo podle vědců možné nejen obydlí člověka, ale dokonce i organizace technologických cyklů a vytvoření orbitálního výrobního zařízení v podobě torusu [7] .

V roce 1994, pod vedením Dr. Rodneyho Gallowaye, za účasti vědců a laboratorních asistentů Phillips Laboratory a Sandia Laboratory , jakož i dalších výzkumných center amerického letectva a Space Research Center of the University of Arizona , byl sestaven objemný manuál pro návrh vesmírných sídlišť ve formě torusu [8] .

Výzkum a projekty moderních vědců

Vědci ze Stanfordské univerzity navrhují strukturu ve tvaru torusu - Stanford torus  - obří koblihu o průměru 1,6 km a tloušťce 150 m, která se otáčí kolem neviditelné osy a vytváří umělou gravitaci.

Autor encyklopedie vesmíru a astronomie a knih o moderních vesmírných technologiích, výzkumník z Drexel University Joseph Angelo, poznamenává, že vesmírná sídla ve formě torusu budou schopna podporovat normální život asi deseti tisíc lidí. Na základě Stanfordského projektu popisuje J. Angelo vesmírnou monocity  , těžební zařízení, což je objekt ve tvaru torusu o obvodu přibližně 1,6 km, s obytnými moduly umístěnými na vnitřní straně torusu; průmyslová zóna, která zahrnuje výrobní zařízení a přistávací plochy pro kosmické lodě, bude umístěna na vnější straně torusu. Aby město získalo normální umělou gravitaci , srovnatelnou s gravitací na Zemi, bude se torus neustále otáčet. Odpadové hospodářství je založeno na tom, že struska ponechaná při zpracování rudy, a vysypaná do okolního prostoru kolem stanice, vytvoří jakousi bariéru, která chrání město před kosmickým zářením a radiací [9] .

Argumenty pro zakládání takových kolonií

Vývoj masivních vesmírných těles člověkem, jako jsou planety a satelity Sluneční soustavy, naráží na řadu těžkostí neřešitelného charakteru, spojených s gravitací, teplotními podmínkami a absencí ochranné magnetosféry, tedy usazováním ve vesmíru, při vytváření nezbytné podmínky, je tou nejvhodnější možností.

Člověk od přírody, v současné fázi svého evolučního vývoje ve svém přirozeném prostředí, je přizpůsoben životu na Zemi , přičemž má poměrně vysoký stupeň adaptability a transformace svého prostředí tak, aby vyhovoval jeho potřebám. Na globální proměny životních podmínek celé planety přitom ještě není připravena, zatím jen na úrovni testování technologií, při vytváření malých vesmírných sídel. Právě toto „testování technologií“ nyní probíhá na stávajících vesmírných stanicích.

Proč mají mít takové kolonie tvar torusu? Velikost odstředivé síly závisí na rychlosti otáčení a poloměru. Na základě toho by se dalo uvažovat, že ideálním tvarem vesmírného objektu by bylo těleso, které má tvar torusu  – „koblihy“. Pokud se vesmírná stanice tohoto tvaru otáčí kolem vlastní osy torusu, pak se všechny její prostory nacházejí v zóně, kde má umělá gravitace největší hodnotu [10] .

Proč má myšlenka vytváření kolonií ve vesmíru přednost před kolonizací planet?

• Na Merkuru je velmi horko , není tam žádná atmosféra, obvyklý denní rytmus. To není překážkou nadějným vesmírným technologiím, nicméně snížená gravitace (ve srovnání se Zemí) je hlavním odstrašujícím prostředkem pro kolonizaci Merkuru.
• Gravitační síla na Venuši je blízká gravitační síle na Zemi a je pro člověka také docela pohodlná. Příliš vysoká průměrná teplota na Venuši (o 100 K vyšší než na Merkuru) a ultravysoký atmosférický tlak na povrchu planety, stejně jako absence obvyklého denního rytmu a absence magnetického pole dostatečného k ochraně proti záření (které je kompenzováno extrémně hustou atmosférou Venuše) stále činí průzkum Venuše extrémně obtížným.
• Na Měsíci je na denní straně poměrně horko a na noční příliš chladno, není zde žádná atmosféra, obvyklý denní rytmus, gravitace je relativně malá a není zde žádné magnetické pole dostatečné k ochraně před zářením. A ačkoli jsou tyto podmínky překonatelné i pro nadějné technologie, snížená gravitace klade překážku osídlení Měsíce.
• Na Marsu je docela chladno , atmosféra je spíše řídká a skládá se převážně z oxidu uhličitého, gravitace je jen 0,38 Země, slabé magnetické pole, které dostatečně nechrání před kosmickým zářením. Ale Mars má vody dost. Moderní a perspektivní technologie umožňují osídlit Mars, ale stejně jako v případě Měsíce a Merkuru zůstává problém snížené gravitace na Marsu v současnosti neřešitelný. (Přesněji řečeno, marťanská gravitace může být docela pohodlná jen pro některé lidi.)
• Přistání na planetě a následný start rakety z ní vyžaduje velkou energii, a tedy i ekonomické náklady (ačkoli materiálové náklady na start a přistání lodí na planetách budou klesat, jak se budou zlepšovat pohonné systémy lodí schopných přistávat na planetách).

Můžete zvýšit nebo snížit teplotu na planetě, změnit její atmosféru, ale zatím není technologicky možné vyřešit problém způsobený sníženou gravitací na Marsu, Měsíci nebo Merkuru nebo problémy způsobené příliš pomalou rotací Venuše jeho osa. Navíc tyto planety nemají dostatečně výkonnou magnetosféru .

V tomto ohledu se mnohým jeví jako účelnější budovat vesmírné kolonie v otevřeném vesmíru (včetně těch na oběžných drahách poblíž jmenovaných) z materiálu asteroidů, satelitů a planet. Zejména taková nádražní města poblíž neživých planet se mohou stát „útulnými obytnými předměstími“ a tyto planety samy o sobě se mohou stát průmyslovým „centrem města“, kam budou obyvatelé nádraží létat do práce.

V takto uzavřených koloniích je v zásadě možné dosáhnout soběstačnosti: na nich nebo na planetách, z nichž se stávají satelity, lze přesouvat nebezpečný a škodlivý průmysl a instalovat zrcadla pro akumulaci sluneční energie.

V případě globálních katastrof Země v planetárním měřítku má lidstvo šanci vytvořit si vlastní "záložní kopii života" (člověka a některých zvířat) v podobě takových sídel ve vesmíru.

Kritika

Navzdory zřejmým výhodám budování koblihových vesmírných stanic-měst existuje řada významných nevýhod. Když se vrátíme do 60. let minulého století, je třeba zmínit, že podrobnější studie stejné skupiny vědců pro Americkou společnost astronautiky již v 60. letech ukázala, že „kobliha“ by měla daleko k ideálnímu tvaru pro tento účel, protože možnosti kosmonautiky, jak tehdy, tak dnes, stále není možné nasadit ve vesmíru konstrukci objektů velikosti Stanfordského torusu a pro stanice malých rozměrů bylo mnohem více konstrukčních a technických potíží. Za prvé, u relativně malé vesmírné stanice by zatížení různých částí lidského těla bylo na různých místech stanice různé.

Prostor, ve kterém se vytváří umělá gravitace, navíc vytváří problémy jiné povahy, a to vizuální vnímání situace. Příkladem je točité schodiště, které vede do středu takového kosmického koblihu. Lidský vestibulární aparát nebude schopen rozeznat helicitu tvaru schodů, protože úroveň každého jeho schodu bude kolmá na gravitaci a i přes to, že vestibulární vjemy budou stejné jako při výstupu po obyčejném "pozemský" žebřík, až na velmi mírné snížení gravitační síly, která bude pociťována, když se člověk posune nahoru a pak zase sestoupí ze schodů. Pocity z pohybu po takovém žebříku by však byly pro člověka, který je zvyklý na rovnoměrné gravitační pole, které je na povrchu Země, zcela neobvyklé - stačí si představit dva lidi, kteří jdou proti sobě po takové spirále schodiště, kdo se uvidí.přítel jde hlavou dolů a hlavou dolů (směrem k ose schodů) [6] . Navíc byl přístup k tomuto problému nalezen již v 60. letech 20. století . Profesor V. R. Lovelace popisuje způsob, jak to vyřešit takto: navzdory skutečnosti, že uspořádání prostor by mělo být provedeno v neobvyklé projekci - ve vývoji zakřivených ploch v rovině kolmé k vektoru umělé gravitace, a od z hlediska výroby a instalace jednotlivých prvků je "kobliha" pohodlnější vytvořit ne kruh, ale mnohostěn . V tomto případě dojde k incidentu: koneckonců v takovém „koblihu“ bude člověk chodit jako po křivé podlaze a zřejmě psychologicky tato okolnost nebude příliš příjemná, stejně jako naopak, když křivá podlaha se bude zdát plochá-horizontální. Architekt bude čelit velmi obtížnému a delikátnímu úkolu: zmírnit tyto potíže, vizuálně uklidnit člověka. Toho lze dosáhnout volbou tvaru místností tak, aby nebyly zdůrazněny nepravidelné úhly a odrazy. V tomto případě bude možné k tomuto účelu využít fyzikální vlastnosti materiálů, různé způsoby osvětlení [10] .

I když je docela možné na nich pěstovat potravinářské produkty, je nepravděpodobné, že by miliony lidí souhlasily s tím, že budou jíst stejné jídlo po celá léta – schopnost bagel city produkovat různé potraviny je přímo úměrná jeho velikosti, a proto vnitřní oblast. Předpokládá se, že materiálem pro bagelová města budou suroviny těžené na přirozených tělesech sluneční soustavy, což znamená, že na planetách a jejich satelitech a asteroidech musíte ještě vytvořit minimálně směnové tábory.

Obecně platí, že problém budování stanic vesmírných kolonií spočívá na technologických problémech moderních a slibných vesmírných aktivit:

• přičemž neexistuje žádný spolehlivý a relativně levný způsob, jak dostat náklad na oběžnou dráhu (jedním z řešení by mohl být vesmírný výtah nebo jednostupňové raketoplány s NRE – jednostupňová loď s chemickými raketovými motory je nemožná);
• nebyly vytvořeny žádné systémy na ochranu stanic a lidí před kosmickým zářením, i když práce na těchto problémech probíhají, A.G. Rebeco ve své publikaci „Ochrana lidí a kosmických lodí ve vesmíru“ dochází k závěru, že vytvoření spolehlivé ochrany před kosmickým zářením je v zásadě možné. Pro moderní kosmonautiku mohou být technicky přijatelné elektrostatické obrazovky, které slibují, že budou nejen lehké, ale také schopné chránit kosmickou loď před malými meteority. Vývoj takových zařízení a jejich testování ve vesmíru je předmětem základního výzkumu;
• vzhledem k nevyřešenému projektu fúze není potřeba zatím zejména zkoumat Měsíc s jeho ložisky helia-3 . Jinými slovy, u těchto (příliš drahých) projektů existuje problém s návratností;
• umělá gravitace nebyla vytvořena .

Když vědci vyřeší tyto problémy, zdá se, že je možný seriózní průzkum vesmíru ve velkém měřítku.

Konstrukce

Takové kolonie by se podle O'Neillova plánu měly sbírat postupně, v průběhu let.

Zdrojem surovin může být Měsíc. K tomu je třeba na něm vytvořit průmysl (viz Kolonizace Měsíce ). S pomocí elektromagnetického katapultu by byly materiály vypáleny na Lagrangeův bod systému Země-Měsíc, odkud by byly přesunuty do budované kolonie. Pro práci ve vesmíru budou samozřejmě potřeba speciální roboti .

Optimalizované varianty a kombinace stavitelských robotů jsou možné pomocí neuronových sítí podobných mozku včel a vybavených technologiemi 3D tisku , naprogramovanými jak pro tisk obřích vesmírných struktur, tak pro reprodukci dílů pro vlastní montáž a opravu. A také naprogramované pro sestavování robotů jiného typu: pro těžbu, dodávku a současné zpracování minerálů z malých vesmírných těles, pro přípravu a zpracování materiálů, pro pěstování potravin pro obyvatele.

Možná je i varianta s genetickou modifikací lidí a zvířat pro přizpůsobení se podmínkám života ve vesmíru.

Viz také

• Kolonizace sluneční soustavy
• Vesmírná sídliště směnového typu

Poznámky

1. ↑ První jednomodulové stanice se objevily ve vesmíru v 70. letech . První vícemodulová stanice (" Mir ") se objevila pouze uprostřed. 80. léta .

Zdroje

1. ↑ Dokument na téma "Frontier": Gerard K. O'Neill // Foreign Literature  : Journal. - M . : Nakladatelství zahraniční literatury, 1986. - Vydání. 13 , č. 2 . - S. 217. Náklad - 470 tisíc výtisků . — ISSN 0130-6545 .
2. ↑ Barter, James. Úvod // Vesmírné   stanice . - San Diego, Kalifornie: Lucent Books, 2004. - S. 9. - 112 s. - (The Lucent Library of Science and Technology). — ISBN 1-59018-106-9 .
3. ↑ Westfahl, Gary. Problémy vesmírného létání: Jak sci-fi inspirovala vesmírnou stanici // Ostrovy na nebi: Téma vesmírné stanice ve sci-fi literatuře   . — 2. vydání, rev. a aktualizováno. - San Bernardino, Kalifornie: Wildside Press LLC, 2009. - S. 201. - 266 s. — (IO Evans studuje filozofii a kritiku literatury. č. 15). — ISBN 1-43440-356-4 .
4. ↑ Dempewolff, Richard F. Forecast: A Sky Full Of Satellites   (angl.)  (neopr.)  // Popular Mechanics . - Chicago, IL: Hearst Magazines, 1958. - Leden ( sv. 109 , č. 1 ). - S. 264 . — ISSN 0032-4558 .
5. ↑ Skylab // Space Flight: The First Thirty Years   (anglicky) / 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   (anglicky)  (neopr.)  // The Journal of the astronautical sciences / Zygielbaum, Joseph L.. - Tarzana, California: American Astronautical Society, 1965. - T. XII , No. 4 . - S. 159,160 . — ISSN 0021-9142 .
7. ↑ Johnson, Richard D. ; Holbrow, Charles H. Choosing Among Alternatives // Space Settlements: A Design Study   (anglicky) / Vědeckotechnická informační kancelář, Národní úřad pro letectví a vesmír ; Americká společnost pro inženýrské vzdělávání. —Washington, DC: Vláda USA. tisk. Kancelář, 1977. Sv. 413, - P. 39,94. — 185p. — (NASA Sp.).
8. ↑ Galloway, Rodney G.; Lokaj, Stanley. Engineering, construction, and operations in space   (anglicky) / Edited by Rodney G. Galloway and Stanley Lokaj. - Albuquerque, Nové Mexiko: Americká společnost stavebních inženýrů, 1994. - Sv. I.-P. 249-569. — 1548 s. — (Sborník Vesmír 94). - ISBN 0-87262-937-6 .
9. ↑ Angelo, Joseph A. Budoucnost vesmírné technologie : Velká vesmírná sídliště // Vesmírná technologie   . - Westport, CT: Greenwood Publishing Group, Inc., 2003. - S. 289. - 394 s. - (řada moderních technologií). — ISBN 1-57356-335-8 .
10. ↑ 1 2 Lovelace V. Vesmírný výzkum na Zemi začíná  // All-Union Society "Knowledge" Science and Life  : Journal. - M .: Nakladatelství Akademie věd SSSR , 1964. - č. 10 . - S. 97-99 . — ISSN 0028-1263 . (Ruština)

Kolonizace vesmíru
Kolonizace sluneční soustavy	Rtuť Venuše Měsíc Lagrangeovy body Mars asteroidy Ceres plynové obři Měsíce Jupiteru Evropa Ganymede Callisto Satelity Saturnu Titan Enceladus Měsíce Neptunu Triton Měsíce Uranu Objekty vnější sluneční soustavy Pluto a transneptunské objekty Oortův oblak
Teraformování	Teraformování Marsu Teraformující Venuše
Kolonizace mimo sluneční soustavu	mezihvězdný let Životaschopné planety seznam Index obyvatelnosti planety Index podobnosti Země
Vesmírné osady	Prostor a přežití Astroinženýrské struktury Dysonova koule Bernalova koule O'Neillova kolonie Stanfordský torus Toroid
Zdroje a energie	Průmyslový vývoj asteroidů vesmírná energie Vesmírná ekonomika Vesmírná politika