O'Neill tophat

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
NASA -illustration af to O'Neill -cylindre

O'Neill Cylinder (også kaldet O'Neill Colony ) er et rumopgørelsesbegreb foreslået af den amerikanske fysiker Gerard K. O'Neill i sin bog fra 1976 The High Frontier: Human Colonies in Space . [1] O'Neills overvejede rumkolonisering i det 21. århundrede ved hjælp af materialer hentet fra månen og senere fra asteroider . [2] En O'Neill-cylinder ville bestå af to modroterende cylindre . Cylindrene ville rotere i modsatte retninger for at opveje eventuelle gyroskopiske effekter, der ellers ville gøre dem vanskelige at justere med solen. Hver cylinder ville have en diameter på 8,0 km og en længde på 32 km og ville være forbundet i hver ende af en stang via et lejesystem . De ville rotere på en sådan måde, at centrifugalkraft skaber kunstig tyngdekraft på deres indre overflader. [1]

Indvendig udsigt med landskaber og store vindueslister

baggrund

Kunstners indtryk af indersiden af ​​en O'Neill -cylinder, der viser krumningen af ​​den indvendige overflade

Mens han underviste i fysik ved Princeton University , satte O'Neill sine elever til opgave at designe store strukturer i rummet med den hensigt at vise, at livet i rummet kan være ønskeligt. Flere af designene var i stand til at skabe mængder, der var store nok til at være egnede til menneskelig beboelse . Dette samarbejdsresultat inspirerede tanken om cylinderen og blev første gang udgivet af O'Neill i en artikel fra Physics Today i september 1974. [3]

O'Neill -projektet var ikke det første eksempel på dette koncept. Allerede i 1954 beskrev den tyske forsker Hermann Oberth i sin bog People in Space - New Projects for Rocket and Space Travel . I 1970 foreslog science fiction -forfatter Larry Niven et lignende, men større koncept i sin roman Ringworld . Kort før O'Neill foreslog sin cylinder, brugte Arthur C. Clarke en sådan cylinder (omend af et udenjordisk design) i sin roman Rendezvous mit 31/439 ( engelsk Rendezvous with Rama ).

Ø

O'Neill skabte tre referencedesign, der fik navnet "øer":

  • Island One er en roterende kugle med en omkreds på 1.600 m og en diameter på ca. 510 m, hvorpå mennesker lever i ækvatorialområdet (se Bernalsfæren ). En senere NASA / Ames -undersøgelse ved Stanford University udviklede en alternativ version af Island One: Stanford torus , en toroidform med en diameter på cirka 490 m. [4]
  • Island Two er sfærisk og 1.600 m i diameter.
  • Island Three- designet, bedre kendt som O'Neill-cylindrene, består af to mod roterende cylindre. De har en diameter på 8,0 km og kan skaleres op til 32 km i længden. [5] Hver cylinder har seks striber med lige store arealer, der løber i cylinderens længde; tre er gennemsigtige vinduer, tre er beboelige "land" -områder. Derudover roterer en ydre landbrugsring , 20 miles i diameter, med en anden hastighed for at hjælpe med landbruget. Habitatets industrielle fremstillingsblok er i centrum for at muliggøre minimal tyngdekraft for nogle fremstillingsprocesser.

Til de enorme omkostninger ved transport af materialer fra jorden med raket for at redde disse levesteder ville blive bygget med materialer med en magnetisk massedriver fra månen til alle blive skudt. [1]

design

Kunstig tyngdekraft

Et NASA -månebasekoncept med en massedriver (den lange struktur, der strækker sig mod horisonten og er en del af planen om at bygge O'Neill -cylindre)

Cylindrene roterer for at skabe kunstig tyngdekraft på deres indre overflade. Ved den radius, der blev beskrevet af O'Neill, ville levestederne skulle rotere omkring otteogtyve gange i timen for at simulere jordens normale tyngdekraft; en vinkelhastighed på 2,8 grader i sekundet . Forskning om menneskelige faktorer i roterende referencerammer viser, at ved så lave rotationshastigheder ville få mennesker blive søsyge på grund af Coriolis -kræfterne, der virker på det indre øre . [6] [7] [8] [9] [10] Imidlertid ville folk kunne se retningerne for spin og antispin ved at dreje hovedet , og tabte genstande ser ud til at være afbøjet med et par centimeter. [9] Habitatets midterakse ville være en nul-tyngdekraftsregion, og det var meningen, at rekreative faciliteter kunne anbringes der.

Atmosfære og stråling

Kunstners indtryk af indersiden af ​​en O'Neill -cylinder oplyst af reflekteret sollys

Naturtypen skal indeholde ilt med et delvist tryk, der groft svarer til terrestrisk luft , dvs. 20% af jordens atmosfæriske tryk ved havets overflade . Kvælstof vil også blive inkluderet for at tilføje yderligere 30% af jordens atmosfæriske tryk. Denne halvtryksatmosfære ville spare gas og dermed reducere den nødvendige styrke og tykkelse af habitatvæggene. [1] [4]

På denne skala tilbyder luften inde i cylinderen og cylinderens kappe tilstrækkelig afskærmning mod kosmiske stråler . [1] Det indre volumen af ​​en O'Neill -cylinder er stort nok til at understøtte sine egne små vejrsystemer , som kan manipuleres ved at ændre den indre atmosfæriske sammensætning eller mængden af ​​reflekteret sollys. [5]

sollys

Store spejle er hængslet på bagsiden af ​​hver vinduesstrimmel, med vinduesophænget kant mod solen. Formålet med spejlene er at reflektere sollys gennem vinduerne ind i cylindrene. Natten simuleres ved at åbne spejle og vinduet afsløre det tomme rum; det betyder, at der også kan udstråles varme ind i rummet. I løbet af dagen ser det ud til, at den reflekterede sol bevæger sig med spejlenes bevægelse, hvilket skaber et naturligt forløb af solens vinkel. Selvom det ikke er synligt for det blotte øje , kan det observeres, at solens billede roterer på grund af cylinderens rotation. Lyset, der reflekteres fra spejlene, er polariseret , hvilket kan forvirre bestøvende bier . [1]

Store vinduer løber i hele cylinderens længde, så lys kan trænge ind i habitatet. Disse ville ikke bestå af individuelle ruder, men af ​​mange små sektioner for at undgå katastrofale skader, så vinduesrammerne af aluminium eller stål kan modstå de fleste belastninger fra lufttrykket i habitatet. Af og til kan en meteoroid bryde en af ​​disse diske. Dette ville medføre et vist tab af atmosfæren, men beregninger viser, at dette ikke ville udløse en nødsituation på grund af habitatets meget store volumen. [1]

Positionskontrol

Levestedet og dets spejle skal konstant vende mod solen for at samle solenergi og belyse det indre af levestedet. O'Neill og hans elever havde omhyggeligt udtænkt en metode til kontinuerligt at rotere kolonien 360 grader pr. Bane uden brug af raketter (hvilket ville smide reaktionsmassen ud). [1]

For det første kan parret af habitater rulles ved hjælp af cylindrene som reaktionshjul . Hvis rotationen af ​​et levested er lidt anderledes, roterer de to cylindre rundt om hinanden. Så snart det plan, der dannes af de to rotationsakser, er vinkelret på kredsløbet i rulleaksen, kan cylinderparret justeres ved at udøve en kraft mellem de to lejer vendt mod solen, så det er rettet mod solen. Når du skubber cylindrene væk fra hinanden, er begge cylindre gyroskopisk forudgående, og systemet gaber i den ene retning, mens du skubber dem mod hinanden, hvilket forårsager et gab i den anden retning. De kontraroterende levesteder har ingen netto gyroskopisk effekt, og derfor kan denne lille presession fortsætte gennem habitatets bane og holde den på linje med solen. Dette er en ny anvendelse af bundne gyroskoper .

Designopdatering og derivater

I 2014 er der blevet foreslået en ny konstruktionsmetode, hvor en stor boble er oppustet og med en spole (af materialer fra en asteroide), der ligner konstruktionen af ​​et jakke med trykbeholder ( engelsk C omposite O verwrapped P ressure V nælde) (COPV)) fra kompositmaterialer er pakket ind. [11]

I 1990 og 2007 blev der introduceret et mindre designderivat kendt som Kalpana One, der adresserer wobble -effekten af ​​en roterende cylinder ved at øge dens diameter og reducere dens længde. De logistiske udfordringer ved strålingsafskærmning imødekommes ved at bygge stationen i lav jordbane og fjerne vinduerne. [12]

plan

Ved en Blue Origin -begivenhed i Washington den 9. maj 2019 foreslog Jeff Bezos at bygge O'Neill -kolonier i stedet for at kolonisere andre planeter. [13]

Repræsentationer

I fiktion

  • In Ringworld af Larry Niven (1970)
  • I Babylon 5 en fiktiv O'Neill cylinder (1993 til 1998)
  • I romanen 2312 - der omhandler brugen af ​​O'Neill -cylindre i udhulede asteroider kaldet "Terraria". (2012)
  • I anime -serien Mobile Suit Gundam, der finder sted i fremtiden, hvor O'Neill -cylindre er de primære menneskelige kolonier i rummet. (1979–1980)
  • I det grafiske hard science fiction eventyrspil Policenauts . (1994)
  • Som et rumskib i science fiction -romanen Rendezvous with 31/439 ( English Rendezvous with Rama ). (1973)
  • Cooper -stationen i science fiction -filmen Interstellar . (2014)
  • I computerspillet Vanquish . (2010)
  • I actionspillet Mass Effect . (2007)
  • I tv -serien The Expanse er Nauvoo / Behemoth en roterende cylinder med motorer, men uden strålingsafskærmning (interstellært skib).

Se også

litteratur

  • TA Heppenheimer: Kolonier i rummet . Red.: National Space Society. Stackpole Books, Harrisburg 1977, ISBN 0-8117-0397-5 , s.   240 (engelsk, archive.org - uddrag).

Weblinks

Individuelle beviser

  1. a b c d e f g h Gerard K. O'Neill: The High Frontier: Human Colonies in Space . William Morrow & Company, New York 1977, ISBN 0-688-03133-1 (engelsk).
  2. ^ J. Billingham, WP Gilbreath, B. Oleary, B. Gosset: Space Resources and Space Settlements ( sommerstudie fra 1977 ved NASA Ames Research Center) . Red .: NASA. NASA SP-428. Moffett Field, CA 1. januar 1979 s.   1–300 (engelsk, nasa.gov [åbnet 11. februar 2021]).
  3. ^ Gerard K. O'Neill: Koloniseringen af ​​rummet . I: Fysik i dag . tape   27 , nej.   9 , 1974, s.   32–40 , doi : 10.1063 / 1.3128863 , bibcode : 1974PhT .... 27i..32O (engelsk).
  4. a b NASA SP-413 ( Memento fra 14. juni 2012 i internetarkivet )
  5. ^ A b O'Neill Cylinder Space Settlement. I: National Space Society. Adgang 11. februar 2021 .
  6. ^ GT Beauchamp: Bivirkninger på grund af rumkøretøjsrotation . I: Astronautical Sciences Review . tape   3 , nej.   4 , 1961, s.   9-11 (engelsk).
  7. ^ Symposium om de vestibulære organers rolle i udforskningen af ​​rummet, US Naval Scholl of Aviation Medicine, Pensacol, Florida, 21.-22. Januar, NASA SP-77, 1965 Allen B. Thompson: Fysiologiske designkriterier for kunstige tyngdekraftsmiljøer i bemandede rumsystemer i Google Bogsøgning USA
  8. ^ BD Newsom: Beboelsesfaktorer i en roterende rumstation . I: Space Life Sciences . tape   3 , nej.   3 , juli 1972, s.   192–197 , doi : 10.1007 / BF00928163 , bibcode : 1972SLSci ... 3..192N (engelsk, astro.queensu.ca [PDF; åbnet 25. januar 2021]).
  9. ^ A b Proceedings of the Fiveth Symposium on the Roll of Vestibular Organs in Space Exploration. Pensacola, Florida, 19.-21. August 1970, NASA SP-314, 1973
  10. ^ F. Altman: Nogle aversive virkninger af centrifugalt genereret tyngdekraft. Udg .: Aerospace Medicine. tape   44 , 1973, s.   418-421 (engelsk).
  11. 10.0 Et konstruktionsscenario for O'Neill Cylinder Space Settlement Habitats. I: Third Tennessee Valley Interstellar Workshop, 10-11-11, 2014, Oak Ridge, TN, Dr. Gordon Woodcock (Boeing / NSS). 21. december 2014, adgang til 25. januar 2021 .
  12. Kalpana One Space Settlement ( Memento fra 11. november 2020 i internetarkivet ; pdf)
  13. ^ Matt Blitz, Darren Orf: Blue Origin afslører Blue Moon Lunar Lander. I: Populær mekanik. 11. juni 2019, adgang til 25. januar 2021 .
  14. ^ Peter A. Curreri: En minimeret teknologisk tilgang til menneskelig selvforsyning uden for jorden (Space Technology and Applications International Forum (STAIF) Conference, NM, 11.-15. Februar 2007) . Red .: NASA. 11. februar 2007, s.   1–7 (engelsk, nasa.gov [PDF; åbnet 11. februar 2021]).