navn: Bernal sphere; Stanford torus; O ‘Neill cylinder

opkaldt efter: henholdsvis britisk videnskabsmand John Desmond Bernal, der foreslog ideen i 1929; et sommerstudieprogram afholdt af NASA i 1975 ved Stanford University; Princeton-fysiker Gerard K. O’ Neill i en bog fra 1976 om rumkolonisering. Stanford torus-lignende rumstationer er afbildet i 1968-filmen 2001: A Space Odyssey og 2013 ‘ erne Elysium. En modificeret O ‘Neill cylinder tjente som grundlag for Babylon 5 rumstation i 1990’ ernes TV-serie med samme navn og i Arthur C. Clarke ‘ s Rama romaner.

ønsket om at bo på nye steder har drevet vores art til at bosætte Jordens hårdeste klimaer, fra ørkener til tundraer. En dag kan den samme trang (eller mindre optimistisk ødelæggelse af vores hjemmeverden) få os til at kolonisere det hårdeste miljø af alle: rummet.

selvom de lyder ufatteligt futuristiske, er rumstationer, der huser mange tusinder af mennesker, faktisk godt inden for vores tekniske og tekniske viden. Forskere har hævdet, at permanente rumposter tænkeligt kunne bygges til mindre end hvad USA bruger årligt på sit militær.

Tilbage i 1970 ‘ erne undersøgte for eksempel NASA-finansierede forskere muligheden for flere kolonidesign. Og de måtte gøre det for mindre end $35 milliarder (nord for $200 milliarder i dagens dollars). “Alt skulle være baseret på, hvad der var tilgængeligt på det tidspunkt,” sagde Jerry Stone, leder af British Interplanetary Society ‘ s Project SPACE (Study Project Advancing Colony Engineering), som nu opdaterer de årtier gamle designs for at tage nye materialer som kulfiber i betragtning såvel som moderne robotter og computerkraft.

dette værksted i 1970 ‘erne gav tre forskellige designkoncepter, der stadig henvises bredt til i dag: Bernal sphere, Stanford torus og O’ Neill cylinder. Så vi bruger dem som vores guide til, hvad det ville tage for at opbygge en blomstrende koloni i rummet. Alle tre designs indeholder i det væsentlige et boligareal roteret for at inducere tyngdekraften, hvor nøgleforskellen er den anvendte form.

Bernal Sphere

en Bernal sphere udvendig. (Foto Kredit: National Space Society)

en Bernal sfære er i det væsentlige en klode omkring en tredjedel af en kilometer i diameter, der roterer næsten to gange i minuttet for at give jordlignende tyngdekraft langs dens ækvator. (Denne følelse af kunstig tyngdekraft ville peter ud nær polerne.)

omkring 10.000 mennesker kunne befolke det indre rum, deres bygninger foret kurven og vises overhead klart over kuglens vidde.

a Bernal sphere interior. (Foto Kredit: Rick Guidice / NASA)

Stanford Torus

en Stanford torus, et doughnutformet rør 430 fod tykt med en diameter, der spænder over 1,1 miles, spinder en gang i minuttet for at producere dens tyngdekraft. Den indre del af røret er åben, som i filmen Elysium, eller omsluttet af et gennemsigtigt materiale for at slippe lys ind.

ydersiden af en Stanford torus. Et spejl, der ligger over torusen, leder sollys ind i habitatringen. (Fotokredit: Don Davis/NASA)

torus ville beskytte et lignende antal kolonister som sfæren. Horisonter ville skråne væk, opad, og ringen af det beboede landskab skyhøje overhead ville gøre nyankomne dåne. Seks eger forbinder habitatringen med et centralt knudepunkt, hvor rumfartøjer kan dokke. Et massestimat: 10 millioner tons.

det indre af en Stanford torus. (Fotokredit: Don Davis / NASA)

O ‘Neill-cylinderen

den tredje form er O’ Neill-cylinderen, hvis hovedlegeme er omkring 5 miles bred og 20 miles lang. Tre strimler af jord ville strække sig langs det indre, med tre lige store, blandede strimler, der tjener som kæmpe, forseglede vinduer.

cylinderens enorme størrelse betyder, at et blidt spin på en omdrejning hvert og et halvt minut ville være nok til jordbaseret tyngdekraft. Et problem er dog, at objekter ønsker at rotere om deres lange akser, så et aktivt kontrolsystem ville være nødvendigt for at opretholde den ønskelige kortakse spinhastighed. O ‘ Neill forestillede sig også, at cylindrene altid ville komme i modroterende par for at udligne destabiliserende, gyroskopiske effekter, der ville få cylindrene til at afvige fra deres tilsigtede, solvendte vinkler.

O ‘ Neill cylinder interiør. (Fotokredit: Rick Guidice / NASA)

mens nogen af disse rumkolonier ville være langt mere omfattende end menneskehedens største ruminfrastrukturprojekt til dato, Den Internationale Rumstation, ville deres design ikke udgøre uoverstigelige tekniske udfordringer. “Fra et teknisk synspunkt er strukturen meget let-ingeniørberegningerne er helt gyldige,” siger Anders Sandberg, forsker ved Future of Humanity Institute, der har studeret megastrukturkoncepter.

minedrift af Månen

det større problem er logistikken. At sprænge nok materiale i rummet til at bygge en koloni ville koste store penge. En bedre indsats: etablering af enkle produktionsfaciliteter i rummet designet til at bruge råmaterialer udvundet fra månen eller asteroiderne.

den reelle omkostningsbesparende O ‘ Neill forestillede sig ville installere en stor elektromagnetisk katapult på månen. Populær blandt hobbyister som spolevåben, disse enheder bruger elektromagneter til at drive en magnetiserbar nyttelast ned ad en aksel. Takket være månens svage tyngdekraft ville kun en sjettedel af Jordens, der kaster rigeligt materiale ud i rummet, være et stykke kage.

” det gode ved en elektromagnetisk launcher, når den er konstrueret, er lanceringsomkostningerne stort set nul,” siger Stone. “Du behøver ikke at levere brændstof, bare elektricitet, og du får det fra solen ved solenergi.”

de rå måne-eller asteroide ingredienser kunne formes molekyle for molekyle takket være 3D-udskrivningsteknologi til de fleste af de komponenter, der er nødvendige for kolonien. “Vi ved fra Apollo prøver sammensætningen af måneklipper og jord,” siger Stone. “Der er masser af ilt, som vi har brug for til vejrtrækning; masser af aluminium, som er nødvendigt for strukturelle dele; der er silicium til vinduerne; og magnesium og titanium og andre nyttige ting.”

andre vigtige strukturelle elementer vil omfatte solpaneler til energi og spejle til vinkel reflekteret sollys i habitatskabe gennem deres vinduer. Robotter kunne håndtere meget af selve konstruktionen, styret af mennesker eller arbejde autonomt. Jord og andre Jordspecifikke genstande, såsom dyreliv, ville, med nogle vanskeligheder, skal sendes højt.

kolonier bygget til at vare

de færdige kolonier ville opholde sig i Lagrangian point kendt som L5, en ø af stabilitet, hvor gravitationsattraktion fra vores planet, månen og solen balancerer ud. Dedikerede landbrugsområder (placeret i yderligere tori uden for Bernal-sfæren eller I O ‘ Neill-cylinderens endehætter med optimeret miljøkontrol) ville holde kolonister godt fodret med frisk mad. Handel med andre kolonier og jord ville levere utilgængelige varer.

for at beskytte kolonierne mod meteoritpåvirkninger kunne rester af slagge fra fremstilling opbygges som polstring på koloniens ydre. Generelt siger eksperterne, at meteoritter bør være en håndterbar gener.”en meteorit med tilstrækkelig kinetisk hastighed til at bryde et vinduespanel kan ske hvert tredje år,” siger Stone, baseret på undersøgelser af problemet. Vinduerne ville være lavet af mange små paneler, så man bliver smadret nu og da, ikke noget problem—det ville tage århundreder for koloniens luft at lække ud. det er dog vanskeligere at beskytte beboere mod skadelig rumstråling. Kosmiske stråler fra det dybe rum kunne ikke med rimelighed stoppes, hvis mennesker levede uden for beskyttelsen af vores planets atmosfære. Pladsbeboere ville have lidt forhøjede kræftrisici, afbødes ved hyppige screeninger, siger Stone.

hvad angår stråling fra solen, ville flere inches vandafskærmning blokere det meste af det. Under sjældent intense soludbrud kunne kolonister søge tilflugt i tykt afskærmede”stormhytter” —ikke i modsætning til forholdsregler for større vejrbegivenheder her på jorden.

en fordel: rumkolonier ville være immun mod jordiske naturkatastrofer. “I kolonierne ville der ikke være Jordskælv, ingen orkaner, ingen tsunamier, ingen vulkaner,” siger Stone. “Plus, du styrer stort set vejret i en O’ Neill cylinder. Fordi det er så stort, ville du have naturlige regnskyer der dannes derinde.”

dette niveau af kontrol—og chancen for at trives i den endelige grænse-bør motivere menneskeheden til at forlade vores planetariske hjem. Som O ‘Neill skrev i Physics Today I 1974:” jeg tror, at vi nu er nået til det punkt, hvor vi, hvis vi vælger det, kan bygge nye levesteder, der er langt mere behagelige, produktive og attraktive end det meste af jorden.”