Name: Bernal sphere; Stanford torus; O ’Neill lieriö

nimetty: vastaavasti brittiläinen tiedemies John Desmond Bernal, joka ehdotti ajatusta vuonna 1929; Nasan vuonna 1975 Stanfordin yliopistossa pitämä kesätutkimusohjelma; Princetonin fyysikko Gerard K. O’ Neill vuonna 1976 julkaistussa kirjassa avaruuden kolonisaatiosta.

valikoituja Tieteiskuvauksia: Stanford toruksen kaltaisia avaruusasemia on kuvattu vuoden 1968 elokuvassa 2001: Avaruusseikkailu ja vuoden 2013 Elysium. Muunneltu O ’ Neillin sylinteri toimi Babylon 5-avaruusaseman pohjana 1990-luvun samannimisessä TV-sarjassa sekä Arthur C. Clarken Rama-romaaneissa.

halu elää uusissa paikoissa on ajanut lajimme asettumaan maapallon ankarimpiin ilmastoihin aavikoilta tundrille. Jonain päivänä tuo sama halu (tai vähemmän optimistisesti tuho kotimaailmallemme) saattaa ajaa meidät asuttamaan kaikkein vaikeinta ympäristöä: avaruutta.

vaikka ne kuulostavat käsittämättömän futuristisilta, tuhansien ihmisten avaruusasemat ovat itse asiassa hyvin teknisen ja teknisen osaamisemme piirissä. Tiedemiehet ovat väittäneet, että pysyviä avaruusasemia voitaisiin rakentaa halvemmalla kuin mitä Yhdysvallat käyttää vuosittain sotavoimiinsa.

jo 1970-luvulla esimerkiksi Nasan rahoittamat tutkijat selvittivät useiden siirtokuntien toteutettavuutta. Ja he joutuivat tekemään sen alle 35 miljardilla dollarilla (nykyisen 200 miljardin dollarin pohjoispuolella). ”Kaiken piti perustua siihen, mitä tuolloin oli saatavilla”, sanoi Jerry Stone, British Interplanetary Societyn Project SPACE (Study Project Advancing Colony Engineering)-projektin johtaja.

tuo 1970-luvun työpaja tuotti kolme erillistä suunnittelukonseptia, joihin viitataan vielä nykyäänkin laajalti: Bernalin pallon, Stanfordin toruksen ja O ’ Neillin sylinterin. Käytämme niitä oppaanamme, mitä vaaditaan kukoistavan siirtokunnan rakentamiseen avaruuteen. Kaikki kolme mallia sisältävät olennaisesti elintilaa, jota pyöritetään painovoiman indusoimiseksi, ja tärkein ero on käytetty muoto.

Bernalin pallo

Bernalin pallon ulkopuoli. (Valokredit: National Space Society)

Bernalin pallo on pohjimmiltaan noin kilometrin läpimittainen maapallo, joka pyörii lähes kaksi kertaa minuutissa synnyttääkseen Maan kaltaista painovoimaa päiväntasaajaansa pitkin. (Tämä keinotekoisen painovoiman tunne purkautuisi napojen lähellä.)

noin 10 000 ihmistä saattoi kansoittaa sisätilan, heidän rakennuksensa reunustivat käyrää ja näkyivät yläpuolella kirkkaana yli pallon Lakeuden.

Bernalin pallosisustus. (Valokredit: Rick Guidice / NASA)

Stanford Torus

Stanford torus, donitsin muotoinen 430 jalkaa paksu putki, jonka halkaisija on 1,1 mailia, pyörii kerran minuutissa tuottaakseen painovoimansa. Sisempi osa putki on avoin, kuten elokuvassa Elysium, tai suljettu läpinäkyvä materiaali päästää valoa.

Stanfordin toruksen ulkopuoli. Peili, joka sijaitsee toruksen yläpuolella, ohjaa auringonvalon asuinkehään. (Photo Credit: Don Davis/NASA)

torus suojaisi yhtä paljon uudisasukkaita kuin sfääri. Horisontti kallistuisi poispäin, ylöspäin, ja asuttujen maisemien liitelevä rengas saisi uudet tulokkaat pyörtymään. Kuusi pinnaa yhdistää elinympäristön renkaan keskukseen, johon avaruusalus voi telakoitua. Massa-arvio: 10 miljoonaa tonnia.

the interior of a Stanford torus. (Kuva: Don Davis/NASA)

O ’Neillin Sylinteri

kolmas muoto on O’ Neillin sylinteri, jonka päärunko on noin 5 mailia leveä ja 20 mailia pitkä. Sisämaahan ulottuisi kolme maakaistaletta, ja kolme samankokoista, välissä olevaa liuskaa toimisi jättiläismäisinä, suljettuina ikkunoina.

sylinterin valtava koko tarkoittaa, että yhden kierroksen loiva pyörähdys puolentoista minuutin välein riittäisi maan painovoimalle. Yksi ongelma on kuitenkin se, että kappaleet haluavat pyöriä pitkän akselinsa ympäri, joten haluttavan lyhytakselisen Pyörimisnopeuden ylläpitämiseen tarvittaisiin aktiivinen ohjausjärjestelmä. O ’ Neill myös visioi, että sylinterit tulisivat aina vastapyörivinä pareina kumoamaan epävakauttavia, gyroskooppisia vaikutuksia, jotka saisivat sylinterit harhailemaan tarkoitetuista, aurinkoon suuntautuvista kulmistaan.

O ’ Neillin sylinterin sisustus. (Photo Credit: Rick Guidice/NASA)

vaikka mikä tahansa näistä avaruussiirtokunnista olisi paljon suurempi kuin ihmiskunnan tähän mennessä suurin avaruusinfrastruktuurihanke, Kansainvälinen avaruusasema, niiden suunnitelmat eivät aiheuttaisi ylitsepääsemättömiä teknisiä haasteita. ”Insinöörin näkökulmasta rakenne on erittäin helppo-insinöörilaskelmat ovat täysin päteviä”, sanoo Anders Sandberg, Oxfordin yliopiston Future of Humanity Instituten tutkija, joka on tutkinut megarakenteiden käsitteitä.

Kuun louhinta

suurempi kysymys on logistiikka. Tarpeeksi materiaalia avaruuteen siirtokunnan rakentamiseen maksaisi paljon. Parempi veto: perustetaan avaruuteen yksinkertaisia tuotantolaitoksia, jotka on suunniteltu käyttämään kuusta tai asteroideista louhittuja raaka-aineita.

O ’ Neillin visioima todellinen kustannussäästäjä olisi suuren sähkömagneettisen katapultin asentaminen kuuhun. Harrastajien keskuudessa Suositut coilguns-laitteet käyttävät sähkömagneetteja kuljettamaan magnetoitavaa hyötykuormaa akselia pitkin. Kuun heikon painovoiman ansiosta vain kuudesosa maan painovoimasta, runsaan materiaalin heittäminen avaruuteen olisi helppo nakki.

”kiva juttu sähkömagneettisessa kantoraketissa, kun se on rakennettu, laukaisukustannukset ovat aika lailla nollassa”, Stone sanoo. ”Sinun ei tarvitse tarjota polttoainetta, vain sähköä, ja saat sen auringosta aurinkoenergialla.”

raa ’ at kuu-tai asteroidiset ainesosat voitiin 3D-tulostustekniikan ansiosta muovata molekyyli kerrallaan useimpiin siirtokunnassa tarvittaviin komponentteihin. ”Tiedämme Apollo-näytteistä kuukivien ja maaperän koostumuksen”, Stone sanoo. ”On paljon happea, jota tarvitsemme hengittämiseen; paljon alumiinia, jota tarvitaan rakenneosiin; on piitä ikkunoihin; ja magnesiumia ja titaania ja muuta hyödyllistä tavaraa.”

muita keskeisiä rakenteellisia kohteita olisivat aurinkopaneelit energiaksi ja Peilit heijastuneen auringonvalon kulmaamiseksi asuinympäristöihin ikkunoidensa kautta. Robotit saattoivat hoitaa suuren osan rakentamisesta itse, ihmisten ohjaamina tai itsenäisesti työskennellen. Maa-aines ja muut maa-aineksille ominaiset esineet, kuten villieläimet, pitäisi jossain määrin kuljettaa ilmaan.

valmistuneet siirtokunnat sijaitsivat Lagrangian pisteessä, joka tunnetaan nimellä L5, vakauden saarella, jossa planeettamme, kuun ja auringon vetovoima tasapainottuu. Niille omistetut maatalousalueet (jotka sijaitsevat ylimääräisissä toreissa Bernalin pallon ulkopuolella tai O ’ Neillin sylinterin päätykannissa optimoiduilla ympäristönhallinnoilla) pitäisivät uudisasukkaat hyvin ruokittuina tuoreella ruoalla. Kauppa muiden siirtomaiden ja maan kanssa toisi kaikki saatavilla olevat tuotteet.

pesäkkeiden suojaamiseksi meteoriittien törmäyksiltä yhdyskunnan ulkopinnalle voitiin rakentaa pehmusteeksi valmistuksesta jäänyttä kuonaa. Yleisesti ottaen meteoriittien pitäisi asiantuntijoiden mukaan olla hallittavissa oleva riesa.

”meteoriitti, jonka kineettinen nopeus riittää ikkunapaneelin rikkomiseen, saattaa tapahtua kolmen vuoden välein”, Stone sanoo asiasta tehtyjen tutkimusten perusteella. Ikkunat tehtäisiin monista pienistä paneeleista, joten silloin tällöin rikkoutuminen ei olisi ongelma—yhdyskunnan ilman vuotaminen ulos veisi vuosisatoja.

asukkaiden suojaaminen haitalliselta avaruussäteilyltä on kuitenkin hankalampaa. Avaruudesta tulevia kosmisia säteitä ei voisi järkevästi pysäyttää, jos ihmiset eläisivät planeettamme ilmakehän suojan ulkopuolella. Avaruuden asukkailla olisi hieman kohonnut syöpäriski, jota voitaisiin lieventää tiheillä seulonnoilla, Stone sanoo.

mitä tulee auringosta tulevaan säteilyyn, useiden senttimetrien vesisuoja tukkisi suurimman osan siitä. Harvoin voimakkaiden auringonpurkausten aikana uudisasukkaat saattoivat hakeutua turvaan tiheästi suojattuihin ”myrskysuojiin” —toisin kuin varotoimenpiteet suurten Sääilmiöiden varalta täällä maan päällä.

yksi hyöty: Avaruussiirtokunnat olisivat immuuneja maallisille luonnonkatastrofeille. ”Siirtokunnissa ei olisi maanjäristyksiä, ei hurrikaaneja, ei tsunameja, ei tulivuoria”, Stone sanoo. ”Lisäksi hallitset säätä O’ Neillin sylinterissä. Koska se on niin iso, sinne muodostuisi luonnollisia sadepilviä.”

tuon kontrollin tason—ja mahdollisuuden menestyä tuonpuoleisessa rajaseudulla—pitäisi motivoida ihmiskuntaa jättämään planetaarinen kotimme. O ’ Neill kirjoittikin Physics Today-lehdessä vuonna 1974: ”uskon, että olemme nyt siinä pisteessä, että voimme halutessaan rakentaa uusia elinympäristöjä, jotka ovat paljon miellyttävämpiä, tuottavampia ja viehättävämpiä kuin suurin osa maapallosta.”