Войти
Пара цилиндров О'Нила 
Внутренний вид цилиндра О'Нила, показывающий чередующиеся полосы земли и окон A космическая среда обитания (также называемая космической колонией, космическим поселением, орбитальной средой обитания, орбитальное поселение или орбитальная колония ) представляет собой нечто большее, чем простая космическая станция, в том смысле, что оно предназначено как постоянное поселение или зеленая среда обитания, а не просто промежуточная станция или другое специализированное сооружение. Космическая среда обитания еще не построена, но многие дизайнерские концепции с разной степенью реализма исходят как от инженеров, так и от авторов научной фантастики.
Термин «космическая среда обитания» иногда включает в более широком смысле колонии, построенные на или в другом теле, кроме Земли - таком как Луна, Марс или астероид. Эта статья посвящена автономным структурам, предназначенным для сред с микроэлементами.
Идея космической среды обитания eithe На самом деле или вымысел восходит ко второй половине 19 века. «Кирпичная луна », вымышленная история, написанная в 1869 году Эдвардом Эвереттом Хейлом, возможно, первая письменная интерпретация этой идеи. В 1903 году пионер космоса Константин Циолковский размышлял о вращающихся цилиндрических космических колониях с растениями, питаемыми солнцем, в книге «За пределами планеты Земля». В 1920-е годы Джон Десмонд Бернал и другие размышляли о гигантских космических средах обитания. Дэндридж М. Коул в конце 1950-х и 1960-х годах размышлял о выдолблении астероидов и последующем вращении их для использования в качестве поселений в различных журнальных статьях и книгах, в частности, «Острова в космосе: вызов планетоидов».
A Стэнфордский тор интерьер 
Стэнфордский тор снаружи Было предложено несколько мотивов для строительства космических колоний :
(См.: Причины колонизации космоса или Космос и выживание.)
Ряд аргументов приводится в пользу космических сред обитания, имеющих ряд преимуществ:
В космосе много света, производимого Солнцем. На околоземной орбите это составляет 1400 ватт на квадратный метр. Эту энергию можно использовать для производства электричества от солнечных батарей или тепловых двигателей электростанций, обработки руды, освещения для роста растений и обогрева космических колоний.
Торговля местами обитания Земля-космос будет проще, чем торговля колониями Земля-планета, поскольку колонии, вращающиеся вокруг Земли, не будут иметь гравитационный колодец преодолеть, чтобы экспортировать на Землю, и меньший гравитационный колодец, чтобы преодолеть, чтобы импортировать с Земли.
Космические среды обитания могут быть снабжены ресурсами из внеземных мест, таких как Марс, астероиды или Луна (использование ресурсов на месте [ISRU]; см. Добыча на астероидах ). С помощью ISRU можно было производить кислород для дыхания, питьевую воду и ракетное топливо. Возможно, станет возможным производить солнечные панели из лунных материалов.
Большинство астероидов состоит из смеси материалов, которые можно добывать, и поскольку эти тела не имеют существенного гравитационных скважин, потребуется низкий дельта-V, чтобы извлекать из них материалы и доставлять их на строительную площадку.
По оценкам, в одном только главном поясе астероидов достаточно материала для строительства достаточно космической среды обитания, чтобы равняться площади обитаемой поверхности 3000 Землей.
Оценка 1974 года предполагала, что сбор всего материала в главном поясе астероидов позволит построить среду обитания, чтобы дать огромная общая вместимость населения. Используя свободно плавающие ресурсы Солнечной системы, эта оценка расширилась до триллионов.
Если большая область на оси вращения замкнута, возможны различные виды спорта с нулевым ускорением. возможны, в том числе плавание, дельтаплан и использование летательных аппаратов с двигателями человека.
Космическая среда обитания может быть пассажирским отсеком большого космического корабля для колонизации астероиды, луны и планеты. Он также может функционировать как корабль поколения для путешествий на другие планеты (см.: Космос и выживание ) или далекие звезды (Л.Р. Шеперд описал космический корабль поколения в 1952 году, сравнивая его с маленькая планета, на которой живет много людей).
Свечение над горизонтом, снятое с МКС.Требования к космической среде обитания многочисленны. Им придется обеспечить все материальные потребности сотен или тысяч людей в космической среде, которая очень враждебна человеческой жизни.
Воздух давление с нормальным парциальным давлением кислорода (21%), двуокиси углерода и азот (78%) - основное требование любой космической среды обитания. По сути, большинство концепций дизайна космических колоний предусматривают большие тонкостенные сосуды высокого давления. Необходимый кислород можно было получить из лунной породы. Азот легче всего получить с Земли, но он также почти идеально перерабатывается. Кроме того, азот в форме аммиака (NH. 3 ) можно получить из комет и спутников внешних планет. Азот также может присутствовать в неизвестных количествах на некоторых других телах во внешней солнечной системе. Воздух в колонии можно было переработать разными способами. Одна из концепций - использовать фотосинтетические сады, возможно, с помощью гидропоники или лесного садоводства. Однако они не удаляют определенные промышленные загрязнители, такие как летучие масла и избыточные простые молекулярные газы. Стандартный метод, используемый на атомных подводных лодках, аналогичной форме закрытой среды, заключается в использовании каталитической горелки, которая эффективно разлагает большинство органических веществ. Дополнительную защиту может обеспечить небольшая криогенная дистилляционная система, которая будет постепенно удалять примеси, такие как пары ртути, и благородные газы, которые нельзя сжигать каталитически.
Органические Также потребуются материалы для производства продуктов питания. Сначала большая часть из них должна быть импортирована с Земли. После этого переработка фекалий должна снизить потребность в импорте. Один из предлагаемых методов рециркуляции может начинаться с сжигания криогенного дистиллята, растений, мусора и сточных вод с воздухом в электрической дуге и дистилляции результата. Образовавшиеся углекислый газ и вода будут немедленно использованы в сельском хозяйстве. Нитраты и соли в золе можно растворить в воде и разделить на чистые минералы. Большая часть нитратов, солей калия и натрия перерабатывается в качестве удобрений. Другие минералы, содержащие железо, никель и кремний, можно химически очищать партиями и повторно использовать в промышленности. Небольшая фракция оставшихся материалов, значительно ниже 0,01% по весу, может быть переработана в чистые элементы с помощью невесомой масс-спектрометрии и добавлена в соответствующих количествах к удобрениям и промышленным запасам. Вероятно, что методы будут значительно усовершенствованы, поскольку люди фактически начнут жить в космических средах.
Долгосрочные исследования на орбите доказали, что невесомость ослабляет кости и мышцы и нарушает метаболизм кальция и иммунную систему. У большинства людей постоянный заложенный нос или проблемы с носовыми пазухами, а у некоторых людей наблюдается тяжелая неизлечимая укачивание. Большинство конструкций колоний будет вращаться, чтобы использовать инерционные силы для имитации гравитации. Исследования НАСА с цыплятами и растениями доказали, что это эффективный физиологический заменитель силы тяжести. Быстрый поворот головы в такой среде вызывает ощущение «наклона», поскольку внутреннее ухо движется с разной скоростью. Исследования с использованием центрифуг показывают, что люди заболевают движением в местах обитания с радиусом вращения менее 100 метров или с частотой вращения более 3 оборотов в минуту. Однако те же исследования и статистические выводы показывают, что почти все люди должны иметь возможность комфортно жить в местах обитания с радиусом вращения более 500 метров и менее 1 об / мин. Опытные люди не только были более устойчивы к укачиванию, но также могли использовать этот эффект для определения «вращательного» и «противовращательного» направления центрифуг.
Дизайн ледового купола Марса Лэнгли с 2016 года для базы на Марсе для усиления защиты используется замороженная вода Некоторые очень большие космические жилые комплексы могут быть эффективно защищены от космических лучей своей структурой и воздухом. Меньшие места обитания могут быть защищены неподвижными каменными мешками. Солнечный свет может попадать косвенно через зеркала в радиационно-стойких жалюзи, которые будут работать так же, как перископ.
Колония находится в вакууме и поэтому напоминает гигантский термос. В местах обитания также необходим радиатор для отвода тепла от поглощенного солнечного света. Очень маленькие места обитания могут иметь центральную пластину, которая вращается вместе с колонией. В этой конструкции конвекция поднимала бы горячий воздух «вверх» (к центру), а холодный воздух падал бы вниз во внешнюю среду обитания. Некоторые другие конструкции будут распределять охлаждающую жидкость, например, охлажденную воду из центрального радиатора.
Среда обитания должна выдерживать потенциальные удары космического мусора, метеороидов, пыли и т. Д. Большинство метеороидов, ударяющихся о Земля испаряется в атмосфере. Без плотной защитной атмосферы удары метеороида будут представлять гораздо больший риск для космической среды обитания. Радар будет обследовать пространство вокруг каждой среды обитания, отображая траекторию движения мусора и других искусственных объектов и позволяя предпринять корректирующие действия для защиты среды обитания.
В некоторых проектах (О'Нил) / НАСА Эймс «Стэнфорд Торос» и «Хрустальный дворец в шляпной коробке» имеют невращающийся экран космических лучей из уплотненного песка (~ 1,9 м толщиной) или даже искусственного заполнителя (1,7 м эрзац-бетона). В других предложениях используется скала как структура и интегральная защита (О'Нил, «Высокий рубеж». Шеппард, «Конкретные космические колонии»; космический полет, журнал BIS). В любом из этих случаев надежная защита от метеороидов обеспечивается внешней радиационной оболочкой ~ 4.5 тонн горного материала на квадратный метр.
Обратите внимание, что спутники на солнечной энергии предлагаются в диапазонах мощностью в несколько гигаватт, и такие энергии и технологии позволят постоянно отображать радиолокационное картирование близлежащего трехмерного пространства вне зависимости от того, насколько далеко. ограничено только усилиями, затраченными на это.
Предложения доступны Он способен перемещать ОСЗ даже километрового размера на высокие околоземные орбиты, и реактивные двигатели для таких целей будут перемещать космическую колонию и любой щит сколь угодно большого размера, но не своевременно и не быстро, поскольку тяга очень мала по сравнению с огромной массой.
Для большинства геометрий зеркал требуется, чтобы что-то в среде обитания было направлено на солнце, поэтому контроль ориентации необходим. Первоначальная конструкция О'Нила использовала два цилиндра в качестве импульсных колес для вращения колонии и сдвигала направленные к солнцу оси вместе или по отдельности, чтобы использовать прецессию для изменения их угла.
Даже самые маленькие из конструкций среды обитания, упомянутые ниже, более массивны, чем общая масса всех предметов, которые люди когда-либо запускали на околоземную орбиту вместе взятые.. Предпосылками к созданию среды обитания являются либо более низкие затраты на запуск, либо база добычи и производства на Луне или другое тело, имеющее низкую дельта-v от желаемого места обитания.
Оптимальные орбиты среды обитания все еще обсуждаются, поэтому поддержание орбитальной станции, вероятно, является коммерческой проблемой. Лунные орбиты L4 и L5 теперь считаются слишком далекими от Луны и Земли. Более современное предложение состоит в использовании резонансной орбиты «два к одному», которая попеременно имеет близкий, низкоэнергетический (дешевый) подход к Луне, а затем к Земле. Это обеспечивает быстрый и недорогой доступ как к сырью, так и к основным рынкам. В большинстве проектов колоний планируется использовать электромагнитный трос или привод массы, используемый в качестве ракетных двигателей. Их преимущество в том, что они либо вообще не используют реакционную массу, либо используют дешевую реакционную массу.
Описание космической станции с вращающимся колесом в Hermann Noordung Проблема космических путешествий (1929) Примерно в 1970 году, ближе к концу Проекта Аполлон (1961–1972), Джерард К. О'Нил, физик-экспериментатор из Принстонского университета, искал тему, чтобы соблазнить своих студентов-физиков, большинство из которых первокурсников инженеров. Ему пришла в голову идея поручить им расчеты осуществимости для больших космических сред обитания. К его удивлению, среды обитания казались возможными даже в очень больших размерах: цилиндры диаметром 8 км (5 миль) и длиной 32 км (20 миль), даже если они были сделаны из обычных материалов, таких как сталь и стекло. Кроме того, студенты решали такие задачи, как радиационная защита от космических лучей (почти бесплатно в больших размерах), получение естественных углов Солнца, обеспечение энергии, реалистичное сельское хозяйство без вредителей и управление орбитой без реактивных двигателей. О'Нил опубликовал статью об этих концепциях колоний в журнале Physics Today в 1974 году. (См. Иллюстрацию такой колонии выше, классическую «Колонию О'Нила»). Он расширил статью в своей книге 1976 года The High Frontier: Human Colonies in Space.
Результат побудил НАСА спонсировать несколько летние мастерские под руководством О'Нила. Были изучены несколько концепций с размерами от 1000 до 10 000 000 человек. включая версии тора Стэнфорда . НАСА было представлено три концепции: сфера Бернала, тороидальная колония и цилиндрическая колония.
В концепциях О'Нила был пример схемы окупаемости: строительство спутников на солнечной энергии с Луны. материалы. О'Нил не делал упор на создание спутников на солнечной энергии как таковых, но скорее предложил доказательство того, что орбитальное производство из лунных материалов может приносить прибыль. Он и другие участники предполагали, что, как только такие производственные мощности начнут производство, для них будет найдено множество выгодных применений, и колония станет самоокупаемой и начнет строить также другие колонии.
Концептуальные исследования вызвали заметный общественный интерес. Одним из результатов этого расширения стало основание Общества L5 в США, группы энтузиастов, которые хотели построить такие колонии и жить в них. Группа была названа в честь орбиты космической колонии, которая тогда считалась наиболее прибыльной: орбита в форме почки вокруг любой из лунных точек Лагранжа Земли 5 или 4.
В 1977 году О'Нил основал Институт космических исследований, который первоначально профинансировал и сконструировал некоторые прототипы нового оборудования, необходимого для колонизации космоса, а также как подготовка ряда технико-экономических обоснований. Один из первых проектов, например, включал серию функциональных прототипов массового двигателя, важной технологии для эффективного перемещения руды с Луны на орбиты космических колоний.
Некоторые концептуальные исследования НАСА включали:
Космическая станция Бола
Космический корабль Бола Марс
Орбитальная космическая станция Kalpana One
Различные концепции
Следующие проекты и предложения, хотя и не являются настоящими космическими средами обитания, включают аспекты того, что они будут иметь, и могут представлять собой ступеньки на пути к построению космоса среды обитания.
Многоцелевой космический исследовательский корабль (MMSEV) Nautilus-X : это предложение НАСА 2011 года по длительному пилотируемому космическому транспортному кораблю включало отсек искусственной гравитации предназначен для улучшения здоровья экипажа до шести человек, выполняющих миссии продолжительностью до двух лет. partial-g torus-ring центрифуга будет использовать как стандартные металлические каркасы, так и надувные конструкции космического корабля и обеспечит от 0,11 до 0,69 g, если он построен с диаметром 40 футов (12 м).
ISS Centrifuge Demo, также предложенный в 2011 году в качестве демонстрационного проекта для подготовки окончательного проекта большой космической среды обитания центрифуги Torus для многоцелевого космического исследования Транспортное средство. Структура должна иметь внешний диаметр 30 футов (9,1 м) с диаметром внутреннего поперечного сечения кольца 30 дюймов (760 мм) и обеспечивать парциальную гравитацию от 0,08 до 0,51 г. Эта центрифуга для испытаний и оценки могла бы стать модулем сна для экипажа МКС.
Коммерческая космическая станция Бигелоу была анонсирована в середине 2010 года. Первоначальное строительство станции ожидается в 2014/2015 гг. Бигелоу публично продемонстрировал проектные конфигурации космической станции, содержащие до девяти модулей, содержащих 100 000 кубических футов (2800 м) жилого пространства. Бигелоу начал публично называть первоначальную конфигурацию «космическим комплексом Альфа» в октябре 2010 года.
Космические среды обитания вдохновили большое количество вымышленных обществ научной фантастики.. Некоторые из самых популярных и узнаваемых - это японская вселенная Gundam, космическая станция Deep Space Nine и космическая станция <133.>Вавилон 5.
Действие фантастического фильма 2013 года Элизиум происходит как на опустошенной Земле, так и на роскошной космической станции с вращающимся колесом под названием Elysium.
В эпическом фильме 2014 года Интерстеллар главный герой Джозеф Купер просыпается на космической станции, вращающейся вокруг Сатурна в направлении кульминации фильма.
 | Викискладе есть материалы, связанные с Космическими средами обитания. |
