Jak stworzyć miasto w kosmosie za pomocą asteroidy

YuZespół naukowców odkrył praktyczny sposób przekształcania asteroid w siedliska kosmiczne, orbitowania wokół nich i tworzenia gigantycznych pierścieni miejskich wielkości Manhattanu.

Zdjęcie na banerze: artystyczne przedstawienie koncepcji miasta wewnątrz asteroidy. (Uniwersytet w Rochester/Michael Osadcio)

Tak więc zespół naukowców z University of Rochester przyjrzał się „wysoce teoretycznemu” badaniu… czy to możliwe? Wyzwaniem, jakie postawili sobie naukowcy, było stworzenie kosmicznego habitatu wielkości miasta, w którym ludzie mogliby mieszkać na stałe, bez konieczności uciekania się do wystrzeliwania materiałów w kosmos z Ziemi.

Naukowcy postanowili myśleć o asteroidach jako o dużych stosach materii i według Adama Franka, współautora i profesora fizyki i astronomii:

Wszystkie te góry krążące wokół Słońca mogą być szybszą, tańszą i wydajniejszą drogą do kosmicznych miast. Problem polega na tym, że nie jest wystarczająco duży, aby zapewnić użyteczną ilość energii. Dlatego zespół wybrał 0,3 grama jako minimum, czyli o około jedną trzecią mniej niż to, co można uzyskać, żyjąc na Marsie.

Aby stworzyć pewną grawitację, można wywiercić otwór w asteroidzie o odpowiednim rozmiarze i obrócić się jak stacja pierścieniowa, wykorzystując siłę odśrodkową do wytworzenia 0,3 grama. Następnie możesz zbudować całe miasto wewnątrz wirującej asteroidy. Oczywiście w środku będzie ciemno, ale skała ochroni mieszkańców przed niebezpiecznym promieniowaniem kosmicznym. Byłoby to możliwe, gdyby asteroida była zbudowana z twardych skał o dużej wytrzymałości na rozciąganie. Ale większość asteroid nie jest litą skałą, przynajmniej nie większość asteroid w naszym Układzie Słonecznym.

Zespół zbadał skład lokalnych „latających gór” i odkrył, że większość z nich to raczej ogromne stosy moren, grupy skał różnej wielkości utrzymywane razem przez własną grawitację. Wywierć jeden z nich i obróć go, a „ziemia”, którą próbujesz stworzyć wewnątrz asteroidy, zostanie wyrzucona w kosmos i zniknie.

Jak więc zbudować przyjazne człowiekowi miasto ze sterty kosmicznych śmieci? Postanowili umieścić je w gigantycznej walizce. Cylindryczna torba, nieco większa od samej asteroidy, wykonana z elastycznej, lekkiej i niezwykle mocnej siatki z włókna węglowego.

Z badania: Obrotowy cylindryczny habitat pokryty panelami słonecznymi. Wewnątrz znajduje się gruba warstwa szczątków asteroid i uderzeń, które działają jak osłona przed promieniowaniem. Pod panelami słonecznymi znajduje się mocna, sztywna obudowa, która zapobiega zapadaniu się zanieczyszczeń. Siedlisko obraca się wokół swojej osi podłużnej, generując grawitację na wewnętrznej powierzchni. (Peter Miklavczyk i in. / Frontiers in Astronomy and Space Science)

Według głównego autora badania i doktoranta, Petera Miklavcicia:

Ta torba byłaby bardzo lekka w porównaniu z masą asteroidy i pozostałościami siedliska, ale wystarczająco mocna, aby utrzymać wszystko razem. Co więcej, nanorurki węglowe są obecnie opracowywane i istnieje duże zainteresowanie zwiększeniem skali ich produkcji do zastosowań na dużą skalę.

Zespół postanowił modelować operację z małej asteroidy, takiej jak benopromień 300m. Ten ostatni zostanie owinięty w worek nanowłókien, których promień początkowy jest identyczny z promieniem samej asteroidy, ale który dzięki dylatacjom absorbującym asteroidę ma rozszerzyć się jak akordeon do promienia około 3 km. wkomponowany w jego strukturę.

Porównanie wielkości asteroidy Bennu. (NASA)

Potem nadszedł czas, aby zacząć obracać asteroidę i obracać ją do góry nogami. Zespół ustalił, że jest to możliwe przy użyciu armat na śmieci zasilanych energią słoneczną, zamontowanych na zewnątrz siatki zabezpieczającej, które zbierałyby kawałki gruzu z asteroidy za pomocą przenośników taśmowych lub Śruba Archimedesai wystrzelą go stycznie w przestrzeń, tworząc moment skręcający na masie asteroidy.

To zdjęcie pokazuje asteroidę Bennu wypluwającą cząstki skał ze swojej powierzchni 19 stycznia 2019 r. Powstało z połączenia dwóch zdjęć wykonanych przez należącą do NASA sondę kosmiczną OSIRIS-REx. (NASA/Goddard/Uniwersytet Arizony)

W zależności od ilości dostępnej energii słonecznej, liczby armat gruzowych i wielkości kawałków gruzu, które rzucasz, zespół stworzył formułę określającą, ile czasu zajmuje łazikowi obracanie się z prędkością potrzebną do uzyskać sztuczną korzyść grawitacyjną. W przypadku przykładu wielkości Bennu zespół stwierdził, że możliwe byłoby doprowadzenie go do tej prędkości w ciągu kilku miesięcy.

Z badania: Gdy asteroida obraca się coraz szybciej, jej rozpadająca się masa jest wyrzucana na zewnątrz, aby wypełnić i rozszerzyć worek nanowłókien. (Peter Miklavczyk i in. / Frontiers in Astronomy and Space Science)

W tym momencie asteroida będzie obracać się wystarczająco szybko, aby jej powierzchnia mogła naciskać na worek z nanowłókien przez siłę odśrodkową, a inżynierowie mogą zacząć zwalniać worek, aby umożliwić mu rozszerzenie się na zewnątrz. Ściśnij wokół torby. Po osiągnięciu pełnego promienia 3 km worek rozciąga się i voila: pierścień, który obraca się wystarczająco szybko, aby wytworzyć użyteczną grawitację, z warstwą skalistej ziemi o głębokości około dwóch metrów, która może służyć jako skuteczna osłona przed promieniowaniem kosmicznym.

Według Adama Franka:

Według naszych obliczeń asteroida o średnicy 300 metrów i kilka boisk piłkarskich mogłaby zostać przekształcona w cylindryczne siedlisko kosmiczne o powierzchni mieszkalnej około 56,9 km2. Jest wielkości Manhattanu.

Według zespołu, „naprężenie pierścienia” nałożone na sieć nanowłókien węglowych byłoby „znacznie mniejsze niż w przypadku wielu obecnych materiałów budowlanych”, nawet gdyby zaczęło się od asteroidy o promieniu 500 metrów i wszystko obracało się wystarczająco szybko, aby wywołać sztuczne równoważnik grawitacyjny Ziemi (1 g).

Zespół doszedł więc do wniosku, że przekształcenie asteroid w worki z siatki nanowłókien brzmi jak wykonalny sposób na położenie fundamentów pod kosmiczne miasto i wydaje się, że jest to znacznie tańszy i łatwiejszy sposób niż próba wystrzelenia wszystkich materiałów z Ziemi. Jednak sprzęt potrzebny do zaludnienia tego skalistego, jałowego pierścienia budynkami, systemami podtrzymywania życia, spacjami i barierami musi zostać uwolniony, aby ludzie nie odlecieli w całkowitej ciemności po zgubieniu się w drodze do domu.

Jeszcze według Adama Franka:

Oczywiście w najbliższej przyszłości nikt nie będzie budował miast na asteroidach, ale technologie potrzebne do tego typu architektury nie łamią żadnych praw fizyki. Pomysł miast na asteroidach może wydawać się trochę naciągany, dopóki nie zdasz sobie sprawy, że w 1900 roku nikt nie latał samolotem, a dziś tysiące ludzi siedzi wygodnie w fotelach. Gdy pędzą setki mil na godzinę, mile nad powierzchnią ziemi. Kosmiczne miasta mogą dziś wydawać się fantazyjne, ale historia pokazuje, że mniej więcej stulecie postępu technologicznego może sprawić, że rzeczy niemożliwe staną się możliwe.

Badanie opublikowane w czasopiśmie Frontiers in Astronomy and Space Sciences: Bennu Habitat: Koncepcje projektowe obracającego się siedliska utworzonego ze sterty gruzu w pobliżu asteroid ziemskich I zobacz go na stronie internetowej University of Rochester: Naukowcy z Rochester wykorzystują zasady fizyki i inżynierii, aby pokazać, w jaki sposób asteroidy mogą być w przyszłości opłacalnymi siedliskami kosmicznymi.