Группа ученых из Рочестерского университета переосмыслила идею о создании космической среды обитания размером с город, в которой люди могли бы жить на постоянной основе. Их цель — решить проблему, связанную с запуском материалов для строительства с Земли.
Ключ — в астероидах
Астероиды — относительно небольшие небесные тела Солнечной системы, которые движутся по орбите вокруг звезды. Они гораздо меньше планет, зачастую неправильной формы. У них нет атмосферы, хотя иногда есть естественные спутники.
Как и метеориты, они состоят из железа, никеля и различных каменистых пород. По составу они близки к планетам земной группы. Свое название астероиды получили за сходство со звездами при наблюдении в телескоп. Будучи крохотными, астероиды кажутся, как и звезды, точками.
Авторы нового исследования рассматривают их как огромные груды материалов. «Эти летающие горы, вращающиеся вокруг Солнца, могут обеспечить нам более быстрый, дешевый и эффективный путь к созданию космических городов», — объясняет Адам Франк, соавтор исследования, профессор физики и астрономии.
В чем проблема?
Казалось бы, отличная идея — просто поселиться на астероидах. Но проблема в том, что они далеко не настолько велики, чтобы обеспечить достаточную полезную гравитацию. А это важно, многочисленные исследования показали — длительные периоды в невесомости или при условиях низкой гравитации вызывают проблемы со здоровьем у космонавтов. Минимальное возможно значение, согласно оценке ученых, составляет 0,3 g.
Впечатление художника от изгнанного астероида 2004 EW95. Предоставлено: ESO, Wikimedia Commons
Чтобы создать хоть какую-то гравитацию, в теории, можно потенциально «взять» астероид огромного размера и «раскрутить» его, как кольцевую станцию, используя центробежную силу для создания этих 0,3 g. Затем — построить город полностью внутри вращающегося объекта. Согласно оценкам ученых, камень защитит людей от вредной космической радиации. Это может сработать, будь астероид сделан из более твердой породы с высокой прочностью на растяжение.
Но еще одна проблема состоит в том, что большинство астероидов состоит из недостаточно твердых пород — по крайней мере, в Солнечной системе. Исследование показало, что большинство из них представляют собой «гигантские груды щебня» — скопления камней разного размера, слабо удерживаемых вместе взаимной гравитацией. Если раскрутить такой объект, он разлетится на части.
Есть решение
В итоге ученые по-другому посмотрели на эту груду космического мусора. Их ответ — засунуть его в «гигантский мешок». Ученые представили себе сумку цилиндрической формы, которая немного больше самого астероида, сделанная из гибкой, сверхлегкой и сверхпрочной сетки из углеродных нановолокон. Это, по словам ведущего автора и кандидата наук Питера Миклавчича, подойдет для создания внеземной среды обитания.
Цилиндрическая вращающаяся среда обитания, покрытая солнечными батареями. Внутри находится толстый слой астероидного щебня и реголита, который защищает от радиации. Прямо под солнечными панелями находится прочный жесткий контейнер, который не дает обломкам разлететься. Среда обитания вращается вокруг своей продольной оси, создавая гравитацию на внутренней поверхности.Источник: Frontiers
В качестве примера ученые смоделировали процесс вокруг небольшого астероида, похожего на Бенну, радиусом 300 м. По плану, надо использовать мешок из нановолокна с начальным радиусом, достаточным для охвата астероида, но предназначенным для расширения до радиуса около 3 км и со встроенными энергопоглощающими компенсаторами.
Затем ученые предлагают раздробить астероид на кусочки и вывернуть его наизнанку. Исследователи решили, что это возможно, если использовать пушки, которые работают на солнечной энергии. Их надо прикрепить к внешней поверхности защитной сети. Они будут захватывать куски астероидных обломков с помощью конвейерных лент или винтов Архимеда. А затем — отбрасывать их по касательной в космос, создавая крутящий момент.
По мере того, как астероид будет вращаться все быстрее и быстрее, его щебнистая масса выбросится наружу, заполняя и расширяя мешок из нановолокна. Предоставлено: Университет Рочестера
По мере того, как астероид будет вращаться все быстрее и быстрее, его щебнистая масса выбросится наружу, заполняя и расширяя мешок из нановолокна.
Как это будет выглядеть?
В зависимости от разных параметров (количества солнечной энергии, пушек и кусков щебня), команда создала формулу. Она показывает, сколько времени потребуется, чтобы раскрутить материал астероида до нужного состояния и на какой скорости, чтобы добиться полезной искусственной гравитации. Выглядит формула так:
Источник: Frontiers
Для примера, объект размером с Бенну можно ускорить в течение нескольких месяцев.
Основываясь на расчетах ученых, астероид диаметром 300 метров можно таким образом «расширить» до цилиндрической космической среды обитания с жилой площадью около 56,9 км². Это примерно размер Манхэттена. При этом напряжение, воздействующее на сетку из углеродного нановолокна, будет в пределах диапазона многих существующих сегодня строительных материалов.
Получается цилиндрическая вращающаяся среда обитания, покрытая солнечными батареями. Внутри находится толстый слой астероидного щебня и реголита, который защищает от радиации. Прямо под солнечными панелями находится прочный жесткий контейнер, который не дает обломкам разлететься. Среда обитания вращается вокруг своей продольной оси, создавая гравитацию на внутренней поверхности.
Что в итоге?
Проведя расчеты, ученые пришли к выводу, что выворачивание астероидов наизнанку в сетчатых мешках из нановолокна — действительно реальный способ закладки фундамента для космического города. Как оказалось, это гораздо дешевле и проще, чем запустить материалы для строительства с Земли.
Читать далее:
17-летний инженер придумал безмагнитный двигатель: его смогут применять в электромобилях
Недалеко от Земли нашли две планеты. Возможно, они обитаемы
Уникальный метеор переписал историю Солнечной системы: откуда он прилетел
Фото на обложке предоставлено Университетом Рочестера