Sbírky

Jsou vesmírná stanoviště způsobem budoucnosti?

Jsou vesmírná stanoviště způsobem budoucnosti?

Podle některých leží budoucnost lidstva ve vesmíru. Kromě návrhů od národů, jako je Čína, které oznámily plány na vybudování základny na Měsíci v příštím desetiletí, se některé soukromé letecké společnosti snaží uskutečnit pravidelné cesty na Měsíc i mimo něj.

Jednoho dne by to mohlo vést k podnikům, jako je vesmírná turistika - kde si zákazníci mohou rezervovat výlet na oběžnou dráhu, Měsíc a dokonce i Mars - a dokonce k vytvoření komerčních vesmírných stanic a měsíčních a marťanských kolonií.

Po generace lidé fantazírovali o dni, kdy by lidé mohli žít na Měsíci nebo Marsu. Ale se vším vývojem, ke kterému došlo v uplynulém desetiletí, se dostáváme do bodu, kdy některé z těchto myšlenek začínají vypadat realističtěji.

To si klade otázku: jak budou lidé na dálku žít ve vesmíru? Měli bychom své kořeny zasazovat do půdy jiných planet a měnit je (nebo sami sebe), abychom zajistili naše přežití? Nebo bychom měli hledat vytvoření obíhajících stanovišť s mikroklimaty a umělou gravitací?

Pokud jde o zdroje, čas, úsilí a ubytování, jsou vesmírná stanoviště cestou? A z přísně analýzy nákladů a přínosů je to lepší volba než kolonizovat planety, měsíce a jiné nebeské objekty?

Kolonizující prostor

Během semináře Planetary Science Vision 2050, který se konal v únoru 2017 v sídle NASA ve Washingtonu DC, se sešli vědci z celého světa, aby sdíleli výzkum a prezentace o budoucnosti lidstva ve vesmíru.

Právě zde Valerij Jakovlev - astrofyzik a hydrogeolog z Laboratoře kvality vody v ukrajinském Charkově přednesl příspěvek s názvem „Mars Terraforming - špatná cesta“.

Spíše než kolonizovat a transformovat různá těla sluneční soustavy, tvrdil, že místo toho by lidstvo mělo konstruovat vesmírná stanoviště. Při řešení myšlenky založení stálé kolonie na Marsu tvrdil, že:

„[A] radikální překážkou je nedostupnost lidských bytostí žít v podmínkách snížené gravitace Měsíce a Marsu v jejich pozemských tělech, přinejmenším v příštích desetiletích.“

„Pokud je cestou průzkumu vesmíru vytvoření kolonie na Marsu a další pokusy o terraformaci planety, povede to k neoprávněné ztrátě času a peněz a ke zvýšení známých rizik lidské civilizace.“

Důvodem je podle Yakoleva to, že povrchová stanoviště a terraformace neřeší hlavní výzvy kolonizujícího prostoru. Jeho obavou je, že místo toho, aby se zaměřil na to, jak se tam dostat nebo jak hodláme vytvořit potřebnou infrastrukturu, hlavní výzva života ve vesmíru spočívá v obtížnosti mít děti ve vesmíru.

Nebezpečí života ve vesmíru

Přiznejme si to, pokud jde o život ve vesmíru, neexistují žádné nedostatky. Kromě nebezpečí života v zapečetěné tlakové plechovce, která je pod tlakem, to je jediná věc mezi obyvateli a vakuem vesmíru, je tu také spousta věcí, které vás mohou zabít.

Mikrometeoroidy jsou jedno nebezpečí. Tyto malé částice vesmírného odpadu mohou představovat hrozbu pro operace kosmických lodí na oběžné dráze Země. I když jsou malé a váží méně než gram (0,035 unce), mohou dosáhnout obrovské rychlosti a generovat značnou sílu nárazu.

Průměrná rychlost mikrometeoroidů ve srovnání s kosmickou lodí na oběžné dráze je asi 10 km / s (6,2 mil / s), který funguje 36 000 km / h (22 500 mph). I když není pravděpodobné, že by jednotlivé rázy narušily skafandr nebo trup kosmické lodi nebo vesmírné stanice, dlouhodobá expozice může způsobit značné opotřebení.

Pak existuje nebezpečí, které představuje záření ve vesmíru. Díky zemské atmosféře a jejímu ochrannému magnetickému poli jsou lidé ve vyspělých zemích, jako jsou USA, vystaveni průměrnému záření pozadí kolem 0,31 rem (3,1 mSv), přičemž dalších 0,31 rem (3,1 mSv) ročně je způsobeno člověkem prameny.

Kromě ochrany naší atmosféry a magnetosféry jsou však astronauti vystaveni mnohem vyšším úrovním slunečního záření a galaktických kosmických paprsků (GCR). Existuje také zvýšené záření, které přichází s událostmi slunečních částic (SPE).

Podle studií NASA jsou astronauti na palubě Mezinárodní vesmírné stanice (ISS) po dobu šesti měsíců vystaveni dávkám ionizujícího záření v rozmezí 50 až 2 000 mSv.

Tyto a další studie stanovily pro astronauty horní hranici 500 mSv ročně, což je nejvyšší roční dávka, u které nebylo pozorováno zvýšení rychlosti výskytu rakoviny u lidí.

Delší expozice však dramaticky zvyšuje riziko akutní radiační nemoci, rakoviny, poškození centrálního nervového systému, zvýšeného rizika degenerativních onemocnění, genetického poškození a dokonce i smrti.

Dlouhodobé účinky nízké gravitace

Na Zemi se gravitační síla rovná 9,8 metru za sekundu za sekundu (9,8 m / s²). To znamená, že jakýkoli objekt ve volném pádu směrem k povrchu zrychluje rychlostí 9,8 metrů (32 stop) každou sekundu klesá.

Dlouhodobé vystavení mikrogravitaci (kterou astronauti zažívají na oběžné dráze) nebo nižší úrovni gravitace, může mít nepříznivé účinky na všechny živé tvory, které se vyvinuly v „pozemské normální“ gravitaci (nebo 1 G). Bylo provedeno několik studií tohoto jevu, převážně na palubě ISS.

To zahrnuje klíčovou studii NASA Twins Study, kde byli pro srovnávací analýzu použity astronauti Scott a Mark Kelly. Zatímco Scott Kelly působil jako testovaný subjekt a strávil rok na palubě ISS, Mark Kelly zůstal na Zemi a působil jako kontrola.

Po návratu Scotta Kellyho na Zemi bylo na obou astronautech provedeno více fyzických látek. Kromě ztráty svalové a kostní hustoty studie ukázaly, že dlouhodobé mise do vesmíru vedly ke snížení funkce orgánů, zraku a dokonce i genetickým změnám. Opětovné přizpůsobení se normální gravitaci Země může být pro astronauty také náročné a bolestivé.

V současné době není zcela známo, zda může lékařský pokrok tyto účinky potlačit či nikoli. Rovněž není známo, zda budou nebo nebudou rehabilitační strategie, jako jsou ty, které zahrnují centrifugy, účinné po dlouhou dobu.

To vyvolává otázku, proč jednoduše nezřídit stanoviště, která jsou schopna simulovat zemskou normální gravitaci? Obyvatelé by nejen nepotřebovali lékařský zásah, aby zabránili fyzické degeneraci, ale také by mohli mít děti ve vesmíru bez dalších obav z účinků mikro-gravitace.

Pokud jde o to, jaký druh vesmírných stanovišť bychom mohli postavit, existuje řada možností, z nichž všechny byly prozkoumány ve sci-fi a oficiálních studiích.

Historie konceptu

Stejně jako výzkum v oblasti raketové techniky a průzkumu vesmíru, myšlenka vytváření stanovišť na oběžné dráze Země nebo ve vesmíru předchází vesmírný věk a sahá až do počátku 20. století.

Také zde má velký dluh Konstantin Tsiolkovsky (1857 - 1935), jeden ze zakladatelů raketové techniky a letectví. V roce 1903 publikoval studii nazvanou „Investigation of Outer Space Rocket Devices“, kde navrhl použít rotaci k vytvoření umělé gravitace ve vesmíru.

V roce 1928 vydal slovenský raketový inženýr Herman Potočnik svou klíčovou knihu Das Problem der Befahrung des Weltraums der Raketen-Motor (Problém vesmírného cestování - raketový motor). Zde navrhl postavit rotující stanici ve tvaru kola s průměrem 30 metrů (~ 100 stop), která by mohla být umístěna na geostacionární oběžné dráze.

V roce 1929 napsal irský vědec John Desmond Bernal „The World, the Flesh & the Devil: An Enquiry into the Future of the Three Enemies of the Racational Soul“, ve kterém popsal duté sférické vesmírné stanoviště měřící 16 km v průměr, naplněný vzduchem a schopný pojmout populaci 20 000 až 30 000 lidí.

V padesátých letech německo-američtí raketoví vědci Wernher von Braun a Willy Ley tuto myšlenku aktualizovali jako součást článku a šířili se Časopis Colliers - s názvem „Muž brzy dobije vesmír!“

Von Braun a Ley si představili třípodlažní rotující kolo o průměru 76 metrů (250 stop). Toto kolo by se točilo rychlostí 3 otáčky za minutu, aby poskytlo umělou gravitaci (jednu třetinu zemské gravitace), a fungovalo jako místo zastávky kosmické lodi směřující na Mars.

V roce 1954 popsal německý vědec Hermann Oberth ve své knize použití masivních rotujících válců pro cestování do vesmíru „Lidé do vesmíru - nové projekty pro rakety a cestování do vesmíru“ (Menschen im Weltraum - Neue Projekte für Raketen- und Raumfahrt).

V roce 1975 uspořádalo NASA Ames Research Center a Stanford University první výroční letní studii NASA. Tento desetitýdenní program viděl profesory, technické ředitele a studenty, aby se spojili, aby vytvořili vizi toho, jak mohou lidé někdy žít ve velké vesmírné kolonii.

Výsledkem toho bylo Stanford Torus Space Settlement, design vesmírné stanice připomínající kolo, která pojme 10 000 lidí a bude se otáčet tak, aby poskytovala pocit normální Země nebo částečné gravitace.

V roce 1974, během výuky na Princetonské univerzitě, navrhl fyzik Gerard K. O'Neill koncept rotujícího válce ve vesmíru, který byl podrobně popsán v článku ze září 1974 Fyzika dnes - s názvem „Kolonizace vesmíru“.

Tato myšlenka byla výsledkem kooperativní studie, kde O'Neillovi studenti dostali za úkol navrhnout stanice, které by umožnily kolonizaci vesmíru do 21. století s využitím materiálů extrahovaných z Měsíce a planetek z blízké Země (NEA).

O'Neill to rozšířil ve své knize z roku 1976, The High Frontier: Human Colonies in Space, zdůraznění toho, jak by tyto typy „ostrovů ve vesmíru“ mohly být postaveny pomocí stávající technologie.

„Nyní máme technologickou schopnost zakládat velké komunity ve vesmíru,“ napsal, „komunity, ve kterých lze provádět výrobu, zemědělství a všechny ostatní lidské činnosti.“

Podle jeho popisu by tento válec sestával ze dvou protiběžných válců, které měří 8 km v průměru a 32 km dlouho. To by poskytlo umělou gravitaci a zároveň by zrušilo veškeré gyroskopické efekty.

V průběhu 90. let bylo navrženo několik aktualizovaných verzí těchto konceptů, a to především díky soutěži Space Settlement Contest, kterou zahájila NASA a NSS v roce 1994.

Jednalo se o aktualizované verze válců O'Neill, Bernal Spheres a stanic kol, které by využívaly nejnovější vývoj v oblasti technologií a vědy o materiálech.

V roce 2011 Mark Holderman a Edward Henderson - z týmu pro posuzování technologických aplikací NASA (TAAT) - navrhli koncept vesmírné stanice s rotujícím kolem. Toto bylo známé jako Non-Atmospheric Universal Transport Intended for Longy United States Exploration (Nautilus-X).

Koncept byl původně navržen pro dlouhodobé mise (1 až 24 měsíců) s cílem omezit účinky mikrogravitace na lidské zdraví. V poslední době byla myšlenka prozkoumána jako možný modul spánkových čtvrtí, který by byl integrován do ISS.

To by umožnilo experimentovat s umělou gravitací, aniž by byla zničena užitečnost ISS pro experimenty v mikrogravitaci. Výzkum by také mohl pomoci vylepšit koncepty kosmických lodí, které jsou schopné simulovat gravitaci pomocí odstředivky.

V roce 2010 začala NASA pracovat na naplnění své vize budoucnosti lidského průzkumu vesmíru, nyní známé jako program „Měsíc na Mars“. Tento program předpokládal vývoj nové generace těžkých nosných raket, kosmických lodí a vesmírných stanic, které by umožňovaly lidský průzkum mimo Zemi.

Ústřední součástí architektury mise je Deep Space Gateway, obíhající stanoviště, které by bylo postaveno v cis-lunárním prostoru. Toto stanoviště by usnadnilo budoucí mise na Měsíc pro NASA, další vesmírné agentury a obchodní partnery, a zároveň by sloužilo jako místo zastávky pro mise na Mars.

V roce 2018 bylo navrhované stanoviště přejmenováno na Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G) - nebo jen na Lunar Gateway. Navrhovaná konfigurace vyžaduje vytvoření modulární stanice skládající se z osmi prvků, které přispěly NASA a mezinárodní partneři.

Tato stanice bude sloužit jako mezipřistání, kde posádky vypuštěné ze Země - pomocí systému Space Launch System (SLS) a vesmírné kapsle Orion - budou moci přistávat a doplňovat zásoby. Astronauti a komerční posádky budou moci cestovat na měsíční povrch, a to pomocí opakovaně použitelného měsíčního přistávače.

Pro mise směřující na Mars plánuje NASA přidat další prvek kosmické lodi - Deep Space Transport. Tato opakovaně použitelná kosmická loď bude při provádění výletů mezi Lunar Gateway a další stanicí na oběžné dráze kolem Marsu spoléhat na solární elektrický pohon (SEP).

Tato stanice je známá jako Mars Base Camp, další modulární stanice, která umožní astronautům přistát a doplnit zásoby, než sestoupí na povrch Marsu. To pojme Mars Lander, další opakovaně použitelná kosmická loď.

V lednu 2016 uspořádal Keckův institut pro vesmírná studia na Caltech prezentaci nazvanou „Stavba prvního kosmodromu na oběžné dráze nízké Země“. Přednášku představili členové nadace Gateway Foundation, neziskové organizace zabývající se vytvořením prvního kosmodromu na světě.

Konstrukce brány se skládá ze dvou soustředných vnitřních kroužků připevněných čtyřmi paprsky k vnějšímu kroužku. Vnitřní kroužky tvoří lunární gravitační oblast (LGA), kde budou turisté moci stolovat a hrát v rotaci stanice, budou simulovat měsíční gravitaci.

Na vnějším kruhu (LGA Habitation ring) jsou umístěny obytné moduly. Vnější prstenec, známý jako Mars Gravity Area (MGA), prožívá rychlejší rotaci a poskytuje umělé gravitační prostředí podobné tomu, co by lidé zažili na povrchu Marsu.

Jádro stanice je tam, kde by sídlil Hub a Bay. Odtud by se koordinovalo řízení provozu a provoz brány. Hub bude mít také pozorovací salonek, kde mohou hosté sledovat příchozí raketoplány.

Koncept brány je jednou z mnoha známek rostoucího významu a přítomnosti komerčního leteckého průmyslu ve vesmíru. Nadace také předpokládá, že komerční poskytovatelé startů, jako je SpaceX, budou neocenitelní při odesílání modulů brány na oběžnou dráhu (pomocí Hvězdná loď/Super těžkýspouštěcí systém).

Výhody oproti povrchovým koloniím

Vesmírné kolonie mají svůj spravedlivý podíl na pozitivních i negativních stránkách. Ale ve srovnání se založením kolonií na planetách, měsících a asteroidech existuje řada opravdu příznivých kompromisů.

Za prvé, rotující vesmírné stanice - ať už mají podobu O'Neill Cylinders, Von Braun Wheels nebo Stanford Torii - lze otáčet až do bodu, že mohou napodobovat zemskou normální gravitaci.

To by eliminovalo obavy z dlouhodobých účinků low-g na zdraví a umožnilo kolonistům větší šanci mít děti bez nutnosti spoléhat se na lékařské ošetření nebo umělé metody.

Radiační ochranu lze zajistit také zajištěním toho, že vnější stěny stanic jsou vyztuženy materiálem odolným proti záření (jako je olovo, ochuzený uran nebo odpadní voda). Další stínění by bylo možné zajistit generováním magnetického pole.

Vesmírná stanoviště by také mohla umožňovat velkou flexibilitu, pokud jde o to, kde lokalizovat kolonii. Mohly by být postaveny na oběžné dráze kolem Země, Měsíce, Marsu, případně i jiných planet a hlavních těles sluneční soustavy.

Mohly být také umístěny v kterémkoli nebo všech Lagrangeových bodech v celé sluneční soustavě. Jedná se o místa, kde gravitační síly systému dvou těles (jako je Slunce a Země) vytvářejí oblasti se zvýšenou rovnováhou, kde lze kosmickou loď „zaparkovat“.

Výzvy vytváření vesmírných stanovišť

Žádná diskuse o vesmírných stanovištích by samozřejmě nebyla úplná bez zmínky o mnoha výzvách, které představují. Stejně jako každá snaha o kolonizaci mimo Zemi, nejzřejmější je cena.

Postavení jediného stanoviště na oběžné dráze kolem Země by vyžadovalo značné množství stavebních materiálů, paliva a stavebních robotů. Jak to stojí, SpaceX Falcon 9 a Falcon Heavy může dodávat užitečné zatížení společnosti LEO ve výši 2 719 $ a 1 410 $ za kg.

Zatímco vývoj plně opakovaně použitelných vozidel - stejně jako služby vypouštění malých raket a rakety SSTO - vedly k výraznému snížení nákladů na vypuštění, vyslání veškerého potřebného materiálu a vybavení na oběžnou dráhu by bylo stále monumentální výdaje.

Možným řešením by byla těžba materiálů z NEA nebo z Měsíce pomocí robotických kosmických lodí a dopravců. Ty by pak mohly být přivedeny na oběžnou dráhu Země, aby byly zpracovány na stavební materiály a sestaveny pomocí stavebních robotů.

To by však stále vyžadovalo vyslat do vesmíru megatony materiálu a strojů za účelem výroby těchto robotů a zařízení. Čím dále jsou tato stanoviště budována, tím jsou náklady ještě neúnosnější.

Způsob budoucnosti?

To je však další výhoda vytváření vesmírných stanovišť. Zatímco počáteční investice na jejich vytvoření na oběžné dráze kolem Země nebo v cis-lunárním prostoru by byla obrovská, tato stanoviště by mohla sloužit jako odrazový můstek do vzdálenějších míst.

V zásadě by mít tato stanoviště na místě mezi Zemí a Měsícem znamenalo, že kosmická loď by mohla být sestavena na oběžné dráze pomocí materiálů získaných z vesmíru. Také by byli schopni vypustit z těchto stanic, místo aby museli vzlétnout ze Země.

To by znamenalo výrazné snížení, pokud jde o počet vypuštění ze Země, nemluvě o množství paliva potřebného k uskutečnění misí v hlubokém vesmíru.

Ze systému Země-Měsíc by mohly být robotické kosmické lodě a posádky potenciálně vyslány na Mars, pás asteroidů a do vnější a vnitřní sluneční soustavy, aby mohly vybudovat další stanoviště s využitím místně vytěžených materiálů.

Čím více míst jsme „kolonizovali“ vesmírnými stanovišti, tím snazší bude rozšíření přítomnosti lidstva ve sluneční soustavě. Je však nepravděpodobné, že by si budoucí generace zvolily jednu možnost před druhou.

Nakonec se zdá být realističtější předpokládat, že vesmírná stanoviště by mohla usnadnit šíření lidí vesmírem, což zahrnuje umožnění osídlení na jiných planetách. Takže kromě „Marťanů“ a podobných by existovali také „Lagrangians“ (nebo jakkoli se jim bude říkat).

  • ESA - vesmírná brána
  • NSS - vesmírné dohody
  • NASA - Memorandum o bráně
  • NSS - vypořádání prostoru válce O'Neill
  • The Gateway Foundation - Brána
  • NASA - Space Settlements: A Design Study (1977)
  • KISS - Stavba prvního kosmodromu na nízké oběžné dráze Země
  • NASA - Human Research Program: The Human Body in Space
  • Lunar and Planetary Institute Mars Terraforming: The Wrong Way
  • NASA - brána hlubokého vesmíru otevírá příležitosti pro vzdálené destinace
  • NSS - "Kolonie ve vesmíru", autor: T.A. Heppenheimer (1977)
    • Kapitola 2 - Náš život ve vesmíru
    • Kapitola 3 - Vesmírná kolonizace brzy!


Podívejte se na video: TOP 10 Neuvěřitelných technologií BUDOUCNOSTI (Prosinec 2021).