Cilindro O'Neill - O'Neill cylinder

Representação artística de um par de cilindros O'Neill

Um cilindro O'Neill (também chamado de colônia O'Neill ) é um conceito de assentamento espacial proposto pelo físico americano Gerard K. O'Neill em seu livro de 1976 The High Frontier: Human Colonies in Space . O'Neill propôs a colonização do espaço para o século 21, usando materiais extraídos da Lua e posteriormente de asteróides .

Um cilindro O'Neill consistiria em dois cilindros contra-rotativos. Os cilindros girariam em direções opostas para cancelar qualquer efeito giroscópico que, de outra forma, tornaria difícil mantê-los voltados para o sol. Cada um teria 5 milhas (8,0 km) de diâmetro e 20 milhas (32 km) de comprimento, conectados em cada extremidade por uma haste por meio de um sistema de rolamentos . Sua rotação forneceria gravidade artificial .

Vista interna, mostrando faixas alternadas de terreno e janela

Fundo

Impressão artística do interior de um cilindro O'Neill, mostrando a curvatura da superfície interna

Enquanto ensinava física na graduação na Universidade de Princeton , O'Neill deu a seus alunos a tarefa de projetar grandes estruturas no espaço sideral , com a intenção de mostrar que viver no espaço poderia ser desejável. Vários dos projetos foram capazes de fornecer volumes grandes o suficiente para serem adequados para a habitação humana. Este resultado cooperativo inspirou a ideia do cilindro e foi publicado pela primeira vez por O'Neill em um artigo de setembro de 1974 da Physics Today .

O projeto de O'Neill não foi o primeiro exemplo desse conceito. Em 1954, o cientista alemão Hermann Oberth descreveu o uso de cilindros gigantescos habitáveis ​​para viagens espaciais em seu livro Menschen im Weltraum - Neue Projekte für Raketen- und Raumfahrt ( Pessoas no Espaço - Novos Projetos para Foguetes e Viagem Espacial ). Em 1970, o autor de ficção científica Larry Niven propôs um conceito semelhante, mas em escala maior, em seu romance Ringworld . Pouco antes de O'Neill propor seu cilindro, Arthur C. Clarke usou tal cilindro (embora de construção extraterrestre) em seu romance, Rendezvous with Rama .

Ilhas

O'Neill criou três designs de referência, apelidados de "ilhas":

A Ilha Um é uma esfera giratória medindo uma milha (1,6 km) de circunferência (1.681 pés (512 m) de diâmetro), com pessoas que vivem na região equatorial (veja a esfera de Bernal ). Um estudo posterior da NASA / Ames na Universidade de Stanford desenvolveu uma versão alternativa da Ilha Um: o toro de Stanford , uma forma toroidal de 490 m de diâmetro.

A Ilha Dois é esférica em design, 5.200 pés (1.600 m) de diâmetro.

O projeto da Ilha Três , mais conhecido como cilindro O'Neill, consiste em dois cilindros contra-rotativos . Eles têm cinco milhas (8,0 km) de diâmetro e podem ser escalados até vinte milhas (32 km) de comprimento. Cada cilindro tem seis faixas de áreas iguais que percorrem o comprimento do cilindro; três são janelas transparentes, três são superfícies de "terra" habitáveis. Além disso, um anel agrícola externo , com 32 km de diâmetro, gira em uma velocidade diferente para apoiar a agricultura. O bloco de manufatura industrial do habitat está localizado no meio, para permitir a gravidade minimizada para alguns processos de manufatura.

Para economizar o imenso custo de lançar os materiais da Terra em um foguete, esses habitats seriam construídos com materiais lançados para o espaço da Lua com um driver de massa magnética .

Projeto

Gravidade artificial

Um conceito de base lunar da NASA com um impulsionador de massa (a longa estrutura que se estende em direção ao horizonte que faz parte do plano para construir Cilindros O'Neill)

Os cilindros giram para fornecer gravidade artificial em sua superfície interna. No raio descrito por O'Neill, os habitats teriam que girar cerca de vinte e oito vezes por hora para simular uma gravidade padrão da Terra ; uma velocidade angular de 2,8 graus por segundo. Pesquisas sobre fatores humanos em referenciais rotativos indicam que, em velocidades de rotação tão baixas, poucas pessoas sentiriam enjôo devido às forças de Coriolis atuando no ouvido interno. As pessoas, no entanto, seriam capazes de detectar direções de rotação e anti-rotação girando a cabeça, e qualquer item caído pareceria ser desviado por alguns centímetros. O eixo central do habitat seria uma região de gravidade zero , e previa-se que instalações recreativas poderiam ser localizadas ali.

Atmosfera e radiação

O habitat foi planejado para ter oxigênio em pressões parciais aproximadamente semelhantes ao ar terrestre, 20% da pressão atmosférica ao nível do mar da Terra. O nitrogênio também seria incluído para adicionar mais 30% da pressão da Terra. Essa atmosfera de meia pressão economizaria gás e reduziria a resistência necessária e a espessura das paredes do habitat.

Representação artística do interior de um cilindro O'Neill, iluminado pela luz solar refletida

Nessa escala, o ar dentro do cilindro e a casca do cilindro fornecem proteção adequada contra os raios cósmicos . O volume interno de um cilindro O'Neill é grande o suficiente para suportar seus próprios pequenos sistemas climáticos, que podem ser manipulados alterando a composição atmosférica interna ou a quantidade de luz solar refletida.

Luz solar

Grandes espelhos são articulados na parte de trás de cada faixa de janela. A borda desequilibrada das janelas aponta para o sol. O objetivo dos espelhos é refletir a luz do sol nos cilindros através das janelas. A noite é simulada abrindo os espelhos, deixando a janela ver o espaço vazio; isso também permite que o calor irradie para o espaço. Durante o dia, o Sol refletido parece se mover conforme os espelhos se movem, criando uma progressão natural dos ângulos do Sol. Embora não seja visível a olho nu, a imagem do Sol pode ser observada girando devido à rotação do cilindro. A luz refletida por espelhos é polarizada , o que pode confundir as abelhas polinizadoras .

Para permitir que a luz entre no habitat, grandes janelas percorrem o comprimento do cilindro. Essas não seriam vidraças únicas, mas seriam compostas de muitas pequenas seções, para evitar danos catastróficos, e assim as esquadrias de alumínio ou aço podem suportar a maior parte das tensões da pressão atmosférica do habitat. Ocasionalmente, um meteoróide pode quebrar uma dessas vidraças. Isso causaria alguma perda de atmosfera, mas cálculos mostraram que não seria uma emergência, devido ao grande volume do habitat.

Controle de atitude

O habitat e seus espelhos devem ser perpetuamente direcionados ao Sol para coletar energia solar e iluminar o interior do habitat. O'Neill e seus alunos desenvolveram cuidadosamente um método de girar continuamente a colônia 360 graus por órbita sem o uso de foguetes (que liberariam massa de reação). Primeiro, o par de habitats pode ser rolado operando os cilindros como rodas de impulso . Se a rotação de um habitat estiver ligeiramente errada, os dois cilindros irão girar um sobre o outro. Uma vez que o plano formado pelos dois eixos de rotação é perpendicular ao eixo do rolo em relação à órbita, o par de cilindros pode ser desviado para apontar para o Sol, exercendo uma força entre os dois rolamentos voltados para o sol. Empurrar os cilindros para longe um do outro fará com que ambos os cilindros sofram precessão giroscópica e o sistema irá guinar em uma direção, enquanto empurrá-los um contra o outro causará guinada na outra direção. Os habitats em contra-rotação não têm efeito giroscópico líquido e, portanto, essa ligeira precessão pode continuar ao longo da órbita do habitat, mantendo-o voltado para o sol. Esta é uma nova aplicação de giroscópios de momento de controle .

Atualização de design e derivados

Em 2014, um novo método de construção foi sugerido que envolvia inflar um saco e prendê-lo com um carretel (construído com materiais asteroidais) como a construção de um vaso de pressão envolto em composto .

Em 1990 e 2007, um derivado de projeto menor conhecido como Kalpana One foi apresentado, que aborda o efeito de oscilação de um cilindro giratório, aumentando o diâmetro e encurtando o comprimento. Os desafios logísticos da proteção contra radiação são resolvidos construindo a estação em órbita baixa da Terra e removendo as janelas.

Proposta

Em um evento da Blue Origin em Washington em 9 de maio de 2019, Jeff Bezos propôs construir colônias O'Neill em vez de colonizar outros planetas.

Galeria de imagens

  • Um cilindro crescendo de bolas interconectadas

  • Uma imagem conceitual da NASA de vários cilindros de habitat orientados para o Sol

Veja também

Em ficção

Referências

Leitura adicional

links externos