Проектирование городов внутри выдолбленных астероидов

Начнем с размера. Просто для улыбки предположим, что внутренняя часть представляет собой цилиндр диаметром 1 км и длиной 10 км (это 6 миль). Он должен будет вращаться со скоростью чуть более 1 об/мин, чтобы обеспечить 1 г на внутренней поверхности. Общая площадь поверхности составляет около 30 км², или около 12 квадратных миль.

Строительство. Предположим, окончательная толщина стены составляет 100 метров. Общий объем стенки составляет около 3,6 км³, поэтому первоначальный астероид должен был иметь диаметр около 2 км. Абсолютный минимальный уровень мощности, необходимый для плавления этого куска железа, составит ~ 8 ТВт, поскольку в точке плавления он будет излучать около 300 кВт на квадратный метр в излучении абсолютно черного тела. На околоземной орбите для этого потребуется чуть более 5 миллионов квадратных километров зеркала. Это круглое зеркало диаметром около 2500 км.

Освещение: Для обеспечения нормального дневного освещения (1 кВт/м²) по всей поверхности общая мощность составит около 30 ГВт. Проталкивание через порт в торцевой крышке будет опасным. Если предположить, что окно диаметром 100 м, уровень мощности в окне будет примерно 1 МВт / м², или в 1000 раз больше яркости солнца. Этот луч нужно будет направить вниз по оси с помощью серии зеркал на всем протяжении вниз по оси, чтобы распространить свет на поверхность. Таким образом, ось определенно будет запрещена. И, честно говоря, я не совсем понимаю, как определить качественное окно диаметром 100 метров, которое будет выдерживать давление от 10 до 15 фунтов на квадратный дюйм. Я подозреваю, что он должен быть цельным, поскольку, если вы сделаете его из панелей, несущая конструкция должна будет выдерживать высокие температуры (из-за потока мощности) и при этом быть достаточно прочной, чтобы держаться вместе под давлением. Возможно титан/сапфир? Я не уверен в стоимости этого проекта. Поскольку для изготовления колонии требовался действительно огромный массив зеркал, создание необходимого уровня света (даже на расстоянии от Внешней системы) не должно быть реальной проблемой.

Отсеки под давлением. Казалось бы, это хорошая идея, как указывал Фукидид, но проблема передачи света остается. Чем больше разделение, тем больше окон вам нужно, и тем слабее становится конструкция.

Население. Вероятно, разумно предположить, что колония должна быть самодостаточной с точки зрения продовольствия, поскольку производство продовольствия, по сути, является игрой с нулевой суммой для всего сообщества колоний. Итак, сколько площади вам нужно, чтобы накормить людей? Давайте предположим полу (но не полностью) вегетарианский образ жизни и возьмем 1 акр на человека. Я бы предпочел использовать 2 акра, но, допустим, длинный световой день повысит производительность. Мясо - это кролики, рыба и куры, но не коровы. 1 акр составляет примерно 4000 м², поэтому общая внутренняя площадь рассчитана на проживание около 7500 человек. Это довольно маленький город, так что что-то вроде представительной демократии должно работать. Обратите внимание, что вы не можете обойти это, предполагая многоуровневые фермы: уровни освещенности являются ограничивающим фактором. Также следует учитывать необходимость повторного использования воды и извлечения нитратов и фосфатов. Поскольку система является закрытой, вы не можете постоянно добавлять удобрения для поддержания урожайности, не отравляя экосистему. Также следует учитывать капитальные затраты на почву. 30 миллионов м² грязи глубиной 1 фут составят около 10 км³. Никель-железные астероиды содержат около 30% примесей, таких как силикаты, которые предположительно могли бы стать основой для камней/песка/грязи, но, кажется, требуется много взмахов рук, чтобы точно объяснить, как именно они будут отделены от того, что изначально было расплавленным. капля Опять же, меня интересует стоимость. 30 миллионов м² грязи глубиной 1 фут составят около 10 км³. Никель-железные астероиды содержат около 30% примесей, таких как силикаты, которые предположительно могли бы стать основой для камней/песка/грязи, но, кажется, требуется много взмахов рук, чтобы точно объяснить, как именно они будут отделены от того, что изначально было расплавленным. капля Опять же, меня интересует стоимость. 30 миллионов м² грязи глубиной 1 фут составят около 10 км³. Никель-железные астероиды содержат около 30% примесей, таких как силикаты, которые предположительно могли бы стать основой для камней/песка/грязи, но, кажется, требуется много взмахов рук, чтобы точно объяснить, как именно они будут отделены от того, что изначально было расплавленным. капля Опять же, меня интересует стоимость.

Распределение пространства. Очевидным подходом было бы построить жилые помещения по бокам торцевых крышек. При общей площади шапки около 1,5 миллиона квадратных метров это около 200 квадратных метров на человека. Обратите внимание, что это не площадь пола, а пространство окна. Если жилая площадь простирается на 100 метров по оси с обоих концов, вы теряете только 200 метров из 10 км, или 5% ваших сельскохозяйственных угодий, а общая жилая площадь составляет около 20 000 м³ метров на человека. Даже с учетом общего пространства и инфраструктуры он кажется адекватным. Вопрос в том, какая область более желательна — вверх к оси или вниз к поверхности. Естественная первая тенденция идти по оси имеет две причины: эксклюзивность (доступной площади меньше) и роскошь с низкой g. Менее очевидным недостатком этого является то, что жить при низких g вредно для человека. с здоровьем. Следующий очевидный подход — сделать стенки цилиндра многослойными, с сельским хозяйством на «крыше» и промышленностью «под». Поскольку задействованные материалы предположительно представляют собой никель-сталь, это должно быть просто, но ржавчина из-за грунтовых вод может стать реальной долгосрочной проблемой целостности конструкции. Очевидно, что в промышленных зонах можно использовать искусственное освещение.

Самодостаточность. Как я упоминал в разделе о сельском хозяйстве, я не думаю, что специализированные «фермы-среды обитания» имеют большой смысл. В дополнение к основному вопросу о необходимых уровнях освещенности, транспортировка будет проблемой. Предположим, среда обитания специализировалась на чем-то (скажем, в промышленности) и имеет население в 100 000 человек, что немного по земным меркам. Потребуется около 5 фунтов припасов на человека в день или 250 тонн в день. Перемещение такого тоннажа космическим кораблем немного сомнительно. Половина его (еда) достаточно скоропортящаяся, а значит, транспорту нужна достаточно высокая средняя скорость на сравнительно небольших расстояниях, что в свою очередь предполагает высокую тягу. Хуже того, любая технология должна быть безреагентной, поскольку реакционная масса теряется и ее приходится импортировать, а это вряд ли будет разработано в ближайшее время.

Специализация. Хотя каждая колония была бы близка к самодостаточности, в технологической деятельности существует интеллектуальная экономия за счет масштаба, которая может или не может быть компенсирована готовой коммуникацией. (Некоторые компании, например, обнаружили, что аутсорсинг создает столько же проблем, сколько и решает. Личные встречи могут быть очень полезными.) Это может привести к специализации среди колоний, но всегда будет ограничено стоимостью содержания. транспортировка готовой продукции. В частности, если местное производство станет простым (вспомните 3D-принтеры на стероидах), колонии вполне могут стать нишевыми дизайнерами, где продаются и распространяются проекты, а не готовые продукты или детали. Распространение произведений искусства будет достаточно простым для писателей и художников, а также ремесленного искусства (керамика, скульптура, картины, изготовленные на заказ артефакты, и т. д.), вероятно, будет достаточно дешевым для доставки, чтобы позволить создавать колонии художников, хотя необходимость обеспечения продуктами питания и основными услугами будет держать артистическое население под контролем. Кроме того, в жизнеспособных колониях (которые не разлучаются внутренними конфликтами) может стать стандартом требование от каждого выполнять определенное количество сельскохозяйственного труда. В противном случае это будет способствовать социальному расколу между фермерами и (художниками/инженерами/бюрократами/и т. д.), что может закончиться очень плохо. t раздирать себя внутренними конфликтами) требовать от всех определенного количества сельскохозяйственного труда. В противном случае это будет способствовать социальному расколу между фермерами и (художниками/инженерами/бюрократами/и т. д.), что может закончиться очень плохо. t раздирать себя внутренними конфликтами) требовать от всех определенного количества сельскохозяйственного труда. В противном случае это будет способствовать социальному расколу между фермерами и (художниками/инженерами/бюрократами/и т. д.), что может закончиться очень плохо.

Создание пространства внутри астероида, вероятно, самая простая часть (вы можете просто выкопать внутреннюю часть), но ваш вопрос больше о том, что происходит потом.

Большинство конструкций требуют большого открытого пространства внутри, но я подозреваю, что в целях безопасности было бы гораздо разумнее иметь внутреннюю часть, полную «пузырей», чтобы любые проблемы, такие как прокол или болезнь, не распространялись и не вызывали каскадный отказ. Это также позволяет вам изолировать такие виды деятельности, как сельское хозяйство, промышленность и другие вещи, чтобы они не мешали друг другу.

Освещение могло исходить от зеркала любого произвольного размера (даже в поясе Кройпера). Направление оси вращения на Солнце позволяет зеркалам сфокусировать свет на астероиде, в то время как полюс напротив зеркала может быть свободен, что позволяет космическим кораблям беспрепятственно состыковываться.

Центральная ось, вероятно, будет иметь кабель для транспортировки между полюсами, и с кабеля может свисать больше пузырей, чтобы сделать «пригород» свободного падения внутри астероида.

Поскольку астероид будет заполнен льдом и другим ценным сырьем, большая его часть будет местом добычи полезных ископаемых, хотя, вероятно, скрыта от глаз большинства людей, живущих внутри астероида.

Что касается «нации», то у нее есть потенциал стать очень большим городом-государством из-за трехмерной природы внутреннего объема, и миллионы людей могут жить внутри. Поскольку фактическое расстояние между астероидами так далеко друг от друга, они будут в значительной степени изолированы и независимы друг от друга.

Если это города-государства, то будущее может стать повторением древнего прошлого, а астероиды станут очень похожими на города-государства классической Греции.

Основная проблема, которую я вижу здесь, это сохранение вашей атмосферы. Камень очень хорош для строительства, но он далеко не герметичен.

Ваш вращающийся цилиндр прижимает воздух к каменным стенам, действуя как центрифуга для рассеивания вашего кислорода в скале и, в конечном итоге, выталкивая его с другой стороны в космос. Вот довольно изящный эксперимент , показывающий диффузию газов через породу в центрифуге. Если вы хотите использовать его в качестве начального корабля, вращающегося со скоростью 1 г, и при этом сохранять кислород между звездами, вам нужно что-то для борьбы с этим.

Либо спроектируйте непористое покрытие за городом, чтобы сохранить кислород. Даже расплавленная порода по-прежнему будет поглощать кислород, что приведет к потерям.

Или сначала наполняем породу другим, более плотным (но нереакционноспособным) газом . Вы наполняете шар из никеля/железа этим газом (скажем, аргоном), а затем те же центробежные силы выталкивают его в щели в скале, где он проходит дольше и создает барьер против того, чтобы ваш кислород делал то же самое.

Одна проблема, однако, заключалась бы в том, что если бы астероид замедлил свое вращение, то тяжелый газ поднялся бы обратно сквозь скалу и задушил бы всех на уровне земли... некрасиво, но, возможно, это сюжетный ход...

Первый вопрос, который, как мне кажется, необходимо задать, заключается в том, существуют ли на самом деле такие вещи, как железно-никелевые астероиды такого размера. У нас есть еще полвека научных достижений, и космические аппараты посетили несколько астероидов. Мое впечатление от случайного прочтения результатов состоит в том, что большинство меньших астероидов на самом деле представляют собой довольно слабо консолидированные «кучи щебня». а это значит, что вам придется гораздо больше обрабатывать материалы, чтобы превратить их в рабочую среду обитания.

Вы не надуваете астероид, вы отделяете его, затем надуваете/вращаете железо, чтобы сделать оболочку.

1. астероиды такого размера редко бывают твердыми, вместо этого они представляют собой груды щебня , поэтому вы сначала сжигаете все свои летучие вещества (и захватываете их), затем вам нужно расплавить свои металлы в контейнере, который вы можете надуть вместе с ним вверх дном, вращая его вместе с надувая его, вы можете получить приличный контроль над толщиной.

2. затем вы строите свои внутренние распорки и отсеки. его необходимо укрепить, если вы планируете вращать его для гравитации.

3. когда у вас есть герметичная оболочка, вы покрываете ее слоями затвердевшей породы. Камень — это и ваш радиационный, и противоударный щит. это также, когда вы вырезаете в нем отверстия. 2 и 3 можно делать одновременно.

4. теперь вы вернете часть своих газов и построите свою среду обитания.

Ключом к этому является использование горной породы/шлака горнодобывающей промышленности для покрытия снаружи в виде связанного щебня или переформованного покрытия. это будет выглядеть как астероид и обеспечит дешевую прочную радиационную защиту.

Или просто просверлить отверстие.

другой вариант — найти редкий твердый астероид нужного размера, просверлить в нем большую дыру, как бы выдолбить его, максимум 30–40% его объема. затем вы расплавляете немного железа и покрываете им внутреннюю часть, чтобы сделать его герметичным. Это менее конструктивно, но проще в изготовлении. Однако это может делать только небольшие конструкции.

Это моя любимая тема для размышлений.

Мне очень нравятся концепции цилиндров О'Нила, и я думаю, что они, вероятно, являются лучшим решением для существования людей будущего.

Итак, вот мои мысли:

Во-первых, давайте проясним кое-что о сельском хозяйстве — на самом деле нет никакого смысла в том, чтобы какие-либо фермы находились в цилиндре О'Нила . С точки зрения ресурсов, было бы гораздо проще иметь поблизости гидропонные или аэропонные автоматизированные фермы-спутники в невесомости. Оптимизированные в окружающей среде для максимальной производительности, способные повторно использовать воду и введенные питательные вещества, контролируемые в космосе, они будут производить наибольшее количество пищи на кубическую единицу объема.

Точно так же производство мяса, вероятно, будет культивируемым мясом — нет смысла заставлять коров или кур неэффективно использовать ценное пространство, когда роботы могут производить их в условиях невесомости в сверхплотных спутниках, прикрепленных к цилиндру.

А промышленность — на самом деле роботам и компьютерам гораздо проще реально заниматься производством , которое происходило бы в космосе. Люди по-прежнему могут программировать или координировать, но роль работы, безусловно, будет заключаться не в первичных и вторичных отраслях, а в большей трети или в развлечениях.

Так что же осталось? Торговля и образ жизни .

Таким образом, живя в цилиндрах О'Нила, теперь избавленных от необходимости быть производителями пищи, теперь можно сосредоточиться на коммерции и образе жизни - и какие возможности!

Настоящий трехмерный город развлечений и торговли С преимуществом нормальной гравитации на краю и невесомости в центре вы действительно можете сосредоточиться на развлечениях:

• Представьте себе огромный круизный лайнер с горками, кинотеатрами, аттракционами, спортивными залами, банкетными залами, ресторанами в удивительной трехмерной матрице различных развлечений. Ваши дети будут иметь мяч времени! (Пока вы ведете свои серьезные дискуссии с другими взрослыми на пределе в 1g)
• Спортивная арена в невесомости посередине для лучших Олимпийских игр или спортивных состязаний
• Океанский цилиндр с непрерывной петлей для любителей парусного спорта с контролируемой погодой.
• Цилиндр джунглей, с растениями, соединяющими один конец с другим, люди, живущие в домах на деревьях с низкой гравитацией, весело проводящие время или внимательно изучающие экосистемы.
• Рынок Цилиндр. Представьте себе Гранд базар Стамбула, но в огромной трехмерной матрице с разными областями гравитации. Товары и услуги можно легко транспортировать и распределять по артериям, а торговля может происходить в самых разных средах. Стрижка с низкой перегрузкой или косметическая терапия, конференц-залы с нулевой перегрузкой и университетские лекционные залы или даже фитнес-центры с высокой перегрузкой!

Возможности просто ошеломляюще многочисленны и невероятно захватывающие. На самом деле может случиться так, что со всем вышеперечисленным и вашей способностью посещать множество разных типов городов и цилиндров могут открыться другие возможности, о которых мы даже не мечтали...