Vahşi Araştırma Projesi, Asteroitler Üzerindeki Gelecekteki Şehirlerin Nasıl Çalışabileceğini Ortaya Çıkarıyor

Rochester Üniversitesi bilim adamları, fizik ve mühendislik ilkelerini kullanarak asteroitlerin gelecekte nasıl uygun uzay habitatları olabileceğini gösteriyor.

Geçen yıl, Jeff Bezos kendini uzaya fırlatırken, Elon Musk astronot olmayan bir ekip için bir uzay uçuşunu finanse etti. Musk’ın SpaceX’i ve Bezos’un Blue Origin’i dahil olmak üzere hükümet ve özel kuruluşlar arasındaki uzay işbirlikleri daha yaygın hale geliyor. Bununla birlikte, yakın zamanda “Yeni Uzay” hareketinin ortaya çıkmasıyla birlikte, havacılık şirketleri, yalnızca milyarderler için değil, herkes için uzaya düşük maliyetli erişim geliştirmek için çalışıyor.

Ancak Dünya’nın ötesinde bir gelecek için insanlar, milyonlarca insanın yaşaması ve çalışması için evleri, binaları ve diğer yapıları barındıracak yerlere ihtiyaç duyacaktır.

Şimdiye kadar, uzay şehirleri sadece bilim kurguda var oldu. Ancak uzay şehirleri gerçekte mümkün mü? Ve eğer öyleyse, nasıl?

Rochester Üniversitesi bilim adamlarının yeni araştırmasına göre, geleceğimiz asteroitlerde olabilir.

Araştırmacılar, “çılgınca teorik” bir makale olarak gördükleri makalede, asteroitler üzerinde büyük şehirler yaratmak için bir planın ana hatlarını çiziyorlar. dergide yayınlandı Astronomi ve Uzay Bilimlerinde Sınırlarbilim adamları arasında Fizik ve Astronomi Profesörü Helen F. ve Fred H. Gowen Adam Frank ve makine mühendisliğinde doktora adayı ve makalenin ilk yazarı Peter Miklavčič yer alıyor.

Frank, “Makalemiz bilim ve bilim kurgunun sınırında yaşıyor” diyor. “Son zamanlarda Amazon’unki gibi TV programlarında çok popüler olan bir bilim kurgu fikrini alıyoruz. Genişlik– ve uzayda bir şehir inşa etmek için bir asteroit kullanmak için yeni bir yol sunuyor.

Sanatçının bir çift O’Neill silindir tasviri. Bir O’Neill silindiri (O’Neill kolonisi olarak da adlandırılır), Amerikalı fizikçi Gerard K. O’Neill tarafından 1976 tarihli The High Frontier: Human Colonies in Space adlı kitabında önerilen bir uzay yerleşimi kavramıdır. Kredi bilgileri: Rick Guidice / NASA

Dönen bir uzay metropolü

1972’de NASA fizikçi Gerard O’Neill’ı, insanların uzayda yaşamasına makul bir şekilde izin verebilecek bir uzay yaşam alanı tasarlaması için görevlendirdi. O’Neill ve meslektaşları, her iki uçta silindirleri birbirine bağlayan bir çubuk bulunan, zıt yönlerde dönen iki silindirden oluşan dönen uzay metropolleri olan “O’Neill silindirleri” için bir plan yaptılar. Silindirler, iç yüzeylerinde yapay yerçekimi sağlayacak kadar hızlı, ancak içinde yaşayan insanların hareket hastalığına yakalanmayacakları kadar yavaş dönecekti.

O zamandan beri, dahil olmak üzere TV şovları ve filmler Yıldız Savaşları ve Orson Scott Card’ın 1985 tarihli romanı gibi kitaplar Ender’in Oyunu O’Neill’in insanlarla dolu silindir benzeri yaşam alanlarını tasvir ettiler. Hem Bezos hem de Musk, gelecekteki uzay habitatları için vizyonlarında O’Neill silindirlerine atıfta bulundular.

Bununla birlikte, O’Neill silindirleri uzayın yerçekimi eksikliğine bir çözüm sunarken, O’Neill silindirlerini oluşturmak için gerekli yapı malzemelerini Dünya’dan uzaya götürmek zor ve yüksek maliyetli olacaktır.

Pandemi projesi

Sırasında COVID-19 salgın ve tecrit, Miklavčič, Frank ve birkaç Rochester öğrencisi ve meslektaşı—John Siu ’20; Esteban Wright ’22 (PhD); Alex Debrecht ’21 (PhD); makine mühendisliği yardımcı doçenti Hesam Askari; ve bir fizik ve astronomi profesörü olan Alice Quillen, uygun maliyetli O’Neill silindirleri yaratmanın bu bilmecesini düşündü.

Miklavčič, “Bu proje, fizikçiler ve mühendisler için stresi atmanın, dünyevi stresleri bir süreliğine bir kenara bırakmanın ve çılgınca bir şey hayal etmenin bir yolu olarak başladı” diyor.

Ancak kısa süre sonra bir şeyin peşinde olabileceklerini keşfettiler: O’Neill silindirleri oluşturmak için asteroitler kullanılabilir mi?

Hızlı, ucuz ve etkili bir yol

Asteroitler, yaklaşık 4,6 milyar yıl önce güneş sisteminin oluşumundan arta kalan, güneşin yörüngesinde dönen kaya cisimleridir. Bilim adamları, güneş sistemimizde seyahat eden bir milden daha büyük yaklaşık 1000 asteroit olduğunu tahmin ediyor.

Frank, “Güneşin etrafında dönen tüm bu uçan dağlar, uzay şehirlerine daha hızlı, daha ucuz ve daha etkili bir yol sağlayabilir” diyor.

Asteroitlerin güneş sistemindeki bolluklarının yanı sıra, güneşten gelen ölümcül kozmik radyasyona karşı doğal bir kalkan sağlayan kaya katmanları da dahil olmak üzere insan yerleşimi için birçok avantajı vardır.

Ancak asteroitlerin birkaç büyük dezavantajı var, araştırmacılar buldu: asteroitleri içeren kaya, Dünya’nın yerçekiminin üçte birini bile döndürmekten kaldıracak kadar güçlü değil. Bir asteroit dönmeye ayarlandığında, sadece kırılır ve kırılırdı. Dahası, çoğu asteroit katı kaya bile değil, “moloz yığınları” – uzayın karşılıklı zayıf yerçekimiyle bir arada tutulan gevşek kayalar, taşlar ve kum kümeleridir. Araştırmacılar bu asteroitlerden uzay yaşam alanları yapmak isteselerdi, moloz yığınlarıyla nasıl çalışacaklarını bulmaları gerekirdi.

Moloz yönetimi

Miklavčič’in araştırması tanecikli sistemlere, yani kum veya tahıl gibi birçok küçük parçacıktan oluşan sistemlere odaklanır. Özellikle, bu sistemlerin yerçekiminin düşük olduğu veya hiç olmadığı ortamlarda nasıl tepki verdiğini inceliyor; örneğin, uzay gezicilerinin gezegenlerin yere indiklerinde granüler yüzeylerini nasıl etkileyip dağıtabileceği.

Miklavčič, “Tipik araştırmam ve bu proje bir yelpazenin iki ucunda yer alıyor” diyor. “Normalde tanecikli ortamın gren düzeyinde tepkisiyle ilgilenirim, oysa bu proje molozları büyük bir sistem olarak yöneten büyük resimli bir çalışmaydı.”

Miklavčič ve meslektaşları dönen asteroit yerleşimleri inşa etmek için kuvvetlerin, malzemelerin ve stratejilerin hesaplamalarını yaptılar ve bir asteroitten O’Neill silindiri oluşturmaktan kaçınılmaz olarak sonuçlanacak olan molozu kontrol altına almak için bir fikir buldular.

Bir asteroit içeren

Onların çözümü? Çok büyük, çok esnek bir çanta.

Araştırmacılar, her biri sadece birkaç atom çapında olan karbondan yapılmış tüpler olan ultra hafif ve yüksek mukavemetli karbon nanoliflerden yapılmış esnek, örgü bir çanta içinde bir asteroit kapladığını hayal ediyorlar. Torba, asteroidin molozunun tüm dönen kütlesini ve içindeki habitatı saracak ve destekleyecek, aynı zamanda dönerken kendi ağırlığını da destekleyecektir.

Miklavčič, “Karbon nanotüplerden yapılmış silindirik bir muhafaza çantası, asteroit molozunun kütlesine ve habitata göre son derece hafif, ancak her şeyi bir arada tutacak kadar güçlü olacaktır” diyor. “Daha da iyisi, bugün karbon nanotüpler geliştiriliyor ve daha büyük ölçekli uygulamalarda kullanım için üretimlerini ölçeklendirmeye büyük ilgi var.”

Süreç teorik olarak şöyle bir şeye gidebilir:

• Asteroit, yapay yerçekimi yaratmak için döndürülecekti. Bu süreç kaçınılmaz olarak asteroitin parçalanmasına neden olacaktır.
• Asteroit molozunun parçaları, asteroidi saran karbon nanofiber torbayı genişleterek dışarı doğru fırlayacaktı.
• Torba maksimum boyutuna ulaştığında, karbon nanolifler gerginleşerek genişleyen molozu yakalayacaktı.
• Moloz çantanın üzerine çöktüğünde, içinde yaşayan herkes için radyasyona karşı koruma sağlayacak kadar kalın bir tabaka oluşturacaktı. Silindirin dönüşü, iç yüzeyde yapay yerçekimine neden olur.

Frank, “Hesaplamalarımıza göre, sadece birkaç futbol sahası çapındaki 300 metre çapındaki bir asteroit, yaklaşık 22 mil karelik yaşam alanına sahip silindirik bir uzay habitatına genişletilebilir” diyor. “Bu aşağı yukarı Manhattan büyüklüğünde.”

Sadece teorik – şimdilik

Asteroitlerin içinde yaşamak bilimkurgunun fantezisi olmaya devam ediyor ama Frank ve Miklavčič fizik ve mekaniğin bilim kurguyu gerçeğe dönüştürmek için var olduğunu söylüyor.

Frank, “Açıkçası yakın zamanda hiç kimse asteroit şehirleri inşa etmeyecek, ancak bu tür bir mühendisliği gerçekleştirmek için gereken teknolojiler herhangi bir fizik kanununu ihlal etmiyor” diyor.

Asteroitin dönmesi için gereken motorlardan karbon-nanofiber torbaya kadar araştırmacıların çalışmalarında hayal ettikleri her şey, insanların şu anda kullanmakta veya geliştirmekte olduğu teknolojilerdir.

“Asteroit şehirleri fikri, 1900’de hiç kimsenin uçakla uçmadığını anlayana kadar çok uzak görünebilir, ancak tam şu anda binlerce insan, saatte yüzlerce mil hızla, kilometrelerce yükseklikte sandalyelerde rahatça oturuyorlar. yere,” diyor Frank. “Uzay şehirleri şu anda bir hayal gibi görünebilir, ancak tarih, yaklaşık bir asırlık teknolojik ilerlemenin imkansız şeyleri mümkün kılabileceğini gösteriyor.”

Referans: Peter M. Miklavcič, John Siu, Esteban Wright, Alex Debrecht, Hesam Askari, Alice C. Quillen ve Adam Frank, “Habitat Bennu: Tasarım Konseptleri için Tasarım Konseptleri, Moloz Yığını Yakın Dünya Asteroitlerinden Oluşturulan Dönen Habitatlar”, 3 Ocak 2022, Astronomi ve Uzay Bilimlerinde Sınırlar.
DOI: 10.3389/fspas.2021.645363