Огромная космическая станция с имитацией гравитации может быть запущена с одной ракеты
Искусственная гравитация остается предметом научной фантастики. Но работа в условиях отсутствия гравитации вызывает у многих астронавтов и космонавтов серьезные проблемы, начиная от разрушения костей и заканчивая потерей зрения. Альтернативным методом, который мог бы устранить некоторые из этих проблем, является «имитация гравитации», в которой используется вращающаяся структура для создания центробежной силы, которая оказывает на тело такое же воздействие, как и гравитация.
Решит ли это проблемы, вызванные отсутствием гравитации, еще неизвестно. Тем не менее, НАСА, похоже, заинтересовано в этой идее — агентство предоставило грант для фазы II команде из Университета Карнеги-Меллона (CMU) и Университета Вашингтона (UW), которая хочет разработать структура, чтобы имитировать полную гравитацию Земли и запускаться с помощью одной ракеты.
Речь идет о проекте «Космическая конструкция километрового масштаба с одного запуска», который первоначально был принят в программу NIAC (Институт передовых концепций НАСА) в прошлом году.
За последний год они успешно завершили проект Фазы I, в ходе которого они «анализируют концепцию миссии, аналогичную Lunar Gateway (Лунным вратам)», которая может быть развернута в километровую структуру.
Оправдав ожидания НАСА в рамках этой программы, команда, возглавляемая профессором Заком Манчестером из CMU и Джеффри Липтоном из UW, недавно была принята в качестве стипендиатов NIAC 2022 года.
Однако это не первый проект NIAC, посвященный идее больших структур в космосе. NextBigFuture сообщил в 2021 году примерно о десяти проектов, финансируемых NIAC, которые будут использовать преимущества новых метаматериалов, чтобы резко увеличить свои размеры после выхода в космос. НАСА не одиноко в своей поддержке — Китайский национальный научный фонд поддержал усилия по разработке объекта километрового размера на сумму 2,3 миллиона долларов.
Такие большие структуры требуют больших инвестиций, но они также имеют большие потенциальные выгоды.
Есть два варианта достичь гравитации Земли с помощью центробежных сил. Либо вращайтесь очень быстро, либо используйте очень большую ось вращения. К сожалению, люди, на самом деле не любят крутиться очень быстро в течение длительного времени.
Наука устанавливает ограничение скорости вращения для появления дискомфорта на уровне около 3 об/мин. Таким образом, чтобы вращаться со скоростью менее 3 об/мин и по-прежнему пользоваться преимуществами моделируемой гравитации Земли, сама конструкция должна быть длиной в километр.
Вместить столько материала в один запуск ракеты до сих пор оказалось невозможным. Но теперь ученые считают, что нашли потенциальное решение невозможной проблемы — «развертываемая структура с высоким коэффициентом расширения» или HERDS (high-expansion-ratio deployable structure). В ней используются два новых механических нововведения — сдвигающие ауксетики и разветвленные ножничные механизмы.
Сдвигающие ауксетики — это новый тип метаматериала, который расширяется при вытягивании по хиральной схеме. Уровень хиральности также может контролировать жесткость материала. Кажется, что они набирают обороты в роботизированных приложениях в качестве линейных приводов и захватов, но их применение в космосе еще предстоит доказать.
Разветвленные ножничные механизмы — еще один способ развернуть большую конструкцию из компактной. Первоначально разработанные художником Генри Сегерманом, разветвленные ножничные механизмы превращаются в гораздо более крупные структуры из более компактных.
В идеале одна или обе эти системы должны работать над созданием структуры километровой космической станции, способной вращаться со скоростью, достаточной для имитации земной гравитации.
Ученые считают, что могут использовать эти технологии для создания трубчатых структур, которые могут расширяться в 150 раз, когда они упакованы в обтекатель ракеты.
Это амбициозная цель, но у них есть время и средства для ее реализации. В конце двухлетнего исследовательского периода NIAC, если идея будет достаточно хорошо конкретизирована, у этих новых технологий может быть даже время для интеграции в планы программы Lunar Gateway.