Jak szybko zamieszkamy na asteroidach?

Era kosmiczna w rozkwicie - ruch „New Space"

Ruch ten jest pokłosiem działań wielu firm pokroju SpaceX i Blue Origin, które pracują nad stworzeniem tańszego dostępu do przestrzeni kosmicznej dla wszystkich, nie tylko dla miliarderów. Nawet rząd Stanów Zjednoczonych pracuje nad uproszczeniem zasad korzystania z przestrzeni, aby loty kosmiczne stawały się coraz tańsze i coraz bardziej opłacalne. Coraz częściej głośne misje są organizowane nie przez państwowe Agencje Kosmiczne, a przez prywatne podmioty. Przykładem może tutaj być komercyjny lądownik księżycowy HAKUTO-R, wyniesiony przez SpaceX albo plany japońskiego miliardera na oblecenie Księżyca z grupą artystów w przyszłym roku.

Naturalnym rozwinięciem dla idei powszechnych lotów w kosmos jest koncepcja kosmicznego osadnictwa. Dla naszej pozaziemskiej przyszłości niezbędne jest, by przyszli koloniści mieli miejsca, w których zbudują swoje domy, miejsca pracy i inne niezbędne konstrukcje. Aktualnie jest to dziedzina należąca do kategorii science fiction, ale naukowcy zastanawiają się nad tym, jak kosmiczne miasta ugryźć od strony bardziej „science" a mniej „fiction".

„Szaleńczo teoretyczny" artykuł

Naukowcy z Uniwersytetu w Rochester przeprowadzili szereg badań, których wyniki sugerują, że nasza przyszłość może leżeć w asteroidach. Swoje wnioski opublikowali w czasopiśmie FASS (Frontiers in Astronomy and Space Sciences) w artykule, który sami określili jako „szaleńczo teoretyczny". Badacze z dziedzin fizyki, astronomii oraz pierwszy autor pracy, doktorant inżynierii mechanicznej Peter Miklavčič nakreślają plan tworzenia dużych miast na asteroidach. Nie kryją oni inspiracji takimi pozycjami popkultury jak na przykład serial The Expanse (notabene na podstawie bardzo dobrej książki), starając się na swój sposób osiągać przedstawiane tam przez autorów fikcji pomysły.

Wirujące kosmiczne miasta

W 1972 roku NASA zleciła fizykowi Gerardowi O'Neillowi opracowanie konceptu kosmicznego habitatu. Naukowiec wraz ze współpracownikami opracował projekt tak zwanych „cylindrów O'Neilla", czyli wirujących metropolii kosmicznych składających się z dwóch cylindrów obracających się w przeciwnych kierunkach, z prętem łączącym cylindry na obu końcach. Obracałyby się one na tyle szybko by zapewnić sztuczną grawitację na ich wewnętrznej powierzchni, ale wystarczająco wolno, by mieszkający tam koloniści nie doświadczali choroby lokomocyjnej. Od tamtego czasu idea ta często gości w rozmaitych dziełach fantastyki naukowej. Zarówno Elon Musk, jak i Jeff Bezos wspominali o cylindrach O'Neilla jako potencjalnych przyszłych siedliskach ludzkich, w które mogłyby zainwestować ich firmy. Jednak, chociaż cylindry oferują rozwiązanie problemu braku grawitacji w kosmosie, dostarczenie w przestrzeń materiałów niezbędnych do ich budowy byłoby niezwykle trudne i kosztowne. 

Artystyczna wizja cylindrów O'Neilla - źródło: The Art of Glenn Clovis 

Czy asteroidy mogą być użyte do stworzenia cylindrów O'Neilla?

Asteroidy to skaliste ciała krążące wokół Słońca, będące pozostałościami po okresie formowania się naszego Układu Słonecznego. Według szacunków w okolicy Słońca znajduje się około 1000 asteroid posiadających średnicę przynajmniej 1,5 kilometra.

Wszystkie te latające góry wirujące wokół Słońca mogą zapewnić szybszą, tańszą i skuteczniejszą drogę do kosmicznych miast

Mieszkanie we wnętrzu asteroidy ma wiele zalet dla ludzi, między innymi to, że warstwy skalne zapewniają naturalną osłonę przed promieniowaniem kosmicznym. Niestety są i wady, bo ich struktura nie jest wystarczająco mocna, aby przy pomocy wirowania wytworzyć przynajmniej jedną trzecią grawitacji ziemskiej. Gdyby wprowadzić taką asteroidę w pożądany ruch wirowy to po prostu pękłaby i rozleciała się na kawałki. Gdyby naukowcy rzeczywiście chcieliby stworzyć tam kosmiczną kolonię, musieliby wymyślić, jak zarządzać taką kosmiczną „kupą gruzu", jaką większość asteroid faktycznie jest. 

Badania Miklavčiča koncentrują się na systemach granulowania złożonych z wielu drobnych cząstek, podobnych do piasku lub ziaren. W szczególności bada, jak te systemy reagują na środowiska o niskiej grawitacji. Naukowcy przeprowadzili obliczenia dotyczące sił, materiałów i strategii budowy obracających się osad na asteroidach i wpadli na pomysł przechowywania gruzu, który powstałby w procesie zmiany asteroidy w cylinder O'Neilla.

Skała do wora, a wór do... kosmosu

Naukowcy wyobrażają sobie umieszczenie asteroidy w bardzo dużej, elastycznej siatkowej torbie wykonanej z ultralekkich i wytrzymałych nanowłókien węglowych. Torba ta obejmowałaby i utrzymywała całą wirującą masę gruzu asteroidy i znajdujące się w niej siedlisko, jednocześnie utrzymując własny ciężar podczas obracania się. Tak w teorii prezentuje się cały proces:

• Asteroida zostaje wprawiona w ruch wirowy, co nieuchronnie prowadzi do jej rozpadu
• Kawałki gruzu zaczęłyby odlatywać w stronę odśrodkową, jednocześnie rozszerzając worek z nanowłókien węglowych otaczający asteroidę
• Kiedy worek osiągnie maksymalny rozmiar gruz osadzi się na siatce nanowłókien tworząc zbitą strukturę
• Gruz osiada na siatce wystarczająco grubą warstwą, by chronić przebywających wewnątrz przed promieniowaniem kosmicznym. Obrót cylindra wywoływałby sztuczną grawitację. Można budować wewnętrzne habitaty.

Na podstawie naszych obliczeń asteroida o średnicy 300 metrów, w odległości zaledwie kilku boisk piłkarskich, może zostać rozszerzona do cylindrycznego siedliska kosmicznego o powierzchni mieszkalnej Manhattanu.

Oczywiście na razie to tylko teoria

Oczywiście wszystko to, o czym opowiedzieliśmy, pozostaje nadal w dziedzinie science fiction, jednak badacze z Rochester twierdzą, że od tego są mechanika i fizyka, by zamieniać fikcję w rzeczywistość. Oczywiście nikt w najbliższym czasie nie będzie próbował zrealizować tego pomysłu, ale technologie, jakie zostały przez naukowców użyte w pracy, nie łamią żadnych praw fizyki. Większość z nich jest nawet obecnie stosowana do innych celów albo przynajmniej jest na etapie opracowywania. 

Idea miast na asteroidach może wydawać się zbyt odległa, dopóki nie zdasz sobie sprawy, że w 1900 roku nikt nie latał samolotem, a jednak w tej chwili tysiące ludzi siedzi sobie wygodnie w fotelach, mknąc z prędkością setek kilometrów na godzinę, wiele kilometrów ponad ziemią.

Źródła: technology.org