Огромная космическая станция километрового масштаба с «имитацией гравитации» может быть запущена с помощью одной ракеты

Искусственная гравитация до сих пор остается фантастикой. Однако пребывание в условиях невесомости вызывает у космонавтов целый ряд проблем — от деградации костей до потери зрения. «Имитация гравитации», при которой с помощью вращающегося устройства создается центробежная сила, оказывающая на организм такое же воздействие, как и гравитация, — это альтернативный путь, который может решить некоторые из этих проблем. Однако пока неясно, поможет ли это решить проблемы, связанные с отсутствием гравитации. Несмотря на это, NASA, по-видимому, заинтересовалось данной концепцией, выделив грант на вторую фазу проекта NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) в размере 600 тыс. долл. группе специалистов из Университета Карнеги-Меллона (CMU) и Университета Вашингтона (UW) на разработку конструкции, способной имитировать полную земную гравитацию и запускаться с помощью одной ракеты.

Речь идет о проекте «Космическая конструкция километрового масштаба с одного запуска», который был принят в программу NIAC в прошлом году. В прошлом году они завершили первую фазу проекта, в рамках которой «проанализировали концепцию миссии, аналогичной Lunar Gateway», которая может быть развернута в структуру длиной в километр. Команда под руководством профессора Зака Манчестера из CMU и Джеффри Липтона из UW была недавно утверждена в качестве стипендиатов NIAC 2022 года после выполнения задач, поставленных НАСА в рамках этой программы.

Слайд из презентации NIAC, посвященной структуре масштаба Киломтер. Credit: Zac Manchester Jeffery Lipton

Однако это не первый проект NIAC, в котором рассматривается идея создания крупных конструкций в космосе. В 2021 году журнал NextBigFuture сообщил о десятке проектов, финансируемых NIAC, в которых предполагается использовать преимущества новых метаматериалов для резкого увеличения их размеров после пребывания в космосе. NASA не одиноко в своей поддержке — Национальный научный фонд Китая поддержал работы по созданию объекта размером в километр на сумму 2,3 млн. долл.

Такие крупные сооружения требуют больших инвестиций, но и потенциальные выгоды от них велики. Существует два варианта достижения земного притяжения с помощью центробежных сил. Либо вращаться очень-очень быстро, либо иметь очень-очень большую ось вращения. К сожалению, люди, являясь хлюпкими мешками с водой, не очень любят вращаться очень быстро в течение длительного времени, о чем вам может рассказать любой, кого когда-либо укачивало на карнавальном аттракционе. По научным данным, предельная скорость вращения, вызывающая дискомфорт, составляет около 3 об/мин. Таким образом, чтобы вращаться со скоростью менее 3 об/мин и при этом иметь возможность пользоваться имитацией земной гравитации, сама конструкция должна быть длиной в километр.

Уместить такое количество материала в одной ракете до сих пор было невозможно. Однако доктор Манчестер и его команда считают, что нашли потенциальное решение этой невозможной проблемы — «развертываемую конструкцию с высоким коэффициентом расширения», или HERDS. В HERDS используются две новые механические инновации — сдвигающая ауксетика и разветвленные ножничные механизмы.

Сдвиговые ауксетики — это новый тип метаматериалов, которые расширяются при растяжении по спирали. Уровень хиральности может также регулировать жесткость материала. Похоже, что они находят все большее применение в робототехнике в качестве линейных приводов и захватов, однако их использование в космосе пока не доказано.

Видеоролик, демонстрирующий работу сдвиговых ауксетиков в действии. Credit: Lillian Chin YouTube Channel

Разветвленные ножничные механизмы — еще один способ развернуть большую конструкцию из компактной. Изначально разработанные ютубером и художником Генри Сегерманом, разветвленные ножничные механизмы превращаются в гораздо более крупные конструкции из более компактных. На сайте Shapeways можно даже купить демонстрационный образец, но, опять же, эти конструкции еще не использовались в космосе.

Видеоролик, демонстрирующий разветвленные ножничные механизмы. Credit: Henry Segerman

В идеале одна или обе эти системы должны работать на создание структуры километровой космической среды обитания, способной вращаться со скоростью, достаточно имитирующей земную гравитацию. Д-р Манчестер, Липтон и их команда считают, что они могут использовать эти технологии для создания трубчатых структур, способных увеличиваться в 150 раз при упаковке в ракетный обтекатель. Это амбициозная цель, но у них есть время и некоторое финансирование для ее достижения. По окончании двухлетнего периода исследований NIAC, если идея будет достаточно хорошо проработана, эти новые технологии могут даже успеть войти в планы создания Лунного шлюза.

Адаптировано из статьи, первоначально опубликованной на сайте Universe Today.