Er zijn twee belangrijke benaderingen die de mensheid kan volgen om in de ruimte te leven. De meest afgebeelde is het koloniseren van andere hemellichamen zoals de maan en Mars. Die aanpak brengt enkele grote nadelen met zich mee, inclusief het omgaan met giftige bodems, plakkerig stof en zwaartekrachtputten.

Het alternatief is om onze eigen habitats te bouwen. Deze kunnen zich overal in het zonnestelsel bevinden, kan van elke omvang zijn die de materiaalwetenschap toestaat, en hebben verschillende kenmerken, zoals temperatuur, klimaat, zwaartekracht, en zelfs lengtes van de dag. Helaas, we zijn nog ver verwijderd van het bouwen van zoiets als een habitat op ware grootte. Echter, we zijn nu een stap dichter bij dat doel met de publicatie van een paper van een team van Texas A&M dat een manier beschrijft om een ​​uitbreidbare ruimtehabitat te bouwen van concentrische cilinders die plaats biedt aan maximaal 8, 000 mensen.

Elke habitat waar veel mensen wonen, zal te maken krijgen met een aantal grote nadelen van het leven in de ruimte. De auteurs van het artikel noemen er expliciet vijf die hun ontwerp van de ruimtehabitat probeerde aan te pakken:

• Zwaartekracht
• Stralingsbescherming
• Duurzame landbouw
• Habitat groeivermogen
• Commerciële waarde

Langdurige blootstelling aan gebrek aan zwaartekracht veroorzaakt schade aan het menselijk lichaam, alles veroorzaakt, van slechtziendheid tot verlies van botdichtheid. De meeste van deze problemen worden opgelost door een enkele elegante oplossing:kunstmatige zwaartekracht.

We hebben (nog) niet de technologie om Captain Picard op de brug van de Enterprise te laten staan ​​alsof hij in een kantoorgebouw stond. Echter, we hebben wel iets dat kunstmatige zwaartekracht benadert:middelpuntvliedende kracht via rotatie. Dit is een eenvoudige oplossing om astronauten iets te bieden dat gelijkwaardig is aan zwaartekracht. Die oplossing is niet getest, maar de meeste deskundigen zijn het erover eens dat het de meeste gezondheidsproblemen zou moeten verlichten die gepaard gaan met een gebrek aan zwaartekracht.

Er zijn twee belangrijke ontwerpoverwegingen bij het maken van een kunstmatig zwaartekrachtsysteem dat deze gezondheidsproblemen zou elimineren. De eerste gaat over de grootte van de habitat die de kunstmatige zwaartekracht induceert. Als de rotatiestraal te klein is, er kan een significant verschil zijn in waargenomen zwaartekracht tussen het hoofd en de voeten van een persoon. Het is bekend dat dit bewegingsziekte veroorzaakt, en zou elke habitat die dat effect bij de bewoners veroorzaakte onbruikbaar maken.

De tweede overweging richt zich op de rotatiesnelheid. De auteurs citeren een artikel waarin wordt opgemerkt dat elke rotatiesnelheid van meer dan 4 RPM ook bewegingsziekte zou veroorzaken. Gebruik van de bovengrens van de rotatiesnelheid en de ondergrens van de rotatiestraal levert een straal van 56 meter op, ongeveer zo hoog als de scheve toren van Pisa. Een mens zou mogelijk in zo'n habitat kunnen leven zonder de veroorzaakte bewegingsziekte van een kermisattractie, en zonder de negatieve gezondheidseffecten van constant zweven in nul-G.

Zero-G is niet het enige gevaar waar de auteurs omheen moeten ontwerpen. Langdurige blootstelling aan straling is buitengewoon slecht voor mensen, aanzienlijk verhogend risico op kanker en celbeschadiging tijdens een langer verblijf in de ruimte.

De oplossing van de auteurs voor dit gevaar is eenvoudig:omring het hele leefgebied met vijf meter regoliet en water. In hun model het water is ingeklemd tussen de regoliet. De beschermende laag zou zich bevinden in wat zij het 'schild' noemen. Het zou zich aan de buitenkant van het cilindrische leefgebied bevinden en bedekt zijn met zonnepanelen om het leefgebied van stroom te voorzien. De samenstelling van het schild is voornamelijk gekozen op basis van gemakkelijke toegang tot materialen - regoliet en water zijn overvloedig beschikbaar op plaatsen met bronnen met relatief lage zwaartekracht (d.w.z. asteroïden en de maan). Het is ook bekend dat de combinatie kosmische straling en zonnestraling tegenhoudt.

Naast het stoppen van eventuele straling, het schild helpt het levensondersteunende systeem door heel langzaam te draaien in een poging om enkele van de thermische gradiënten die aanwezig zijn op de structuur van de habitat te verdrijven. De auteurs berekenden een rotatie van 0,2 rpm van het schild, en een uitgebreide "radiator" die aan de zijkant van het leefgebied is bevestigd om een ​​interne temperatuur van ongeveer 300K (27C / 80F) in het leefgebied te bereiken.

Die interne temperatuur zou goed worden ontvangen door de voorgestelde niet-menselijke bewoners van de habitat - planten. De boerderijen van het leefgebied zouden aan weerszijden van de cilinder in een conische vorm worden geplaatst, en bekroond door een transparant glazen plafond. Ze zouden ook worden bediend door gigantische spiegels die een beetje scheef staan, reflecterend zonlicht gelijkmatig op het landbouwoppervlak.

De auteurs berekenden dat elke bewoner van het station ongeveer 300 m . nodig zou hebben ² landbouwgrond om hen te ondersteunen. Met een uitgebreide habitat die uitgroeit tot een straal van 224 meter (52 afzonderlijke verdiepingen van 4 meter hoog met een binnenste cilinder van 20 meter), er zou genoeg landbouw- en leefruimte zijn om 8000 mensen te huisvesten.

Maar het leefgebied zou aanvankelijk niet al die mensen kunnen ondersteunen. De binnenste cilinder met een straal van 20 meter zou kunnen dienen als een "zaad" -module waar andere cilindrische lagen op bouwen. En dat bouwproces zou een beproefde techniek van werktuigbouwkunde gebruiken:tensegrity.

Tensegrity is een samentrekking bedacht door Buckminster Fuller om een ​​systeem van met elkaar verweven staven en snaren te beschrijven waarbij de staven worden samengedrukt en de snaren worden gespannen. Hiermee kunnen ontwerpers een aantal werkelijk ongelooflijke structuren bouwen, om nog maar te zwijgen van de spectaculaire meubels die sommige YouTubers bouwen.

In termen van een ruimtehabitat, het stelt de ontwerpers in staat om een ​​uitbreidingsplan in zes stappen te ontwikkelen dat voor onbepaalde tijd kan worden herhaald zonder de noodzaak om levensondersteunende systemen uit te schakelen naarmate het leefgebied wordt uitgebreid. Bij elke uitbreiding kan een extra cilinder aan het complex worden toegevoegd, en voegt aanzienlijke hoeveelheden extra woonruimte toe zonder het leven van de mensen die in de reeds geïnstalleerde cilinders wonen te verstoren. Een dergelijke uitbreidbaarheid zou elke structuur die dit systeem gebruikt economisch veel interessanter maken dan een habitat die een enkele vorm moet behouden. Die economische factor is een uiterst belangrijk onderdeel van toekomstige ontwerpplannen, aangezien het de belangrijkste drijvende factor zal zijn achter de uitbreiding van de ruimte-infrastructuur in het algemeen.

Een andere manier om economische waarde te krijgen, is door gebruik te maken van een van de interessante kenmerken van deze stijl van cilindrische habitat. Het midden van de cilinder zou kunnen fungeren als een "zero-gravity workshop, " die de inzittenden in staat zouden stellen werkzaamheden uit te voeren die in een zwaartekrachtput misschien moeilijk of onmogelijk zijn, zoals het verwerken van grondstoffen of het ontwikkelen van nieuwe soorten geneesmiddelen.

De centrale cilinder zou ook een belangrijke rol kunnen spelen in een andere economische motor voor de habitat:toerisme. De ontwerpers plannen een centrale open ruimte die bijna geheel in het teken staat van parklandschap. Dit zou gedeeltelijk ten goede komen aan het emotionele en psychologische welzijn van de langetermijnbewoners van de habitat, maar kan ook dienen als een belangrijke toeristische attractie. Dat zou bijzonder nuttig zijn omdat toerisme waarschijnlijk zal dienen als een van de belangrijkste drijvende economische krachten van vroege ruimtehabitats.

Dat toerisme inderdaad nog ver weg is, en terwijl de lanceringskosten blijven dalen, totdat we de infrastructuur hebben om asteroïden of de maan te ontginnen, het is onwaarschijnlijk dat er een grote ruimtehabitat zal worden gebouwd. Ondertussen, we kunnen blijven werken aan nieuwe ideeën die we uiteindelijk zouden kunnen uitvoeren. Als we maar niet zoveel hoefden uit te geven om goed aan onze eigen zwaartekracht te ontsnappen.