Diseñando ciudades dentro de asteroides ahuecados

Comencemos con un tamaño. Solo por sonrisas, suponga que el interior es un cilindro de 1 km de diámetro con una longitud de 10 km (eso es 6 millas de largo). Tendrá que girar un poco más de 1 rpm para proporcionar 1 g en la superficie interna. La superficie total es de unos 30 km², o unas 12 millas cuadradas.

Construcción. Supongamos un espesor de pared final de 100 metros. El volumen total de la pared es de unos 3,6 km³, por lo que el asteroide original tenía que tener unos 2 km de diámetro. El nivel de potencia mínimo absoluto requerido para derretir este trozo de hierro será de ~ 8 TW, ya que en el punto de fusión irradiará alrededor de 300 kW por metro cuadrado en radiación de cuerpo negro. En la órbita terrestre, eso requerirá un poco más de 5 millones de kilómetros cuadrados de espejo. Eso es un espejo circular de unos 2500 km de diámetro.

Iluminación: Para proporcionar niveles normales de luz diurna (1 kW/m²) en toda la superficie, la potencia total será de unos 30 GW. Empujar esto a través de un puerto en la tapa del extremo será peligroso. Si supone una ventana de 100 m de diámetro, los niveles de potencia en la ventana serán de aproximadamente 1 MW/m², o 1000 veces el brillo del sol. Este rayo deberá enviarse por el eje con una serie de espejos hasta el final del eje para difundir la luz hacia la superficie. Así que el eje estará definitivamente fuera de los límites. Y, francamente, no sé muy bien cómo especificar una ventana de alta calidad de 100 metros de diámetro que contenga de 10 a 15 psi. Sospecho que tendrá que ser de una sola pieza, ya que si lo hace con paneles, la estructura de soporte tendrá que soportar altas temperaturas (debido al flujo de energía) y aún así ser lo suficientemente fuerte como para mantenerse unida bajo la presión. ¿Titanio/zafiro, tal vez? No estoy seguro del costo de este proyecto. Dado que la fabricación de la colonia requería una matriz de espejos realmente enorme, producir los niveles de luz necesarios (incluso a distancias del Sistema Exterior) no debería ser un problema real.

Compartimentos de presión. Esto parecería ser una buena idea, como ha señalado Tucídides, pero el problema de la transmisión de la luz permanece. Cuanto mayor sea la compartimentación, más ventanas necesitará y más débil se volverá la estructura.

Población. Probablemente sea una buena idea asumir que una colonia debe ser autosuficiente en términos de alimentos, ya que la producción de alimentos es esencialmente un juego de suma cero sobre la comunidad total de colonias. Entonces, ¿cuánta área necesitas para alimentar a las personas? Asumamos un estilo de vida semi (pero no completamente) vegetariano, y vayamos con 1 acre por persona. Prefiero usar 2 acres, pero digamos que el ciclo largo de luz diurna aumentará la productividad. La carne es conejos, pescados y pollos, pero no vacas. 1 acre es aproximadamente 4000 m², por lo que el área interna total albergará a unas 7500 personas. Es un pueblo bastante pequeño, así que debería funcionar algo así como una democracia representativa. Tenga en cuenta que no puede evitar esto asumiendo granjas de niveles múltiples: son los niveles de luz los que son el factor limitante. También se debe considerar la necesidad de reciclar el agua y extraer nitratos y fosfatos. Dado que el sistema es cerrado, no se puede seguir agregando fertilizantes para mantener el rendimiento de los cultivos sin envenenar el ecosistema. También se debe considerar el costo de capital del suelo. 30 millones de m² de tierra de 1 pie de profundidad totalizarán unos 10 km³. Los asteroides de níquel-hierro tienen alrededor de un 30 % de impurezas, como silicatos, que posiblemente podrían proporcionar la base para la roca/arena/suciedad, pero parece que hace falta mucho esfuerzo para explicar exactamente cómo se separaría de lo que originalmente era un material fundido. gota. Una vez más, me pregunto sobre el costo. 30 millones de m² de tierra de 1 pie de profundidad totalizarán unos 10 km³. Los asteroides de níquel-hierro tienen alrededor de un 30 % de impurezas, como silicatos, que posiblemente podrían proporcionar la base para la roca/arena/suciedad, pero parece que hace falta mucho esfuerzo para explicar exactamente cómo se separaría de lo que originalmente era un material fundido. gota. Una vez más, me pregunto sobre el costo. 30 millones de m² de tierra de 1 pie de profundidad totalizarán unos 10 km³. Los asteroides de níquel-hierro tienen alrededor de un 30 % de impurezas, como silicatos, que posiblemente podrían proporcionar la base para la roca/arena/suciedad, pero parece que hace falta mucho esfuerzo para explicar exactamente cómo se separaría de lo que originalmente era un material fundido. gota. Una vez más, me pregunto sobre el costo.

Distribución de espacios. Un enfoque obvio sería construir viviendas a los lados de las tapas de los extremos. Con un área de límite total de alrededor de 1,5 millones de metros cuadrados, eso es alrededor de 200 metros cuadrados por persona. Tenga en cuenta que ese no es el espacio del piso, sino el espacio de la ventana. Si el espacio habitable se extiende 100 metros a lo largo del eje en ambos extremos, solo se pierden 200 metros en 10 km, o el 5 % de sus tierras de cultivo, y el espacio habitable total es de unos 20 000 m³ por persona. Incluso teniendo en cuenta el espacio común y la infraestructura, parece adecuado. Es difícil decidir qué área sería más deseable: hacia arriba, hacia el eje, o hacia abajo, hacia la superficie. La primera tendencia natural de ir por el eje tiene dos cosas a su favor: exclusividad (hay menos área disponible) y lujo de baja gravedad. El inconveniente menos obvio de esto es que vivir con g bajas es malo para uno. salud El siguiente enfoque obvio es hacer las paredes del cilindro en múltiples capas, con la agricultura en el "techo" y la industria "debajo". Dado que los materiales involucrados son presumiblemente acero al níquel, esto debería ser sencillo, pero el óxido debido al agua subterránea podría ser un problema real de integridad estructural a largo plazo. Las áreas industriales obviamente pueden usar luz artificial.

Autosuficiencia. Como mencioné en la sección de agricultura, no creo que los "hábitats agrícolas" especializados tengan mucho sentido. Además de la cuestión básica de los niveles de luz necesarios, el transporte sería un problema. Supongamos que un hábitat se ha especializado en algo (la industria, digamos) y tiene una población de 100 000 habitantes, que no es mucho para los estándares terrestres. Necesitará algo así como 5 libras de suministros por persona por día, o 250 toneladas por día. Mover ese tipo de tonelaje en una nave espacial es un poco dudoso. La mitad (comida) es bastante perecedero, lo que significa que el transporte necesita una velocidad media bastante alta en distancias relativamente cortas, lo que a su vez implica un gran empuje. Peor aún, cualquier tecnología tiene que ser sin reactivos, ya que la masa de reacción se pierde y tiene que importarse, y es poco probable que esto se desarrolle muy pronto ahora.

Especialización. Aunque cada colonia sería casi autosuficiente, existen economías intelectuales de escala en las actividades tecnológicas, que podrían o no compensarse con una comunicación fluida. (Algunas empresas han descubierto, por ejemplo, que la subcontratación crea tantos problemas como los que resuelve. Las reuniones cara a cara pueden ser algo muy bueno). Esto podría conducir a la especialización entre colonias, pero siempre estaría limitado por el costo de transporte de productos terminados. En particular, si la fabricación local se vuelve simple (piense en las impresoras 3D con esteroides), las colonias bien podrían convertirse en diseñadores de nicho, con diseños que se venden y distribuyen en lugar de productos o piezas terminados. La difusión de obras de arte sería lo suficientemente simple para escritores y artistas visuales, y el arte artesanal (cerámica, escultura, pinturas, artefactos personalizados, etc.) probablemente sería lo suficientemente barato para enviar para permitir el establecimiento de colonias de artistas, aunque la necesidad de proporcionar alimentos y servicios básicos mantendría a raya a la población artística. Además, podría convertirse en estándar en colonias viables (que no se desmoronan con conflictos internos) exigir que todos dediquen una cierta cantidad de trabajo agrícola. Hacer lo contrario fomentaría una división social entre los agricultores y los (artistas/ingenieros/burócratas/etc.) que tendría el potencial de terminar muy mal. t desgarrarse con conflictos internos) para exigir a todos que pongan una cierta cantidad de trabajo agrícola. Hacer lo contrario fomentaría una división social entre los agricultores y los (artistas/ingenieros/burócratas/etc.) que tendría el potencial de terminar muy mal. t desgarrarse con conflictos internos) para exigir a todos que pongan una cierta cantidad de trabajo agrícola. Hacer lo contrario fomentaría una división social entre los agricultores y los (artistas/ingenieros/burócratas/etc.) que tendría el potencial de terminar muy mal.

Crear un espacio dentro de un asteroide es probablemente la parte simple (simplemente podría excavar el interior), pero su pregunta es más sobre lo que sucede después.

La mayoría de los diseños requieren un espacio abierto masivo en el interior, pero por seguridad sospecho que tendría mucho más sentido tener el interior lleno de "burbujas" para que cualquier problema como un pinchazo o una enfermedad no se propague o provoque una falla en cascada. Esto también le permite aislar actividades como la agricultura, la industria y otras cosas para que no interfieran entre sí.

La iluminación podría provenir de un espejo de cualquier tamaño arbitrario (incluso en el cinturón de Kruiper). Tener el eje de giro apuntando hacia el sol permite que los espejos enfoquen la luz en el asteroide, mientras que el polo opuesto al espejo puede estar despejado para permitir que la nave espacial se acople sin impedimentos.

El eje central probablemente tendría un cable para el transporte entre los polos, y más burbujas podrían estar colgando del cable para hacer un "suburbio" de caída libre dentro del asteroide.

Dado que el asteroide estará lleno de hielo y otras materias primas valiosas, una gran parte de él será un sitio minero, aunque probablemente oculto a la vista de la mayoría de las personas que viven dentro del asteroide.

En cuanto a ser una "nación", tiene el potencial de ser una ciudad estado muy grande debido a la naturaleza tridimensional del volumen interior, y millones de personas podrían vivir en su interior. Debido a que el espacio real de los asteroides está tan alejado, estarán en gran medida aislados e independientes entre sí.

Si son ciudades estado, entonces el futuro podría ser una repetición del pasado antiguo, con los asteroides volviéndose muy parecidos a las ciudades estado de la Grecia clásica.

El principal problema que veo aquí es retener su atmósfera. La roca es muy buena para construir, pero está lejos de ser hermética.

Su cilindro giratorio fuerza el aire contra las paredes rocosas, actuando como una centrífuga para difundir su oxígeno en la roca y, finalmente, hacer que escape por el otro lado y hacia el espacio. Aquí hay un experimento bastante bueno que muestra la difusión de gases a través de la roca en una centrífuga. Si quieres usar esto como un barco de semillas que gira a 1 g y aún retienes tu oxígeno entre las estrellas, necesitas algo para combatir esto.

O diseñe una capa no porosa de fuera de la ciudad para retener el oxígeno. Incluso la roca derretida todavía absorbería algo de oxígeno y provocaría una pérdida.

O primero llenamos la roca con otro gas más denso (pero no reactivo) . Llena el globo de níquel/hierro con este gas (digamos argón) y luego las mismas fuerzas centrífugas lo empujan hacia los huecos en la roca donde tarda más en pasar y proporciona una barrera contra el oxígeno haciendo lo mismo.

Sin embargo, un problema sería que si se hiciera que el asteroide redujera la velocidad de su giro, el gas pesado volvería a subir a través de la roca y asfixiaría a todos a nivel del suelo...

La primera pregunta que creo que se debe hacer es si de hecho existen asteroides de níquel-hierro de ese tamaño. Tenemos medio siglo más de ciencia sobre la cual construir, y las naves espaciales han visitado varios asteroides. Mi impresión de la lectura casual de los hallazgos es que la mayoría de los asteroides más pequeños son, de hecho, "montones de escombros" poco consolidados. lo que significa que tendría que hacer mucho más procesamiento de materiales para convertirlos en un hábitat de trabajo.

No inflas el asteroide, lo separas, luego inflas/haces girar el hierro para formar un caparazón.

1. Los asteroides de ese tamaño rara vez son sólidos, sino que son montones de escombros , por lo que primero quemas todos tus volátiles (y los capturas), luego tienes que derretir tus metales en un recipiente que puedes inflar junto con él, al revés haciéndolo girar junto con al inflarlo puedes obtener un control decente del grosor.

2. luego construyes tus puntales y compartimentos internos. necesita ser reforzado si planea girarlo por gravedad.

3. una vez que tienes tu caparazón hermético, lo cubres con capas de roca solidificada. La roca es tanto su escudo de radiación como su escudo de impacto. esto también es cuando le haces agujeros. 2 y 3 se pueden hacer al mismo tiempo.

4. ahora vuelves a poner algunos de tus gases y construyes tu hábitat.

la clave para esto es usar roca/escoria minera para recubrir el exterior, ya sea como escombros aglomerados o como revestimiento remodelado. esto se verá como un asteroide y proporciona un escudo de radiación duradero y económico.

O simplemente perforas un agujero.

la otra opción es encontrar el raro asteroide sólido del tamaño correcto, taladrar un gran agujero en él, ahuecarlo, quizás el 30-40% de su volumen como máximo. luego derrite un poco de hierro y cubre el interior con él para que quede hermético. Esto es menos estructuralmente sólido pero más fácil de hacer. Sin embargo, esto solo puede hacer construcciones pequeñas.

Este es mi tema favorito de pensamiento.

Me encantan los conceptos de cilindros de O'Neill y creo que posiblemente sean la mejor solución para que existan humanos en el futuro.

Así que aquí están mis pensamientos:

Primero aclaremos algo sobre la agricultura: en realidad tiene poco sentido que las granjas estén en un cilindro de O'Neill . En términos de recursos, sería mucho más fácil tener cerca granjas satélite automatizadas hidropónicas o aeropónicas en gravedad cero. Optimizados en el medio ambiente para un rendimiento máximo, capaces de reutilizar el agua y los nutrientes inyectados, controlados en el espacio, producirían la mayor cantidad de alimentos por unidad cúbica de volumen.

Del mismo modo, la producción de carne probablemente sea carne cultivada: no tiene sentido que vacas o pollos utilicen un espacio valioso de manera ineficiente cuando los robots pueden hacerlos en entornos de gravedad cero en satélites ultra densos conectados al cilindro.

Y la industria: en realidad, es mucho más fácil para los robots y las computadoras hacer producción , lo que sucedería en el espacio. Los seres humanos aún pueden programar o coordinar, pero el papel del trabajo definitivamente sería menos industrias primarias y secundarias y más terciario o de entretenimiento.

Entonces, ¿qué queda? Comercio y estilo de vida .

Así que vivir en un cilindro O'Neill, ahora eliminado de la necesidad de ser generadores de alimentos, ahora puede concentrarse en Comercio y Estilo de Vida - ¡y qué posibilidades!

Una verdadera ciudad de entretenimiento y comercio tridimensional Con la ventaja de la gravedad normal en el borde y la gravedad cero en el centro, realmente podría tener un enfoque de entretenimiento importante:

• Imagine un enorme crucero, con toboganes, cines, juegos mecánicos, gimnasios, salones para eventos, restaurantes en una increíble matriz tridimensional de variada experiencia divertida. ¡Tus hijos se lo pasarán en grande! (Mientras haces tus discusiones serias con otros adultos al límite a 1g)
• Arena deportiva de gravedad cero en el medio para los mejores Juegos Olímpicos o deportes competitivos de la historia
• Un cilindro oceánico de bucle continuo, para aquellos entusiastas de la navegación, con clima controlado.
• Un cilindro de la jungla, con plantas que unen un extremo al otro, personas que viven en casas de árboles de baja gravedad, se divierten o estudian atentamente los ecosistemas.
• Un cilindro de mercado. Imagina el Gran Bazar de Estambul, pero en una enorme matriz tridimensional con diferentes áreas de gravedad. Los bienes y servicios se pueden transportar y distribuir fácilmente a través de las arterias, y el comercio puede ocurrir en todo tipo de entornos. Un corte de pelo de gravedad baja, una terapia de belleza, salas de juntas de gravedad cero y salas de conferencias universitarias, ¡o incluso centros de fitness de gravedad alta!

Las posibilidades son alucinantemente numerosas y emocionantes más allá de lo creíble. En realidad, puede ser que con todo lo anterior, y tu capacidad para visitar muchos tipos diferentes de ciudades y cilindros, puedan revelarse otras posibilidades con las que ni siquiera hemos soñado...