maanantai 17. syyskuuta 2018

Avaruussiirtokunnan valaiseminen

Gerard O'Neill ehdotti 1970-luvulla kilometrien kokoisten pyörivien sylinterimäisten avaruuskaupunkien rakentamista. Ihmiset asuvat sylinterin sisäpinnalla, jossa vallitsee 1 g keinopainovoima, ja sylinterin paksu seinä suojelee säteilyltä. Sylinterit rakennettaisiin asteroidien tai Kuun raaka-aineista. Materiaalin nostamiseksi Kuusta O'Neill ehdotti sähkömagneettista katapulttia. O'Neillin ehdotus sai aikanaan paljon huomiota ja sitä esiteltiin mm. Physics Today -lehdessä. Ehdotuksen nerokkuus on siinä että pyörivä sylinteri on massamielessä miljoona kertaa tehokkaampi tapa tuottaa elintilaa ihmiselle ja luonnolle kuin planeetta: sylinterin seinämän paksuudeksi riittää 10 tonnia neliömetrille (sama kuin Maan ilmakehän paksuus) eli muutaman metrin kivikerrosta vastaava massa, kun taas Maa-planeetalla jalkojemme alla on sulaa kiveä tuhansia kilometrejä. Maan suuren massan ainoa tehtävä on tuottaa riittävä painovoimakenttä, jotta ilmakehä ei karkaa. Pyörivässä sylinterissä sama asia ratkaistaan tekemällä rakenteesta tiivis. Toinen etu on siinä että pyörivässä habitaatissa painovoima voidaan säätää samaksi kuin Maan pinnalla eli samaksi kuin mihin olemme biologisesti sopeutuneet.

Pystyäkseen asumaan avaruudessa koko ikänsä ja voidaakseen hyvin luonto ja ihminen tarvitsevat neljä asiaa: 1) maankaltainen ilmakehä ja yhden ilmakehän paine, 2) maankaltainen säteilysuoja, 3) 1 g keinopainovoima, 4) riittävän iso habitaatti jotta siihen mahtuu toimintavarma suljettu ekosysteemi ja riittävästi ihmisiä jotta esimerkiksi erikoissairaanhoidon palvelut saadaan järjestettyä. Kuu ja Mars eivät toteuta kolmatta ehtoa, mutta O'Neillin sylinteri toteuttaa kaikki neljä.

Gerard O'Neillin sylinteriarkkitehtuurissa oli kuitenkin yksi melko vakava pulma, nimittäin se että auringonvalon heijastamiseksi asuinpinnoille maankaltaisten yö-päiväsyklien aikaansaamiseksi tarvittiin suuria liikkuvia osia. Sylintereitä oli kaksi vierekkäin, ja ne pyörivät eri suuntiin jotta systeemin kokonaisimpulssimomentti olisi nolla. Tällöin pyörimisakseleja on mahdollista pitää koko ajan suunnattuna kohti Aurinkoa.

Löysin tähän ongelmaan mielestäni ratkaisun ja julkaisin sen NSS Space Settlement Journal -lehdessä. Ratkaisussa on yksi sylinteri, jonka pyörimisakseli on kohtisuorassa ratatasoa vastaan. Auringonvalo kerätään rakennelman sisällä olevaan niinsanottuun valokanavaan parabolisten konsentraattoreiden läpi. Valokanava levittää valon melko tasaisesti myös sylinterin pimeälle puolelle. Asuinpinta on jaettu esimerkiksi 20 laaksoon, joiden vuorokaudenajat ovat eri vaiheissa. Kunkin laakson saamaa valomäärää säädetään laakson katossa olevilla sälekaihtimilla. Kun laaksossa on yö, kaihtimet ovat kiinni, jolloin ne heijastavat valon takaisin kanavaan muiden laaksojen hyödynnettäväksi. Kun laaksossa on päivä, kaihtimet ovat osittain tai kokonaan auki. Kokonaan ne ovat auki kun halutaan simuloida kirkkaan keskipäivän valoa. Valokanavan sisällä valo on muutamia kertoja kirkkaampaa kuin auringonvalo; tämä on mahdollista koska valo kerättiin parabolisten konsentraattoreiden läpi. Ratkaisussa ei ole muita liikkuvia osia kuin kunkin laakson katossa olevat paikalliset sälekaihtimet. Kaihtimien huolto on helppoa koska ne ovat lähellä asuinpintaa ja sijaitsevat säteilysuojatussa osassa. Ja jos jostain kohdasta kaihdin on rikki, pahin mitä tapahtuu on että yöllä ei olekaan täysin pimeää tai päivällä näkyy taivaalla tumma täplä, kunnes kaihdin korjataan.

Sähköpurje voisi tehdä asteroidien kaivostoiminnasta taloudellisesti kannattavaa, minkä sovelluksena puolestaan näitä suuria avaruuden siirtokuntia voitaisiin rakentaa.

Valokanavallinen sylinteri halkileikattuna. Katso tarkemmin paperista.