أسطوانة أونيل

في كتابه الصادر عام 1976، ^{[ 1 ]} وصف أونيل ثلاثة تصاميم مرجعية، أطلق عليها اسم "الجزر":

• الجزيرة الأولى عبارة عن كرة دوارة يبلغ محيطها 1.5 كيلومتر ( ميل واحد) ( قطرها 512 مترًا أو 1681 قدمًا )، ويعيش الناس في المنطقة الاستوائية (انظر كرة برنال ). وفي دراسة لاحقة أجرتها وكالة ناسا/مركز أميس في جامعة ستانفورد، تم تطوير نسخة بديلة من الجزيرة الأولى: وهي حلقة ستانفورد ، وهي شكل حلقي قطره 500 متر (1600 قدم) . ^{[ 6 ]}      

• الجزيرة الثانية كروية الشكل، ويبلغ قطرها 1600 متر (5200 قدم) .  

• يتألف تصميم الجزيرة الثالثة ، المعروف باسم أسطوانة أونيل، من أسطوانتين تدوران في اتجاهين متعاكسين . يبلغ قطرهما 6.4 كيلومتر (4 أميال) ^{[ 3 ]} أو 8.0 كيلومتر (5 أميال) ^{[ 4 ]} ، ويمكن توسيعهما ليصل طولهما إلى 32.2 كيلومتر (20 ميلاً) . ^{[ 7 ]} تحتوي كل أسطوانة على ستة شرائط متساوية المساحة تمتد على طولها؛ ثلاثة منها نوافذ شفافة، وثلاثة أسطح صالحة للسكن. علاوة على ذلك، تدور حلقة زراعية خارجية ، قطرها 32.2 كيلومتر (20 ميلاً) ، بسرعة مختلفة لدعم الزراعة. يقع مجمع التصنيع الصناعي في المنتصف، لتقليل تأثير الجاذبية على بعض عمليات التصنيع.        

ولتوفير التكلفة الباهظة لنقل المواد من الأرض بالصواريخ، سيتم بناء هذه الموائل باستخدام مواد يتم إطلاقها إلى الفضاء من القمر بواسطة محرك مغناطيسي . ^{[ 1 ]}

في عدد سبتمبر 1974 من مجلة "فيزياء اليوم" ، جادل الدكتور أونيل بأن الحياة على متن أسطوانة أونيل ستكون أفضل من بعض الأماكن على الأرض. ^{[ 8 ]} ويعود ذلك إلى وفرة الغذاء، والتحكم في المناخ والطقس، وعدم الحاجة إلى المركبات التي تعمل بمحركات الاحتراق والتي تُسبب الضباب الدخاني والتلوث. ^{[ 8 ]} كما سيتمكن السكان من الحفاظ على نشاطهم وتسلية أنفسهم بممارسة الرياضات الأرضية الشائعة كالتزلج والإبحار وتسلق الجبال، بفضل الجاذبية المُولّدة اصطناعياً نتيجة دوران الأسطوانة. إضافةً إلى هذه الرياضات، ستُبتكر رياضات جديدة بفضل وجود المسكن داخل أسطوانة في الفضاء، وسيتم استغلال هذه الظروف بطرق إبداعية. ^{[ 8 ]}

تدور الأسطوانات لتوفير جاذبية اصطناعية على سطحها الداخلي. عند نصف القطر الذي وصفه أونيل، سيتعين على المساكن الدوران حوالي 28 مرة في الساعة لمحاكاة جاذبية الأرض القياسية ؛ بسرعة زاوية تبلغ 2.8 درجة في الثانية. تشير الأبحاث حول العوامل البشرية في الأطر المرجعية الدوارة ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} إلى أنه عند سرعات الدوران المنخفضة هذه، لن يعاني سوى عدد قليل من الأشخاص من دوار الحركة بسبب قوى كوريوليس المؤثرة على الأذن الداخلية. ومع ذلك، سيتمكن الأشخاص من تحديد اتجاهات الدوران مع اتجاه الدوران وعكسه عن طريق تحريك رؤوسهم، وستبدو أي أجسام تسقط وكأنها انحرفت بضعة سنتيمترات. ^{[ 12 ]} سيكون المحور المركزي للمسكن منطقة انعدام جاذبية ، وكان من المتوقع أن تُقام فيه مرافق ترفيهية.

لاحظ أن الأسطوانة المعزولة المفردة، كما هو موضح في مسلسل Babylon 5 ، ستكون غير مستقرة ديناميكيًا.

كان من المخطط أن يحتوي الموئل على الأكسجين بضغوط جزئية مماثلة تقريبًا لضغط الهواء على سطح الأرض، أي 20% من ضغط الهواء عند مستوى سطح البحر. كما سيُضاف النيتروجين لرفع الضغط بنسبة 30% أخرى. من شأن هذا الغلاف الجوي ذي الضغط النصفي أن يوفر الغاز ويقلل من قوة وسماكة جدران الموئل المطلوبة. ^{[ 1 ] [ 6 ]}

على هذا النطاق، يوفر الهواء داخل الأسطوانة وغلافها حماية كافية ضد الأشعة الكونية . ^{[ 1 ]} الحجم الداخلي لأسطوانة أونيل كبير بما يكفي لدعم أنظمة طقس صغيرة خاصة بها، والتي يمكن التحكم بها عن طريق تغيير التركيب الجوي الداخلي أو كمية ضوء الشمس المنعكس. ^{[ 7 ]}

تُثبّت مرايا كبيرة بمفصلات في الجزء الخلفي من كل شريط من النوافذ. ويتجه طرف النوافذ غير المثبت بالمفصلات نحو الشمس. ووظيفة هذه المرايا هي عكس ضوء الشمس إلى داخل الأسطوانات عبر النوافذ. ويتم محاكاة الليل بفتح المرايا، مما يسمح للنافذة برؤية الفضاء الفارغ؛ وهذا يسمح أيضًا بإشعاع الحرارة إلى الفضاء. خلال النهار، تبدو الشمس المنعكسة وكأنها تتحرك مع حركة المرايا، مما يخلق تدرجًا طبيعيًا لزوايا الشمس. وعلى الرغم من أن ذلك غير مرئي للعين المجردة، إلا أنه يمكن ملاحظة دوران صورة الشمس نتيجة دوران الأسطوانة. الضوء المنعكس من المرايا مستقطب ، مما قد يُربك النحل الملقح . ^{[ 1 ]}

للسماح بدخول الضوء إلى الموئل، تمتد نوافذ كبيرة على طول الأسطوانة. ^{[ 1 ]} لن تكون هذه النوافذ عبارة عن ألواح زجاجية مفردة، بل ستتكون من عدة أقسام صغيرة، وذلك لمنع حدوث أضرار جسيمة، وبالتالي يمكن لإطارات النوافذ المصنوعة من الألومنيوم أو الفولاذ تحمل معظم ضغوط الهواء داخل الموئل. ^{[ 1 ]} قد يتسبب نيزك أحيانًا في كسر أحد هذه الألواح. سيؤدي ذلك إلى فقدان بعض الهواء، لكن الحسابات أظهرت أن هذا لن يشكل حالة طارئة، نظرًا للحجم الكبير جدًا للموئل. ^{[ 1 ]}

يجب توجيه الموئل ومراياه باستمرار نحو الشمس لجمع الطاقة الشمسية وإضاءة داخله. وقد ابتكر أونيل وطلابه طريقةً دقيقةً لتدوير المستعمرة 360 درجة في كل دورة مدارية دون استخدام صواريخ (التي من شأنها أن تُفقد كتلة رد الفعل). ^{[ 1 ]} أولًا، يمكن تدوير الموئلين بتشغيل الأسطوانات كعجلات زخم . إذا كان دوران أحد الموئلين غير دقيق، فإن الأسطوانتين ستدوران حول بعضهما. بمجرد أن يصبح المستوى المُشكّل من محوري الدوران عموديًا على محور الدوران بالنسبة للمدار، يمكن حينها توجيه الأسطوانتين نحو الشمس بتطبيق قوة بين المحملين المواجهين للشمس. سيؤدي دفع الأسطوانتين بعيدًا عن بعضهما إلى ترنحهما الجيروسكوبي ، وبالتالي سينحرف النظام في اتجاه واحد، بينما سيؤدي دفعهما نحو بعضهما إلى انحرافهما في الاتجاه المعاكس. لا تُحدث الموائل ذات الدوران المعاكس أي تأثير جيروسكوبي صافٍ ، وبالتالي يمكن أن يستمر هذا التبادر الطفيف طوال مدار الموئل، مما يحافظ على توجيهه نحو الشمس. هذا تطبيق جديد لجيروسكوبات عزم التحكم .

في عام 1996، اقترح المهندس توم ماكيندري مسكناً فضائياً دواراً أكبر حجماً. ^{[ 17 ]} وقد توسع في الفكرة عام 2000، في مؤتمر ناسا لتحويل الأهداف إلى واقع. ^{[ 18 ]}

بدلاً من المواد التقليدية المعروفة وقت اقتراح أسطوانة أونيل، سيُبنى موطن ماكيندري باستخدام مواد شبيهة بالماس أو أنابيب الكربون النانوية ، مما يسمح ببنائه بحجم أكبر بكثير. ^{[ 19 ]} وذكر أن مثل هذا الموطن يمكن أن يمتد إلى نصف قطر 461 كم (حوالي 287 ميلاً) وطول يزيد عن 4610 كم (حوالي 2865 ميلاً) إذا بُني من مواد شبيهة بالماس، أو إلى نصف قطر 1120 كم (حوالي 696 ميلاً) وطول يزيد عن 11200 كم (حوالي 6959 ميلاً) إذا بُني من أنابيب الكربون النانوية.

على غرار أسطوانة أونيل، اقترح ماكيندري تخصيص نصف سطح المستعمرة للنوافذ، مما يسمح بإضاءة مباشرة للداخل. سيتألف الموئل من زوج من الأسطوانات المتعاكسة الدوران، والتي ستعمل كعجلات زخم للتحكم في اتجاه الموئل. ^{[ 17 ]} بناءً على المواد والحجم، قدّر أن مثل هذا الموئل يمكن أن يستوعب ما بين 40 مليارًا و250 مليار نسمة.

وقد أطلق على هذا المفهوم منذ ذلك الحين اسم أسطوانة ماكيندري .