ความฝันของสถานีอวกาศหมุนที่สร้างแรงโน้มถ่วงเทียมผ่านการหมุนรอบตัวเองได้ดึงดูดใจวิศวกรและแฟนนิยายวิทยาศาสตร์มาเป็นทศวรรษ ในขณะที่การออกแบบสถานีรูปล้อของ Wernher von Braun ที่มีชื่อเสียงจากทศวรรษ 1950 ได้สร้างแรงบันดาลใจให้กับภาพยนตร์และหนังสือนับไม่ถ้วน แต่ความเป็นจริงของการสร้างโครงสร้างดังกล่าวยังคงอยู่นอกเหนือการเข้าถึงอย่างน่าหงุดหงิด ตอนนี้ด้วยระบบจรวด Starship ของ SpaceX ที่ใกล้จะพร้อมใช้งาน ชุมชนอวกาศกำลังตื่นเต้นอีกครั้งเกี่ยวกับการทำให้ที่อยู่อาศัยหมุนเหล่านี้เป็นจริงในที่สุด
 |
|---|
| ที่อยู่อาศัยในอวกาศแห่งอนาคต สื่อถึงความฝันของสถานีอวกาศหมุนที่สร้างแรงโน้มถ่วงเทียม |
Starship เปลี่ยนเกมสำหรับโครงสร้างอวกาศขนาดใหญ่
การพัฒนาสำคัญที่ Starship นำเสนอคือความสามารถในการขนส่งน้ำหนักบรรทุกขนาดใหญ่ไปยังวงโคจรต่ำของโลก แตกต่างจากจรวดในอดีตที่สามารถขนส่งเพียงโมดูลขนาดเล็กที่ต้องการการประกอบที่ซับซ้อนในอวกาศ Starship สามารถปล่อยส่วนทั้งหมดของสถานีหมุนในการบินเที่ยวเดียว การอภิปรายในชุมชนเน้นว่าความสามารถนี้สามารถทำให้เกิดโครงสร้างที่ใหญ่กว่า International Space Station มาก โดยบางคนแนะนำการออกแบบแปดเหลี่ยมที่ทำจากโมดูลขนาด Starship ที่ยึดติดกันในวงโคจร
ความท้าทายทางวิศวกรรมของสถานีหมุนเป็นที่เข้าใจกันดี เพื่อสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมเหมือนโลกโดยไม่ทำให้เกิดอาการเมาเวียน ล้อจำเป็นต้องมีขนาดใหญ่พอที่จะหมุนช้าๆ ล้อขนาดเล็ก 5 เมตร จะต้องหมุน 17.5 รอบต่อนาที ซึ่งสร้างสภาพที่ไม่สบายสำหรับผู้อยู่อาศัย แต่ด้วยความสามารถของ Starship ในการปล่อยชิ้นส่วนขนาดใหญ่ วิศวกรสามารถสร้างล้อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 75 เมตรหรือใหญ่กว่า โดยหมุนที่ 2-3 รอบต่อนาทีอย่างสบาย
ข้อกำหนดการออกแบบสถานีหมุน:
- เส้นผ่านศูนย์กลาง: 75+ เมตร เพื่อการหมุนที่สบาย
- อัตราการหมุน: 2-3 รอบต่อนาที เพื่อลดอาการเมาจากการเคลื่อนไหว
- ล้อขนาดเล็ก 5 เมตร จะต้องหมุน 17.5 รอบต่อนาที (ไม่สบาย)
- ล้อขนาดใหญ่สามารถหมุนช้าๆ ในขณะที่ยังคงแรงโน้มถ่วงเหมือน โลก
 |
|---|
| แบบจำลองแนวคิดของสถานีแรงโน้มถ่วงเทียม แสดงให้เห็นอนาคตของที่อยู่อาศัยแบบหมุนในอวกาศ |
ที่อยู่อาศัยแบบพองลมแสดงความหวังสำหรับสถานีหมุน
การพัฒนาที่น่าตื่นเต้นอีกประการหนึ่งมาจากความก้าวหน้าในที่อยู่อาศัยอวกาศแบบพองลม Sierra Space ได้ทดสอบโมดูลพองลมที่ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ โดยรุ่นล่าสุดมีขนาด 285 ลูกบาศก์เมตร และมีแผนสำหรับเวอร์ชัน 500 ลูกบาศก์เมตร โครงสร้างน้ำหนักเบาเหล่านี้อาจสามารถปรับให้เข้ากับการกำหนดค่าแบบหมุนได้ โดยเสนอเส้นทางสู่ที่อยู่อาศัยหมุนปริมาตรใหญ่โดยไม่ต้องการโครงสร้างขนาดใหญ่ของการออกแบบแข็งแกร่ง
แนวคิดโทรัสพองลมเดิมของ Goodyear จากทศวรรษ 1960 กำลังได้รับความสนใจใหม่เมื่อวัสดุและเทคนิคใหม่เหล่านี้พิสูจน์คุณค่าของตน การปรับใช้ที่ประสบความสำเร็จของโมดูลพองลม BEAM ของ NASA บน ISS ได้แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างดังกล่าวสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมอวกาศ รวมถึงการกระทบของไมโครอุกกาบาตที่เคยถือว่าเป็นข้อบกพร่องร้ายแรง
ความก้าวหน้าของแหล่งที่อยู่อาศัยแบบพองได้ของ Sierra Space:
- ปริมาตรทดสอบปัจจุบัน: 285 ลูกบาศก์เมตร
- การทดสอบที่วางแผนไว้ในปี 2025: 500 ลูกบาศก์เมตร
- แผนงานในอนาคต: โมดูล 1,400 และ 5,000 ลูกบาศก์เมตร
- เป้าหมายเปรียบเทียบ: แนวคิดล้อ von Braun ขนาด 6,000 ลูกบาศก์เมตร
 |
|---|
| การออกแบบทางประวัติศาสตร์สำหรับสถานีอวกาศแบบหมุน เน้นความก้าวหน้าของเทคโนโลยีสำหรับที่อยู่อาศัยในอนาคต |
การประยุกต์ใช้นอกวงโคจรโลก
การอภิปรายขยายไปนอกเหนือจากสถานีที่โคจรรอบโลกธรรมดา สมาชิกชุมชนบางคนมองเห็นการใช้ที่อยู่อาศัยหมุนเป็นก้าวย่างสู่การตั้งอาณานิคม Mars โดยให้วิธีทดสอบผลกระทบของแรงโน้มถ่วงบางส่วนต่อสรีรวิทยาของมนุษย์ สถานีอวกาศปัจจุบันอนุญาตให้ศึกษาเฉพาะผลกระทบของแรงโน้มถ่วงศูนย์ แต่สถานีหมุนสามารถจำลองแรงโน้มถ่วง Mars (38% ของโลก) หรือแรงโน้มถ่วงดวงจันทร์ (16% ของโลก) เป็นระยะเวลานาน
Starship to LEO is technologically conservative -- it's hard for me to believe that something like that couldn't be made to work.
การประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ไปถึงไกลกว่านั้นในระบบสุริยะ แนวคิดขั้นสูงรวมถึงโครงสร้างหมุนขนาดใหญ่ที่สร้างรอบๆ ดาวเคราะห์น้อยเช่น Ceres ซึ่งสามารถรองรับประชากรมากกว่าโลกในขณะที่ให้การเข้าถึงทรัพยากรน้ำและไนโตรเจนที่อุดมสมบูรณ์
ความสามารถในการจำลองแรงโน้มถ่วง:
- แรงโน้มถ่วงโลก: 9.8 m/s²
- แรงโน้มถ่วง Mars : 38% ของโลก (3.7 m/s²)
- แรงโน้มถ่วง Moon : 16% ของโลก (1.6 m/s²)
- สถานีหมุนรอบตัวเองสามารถทดสอบผลกระทบของแรงโน้มถ่วงบางส่วนต่อสุขภาพมนุษย์ได้
อุปสรรคทางเทคนิคยังคงอยู่
แม้จะมีความตื่นเต้น แต่ความท้าทายทางวิศวกรรมที่สำคัญยังคงอยู่ ศูนย์กลางของสถานีหมุนนำเสนอปัญหาที่ซับซ้อนสำหรับการเทียบท่ายานอวกาศและการถ่ายโอนลูกเรือ สถานีจะต้องสมบูรณ์เป็นส่วนใหญ่ก่อนที่จะเริ่มหมุน ซึ่งต้องการความพยายามในการก่อสร้างที่ประสานงานขนาดใหญ่มากกว่าแนวทางการประกอบทีละน้อยที่ใช้สำหรับ ISS
ผลกระทบ Coriolis จากการหมุนอาจทำให้เกิดอาการเมาเวียนและทำให้กิจกรรมปกติยากจนกว่าผู้อยู่อาศัยจะปรับตัว ยิ่งหมุนเร็วเท่าไหร่ ผลกระทบเหล่านี้ก็จะแรงขึ้นเท่านั้น ซึ่งเสริมความจำเป็นสำหรับสถานีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ที่สามารถหมุนช้าๆ
ความสนใจที่เพิ่มขึ้นของชุมชนอวกาศในสถานีแรงโน้มถ่วงเทียมสะท้อนทั้งความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและความเข้าใจที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับผลกระทบต่อสุขภาพของการไร้น้ำหนักระยะยาว ด้วย Starship ที่อาจทำให้โครงสร้างอวกาศขนาดใหญ่เป็นไปได้ทางเศรษฐกิจ ล้อหมุนของ von Braun อาจเปลี่ยนจากนิยายวิทยาศาสตร์สู่ความเป็นจริงทางวิศวกรรมในที่สุด
อ้างอิง: Where is my von Braun wheel?