Штучна гравітація залишається предметом наукової фантастики. Але робота в умовах відсутності гравітації викликає у багатьох астронавтів і космонавтів серйозні проблеми, починаючи від руйнування кісток і закінчуючи втратою зору. Альтернативним методом, який міг би усунути деякі з цих проблем, є «імітація гравітації», в якій використовується обертова структура для створення відцентрової сили, яка чинить на тіло такий же вплив, як і гравітація.
Чи вирішить це проблеми, викликані відсутністю гравітації, ще невідомо. Тим не менш, НАСА, схоже, зацікавлене в цій ідеї - агентство надало грант для фази II команді з Університету Карнегі-Меллона (CMU) і Університету Вашингтона (UW), яка хоче розробити структура, щоб імітувати повну гравітацію Землі і запускатися за допомогою однієї ракети.
Мова йде про проект «Космічна конструкція кілометрового масштабу з одного запуску», який спочатку був прийнятий в програму NIAC (Інститут передових концепцій НАСА) в минулому році.
За останній рік вони успішно завершили проект Фази I, в ході якого вони «аналізують концепцію місії, аналогічну Lunar Gateway (Місячним воротам)», яка може бути розгорнута в кілометрову структуру.
Виправдавши очікування НАСА в рамках цієї програми, команда, очолювана професором Заком Манчестером з CMU і Джеффрі Ліптоном з UW, нещодавно була прийнята в якості стипендіатів NIAC 2022 року.
Однак це не перший проект NIAC, присвячений ідеї великих структур у космосі. NextBigFuture повідомив у 2021 році приблизно про десять проектів, що фінансуються NIAC, які будуть використовувати переваги нових метаматеріалів, щоб різко збільшити свої розміри після виходу в космос. НАСА не самотньо у своїй підтримці - Китайський національний науковий фонд підтримав зусилля з розробки об'єкта кілометрового розміру на суму 2,3 мільйона доларів.
Такі великі структури вимагають великих інвестицій, але вони також мають великі потенційні вигоди.
Є два варіанти досягти гравітації Землі за допомогою відцентрових сил. Або обертайтеся дуже швидко, або використовуйте дуже велику вісь обертання. На жаль, люди, насправді не люблять крутитися дуже швидко протягом тривалого часу.
Наука встановлює обмеження швидкості обертання для появи дискомфорту на рівні близько 3 об/хв. Таким чином, щоб обертатися зі швидкістю менше 3 об/хв і як і раніше користуватися перевагами модельованої гравітації Землі, сама конструкція повинна бути довжиною в кілометр.
Вмістити стільки матеріалу в один запуск ракети досі виявилося неможливим. Але тепер вчені вважають, що знайшли потенційне вирішення неможливої проблеми - «розгортається структура з високим коефіцієнтом розширення» або HERDS (high-expansion-ratio deployable structure). У ній використовуються два нових механічних нововведення - зрушуючі ауксетики і розгалужені ножові механізми.
Зсувні ауксетики - це новий тип метаматеріалу, який розширюється при витягуванні за хіральною схемою. Рівень хіральності також може контролювати жорсткість матеріалу. Здається, що вони набирають обертів у роботизованих додатках як лінійні приводи і захоплення, але їх застосування в космосі ще належить довести.
Розгалужені ножові механізми - ще один спосіб розгорнути велику конструкцію з компактної. Спочатку розроблені художником Генрі Сегерманом, розгалужені ножичні механізми перетворюються на набагато більші структури з більш компактних.
В ідеалі одна або обидві ці системи повинні працювати над створенням структури кілометрової космічної станції, здатної обертатися зі швидкістю, достатньою для імітації земної гравітації.
Вчені вважають, що можуть використовувати ці технології для створення трубчастих структур, які можуть розширюватися в 150 разів, коли вони упаковані в обтічник ракети.
Це амбітна мета, але у них є час і засоби для її реалізації. Наприкінці дворічного дослідницького періоду NIAC, якщо ідея буде досить добре конкретизована, у цих нових технологій може бути навіть час для інтеграції в плани програми Lunar Gateway.