但探讨重点并非空间站或航天飞船,而是成熟完备的旋转栖息地 —— 能让人类舒适地体验熟悉生活环境的地方。
因此,我们所关注的,是能以舒适的方式模拟出地球标准重力的设计,而非其他方案。
想要在低旋转速度下获得更强的模拟重力,就必须让旋转结构的直径更大。
如果希望在每分钟 2 转的阈值下模拟出地球重力,那么旋转结构的直径需要达到约 1500 英尺,也就是 457 米左右。
这基本是打造适宜人类居住环境的最低门槛,毕竟核心需求是居住的舒适性,结构可以做得更宽,但最好不要比这个尺寸更窄。
不过,结构的直径也不能无限制扩大,因为在不降低模拟重力的前提下,直径越大,结构所承受的应力就越大。
以钢材为例,通常认为其能支撑的旋转结构直径上限约为数英里;而对于凯夫拉纤维或碳纳米管这类材料来说,这个上限会高得多。
简单来说,一种材料在常规重力下的断裂长度,决定了用该材料打造、模拟地球重力的环形栖息地的最大周长,原理其实是相通的。
而且由于是在太空的真空环境中运行,除了启动旋转所需的初始能量外,后续几乎不需要额外补充能量就能维持旋转。
这也是真空环境中的机械飞轮能成为极具吸引力的储能电池方案的原因 —— 没有空气阻力带来的减速,甚至还能在紧急情况下,利用一部分维持旋转重力的能量来供电。
旋转栖息地的直径受建筑材料的强度和所需模拟的重力大小限制,但其长度却没有这样的约束,既可以是一个薄薄的环形结构,也可以是一个细长得超乎想象的圆柱体。
以上就是关于旋转栖息地的基础介绍,包括模拟重力的实现原理,以及设计时需要考虑的核心制约因素。
从长远来看,旋转栖息地的意义远不止为宇航员规避健康问题,我们要做的,是完成人类从未真正实现过的壮举:创造更多的生存空间。
诚然,我们曾打造过人工岛,也曾开山凿石、向上建造高楼,但总的来说,尽管我们让陆地和海洋变得更适合人类居住,却从未真正拓展过地球的生存空间本身。
地球是我们唯一的家园,它的面积是固定不变的。
如果想要容纳更多人口,只能依靠改进农业技术。
我们介绍过一些利用核聚变技术大幅提