The case for Mars – eller för andra rymdkolonier

Monterar du plana glasskivor i ramar så utsätts glaset för ett tryck vinkelrätt mot glasets yta, medan sträckkraften i ytans riktning kan antas vara noll eftersom glasskivan normalt ligger löst i ramen. Ju mindre rutor desto tunnare glas kan du använda vid samma tryck. Rent strukturellt gör glasrutorna ingen annan nytta än att göra ramen lufttät. All strukturell last måste alltså tas upp av ramen och då måste du ha en ram som står emot samma lufttryck som en cylinder av enbart glas skulle behöva stå emot, plus att glasskivorna som sitter i ramen tillför ytterligare tyngd som ramen skall bära.

Med detta sagt så har jag inte räknat på hur tjockt material som behövs i cylinderns väggar utan förlitar mig på att O'Neil räknat på detta och kommit fram till att det finns någon tjocklek som fungerar givet cylinderns dimensioner i övrigt.

Om kraften från lufttrycket dominerar så blir konstruktionen naturligtvis starkare om man fördubblar tjockleken på det material som skall motstå lufttrycket. Om däremot kraften från konstruktionens egen vikt dominerar så fördubblas även tyngden som konstruktionen skall bära om tjockleken fördubblas. Då är inget vunnet.

Med dagens teknik kan man nog simulera alla krafter tillräckligt noga för att avgöra om konstruktionen håller eller inte. Att använda datorkraft är väldigt mycket billigare än att skicka ut enorma prototyper i rymden. Däremot tvivlar jag på att O'Neill gjorde detta när han skrev sin bok. Det ligger i sakens natur att författare av framtidsskildringar inte kan beskriva framtida konstruktioner i detalj innan dessa konstruktioner är utvecklade, så om inte författarna tilläts vara slarviga så skulle det inte bli några böcker.

Knepet brukar vara att ge så få detaljer som möjligt och låta läsaren fylla på med sin egen fantasi. När vi själva får färdigställa konstruktionerna så ser vi ändå inte våra egna fel och då blir alla nöjda.

När man odlar växter i rymdfarkoster så handlar det nog främst om att undersöka hur de beter sig i tyngdlöst tillstånd. Hur de klarar olika luftsammansättningar testar man mycket enklare på jorden. Även om man odlar växter på en rymdstation så innebär inte det med automatik att växterna andas samma luft som människorna ombord. De kan lika gärna odlas i ett växthus med alldeles egen blandning.

Att gröna växter mår dåligt av hög syrehalt tycks vara allmänt vedertaget när jag söker på det, även om det finns olika förklaringar till varför. Minskar man syrehalten från 21% till 2% så ökat tillväxten med 30% enligt följande artikel:
https://www.researchgate.net/publica..._Higher_Plants

Det framgår inte av sammanfattningen hur bra växter klarar sig vid högre syrehalter, men man kan nog utgå från att de inte växer speciellt fort i alla fall.

Okunskap ger alltid hopp. Oftare önsketänkande än realism tyvärr.

I små centrifuger kan man bortse från strukturella spänningar till följd av mindre obalanser. Men kan man verkligen göra det med en cylinder som är 32 km lång och 8 km i diameter? Om inte varje tvärsnitt är perfekt balanserat så kommer varje del av cylindern att vilja rotera kring sin egen axel. Vad skall tvinga nordsidan att rotera kring samma axel som sydsidan som finns 32 km bort?

Så länge allt är perfekt balanserat torde det inte vara något problem, men eftersom konstruktionen skall bestå av två cylindrar som skall vara vinkelrätt fixerade med hjälp av axlar och lager så måste det krävas en viss kraft till att hålla cylindrarna på plats. Varför skulle det annars behövas två cylindrar?

Du behöver inte perfekt balans, speciellt inte om du *inte* har din roterande cylinder monterat på nånting som skall anses förbli statiskt oberört. Därav två motroterande cylindrar. Det har tydligen även andra effekter, gyroskopiska, som jag inte alls kan (fast vill) förklara ifall du monterar det på en farkost. som Tellus Ad Astra in Altered Starscape av Ian Douglas. Där använde man motroterande cylindrar av orsaker som faktiskt förklarades i boken.

Men för en ensamstående roterande cylinder av Rama-typ antar jag att det primära är att (via dessa kilometertjocka väggar) göra rörelser på insidan så insignifikanta att det inte orsakar obalans. Och vad denna obalans nu skulle medföra är oklart - men tydligt är att de *inte* skulle flippa cylindern som handtagen i filmerna från ISS.

Om du dubblerar storleken på glaset, så kvadruplar du kraften den måste utstå. Om du drar ut 33cm till 33m, för att ta ett exempel, så har du gjort kraften den måste motstå 10.000 gånger större. Enorma glasytor är enbart en belastning (nå, dom kan hålla sin egen vikt plus atmosfären, men bidrar i mindre mån till cylinderns hållfasthet. Transparent Aluminium, kanske?

Om inte varje tvärsnitt är lika balanserat så kommer de inte att rotera kring exakt samma axel eftersom en så stor konstruktion rimligen inte är tillräckligt rigid för att kunna behålla sin ursprungliga form om den utsätts för inre spänningar. En metertjock vägg blir 0.03 millimeter tjock om vi skalar ned cylindern så att den blir 1 meter lång, vilket innebär att väggen kommer vara lika flexibel som stanniolpapper om den utsätts för strukturella påfrestningar. Om inte en nedskalad modell håller för de krafter som uppstår så kommer den inte heller att hålla i full storlek.

I fallet Rama så får vi väl inte veta exakt hur skeppet är konstruerat och vilka lösningar som valts? Det författaren lämnar åt läsarens fantasi är svårt att hitta fel på. Men jag kanske minns fel. Det var länge sedan jag läste den boken.

Här finns en hyfsat bra förklaring. Det är bara mellanaxeln som är instabil. lilla axeln och stora axeln är stabil. En smal låg cylinder kommer förbli stabil. Det är alltså inga problem att bygga stabila Oneill -cylindrar.

(inte helt igenom korrekt) https://www.youtube.com/watch?v=1VPfZ_XzisU

Matt Parker har en matematisk korrekt förklaring:
https://www.youtube.com/watch?v=l51LcwHOW7s

Den är värd att läsa mer än en gång. En av de få scifiböcker kring "1st-contact" som är försiktig och vag

Men det e nu inte poängen. En roterande cylinder, 50km lång, med 2km väggar. Lite mer på sydsidan efter Cylindrical Lake, och eh motordelen.

Vad krävs för att rotationen ska bli så störd att den inte fungerar? Här hade vi behövt BR, om han är allt han säger och kan hålla sig sansad för en gångs skull. DET matematiken är inte min grej. Jag är logiker, filosof och lite som kändisarna "au jour" med vetenskap utan för den skull kunna beräkna den. Matematik är för datorer och studenter. Fnys.

Så en roterande cylinder med obalans .. den kommer självklart tappa sin orientering i rymden. Med ett varv var 4:e minut var det kanske ett mindre problem - då Rama visade sig ha reaktionslösa motorer ändå. Men ett varv var fjärde minut, och du har en lätt obalans - hur skulle det yttra sig?

Återigen, de med betydligt större kunskap än jag om detta får gärna korrigera mig (inte BR, wikipaste kan även jag göra) - men min inställning är att det har marginal effekt. Cylindern kanske inte roterar kring absolut center - men den fortsätter rotera även om den, eh, wobblar lite. DET kan fixas - med reaktionsmotorer, tankar som kan redistribueras, eller så är det inte ett problem.

I det här fallet är modellen (Rama) 16km i diameter, så tar man hänsyn till det lär det krävas en hel del för att åstadkomma en instabilitet som inte fanns från början.

Edit: Jag vill infoga att jag inte alls har en plan för vilken materia som har nog tensile strength för att hålla samman detta monstrum. Snurrad gång på gång med nanotuber, kanske? DET är ett experiment jag gärna lämnar åt läsaren. Men den hade iaf inga fönster.

Och vad har ovanstående filmklipp för relevans för O'Neill-cylindrars stabilitet? Mobiltelefoner, tennisracketar och vingmuttrar är små rigida kroppar där vi helt kan bortse från strukturell kollaps till följd av inre spänningar. En cylinder som är flera kilometer stor skulle falla i bitar om den bytte rotationsaxel det minsta lilla. Frågan är snarare hur man skall hindra den från att byta rotationsriktning? Var skall man fästa axeln som tvingar den att rotera annorlunda än vad den själv vill?

Har alla missat NASAS senaste video på Youtube?
Man ska först bosätta månen inom något ÅR

Jag förstår inte det där. Om du har en roterande cylinder och massa plötsligt rör sig från A till B där båda är på samma avstånd från rotationsaxeln (rör sig längs golvet, så att säga, men enligt rotationen). Hur skulle denna instabilitet visa sig?

Eller, du har en större massa som plötsligt rör sig från rotationscentrum (axeln) till ytterkant (golvet) .. hur skulle denna instabilitet visa sig?

Här finns massa intressanta frågor som uppkommer, där lekmän har en åsikt, BR en, men kanske proffsen har den riktiga - hur skulle detta yttra sig i rotationen?

1. Ingen tror på det.
2. Det finns ingen fördel i det.
3. Vad ska vi där att göra? Se 2) ovan. Men det enda dom kan göra där är att utforska en död planet, vilket satelliter redan gör. Eller gräva ut helium3, vilket vi inte kan använda ännu.

Låter som ett äventyr. Dock utan poäng.