Vue éclatée de l'ensemble de la structure de l'habitat « space village one ». Notez les cordes de tenségrité et le radiateur au milieu de la structure principale. Crédit :Muhao Chen et al
Il existe deux approches principales que l'humanité peut adopter pour vivre dans l'espace. Celui qui est le plus souvent représenté est la colonisation d'autres corps célestes tels que la lune et Mars. Cette approche présente des inconvénients majeurs, y compris le traitement des sols toxiques, la poussière collante et les puits de gravité.
L'alternative est de construire nos propres habitats. Ceux-ci pourraient être situés n'importe où dans le système solaire, pourrait être de n'importe quelle taille que la science des matériaux permet, et ont des caractéristiques différentes, comme la température, climat, la gravité, et même des longueurs de journée. Malheureusement, nous sommes encore très loin de construire quoi que ce soit comme un habitat grandeur nature. Cependant, nous sommes maintenant un peu plus près de le faire avec la publication d'un article d'une équipe de Texas A&M qui décrit un moyen de construire un habitat spatial extensible de cylindres concentriques pouvant accueillir jusqu'à 8, 000 personnes.
Tout habitat qui abrite de nombreuses personnes devra faire face à certains inconvénients majeurs de la vie dans l'espace. Les auteurs de l'article en énumèrent explicitement cinq que leur conception de l'habitat spatial essayait de résoudre :
L'exposition à long terme au manque de gravité fait des ravages sur le corps humain, causant tout, de la déficience visuelle à la perte de densité osseuse. La plupart de ces problèmes sont résolus par une seule solution élégante :la gravité artificielle.
Nous n'avons pas (encore) la technologie pour permettre au capitaine Picard de se tenir sur le pont de l'Enterprise comme s'il se tenait dans un immeuble de bureaux. Cependant, nous avons quelque chose qui se rapproche de la gravité artificielle :la force centrifuge via la rotation. C'est une solution simple pour fournir aux astronautes quelque chose d'équivalent à la gravité. Cette solution n'a pas été testée, mais la plupart des experts s'accordent à dire qu'il devrait atténuer la plupart des problèmes de santé associés au manque de gravité.
Robot de la NASA construit selon les principes de la tenségrité. Crédit :NASA / Adrian Agogino &Vytas Sunspiral
Il y a deux considérations de conception majeures lors de la fabrication d'un système de gravité artificiel qui éliminerait ces problèmes de santé. La première traite de la taille de l'habitat induisant la gravité artificielle. Si le rayon de rotation est trop petit, il peut y avoir une différence significative dans la gravité perçue entre la tête d'une personne et ses pieds. Cela a été connu pour causer le mal des transports, et rendrait inutilisable tout habitat qui induisait cet effet chez ses occupants.
La deuxième considération porte sur la vitesse de rotation. Les auteurs citent un article notant que toute vitesse de rotation supérieure à 4 tr/min induirait également le mal des transports. En utilisant la limite supérieure de la vitesse de rotation et la limite inférieure du rayon de rotation donne un rayon de 56 mètres, à peu près aussi haut que la tour penchée de Pise. Un humain pourrait peut-être vivre sur un tel habitat sans le mal des transports induit par un manège de carnaval, et sans les effets négatifs sur la santé de flotter constamment en zéro-G.
Zero-G n'est pas le seul danger que les auteurs doivent contourner. L'exposition aux rayonnements à long terme est extrêmement mauvaise pour les humains, augmentant considérablement les risques de cancer et de dommages cellulaires pendant tout séjour prolongé dans l'espace.
La solution des auteurs à ce danger est simple :entourer tout l'habitat de cinq mètres de régolithe et d'eau. Dans leur modèle, l'eau est prise en sandwich entre le régolithe. La couche protectrice serait située dans ce qu'ils appellent le "bouclier". Il serait situé à l'extérieur de l'habitat cylindrique et recouvert de panneaux solaires pour alimenter l'habitat. La composition du bouclier a été choisie principalement en fonction de l'accès facile aux matériaux - le régolithe et l'eau sont disponibles en abondance à partir d'endroits avec des puits à gravité relativement faible (c'est-à-dire, astéroïdes et lune). La combinaison est également bien connue pour arrêter les rayons cosmiques et le rayonnement solaire.
En plus d'arrêter tout rayonnement potentiel, le bouclier aide le système de survie en tournant très lentement dans le but de dissiper certains des gradients thermiques présents sur la structure de l'habitat. Les auteurs ont calculé une rotation de 0,2 tr/min du bouclier, et un vaste "radiateur" fixé sur le côté de l'habitat pour atteindre une température interne d'environ 300K (27C / 80F) dans l'habitat.
Cette température interne serait bien perçue par les occupants non humains proposés de l'habitat, les plantes. Les fermes de l'habitat seraient placées à chaque extrémité du cylindre de forme conique, et surmonté d'un plafond de verre transparent. Ils seraient également desservis par des miroirs géants légèrement de travers, reflétant uniformément la lumière du soleil sur la surface agricole.
Modèle imprimé en 3D de la station spatiale avec les différentes caractéristiques importantes étiquetées. Crédit :Muhao Chen et al
Les auteurs ont calculé que chaque occupant de la station aurait besoin d'environ 300 m 2 de terres agricoles pour les soutenir. Avec un habitat étendu s'étendant sur un rayon de 224 mètres (52 étages séparés de 4 mètres de haut avec un cylindre le plus à l'intérieur de 20 mètres), il y aurait assez d'espace agricole et habitable pour loger 8000 personnes.
Mais l'habitat ne serait pas initialement en mesure de soutenir toutes ces personnes. Le cylindre le plus à l'intérieur d'un rayon de 20 mètres pourrait servir de module "graine" à partir duquel d'autres couches cylindriques se construisent. Et ce processus de construction utiliserait une technique éprouvée d'ingénierie mécanique :la tenségrité.
La tenségrité est un portemanteau inventé par Buckminster Fuller pour décrire un système de barres et de cordes entrelacées dans lequel les barres sont comprimées et les cordes tendues. Il permet aux concepteurs de construire des structures vraiment incroyables, sans parler des meubles spectaculaires que certains YouTubers construisent.
En termes d'habitat spatial, il permet aux concepteurs d'élaborer un plan d'expansion en six étapes qui peut être répété indéfiniment sans qu'il soit nécessaire d'éteindre les systèmes de survie à mesure que l'habitat s'agrandit. Chaque expansion permet d'ajouter un cylindre supplémentaire au complexe, et ajoute des quantités importantes d'espace de vie supplémentaire sans perturber la vie des personnes vivant dans les cylindres déjà installés. Une telle extensibilité rendrait toute structure utilisant ce système beaucoup plus économiquement intéressante qu'un habitat qui doit conserver une forme unique. Ce facteur économique est une partie extrêmement importante de tout futur plan de conception, car ce sera le principal facteur d'expansion des infrastructures spatiales de manière plus générale.
Une autre façon d'obtenir une valeur économique serait de tirer parti de l'une des caractéristiques intéressantes de ce style d'habitat cylindrique. Le centre du cylindre pourrait servir d'« atelier apesanteur, " qui permettrait aux occupants d'effectuer des travaux qui pourraient être difficiles ou impossibles dans un puits gravitaire, comme le traitement des matières premières ou le développement de nouveaux types de produits pharmaceutiques.
Le cylindre central pourrait également jouer un rôle majeur dans un autre moteur économique de l'habitat :le tourisme. Les concepteurs prévoient un espace central ouvert presque entièrement consacré au parc. Ce serait en partie pour le bien-être émotionnel et psychologique des occupants à long terme de l'habitat, mais pourrait également servir d'attraction touristique majeure. Cela serait particulièrement utile car le tourisme sera probablement l'un des principaux moteurs économiques des premiers habitats spatiaux.
Que le tourisme est en effet encore loin, et tandis que les coûts de lancement continuent de baisser, jusqu'à ce que nous ayons l'infrastructure en place pour extraire les astéroïdes ou la lune, il est peu probable qu'un habitat spatial majeur soit construit. En attendant, nous pouvons continuer à travailler sur de nouvelles idées que nous pourrions éventuellement être en mesure de mettre en œuvre. Si seulement nous n'avions pas à dépenser autant pour bien échapper à notre propre gravité.
