Viviendo en el espacio: Esferas de Bernal y cilindros de O'Neill

Por las tres entradas anteriores sobre las cartas desde el espacio, supongo que ya estaréis familiarizados con los habitats espaciales creados por Gerald K O’Neill.
Este planteo varios modelos de habitats espaciales en los que la humanidad podría ver satisfechas sus necesidades de expansión, entre muchas otras. Por ahora solo voy a describirlos, mas adelante ya me centrare mas en sus implicaciones para la humanidad..
Quizás imaginéis estos asentamientos espaciales como frías estructuras metálicas sin vida, llenos de pasillos claustrofóbicos, como se ve en las películas de ciencia ficción, veréis que no es así.

O’Neill desarrollo tres modelos de habitats espaciales: isla 1, isla 2 e isla 3.

-el modelo de isla 1 es una versión mas pequeña del diseño de hábitat espacial creado por John Desmond Bernal en 1929, la esfera de Bernal, que era un hábitat de 1,6 km de diámetro con una capacidad de 20.000 a 30.000 personas. Esta versión poseería una capacidad de al menos 10.000 personas con un diámetro de 500m

-isla 2 es una versión mas grande de isla 1, con cabida para 140.000 personas y un diámetro de 1800 m(en el resto de la entrada cuando hable de isla 1 incluiré a isla 2)


Imagen:(pinchar)Vista esquemática de isla 1 con objetos a escala

-isla 3 es un modelo totalmente diferente, pasamos de la estructura esférica de isla 1 e isla 2 a un diseño cilíndrico, con una superficie habitable mas aprovechable, también es conocido como cilindro de O’Neill. Con 3 Km. de radio y treinta de longitud, poseería una área habitable de alrededor de 300 km2 (aunque los limites de los materiales conocidos permitirían tamaños mayores, hasta 10 km de radio y 100 km de longitud o mas). La relación radio longitud de 1/10 no es casual puesto que a mayores longitudes el efecto de giro se transformaría en un movimiento de bamboleo del cilindro

O’neill no dejo claro que población podría mantener, dio cifras de hasta 10 millones, pero como por una cuestión que se comentara mas adelante al estar estos cilindros colocados en parejas, desconozco si se refería a 10 millones en cada uno o entre los dos. La capacidad de mantener una población dependerá de la capacidad de producir alimentos, entre otras cosas, pero como cifra conservadora tomare 5 millones en cada uno.
Por supuesto no es obligatorio alcanzar estas densidades de población.

Todos estos habitats apuntan su eje de rotación hacia el sol, y rotan para proporcionar un equivalente de la gravedad en su superficie interna.

En isla 1 las ventanas están en ambos polos, un sistema de espejos refleja la luz hasta el interior a través de esas ventanas, y hasta los toroides dedicados a la agricultura de los que se hablara mas adelante.
El cilindro esta dividido en tres áreas habitables,( los valles) y tres grandes ventanales, colocadas alternativamente. Los extremos de los cilindros terminan en los dos polos en dos medias esferas, que actúan de zona montañosa con una altura de 3000 metros.
Justo encima de cada área de las ventanas hay un espejo plano inclinado a 45 grados que refleja la luz hasta el valle de debajo. El espejo reflejaría el sol dando la apariencia de cielo con un sol a una altura correspondiente alas 11 de la mañana en la Tierra, los espejos podrían ir girando para simular el movimiento del sol, incluido el amanecer y el atardecer.
el área de las ventanas no consiste en una única ventana, sino en un gran numero de pequeñas ventanas, encajadas en un fino marco metálico, desde cerca se notaria la separación entre ambas, pero desde la superficie este efecto desaparecería, de forma que los habitantes percibirían el área de las ventanas como una única ventana continua que no obstaculiza en nada a la luz.


Trayectoria de la luz en isla 1.


Trayectoria de la luz en isla 3 y en uno de sus módulos de agricultura

Podría parecer que algo así volvería extremadamente frágil un hábitat espacial, pero este es un pensamiento erróneo, un impacto de un micrometeorito del tamaño de una pelota de tenis se daría cada tres años en isla 3, creando únicamente un agujero en solo uno de los muchos paneles de los que consta el área de las ventanas.
Un agujero así seria fácilmente detectable pues se crearía una nube de condensación en el agujero por donde el aire se escapa al vació. se necesitarían años para que el hábitat se quedase sin aire a causa de un escape de aire de esta magnitud(en isla 3), y la reparación se podría dar en unas pocas horas de forma que incluso la mayor parte de la población no se daría ni cuenta, también se podrían instalar sensores para detectar posibles roturas.
En isla 1 un impacto que rompiese completamente un panel se daría cada miles de años.
Un impacto por un meteorito de una tonelada se daría con un intervalo de alrededor de un millón de años, un suceso así seria algo mas catastrófico, pero aun así no supondría la destrucción del hábitat, si esta bien construido.
Esta tasa de impactos es para una área cerca de la Tierra, estos habitats espaciales estarían es una posición mas alejada, por lo cual la tasa de impactos seria menor, la explicación de este fenómeno es que la Tierra a causa de su gravedad atrae mas meteoritos, por lo cual una misma unidad de área sufre mas impactos cerca de la tierra que lejos.
En isla 1,sus habitantes vivirían a lo largo del ecuador de esta esfera, donde la gravedad es la normal, según nos alejamos del ecuador la gravedad iría descendiendo. Bordeando el ecuador podría haber un rio.
Las personas de edad mas avanzada o con problemas de movilidad podrían trasladarse a estas zonas de menor gravedad, donde podrían llevar una condiciones de vida mejores para su estado, sin muletas o cualquier otro artilugio para facilitar la movilidad.
En isla 3 los habitantes podrían vivir en cualquiera de los tres valles, donde la gravedad seria de un g. Estos habitantes podrían tomar un sin fin de posibilidades a la hora de poblar esos valles, podrían decidir poblar los tres de forma muy repartida, o solo uno dejando los otros dos totalmente libres para el crecimiento de la naturaleza, una buena localización seria cerca de la zona montañosa al principio de los valles. Igual que en isla 1 al subir estas montañas la gravedad iría bajando, así pues también se podría trasladar la gente enferma para disfrutar de un peso menor. En uno de los polos donde se podría crear una oscuridad permanente, se formaria un casquete de hielo, que daría lugar a un rio que terminaria enun pequeño lago a medio camino en medio del valle.


Imagen:(pinchar)Se observa el interior de isla 3, los tres valles, la zona de ventanas, parte de un espejo y el casquete de hielo en el fondo, el rio y el lago.

Quizás penséis que 5 millones para una superficie de 300 km2 es una población atestada, pero tomando el ejemplo de una familia de 5 miembros con una casa de dos pisos para vivir con 50 m2 cada piso y un tejado como terraza de otros 50 m2, mas un jardín de 20 m2(toda una vivienda de lujo en la situación de pisos carísimos que hay en la Tierra) solo ocuparían toda la población 70 km2, lo cual ni siquiera es la superficie de un valle entero, los otros dos valles con 200 km2 estarían totalmente vacíos. Lejos de ser una población atestada seria una situación mas parecida a la rural, mas aun si tenemos en cuenta que ni un cm de esta área se malgastara en campos de labranza ni industrias, cosa totalmente contraria a la Tierra, donde los tres compiten por superficie aprovechable.
En esta situación las zonas no habitadas florecerían con vida salvaje.
y recordemos cuando hablamos de zonas salvajes que la mayoría de lo que en la Tierra consideramos zonas salvajes hace 50-100 años fueron zonas de cultivo o fueron taladas, los valles en los que se deje crecer a la naturaleza podrían transformarse en bosques .

Por supuesto como en cualquier ciudad, habría hospitales, cines, universidades, parques...

La agricultura no se realiza en la superficie habitable sino en los módulos para la agricultura que se encuentran en el exterior. Como se observa en las imágenes en Isla 1 los módulos para la agricultura son unos toroides alojados en los extremos de la colonia, ya comente que la luz se reflejaba por espejos hasta estos módulos de agricultura.
En Isla 3 son unos cilindros mas pequeños(2.5 km2 de superficie cada uno) en una formación de varias decenas, que giran formando un anillo a una velocidad diferente del hábitat principal.
La cantidad de superficie de los módulos de agricultura es cercana a la del área habitable del hábitat, para poder suministrar alimentos a toda la población.

Imagen (pinchar)
Vista interior de isla 3, se observa como en este caso se ha decidido poblar la falda de las montañas, el resto permanece salvaje.

El control de lo que entra en estos módulos es absoluto, por lo que no es necesario el uso de ningún plaguicida, ya que los cultivos se verán libres de cualquier tipo de plaga.
y si de todas formas una plaga se extiende en alguno de los módulos solo hay que permitir al máximo la entrada de luz para esterilizar todo el modulo mediante el calor, para después rehabilitarlo para su uso, este tratamiento también lo sufre cualquier suministro de material que vaya del hábitat a los módulos de agricultura.
Como he mencionado el paso de la luz es un factor controlado, por lo que se pueden simular las estaciones, en un modulo puede ser enero, o febrero o marzo... de forma que los habitantes del espacio tendrán fruta de cualquier temporada todos los días del año.
La agricultura estaría muy mecanizada y automatizada, que junto al control de la iluminación y temperatura, composición atmosférica y ausencia de plagas, conseguirán grandes rendimientos.
Algunos de estos módulos también pueden servir para la cría de animales, marisco, pescado, cerdos, pavos, conejos... los colonos podrían tener una dieta muy rica y variada, lejos de la insípida comida espacial idealizada por la imaginación popular.

La industria también se realizaría fuera del hábitat, la industria pesada se vería favorecida por la ausencia de gravedad, y hay procesos que verían aumentado su rendimiento por el vació del espacio, además hay procesos que en la Tierra serian prohibitivamente caros por la cantidad de energía que necesitarían, en el espacio con energía ilimitada del sol en todo momento se eliminaría esta limitación, se podrían realizar esos procesos. Si es necesario simular la gravedad para realizar ciertos procesos industriales se consigue de forma fácil haciendo girar las estructuras que sen necesarias.

Como la duración del día es algo totalmente controlable, varios habitats podrían estar sincronizados a intervalos de ocho horas de forma que cuando en uno son las 8 en otro pueden ser las 4 y en otro las 12, así de esta forma, ningún trabajador se vería obligado a trabajar de noche, para cumplir con la necesidad de producción interrumpida de la industria.

Toda la industria estaría apilada en frente del hábitat.


Imagen:(pinchar)Vista exterior de un par de isla 3, con los módulos de agricultura, y el centro industrial delante

El hecho de que la industria y la agricultura estén fuera del hábitat otorga un medioambiente libre de cualquier contaminación a sus pobladores, que respirarían un aire tan limpio como el que no se respira en la Tierra desde antes de la industrialización.

Debido a las dimensiones del hábitat, se podría construir un sistema de maglev para transportar a la población en el hábitat, gracias a este rápido medio de transporte cualquier habitante podría estar en cualquier punto del hábitat en pocos minutos. Esta especie de tren magnético podría ir por la superficie o por debajo, por eL interior del suelo del hábitat para minimizar el efecto estético sobre el entorno.

También hay un colector de energía solar que proporcionaría electricidad a todo el hábitat, la electricidad se suministraría mediante cables subterráneos a toda la población.
En el espacio el sol esta 24 horas al dia, proporcionando alrededor de 1300 w/m2, compárense con la cantidad de energía que lega por ejemplo al desierto del Sahara un día totalmente despejado,275 w/m2, con lo cual se consigue diez veces mas energía.
No solo los habitantes tendrían una cantidad increíble de energía eléctrica sino en muchas de sus actividades ni la necesitarían como de intermediaria. Se podrían introducir canalizaciones que conectasen el exterior del casco, atravesándolo hasta el interior de los hogares , como por ejemplo hasta la parrilla de la cocina.
Un gran porcentaje de el consumo de los hogares se dedica a esas actividades: cocinar , calentar el agua...y todo esto se podría hacer sin electricidad, la cual es muy abundante ya de por si.

Los habitats tienen que estar orientados permanentemente en la misma posición respecto al sol, para que la luz sea reflejada correctamente hasta el interior de los habitas y los módulos de agricultura, al sufrir un fenómeno de precesión(los habitats espaciales son como giroscopios gigantes) cambiarían su dirección. Es necesario encontrar una forma de evitar este efecto.
La solución es colocar los cilindros de O’Neill en pares con sentido de rotación contrarios, de forma que el efecto de presesión de cada cilindro se viese anulado por el de su pareja, así ambos cilindros apuntarían siempre al mismo punto, su fuente de energía, el Sol.
El par de cilindros se encontrarían a una distancia de varios km
En isla 1 se podría hacer mediante una segunda coraza separada de la estructura de la esfera, y envolviéndola a esta, que al girar en sentido contrario anularía el efecto de precesión, con el añadido de aumentar mas aun la protección contra la radiación cósmica.
Las paredes del hábitat, el terreno que hay por encima, y el volumen de la atmósfera impiden el paso de la radiación de forma que esta no supone un peligro para sus habitantes.
Además en el exterior sobre el casco se añadiría una capa de escorias industriales para disminuir mas la radiación.
La elección de reflejar la luz en vez de posicionar los habitas de forma que entre la luz directamente también tiene motivos de reducción de la radiación, una iluminación directa expone a los habitantes a la malo y bueno de la radiación, mediante espejos se refleja la parte buena y la parte mal no entra.

Cualquier persona de uno de los habitat podría viajar al otro hábitat del par en pocos minutos, a causa de la rotación de estos cilindros una persona que un pequeño modulo de transporte estuviese en la superficie exterior alcanzaría una velocidad(la de la velocidad tangencial del hábitat, 600 km/h para el modelo de isla 3 comentado) que le llevaría al otro cilindro en pocos minutos, el viaje seria gratis.
En un hábitat del par se podría elegir por dar un ejemplo un clima hawaiano y el otro algo mas frío de forma que tuviese estaciones, una persona en concreto podría estar en un mismo día disfrutando un día se sol en una playa tropical y al de una hora estar esquiando en unas laderas nevadas.


Interior de una esfera de Bernal, este en concreto a elegido un clima tropical, se observa el rio ecuatorial con playas, las ventanas por donde entra la luz reflejada, las casas y en el centro el área de recreo a baja gravedad.

No solo hay una gran capacidad de movimiento entre los habitats del par sino que es de esperar que muchos pares se agrupen en formaciones que permitiría a estos pobladores del espacio de cambiar en pocas horas de clima y de cultura.


Se observan varias agrupaciones de cilindros de O’Neill.


En isla 1 tendrían que ponerse aspersores en alguna zona a cierta altura, de forma que se pudiese crear una lluvia artificial, esto otorga un control sobre el clima a la población(por esto y por el control de la iluminación entre otras cosas), es de esperar que igual que en reuniones de los vecindarios, los habitantes se reúnan para decidir democráticamente estos aspectos climatológicos.
Isla 3 ya es lo suficientemente grande como para que la formación de nubes se de forma natural, a una cota de 400 metros , por lo que quizás podría darse lluvia de forma natural dentro del hábitat, también hay suficiente aire como para que el cielo adquiera el color azul con el que estamos tan familiarizados


Como según vamos acercándonos al centro la gravedad se reduce en el centro, se podrían crear zonas de recreo que saquen partido de esta ventaja, natación y buceo en piscina de baja gravedad, vuelo impulsado con la fuerza de los músculos...nuevos deportes surgirían, y algunos actuales podrían sufrir cambios interesantes.

Imagen(pinchar)
Interior de una esfera de Bernal, se observan piscinas en la zona de recreo a baja gravedad y gente volando a la derecha.

Imagen (pinchar)
Otro centro de recreo a baja gravedad.

A distancias mas lejanas que en la orbita de la tierra, las condiciones luminosas se pueden mantener agrandando los espejos, y haciéndolos mas curvos.
¿Cual es el limite en el que un hábitat puede instalarse en una zona del sistema solar utilizando la energía solar?
Suponiendo unos espejos con el doble de la masa en ellos que la del hábitat, una hábitat podría mantener exactamente las mismas condiciones que se disfrutarían en un hábitat en orbita terrestre a una distancia de diez veces la distancia de Pluton al Sol.
A esta barrera se le puede considerar la ‘plataforma continental’ del sistema solar.
tener una pequeña versión de una isla tropical o un pueblecito del mediterráneo a 400 UA no esta nada mal ¿no?

Esfera de Bernal mas allá de Plutón, justo en medio de un espejo colector de luz gigantesco.

Mas allá necesitaran alguna forma de energía alternativa, aunque la energía de fusión y la antimateria sean cosas que aun no controlamos, mas aun la segunda, no es de extrañar que cuando, ¿quizás dentro de dos siglos? se aventuren por primera vez versiones de isla 1 en el borde de esta plataforma continental, se tengan amplios conocimientos de ambas fuentes de energía. Alguna o varias colonias podrían decidir aventurarse mas allá, rumbo hacia estrellas cercanas, la duración del viaje no les importara, dado que no habrá mucha diferencia entre estar miles de años dando vueltas en una orbita alrededor del sol, que estar miles de años en una dirección hacia otro sol. en ese viaje no tendrían porque estar incomunicados, de forma que toda la humanidad se informaría de sus descubrimientos y ellos a la vez tendrían noticias nuestras.

Espero que junto a las imágenes quede claro como podrían ser estos pequeños hogares del espacio, mas adelante profundizare mas en este tema.

No quiere decir que las futuras colonias espaciales tengan que ser así obligatoriamente, seguramente sus constructores en su momento encontraran y realizaran cambios o construirán modelos totalmente diferentes.