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toroide de Stanford

Vista exterior de un toroide de Stanford. En la parte inferior central se encuentra el espejo solar primario, que no gira y refleja la luz solar sobre el anillo inclinado de esp...

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Vista exterior de un toroide de Stanford. En la parte inferior central se encuentra el espejo solar primario, que no gira y refleja la luz solar sobre el anillo inclinado de espejos secundarios que rodea el núcleo. Pintura de Donald E. Davis.
Interior de un toroide de Stanford, pintado por Donald E. Davis.
Collage de figuras y tablas del hábitat espacial Stanford Torus, del libro Space Settlements: A Design Study , de Charles Holbrow y Richard D. Johnson, NASA, 1977.

El toro de Stanford es un diseño propuesto por la NASA [ 1 ] para un asentamiento espacial capaz de albergar a 10 000 residentes permanentes. [ 2 ] Es un tipo de estación espacial de rueda giratoria , que consiste en un anillo con un diámetro de aproximadamente 1,8 km (1,1 millas) , cuya rotación proporciona aproximadamente 1,0 g de gravedad artificial . [ 3 ]  

Historia del concepto

El toro de Stanford fue propuesto durante el Estudio de Verano de la NASA de 1975, [ 1 ] llevado a cabo en la Universidad de Stanford , con el propósito de explorar y especular sobre diseños para futuras colonias espaciales , cuyas conclusiones y propuesta detallada se publicaron en 1977 en el libro Space Settlements: A Design Study , de Richard D. Johnson y Charles H. Holbrow [ 4 ] ( Gerard O'Neill propuso más tarde su Isla Uno o esfera de Bernal como alternativa al toro [ 5 ] ). El "toro de Stanford" se refiere únicamente a esta versión particular del diseño, ya que el concepto de una estación espacial giratoria en forma de anillo fue propuesto previamente por Konstantin Tsiolkovsky ("Bublik-City", 1903), [ 6 ] Herman Potočnik (1923) [ 7 ] y Wernher von Braun (1952), [ 8 ] entre otros.

Diseño

El toro de Stanford (el hábitat propuesto para 10.000 personas descrito en el Estudio de Verano de 1975, que debe distinguirse de otros diseños de estaciones espaciales con ruedas giratorias) consiste en un toro , o anillo en forma de rosquilla , que tiene 1,8 km (1,1 mi) de diámetro y gira una vez por minuto para proporcionar entre 0,9 g y 1,0 g de gravedad artificial en el interior del anillo exterior mediante fuerza centrífuga . [ 9 ]  

La luz solar llega al interior del toroide mediante un sistema de espejos , que incluye un gran espejo solar primario no giratorio. [ 10 ]

El anillo está conectado a un nodo central mediante varios "radios", que sirven de conductos para el transporte de personas y materiales hacia y desde el nodo. Dado que el nodo central se encuentra en el eje de rotación de la estación, experimenta la menor gravedad artificial y es el lugar más fácil para el acoplamiento de las naves espaciales . La industria de gravedad cero se lleva a cabo en un módulo no giratorio acoplado al eje del nodo central. [ 11 ]

El espacio interior del toroide se utiliza como espacio habitable y es lo suficientemente grande como para simular un entorno «natural». El toroide se asemeja a un valle glaciar largo, estrecho y recto , cuyos extremos se curvan hacia arriba y finalmente se unen en la parte superior para formar un círculo completo. La densidad de población es similar a la de un suburbio denso, con parte del anillo dedicada a la agricultura y parte a viviendas. [ 11 ]

El diseño del toroide de Stanford no fue concebido para un asentamiento espacial aislado, sino como parte de un sistema para la colonización del espacio. Parte de la población de la colonia trabajaría en la construcción de estaciones de energía solar satélite y nuevas colonias, de modo que el hábitat fuera capaz de autorreplicarse, llegando a construirse finalmente un sistema completo de múltiples toroides de Stanford. [ 12 ] [ 13 ]

Forma elegida

El estudio de verano de la NASA de 1975 evaluó varias opciones para el diseño del hábitat espacial, incluyendo formas esféricas y cilíndricas, además de la toroidal. El toroide fue elegido como la mejor opción, entre otras razones, porque minimizaba la cantidad de masa necesaria para tener la misma área y radio de rotación. [ 3 ]

Características generales

  • Ubicación: Punto lagrangiano L5 Tierra-Luna .
  • Población humana: 10.000.
  • Masa total: 10 millones de toneladas métricas (9,8 millones de toneladas largas; 11 millones de toneladas cortas) (incluido el escudo contra la radiación (95% de la masa total), el hábitat y la atmósfera).   
  • Diámetro: 1.790 m (1,11 millas) .  
  • Circunferencia: 5.623,45 m (3,49 millas).
  • Rotación: 1 revolución por minuto .
  • Temperatura: 23 ± 8 °C (73 ± 14 °F)      
  • Escudo contra la radiación (no giratorio): 1,7 metros (5,6 pies) de suelo lunar crudo de espesor . [ 3 ]

Componentes

  • Tubo habitable (toroide propiamente dicho) con un diámetro de 130 m (430 pies) . Dos tercios de su superficie están formados por placas de aluminio y el tercio restante está cubierto de ventanas de vidrio montadas sobre nervaduras de aluminio, para permitir la entrada de luz solar al interior del toroide.  
  • Espejo principal fijo que dirige la luz solar hacia el eje central.
  • Núcleo central con un diámetro de 130 m (430 pies) . Espejos secundarios alrededor del núcleo central dirigen la luz solar hacia el tubo habitable.  
  • Esfera de fabricación (no giratoria), conectada al polo sur del núcleo central , con un diámetro de 100 m (330 pies) . También está conectada a un horno solar y al radiador del hábitat.  
  • Módulo de acoplamiento (no giratorio), conectado al polo norte del hub central , con un diámetro de 15 m (49 pies) y una longitud de 60 m (200 pies) .    
  • Radios: 6 radios de 15 m (49 pies) de diámetro, que conectan el núcleo central con el tubo habitable. Cuentan con ascensores, cables de alimentación y tuberías de intercambio de calor entre el toroide y el núcleo. [ 3 ]  

Asignación de área y volumen

La circunferencia del toroide propiamente dicho (unos 5600 m (18 400 pies) en total) se dividiría en 6 secciones de igual longitud. Tres de las secciones se utilizarían para la agricultura y las tres restantes para uso residencial. Las secciones agrícolas y residenciales se alternarían. Una llanura central recorrería toda la longitud del toroide. Para ganar espacio, las estructuras se aterrazarían sobre las paredes curvas del toroide, mientras que muchas instalaciones comerciales (como grandes tiendas, industria ligera o instalaciones mecánicas) estarían por debajo del nivel de la llanura central. Según las cifras incluidas en el estudio, el suelo de la llanura estaría aproximadamente a 1/4 del diámetro del tubo sobre la base del toroide, y cada radio se conectaría en el centro de una de las 6 secciones. [ 3 ]  

Usos no agrícolas

Usos agrícolas

Totales

Construcción

El toroide requeriría casi 10 millones de toneladas métricas (9,8 millones de toneladas largas; 11 millones de toneladas cortas) de masa. Su construcción utilizaría materiales extraídos de la Luna y enviados al espacio mediante un acelerador de masas . Un colector de masas en L2 recogería los materiales y los transportaría a L5 , donde se procesarían en una planta industrial para construir el toroide. Solo los materiales que no se pudieran obtener de la Luna tendrían que importarse de la Tierra. La minería de asteroides es una fuente alternativa de materiales. [ 14 ]   

Propuesta de barco mundial

El artículo de 2012, «Naves Mundiales: Arquitecturas y Viabilidad Revisadas», proponía una nave generacional (también llamada nave mundial) basada en el toroide de Stanford. El toroide de Stanford se eligió en lugar de los diseños de colonias de O'Neill debido a su diseño detallado, que abarca aspectos exhaustivos como los sistemas de soporte vital y el grosor de las paredes.

Se apilarían cuatro colonias con forma de toroide de Stanford, cada una con una población de 25.000 habitantes (mayor que la población de 10.000 del toroide de Stanford original, manteniendo el diseño y las dimensiones generales originales, y casi la misma masa, que se incrementa solo en un 10% hasta alcanzar los 11 millones de toneladas), para una población total de 100.000 habitantes, el tamaño mínimo de población que el documento considera para una nave espacial.

Para el sistema de propulsión, se eligió una versión ampliada del diseñado en el Proyecto Dédalo . Un único sistema basado en Dédalo, con una masa de aproximadamente 500 000 toneladas, se acoplaría al centro de los cuatro toros. Dédalo proporcionaría otras características adicionales, como la generación de energía (la energía solar, como la utilizada en el Toro de Stanford original, no está disponible en el medio interestelar por el que viaja una nave espacial) y un escudo antipolvo para proteger los toros de los impactos de polvo interestelar.

La nave espacial también necesitaría un sistema de detección de fallos y autorreparación totalmente automático para evitar que los fallos tuvieran efectos catastróficos. [ 15 ]

Véase también

Notas

  1. 1 2 El área útil total no siempre coincide exactamente con el producto del área de terreno utilizada multiplicada por el número de niveles.

Referencias

  1. 1 2 "Asentamiento espacial Stanford Torus – NSS" . 3 de agosto de 2017. Consultado el 8 de abril de 2025 .
  2. ↑ Johnson y Holbrow, 1977 , pág. 1, "El sistema general", pág. 60, Resumen
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 Johnson, Richard D.; Holbrow, Charles (1977). "Asentamientos espaciales: un estudio de diseño" . Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio. Archivado del original el 14 de diciembre de 2009.
  4. ↑ Johnson & Holbrow 1977 , pág. VII, "Prefacio"
  5. ↑ O'Neill, Gerard K. (1977). La Alta Frontera: Colonias Humanas en el Espacio . Bantam Books. pág. 149. 
  6. ↑ Bekey, Ivan; Herman, Daniel (1 de enero de 1985). «Conceptos de estaciones espaciales y plataformas espaciales: una revisión histórica» . Estaciones espaciales y plataformas espaciales: conceptos, diseño, infraestructura y usos . Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica . págs. 203–263 . doi : 10.2514/5.9781600865749.0203.0263 . ISBN  978-0-930403-01-0.
  7. ↑ Noordung (seudónimo), Hermann (1993) [1929]. Das Problem der Befahrung des Weltraums: der Raketen-Motor (PDF) (en alemán). Berlín: Richard Carl Schmidt & Co. págs. 136-144 . ISBN  3851320603.
  8. ↑ von Braun, W. (22 de marzo de 1952). Cruzando la última frontera . Colliers.
  9. ↑ Johnson y Holbrow 1977 , pág. 46 
  10. ↑ "Powering the Stanford Torus" . large.stanford.edu . Consultado el 18 de mayo de 2025 .
  11. 1 2 Johnson y Holbrow 1977 , Cap. 5
  12. ↑ "La colonización del espacio" . settlement.arc.nasa.gov . Archivado del original el 14 de diciembre de 2009. Consultado el 27 de octubre de 2025 .
  13. ↑ "Construyendo la colonia y haciéndola prosperar" . settlement.arc.nasa.gov . Archivado del original el 7 de noviembre de 2009. Consultado el 27 de octubre de 2025 .
  14. ↑ Johnson y Holbrow 1977 , pág. 201 
  15. 1 2 Hein, Andreas M.; Pak, Mikhail; Pütz, Daniel; Bühler, Christian; Reiss, Philipp (2012). "Naves mundiales: arquitecturas y viabilidad revisitadas" . Journal of the British Interplanetary Society . 65 (4): 119.
  • Asentamientos espaciales: un estudio de diseño , libro de 1977, donde se describía el toro de Stanford.
  • Colonización espacial: Informe sobre las estaciones toroidales de Stanford – NASA Ames, alrededor de 1975 en YouTube
  • Visualización de la construcción del toro de Stanford desde una instalación de extracción de asteroides en 2010. Archivado el 25/01/2013 en Wayback Machine.