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オニール・シリンダー（オニール・コロニー、またはアイランド・スリーとも呼ばれる）は、アメリカの物理学者ジェラード・K・オニールが1976年の著書『ハイ・フロンティア：宇宙における人類のコロニー』で提唱した宇宙居住構想である。[ 1 ]オニールは、月や後に小惑星から採取した材料を用いて、21世紀の宇宙植民地化を提案した。[ 2 ]
オニール円筒は、互いに逆方向に回転する2つの円筒で構成される。これらの円筒は、太陽に向け続けることを困難にするジャイロ効果を打ち消すために、反対方向に回転する。それぞれの直径は6.4キロメートル（4マイル）[ 3 ]または8.0キロメートル（5マイル）[ 4 ] 、長さは32キロメートル（20マイル）で、両端はベアリングシステムを介してロッドで接続されている。これらの回転により人工重力が発生する。[ 1 ]
プリンストン大学で学部生向けの物理学を教えていたオニールは、宇宙空間での持続可能な生活が可能であることを示そうとして、学生たちに宇宙空間に巨大な構造物を設計する課題を与えた。いくつかの設計は、人間の居住に適した十分な容積を提供することができた。この共同作業の結果は円筒形のアイデアに触発され、オニールによって1974年9月のPhysics Todayの記事で初めて発表された。[ 5 ]
オニールのプロジェクトは、このコンセプトの最初の例ではなかった。1954年、ドイツの科学者ヘルマン・オーベルトは著書『宇宙の人間―ロケットと宇宙旅行のための新プロジェクト』の中で、宇宙旅行に巨大な居住可能な円筒を使用することについて述べている。 1970年には、SF作家ラリー・ニーヴンが小説『リングワールド』で、より大規模なコンセプトを提案した。そして、オニールが円筒を提案する3年前、アーサー・C・クラークは小説『ランデブー・ウィズ・ラーマ』の中で、そのような居住可能な円筒（ただし、地球外の建造物）を登場させている。
オニールは1976年の著書[ 1 ]の中で、「島」と名付けられた3つの参照設計について説明した。
地球からロケットで材料を輸送する莫大なコストを節約するため、これらの居住施設は磁気質量ドライバーで月面から宇宙に打ち上げられた材料で建設されるだろう。[ 1 ]
1974年9月号のPhysics Today誌で、オニール博士は、オニール・シリンダー内での生活は地球上のいくつかの場所よりも優れていると主張した。[ 8 ]これは、食料が豊富で、気候や天候が制御され、スモッグや汚染を引き起こす燃焼エンジンを使用する乗り物が不要になるためである。[ 8 ]また、シリンダーの回転によって人工的に生成された重力のおかげで、住人はスキー、セーリング、登山などの地球上のスポーツをすることで、活動的で楽しい時間を過ごすことができる。これらのスポーツに加えて、居住空間が宇宙のシリンダー内に閉じ込められていることから新しいスポーツも生まれ、これらの状況が創造的に活用されるだろう。[ 8 ]
円筒は回転して内面に人工重力を発生させる。オニールが説明した半径では、居住施設は標準的な地球の重力をシミュレートするために1時間に約28回転する必要があり、角速度は毎秒2.8度となる。回転座標系における人間要因に関する研究[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]によると、このような低速回転では、内耳に作用するコリオリ力によって乗り物酔いを経験する人はほとんどいない。しかし、人は頭を回すことで自転方向と反自転方向を感知でき、落とした物は数センチメートルずれて見えるだろう。[ 12 ]居住施設の中心軸は無重力領域であり、そこにレクリエーション施設を配置することが想定されていた。
なお、テレビドラマ「バビロン5」に描かれているような、単一の孤立した円筒は、動的に不安定であることに注意してください。
居住空間は、地球の海面気圧の約20%という、地球の空気とほぼ同じ分圧の酸素濃度になるように計画された。さらに、地球の気圧の30%に相当する窒素も加えられる予定だった。この半分の圧力の大気によって、ガスを節約し、居住空間の壁に必要な強度と厚さを減らすことができる。 [ 1 ] [ 6 ]
この規模では、円筒内部の空気と円筒の外殻が宇宙線に対する十分な遮蔽を提供する。[ 1 ]オニール円筒の内部容積は、独自の小さな気象システムを維持するのに十分な大きさであり、内部の大気組成や反射される太陽光の量を変更することによって操作することができる。[ 7 ]
大きな鏡は、各窓の帯の背面に蝶番で取り付けられています。窓の蝶番のない端は太陽の方を向いています。鏡の目的は、窓を通して太陽光を円筒内に反射させることです。夜は鏡を開けて窓から何も見えないようにすることで再現され、これにより熱が宇宙に放射されます。日中は、鏡の動きに合わせて反射された太陽が動いているように見え、太陽の角度が自然に変化します。肉眼では見えませんが、円筒の回転により太陽の像が回転しているように見えることがあります。鏡で反射された光は偏光しているため、受粉するミツバチを混乱させる可能性があります。[ 1 ]
居住空間に光を取り込むため、円筒の全長にわたって大きな窓が設けられています。[ 1 ]これらは一枚のガラスではなく、壊滅的な損傷を防ぐために多数の小さなセクションで構成され、アルミニウムまたは鋼鉄製の窓枠が居住空間の気圧によるストレスの大部分を担うようになっています。[ 1 ]時には隕石がこれらのガラスの1枚を割ってしまう可能性があります。これにより大気がいくらか失われますが、居住空間の容積が非常に大きいため、計算上は緊急事態にはならないことが示されています。[ 1 ]
居住施設とその鏡は、太陽エネルギーを集めて居住施設の内部を照らすために、常に太陽に向けられていなければなりません。オニールと彼の学生たちは、ロケットを使用せずに（ロケットを使用すると反応質量が失われるため）、コロニーを軌道ごとに 360 度連続的に回転させる方法を慎重に考案しました。 [ 1 ]まず、一対の居住施設は、シリンダーをモーメンタム ホイールとして操作することで回転させることができます。一方の居住施設の回転がわずかにずれると、2 つのシリンダーは互いを中心に回転します。2 つの回転軸によって形成される平面が、軌道に対してロール軸で垂直になったら、2 つの太陽方向ベアリングの間に力を加えることで、一対のシリンダーを太陽に向けるようにヨーイングすることができます。シリンダーを互いに遠ざけると、両方のシリンダーがジャイロスコープ的に歳差運動し、システムは一方向にヨーイングし、シリンダーを互いに近づけると、反対方向にヨーイングします。逆回転する居住モジュールは正味のジャイロ効果を持たないため、このわずかな歳差運動は居住モジュールの軌道全体にわたって継続し、常に太陽を向いた状態を維持できる。これは制御モーメントジャイロスコープの斬新な応用例である。
1990年と2007年には、直径を大きくして長さを短くすることで、単一の回転円筒の揺れ効果に対処する小型設計の派生型であるカルパナワンが発表された。放射線遮蔽の物流上の課題は、ステーションを低軌道に建設し、窓を取り除くことで対処されている。[ 14 ] [ 15 ]
2014年には、複合材で覆われた圧力容器の建造のように、袋を膨らませて（小惑星の材料で作られた）スプールでテープを巻くという新しい建造方法が提案された。[ 16 ]
1996年、エンジニアのトム・マッケンドリーは、より大型の回転式宇宙居住施設を提案した。[ 17 ]彼は2000年にNASAの「目標を現実にする」会議でそのアイデアをさらに発展させた。[ 18 ]
オニール円筒の提案当時知られていた従来の材料の代わりに、マッケンドリーの居住施設はダイヤモンド状材料またはカーボンナノチューブを使用して構築され、はるかに大きく構築できる。[ 19 ]彼は、ダイヤモンド状材料で構築すれば半径461 km (約287 マイル)、長さ4,610 km (約2,865 マイル)以上に、カーボンナノチューブで構築すれば半径1,120 km (約696 マイル)、長さ11,200 km (約6,959 マイル)以上に拡張できると述べた。
オニールの円筒と同様に、マッケンドリーはコロニーの表面の半分を窓に充て、内部を直接照らすことを提案した。この居住施設は、慣性ホイールのように機能して居住施設の向きを制御する一対の逆回転する円筒で構成される。[ 17 ]材料とサイズに基づいて、彼はこのような居住施設には400億人から2500億人の人口を収容できると推定した。
この概念はその後、マッケンドリー円筒と呼ばれるようになった。
2019年5月9日にワシントンで開催されたブルーオリジンのイベントで、ジェフ・ベゾスは他の惑星を植民地化するのではなく、オニール植民地を建設することを提案した。[ 20 ] [ 21 ]
