Корабът на поколенията е способен да пътува със скорости дори малко по-ниски от скоростта на светлината. Първите негови обитатели ще пораснат, остареят и ще умрат през това време, а пътуването ще бъде продължено от техните потомци.

Изчислено е, че за да се осигури генетично разнообразие по време на пътуване, продължило няколко века, един такъв кораб ще трябва да побере най-малко 500 души, въпреки че проблемът може да бъде решен, като на борда се съхранява банка за сперма. Корабът също трябва да има почти напълно самодостатъчна биосфера в себе си, способна да произвежда достатъчно храна, вода и годна за дишане атмосфера за всичките си обитатели. И накрая, той трябва да бъде оборудван с изключително надеждни електронни системи, способни да устоят на износването и разкъсването на времето и да не се повреждат непоправимо въпреки продължителната употреба, или такива, че да могат да се ремонтират дори с намесата на обитателите на кораба.

Някои твърдят, че преди да се проектират генерационни кораби за достигане до други звездни системи, могат да бъдат построени големи, самодостатъчни космически колонии, изолирани от останалата част от човечеството, но все пак достатъчно близо до Земята, за да могат да бъдат подпомогнати, ако е необходимо. Този експеримент може да помогне да се тестват шансовете за оцеляване на група от няколко хиляди души в продължение на векове, изолирани във Вселената на борда на кораб.

За да се придобие опитът, необходим за успешното изпращане на кораби за поколение, може да се създаде такава изолирана среда, която да побере хората за стотици години или повече, но достатъчно близо до Земята, за да осигури възможна помощ. Това ще провери дали хиляди хора могат да оцелеят извън обсега на помощ. Малките затворени екосистеми, включени в програмата Biosphere 2, са създадени в опит да се идентифицират инженерните трудности при създаването на такава система.

Изказани са идеи, че планетите, населени с живи същества, са нещо като Кораб на поколението; това е концепция, обикновено наричана "Космически кораб Земя".

Обитателите на корабите на поколенията също ще трябва да се справят с основни биологични, социални и морални проблеми, а екипажът им ще трябва да се справи с проблемите на самочувствието и самочувствието сред своите членове и други трудности, включително конфликти. Като пример, морални трудности могат да възникнат във връзка с междинните поколения (те трябва да се раждат, възпроизвеждат, живеят и умират по време на полета без много видими допълнителни усилия), които могат да се почувстват насилствено затворени на кораба. В допълнение, междинните поколения трябва да споделят целите и идеалите на основателите на колонията в достатъчна степен, за да продължат пътуването и да не „променят мнението си“ за по-нататъшно летене.

Оценките за минималния размер на населението, необходим за такова автономно съществуване, са се променили с времето. Изследване, проведено от университета Rutgers, теоретично показва, че цялото местно население на Америка произлиза от само 70 индивида, които са пристигнали преди 14 000 до 12 000 години през Беринговия сухопътен мост, който тогава е съществувал между Азия и Америка. Антропологът д-р Джон Мур предполага през 2002 г., че население от 150-180 души може да оцелее автономно и да се поддържа в продължение на 60-80 поколения, което е приблизително еквивалентно на 2000 години. Внимателният генетичен подбор и използването на банка за сперма от Земята ще намали първоначалната база и ще избегне инбридинга. Първоначалната популация от две жени може да съществува, докато има готови ембриони. Здравето на населението ще зависи от разнообразието на генофонда, което в този случай може да бъде осигурено от определен брой запазени ембриони.

_{Станфордски тороид (източник: NASA/Donald Davis / public domain)}

Космически лъчи

Радиационната среда в далечния космос се различава значително от тази на повърхността на Земята или в ниски орбити поради големи дози високоенергийни галактически космически лъчи (GCR) заедно със слънчевия вятър и радиацията от радиационните пояси. Подобно на други видове йонизиращо лъчение, високоенергийните космически лъчи могат да увредят ДНК, увеличавайки риска от рак, катаракта, увреждане на нервната система и други фатални рискове. Методите за решаване на този проблем в момента са неизвестни и се предлагат само от един от предметите на генното инженерство, от една страна, и технологичните проблеми на проектирането на противорадиационна защита на кораб, от друга.

Сфера на Бернал

Сферата на Бернал е вид местообитание в Космоса, предназначено като дългосрочен дом за постоянни жители.

Идеята е предложена през 1929 г. от ирланския учен Джон Дезмънд Бернал. Той описва куха сфера с диаметър 16 километра, която може да приюти население от приблизително 25 000 души.

Станфорски тороид

Станфордският тороид е предложен дизайн 1 за космическо местообитание, способно да приеме 10 000 до 140 000 постоянни жители. Състои се от тороид с диаметър 1790 m, който се върти веднъж на минута, за да осигури изкуствена гравитация от 1 g поради центробежна сила.

Станфордският тороид е предложен по време на лятното проучване на НАСА през 1975 г. в Станфордския университет, за да се спекулира върху проекти за бъдещи космически колонии. По-късно, през 1977 г., е публикувана книгата „Космически селища: Проучване на дизайна“, написана от Ричард Д. Джонсън и Чарлз Х. Холброу, със заключенията от споменатото изследване и конкретния дизайн, предложен за космическото местообитание. Станфордският тороид се отнася само за тази конкретна версия на дизайна, тъй като концепцията за въртяща се пръстеновидна космическа станция е била предложена преди това от немския механичен и космически инженер Вернер фон Браун и австрийския ракетен инженер Херман Поточник и се появява от време на време в научно-фантастичната литература, като например в произведението на американския писател, математик и психолог Лари Нивен „Пръстенов свят“ (1970), роман, който има три продължения – през 1980, 1996 и 2004 г.

Станфордският тороид се състои се от пръстен с форма на тор (ротационна повърхнина с форма на геврек, описана при завъртането на окръжност около ос, лежаща в нейната равнина) диаметър 1,8 km (за предложеното местообитание за 10 000 души, описано в лятното проучване от 1975 г.), който се върти със скорост от един оборот в минута , за да осигури изкуствена гравитация между 0,9 и 1,0 g във вътрешната част на външния пръстен поради центробежната сила.

Слънчевата светлина се осигурява вътре в тороида чрез система от огледала. Пръстенът е свързан към ос чрез "спици на колело", които служат като проводници за хора и материали, движещи се към и от оста. Тъй като тази ос е центърът на въртене на станцията, тя има най-ниската изкуствена гравитация и е най-безопасното място за скачване на космически кораб. Индустрията с нулева гравитация ще се извършва в невъртящ се модул, свързан с оста на тороида.

Вътрешното пространство на тороида ще се използва за живеене и ще бъде достатъчно голямо, за да може да се симулира естествена среда; тороидът би бил като тясна, дълга, права ледникова долина, чиито краища се извиват нагоре и накрая се срещат на върха, за да завършат кръг. Гъстотата на населението би била подобна на тази на гъсто предградие, като част от пръстена е предназначена за земеделие на много нива , а част за жилища.

Слънчевата светлина прониква в тороида през система от повдигнати огледала.

С тегло от 10 милиона тона, е било предвидено да бъде построен с помощта на суровини, добити от Луната и изпратени в Космоса с помощта на електромагнитен катапулт, и извличане на контейнерите в точка L2 (Точките на Лагранж, наричани още L точки или точки на либрация, са петте позиции в орбитална система, където малък обект, повлиян само от гравитацията, може теоретично да бъде неподвижен спрямо два по-големи обекта, какъвто е случаят с изкуствен спътник по отношение на Земята и Луната) с помощта на масов уловител, след което транспортирането им до точка L5, където те могат да бъдат обработени в индустриално съоръжение и изграждането на тора да започне, само материали, които не могат да бъдат получени на Луната, ще бъдат внесени от Земята. Добивът на астероиди също може да бъде друга опция.

Колонията О'Нийл

Колонията О'Нийл е един от плановете за изследване на Космоса чрез космическо селище (голяма космическа станция). Проектът е разработен от група учени от Принстън, работещи под ръководството на американския физик Джерард О'Нийл.

Проектът е създаден на базата на съществуващи технологии, но не е реализиран (предимно поради високата цена – 100 милиарда долара (по цени от 1970-1980 г.), а също и поради съображения за неекологичност – докато проблемът с извеждането на голямо количество товари в орбита не бъде радикално решен, като се използва например космически асансьор).

Проектът предвижда изграждането на космическа станция с диаметър 1,5 km в района на „точката на либрация“ на системата Земя-Луна (т.е. една от двете точки, разположени в лунната орбита и на еднакво разстояние от центровете на Земята и Луната) в рамките на 10-15 години. Въртенето на тази станция ще й осигури изкуствена гравитация, равна на тази на Земята. В същото време всяко материално тяло в близост до точките на либрация (поклащането на Луната, наблюдавано от Земята, което се предизвиква от промяната на перспективата на наблюдателя.) може да остане там за неопределено време, движейки се около Земята по лунната орбита.

Остров I

В поредица от дизайнерски документи, разгледани през 1975 г. и 1976 г. от Станфордския университет за изучаване на проекти за бъдещи космически колонии, Джерард О'Нийл предлага Остров I, модифицирана сфера на Бернал с диаметър само 500 m и въртяща се с 1,9 оборота в минута, създавайки подобна на Земята изкуствена гравитация около екватора на сферата. В резултат на това вътрешният пейзаж на сферата ще прилича на голяма долина, минаваща покрай екватора на сферата. Остров I ще осигури живот и отдих на космическо население от средно хиляда души, със специална секция, посветена на селското стопанство. Слънчевата светлина навлиза във вътрешността на сферата през мрежа от външни огледала и се насочва през голям прозорец на полюса на сферата. Установено е, че формата на сферата е оптимална за задържане на вътрешно налягане и отразяване на слънчевата радиация.

Остров II

О'Нийл също така предвижда следващото поколение на тези космически станции като подобрена версия на Остров I. Остров II ще бъде приблизително 1800 метра в диаметър, с обитаема екваториална обиколка от 6,5 km. При този размер тази среда може удобно да побере приблизително 140 000 души. Размерът е бил продиктуван от икономически ппричини: околната среда е трябвало да бъде достатъчно малка, за да намали транспортните разходи и времето за пътуване, и достатъчно голяма, за да поддържа ефективно необходимата промишлена база.

_{Цилиндърът на О`Нийл (източник: NASA/Rick Guidice / public domain)}

Остров III

Цилиндърът на О'Нийл, известен също като Остров III, космическа станция от типа "космическо селище", е предложен от Джерард О'Нийл във "Високата граница". В тази своя книга той описва колонизацията на Космоса през XXI век с помощта на лунни материали. Цилиндърът на О'Нийл се състои от два много големи, противоположно въртящи се цилиндъра, всеки с диаметър 8 km и дълъг 32 km, свързани заедно в краищата с пръти чрез система от лагери. Докато се въртят, те създават изкуствена гравитация върху вътрешната си повърхност поради центробежната сила.

В научната фантастика

Идеята за кораб на поколенията възниква през 20-те години на XX век е дадена от Константин Циолковски – руски учен и философ от холски произход, и Джон Дезмънд Бернал, последният в романа си от 1929 г. „Светът, плътта и дяволът“. Повтарящ се астект е, че потомците на първите обитатели на такъв кораб, които губят всякаква историческа памет за своята мисия и вярват, че вътрешността на космическия кораб съставлява цялата Вселена.

Алтернативни подходи

Теорията на специалната теория на относителността предвижда, че информацията не може да се разпространява по-бързо от скоростта на светлината. Изглежда, че това ограничава възможностите за междузвездно пътуване до далечни звезди само до кораби за поколение. Самата теория на относителността обаче предлага косвено решение, дадено от феномена на забавяне на времето. Ако космическият кораб можеше да се движи със скорости, близки до скоростта на светлината, времето на борда щеше да тече по-бавно от времето на Земята: при скорост от 99,9999% от скоростта на светлината, един ден на борда би бил еквивалентен на две земни години; при 99,99999999% от скоростта на светлината, един ден на борда би бил еквивалентен на шестдесет и една земни години. Космически кораб, пътуващ с тази скорост към галактиката Андромеда, би изминал разстоянието от 2,9 милиона светлинни години за около 41 години, според наблюдатели на борда, или три милиона години, според наблюдатели на Земята.

Други физически ограничения включват необходимостта да се носи достатъчно гориво, за да се достигне тази скорост и след това скоростта да се намали отново, след като корабът достигне местоназначението си; масата, получена от горивото, на свой ред би изисквала допълнителна пропулсивна тяга, за да бъде ускорена заедно с останалата част от кораба. Освен това, хората са в състояние да поддържат много ограничени ускорения, т.е. ако те продължават за дълги периоди от време. И накрая, наличието на междузвезден прах може да направи такова пътуване изключително опасно, тъй като един удар би бил в състояние да освободи огромно количество енергия и да унищожи кораба.