✨Gerard K. O'Neill

Gerard Kitchen O'Neill (6 tháng 2 năm 1927 – 27 tháng 4 năm 1992) là một nhà vật lý và nhà hoạt động vũ trụ người Mỹ. Là một giảng viên của Viện Đại học Princeton, ông đã phát minh ra một thiết bị mang tên vòng lưu trữ hạt cho các thí nghiệm vật lý năng lượng cao. Vào thập niên 1970, ông đề ra một kế hoạch xây dựng các khu định cư của con người ở ngoài vũ trụ, bao gồm cả thiết kế khu định cư ngoài không gian được gọi là Hình trụ O'Neill. Ông cho lập Viện Nghiên cứu Không gian, một tổ chức chuyên tài trợ cho nghiên cứu quá trình sản xuất và thuộc địa hóa không gian.

O'Neill bắt đầu nghiên cứu vật lý hạt năng lượng cao tại Princeton vào năm 1954, sau khi ông nhận bằng tiến sĩ tại Viện Đại học Cornell. Hai năm sau, ông công bố lý thuyết của mình cho một vòng lưu trữ hạt. Phát minh này cho phép máy gia tốc hạt ở năng lượng cao hơn nhiều so với trước đây. Năm 1965 tại Viện Đại học Stanford, ông đã thực hiện thí nghiệm vật lý chùm tia va chạm đầu tiên. Ông không có anh chị em nào khác. Gia đình ông dọn đến ở Speculator, New York khi cha ông tạm thời nghỉ hưu vì lý do sức khỏe. Hải quân đã đào tạo ông thành một kỹ thuật viên radar, điều này làm ông trở nên hứng thú với khoa học. Khi còn nhỏ, ông đã thảo luận về khả năng của con người trong không gian với cha mẹ mình và ở trường đại học, ông thích làm việc dựa trên các phương trình tên lửa. Tuy nhiên, ông không xem khoa học vũ trụ là một lựa chọn cho con đường sự nghiệp trong ngành vật lý, thay vào đó lại chọn theo đuổi vật lý năng lượng cao. Ông tốt nghiệp bằng danh dự Phi Beta Kappa năm 1950. O'Neill đã thực hiện nghiên cứu sau đại học của mình tại Đại học Cornell với sự giúp đỡ từ học bổng của Ủy ban Năng lượng nguyên tử, và được trao bằng tiến sĩ vật lý năm 1954. Cả hai có với nhau một cậu con trai, Roger và hai cô con gái, Janet và Eleanor, trước khi cuộc hôn nhân của họ kết thúc bằng việc ly dị vào năm 1966. Trong chuyến bay lượn xuyên quốc gia đầu tiên vào tháng 4 năm 1973, ông được Renate "Tasha" Steffen hỗ trợ trên mặt đất. Ông từng gặp Tasha, người trẻ hơn mình 21 tuổi, trước đây thông qua Câu lạc bộ Quốc tế YMCA. Họ đã kết hôn một ngày sau chuyến bay đó.

Nghiên cứu vật lý năng lượng cao

Sau khi tốt nghiệp Cornell, O'Neill chấp nhận vị trí giảng viên tại Viện Đại học Princeton. Các hạt được lưu trữ sau đó có thể được định hướng để va chạm với một chùm hạt khác. Điều này sẽ làm tăng năng lượng của sự va chạm hạt so với phương pháp trước đó, hướng chùm tia vào một mục tiêu cố định. Ý tưởng của ông không được cộng đồng vật lý chấp nhận ngay lập tức. Điều này dẫn đến sự hợp tác giữa Princeton và Stanford để xây dựng Thí nghiệm Chùm tia Va chạm (CBX). Nhờ khoản tài trợ 800.000 đô la từ Văn phòng Nghiên cứu Hải quân, việc xây dựng các vòng lưu trữ hạt đầu tiên bắt đầu vào năm 1958 tại Phòng thí nghiệm Vật lý Năng lượng Cao Stanford. Ông đã tìm ra cách thu giữ các hạt và, bằng cách bơm không khí ra ngoài để tạo chân không, lưu trữ chúng đủ lâu để thử nghiệm chúng. CBX đã lưu trữ chùm tia đầu tiên vào ngày 28 tháng 3 năm 1962. O'Neill trở thành giáo sư vật lý chính thức vào năm 1965. O'Leary được chọn cho Nhóm Nhà Du hành số 6 nhưng O'Neill thì không.

O'Neill bắt đầu quan tâm đến ý tưởng thuộc địa hóa không gian vào năm 1969 khi ông đang giảng dạy vật lý cho sinh viên năm nhất tại Viện Đại học Princeton. Các sinh viên của ông ngày càng hoài nghi về lợi ích của khoa học đối với nhân loại vì những tranh cãi xung quanh Chiến tranh Việt Nam. Nhằm cung cấp cho họ một cái gì đó có liên quan đến việc nghiên cứu, ông bắt đầu sử dụng các ví dụ từ chương trình Apollo như các ứng dụng của vật lý cơ bản. Ông đã gửi nó cho một số tạp chí và tập san, bao gồm cả tờ Scientific American và Science, chỉ để bị giới phê bình từ chối. Trong thời gian này, O'Neill đã giảng bài về thuộc địa hóa không gian tại Đại học Hampshire, Princeton, và các trường khác. Nhiều sinh viên và nhân viên tham dự các bài giảng đã trở nên nhiệt tình về khả năng sống trong không gian. Bài báo khoa học của ông cuối cùng đã xuất hiện trên tạp chí Physics Today số ra tháng 9 năm 1974. Trong đó, ông lập luận rằng việc xây dựng các thuộc địa không gian sẽ giải quyết một số vấn đề quan trọng:

thumb|right|Sơ đồ các điểm Lagrange trong hệ Trái Đất-Mặt Trăng

Ông đã khám phá những khả năng của tàu lượn bay trong một thuộc địa không gian, phát hiện ra rằng khối lượng khổng lồ có thể hỗ trợ nhiệt điện trong khí quyển. Ông tính toán rằng loài người có thể mở rộng trên biên giới nhân tạo này tới 20.000 lần dân số nơi đây. Các thuộc địa ban đầu sẽ được xây dựng tại các điểm Lagrange và Trái Đất-Mặt Trăng. và là những điểm ổn định trong Hệ Mặt Trời nơi tàu vũ trụ có thể duy trì vị trí của nó mà không tốn năng lượng. Bài báo này đã được đón nhận, nhưng nhiều người bắt đầu thực hiện dự án từng giới thiệu ý tưởng của mình trước khi nó được công bố.

Trong khi chờ đợi bài báo khoa học của mình được công bố, O'Neill đã tổ chức một cuộc hội thảo nhỏ kéo dài hai ngày vào tháng 5 năm 1974 tại Princeton để thảo luận về khả năng thuộc địa hóa không gian ngoài thiên thể. Trong số những người tham dự có Eric Drexler (lúc đó là sinh viên năm nhất tại MIT), nhà khoa học-phi hành gia Joe Allen (từ Nhóm Nhà Du hành vũ trụ số 6), Freeman Dyson, và phóng viên khoa học Walter Sullivan. Bài viết của Sullivan về hội nghị này đã được đăng trên trang nhất của tờ The New York Times vào ngày 13 tháng 5 năm 1974. Khi độ phủ truyền thông tăng lên, O'Neill tràn ngập trong đống lá thư từ những người hào hứng sống trong không gian. Để giữ liên lạc với họ, O'Neill bắt đầu lưu một danh sách thư từ chuyển qua bưu điện và bắt đầu gửi thông tin cập nhật về tiến trình của mình. Vài tháng sau, ông nghe Peter Glaser nói về các vệ tinh năng lượng Mặt Trời tại Trung tâm Du hành Không gian Goddard của NASA. O'Neill nhận ra rằng, bằng cách xây dựng các vệ tinh này, những thuộc địa không gian của ông có thể nhanh chóng thu hồi chi phí xây dựng của nó. Theo O'Neill, "sự khác biệt sâu sắc giữa điều này và mọi thứ khác được thực hiện trong không gian là tiềm năng tạo ra một lượng lớn của cải mới". Tại hội nghị này, hơn hai chục diễn giả đã trình bày tham luận, bao gồm Keith và Carolyn Henson đến từ Tucson, Arizona.

Sau hội nghị, Carolyn Henson đã sắp xếp một cuộc gặp giữa O'Neill và Nghị sĩ bang Arizona, Morris Udall. Udall đã viết một lá thư ủng hộ, mà ông đề nghị Hensons công khai, vì công việc của O'Neill.

thumb|left|O'Neill ra làm chứng trước Tiểu ban Thượng viện Hoa Kỳ vào ngày 19 tháng 1 năm 1976

Vào tháng 6 năm 1975, O'Neill đã dẫn đầu một nghiên cứu kéo dài mười tuần về môi trường sống trong không gian cố định tại NASA Ames. Trong quá trình nghiên cứu, ông được gọi đi làm chứng vào ngày 23 tháng 7 cho Tiểu ban Hạ viện về Ứng dụng và Khoa học Không gian. Ngày 19 tháng 1 năm 1976, ông cũng xuất hiện trước Tiểu ban Thượng viện về Công nghệ Hàng không Vũ trụ và Nhu cầu Quốc gia. Trong một bài thuyết trình nhan đề Solar Power from Satellites (Năng lượng Mặt Trời từ vệ tinh), ông đã đặt trường hợp của mình cho một chương trình theo phong cách Apollo để xây dựng các nhà máy điện trong không gian. Ông trở lại Ames vào tháng 6 năm 1976 và 1977 để lãnh đạo các nghiên cứu về sản xuất trong không gian. Trong các nghiên cứu này, NASA đã phát triển những kế hoạch chi tiết nhằm thiết lập các căn cứ trên Mặt Trăng là nơi mà các công nhân trong bộ đồ phi hành gia sẽ khai thác những loại tài nguyên khoáng sản cần thiết để xây dựng các thuộc địa không gian và các vệ tinh năng lượng Mặt Trời.

Tài trợ tư nhân (1977–1978)

Mặc dù NASA đang hỗ trợ công trình của ông với số tiền tài trợ lên tới 500.000 đô la mỗi năm, O'Neill đã trở nên thất vọng bởi sự quan liêu và chính trị vốn có trong nghiên cứu do chính phủ tài trợ. SSI nhận được tài trợ ban đầu gần 100.000 đô la từ các nhà tài trợ tư nhân, và đầu năm 1978 bắt đầu hỗ trợ nghiên cứu cơ bản về các công nghệ cần thiết cho sản xuất và định cư không gian.

thumb|right|[[Henry Kolm|Kolm (trái) và O'Neill (giữa) với mass driver]] Một trong những khoản tài trợ đầu tiên của SSI chính là việc phát triển mass driver, một thiết bị được O'Neill đề xuất lần đầu tiên vào năm 1974. Mass driver dựa trên thiết kế cuộn dây, được điều chỉnh để tăng tốc một vật thể không từ tính. Một ứng dụng mà O'Neill đưa ra cho mass driver là ném những khối quặng có kích thước cỡ bằng quả bóng chày được khai thác từ bề mặt Mặt trăng vào không gian. Tại MIT, ông, Henry H. Kolm, và một nhóm sinh viên tình nguyện đã chế tạo nguyên mẫu mass driver đầu tiên của họ. Ông đã loại bỏ thành công chi tiêu cho nghiên cứu thuộc địa không gian ra khỏi ngân sách. Năm 1978, Paul Werbos đã viết cho bản tin L-5, "không ai mong muốn Quốc hội cam kết với chúng tôi về khái niệm môi trường không gian quy mô lớn của O'Neill; mọi người ở NASA gần như hoang tưởng về các khía cạnh quan hệ công chúng của ý tưởng này". Khi rõ ràng rằng một nỗ lực thuộc địa do chính phủ tài trợ là không thể về mặt chính trị, sự ủng hộ của công chúng dành cho các ý tưởng của O'Neill bắt đầu tan thành mây khói. Kế hoạch của ông cũng dựa trên ước tính của NASA về tốc độ bay và chi phí phóng của Tàu con thoi, những con số hóa ra rất lạc quan. Cuốn sách năm 1977 của ông đã trích dẫn chi phí phóng Tàu con thoi trị giá 10 triệu đô la, nhưng vào năm 1981, giá trợ cấp dành cho khách hàng thương mại bắt đầu ở mức 38 triệu đô la. Một bản kê khai năm 1985 về toàn bộ chi phí cho một vụ phóng năm 1985 đã tăng lên tới 180 triệu đô la mỗi chuyến bay, và những ước tính sau này khi chương trình Tàu con thoi gần kết thúc vào năm 2011 vẫn cao hơn nhiều lần.

O'Neill được Tổng thống Mỹ Ronald Reagan bổ nhiệm vào Ủy ban Quốc gia về Không gian năm 1985. Báo cáo của họ được phát hành vào tháng 5 năm 1986, bốn tháng sau khi tàu con thoi Challenger nổ tung trên không trung. The High Frontier đã được dịch ra năm thứ tiếng và vẫn tiếp tục in ấn kể từ năm 2008. Cuốn sách đã khám phá những tác động của các công nghệ mà ông gọi là "động lực của sự thay đổi" trong thế kỷ tới. Một số công nghệ mà ông mô tả là thuộc địa không gian, vệ tinh năng lượng mặt trời, thuốc chống lão hóa, ô tô chạy bằng hydro, kiểm soát thời tiết và tàu đệm từ ngầm. Ông đã để lại cấu trúc xã hội của những năm 1980 nguyên vẹn, cho rằng loài người sẽ không thay đổi ngay cả khi mở rộng sang Hệ Mặt Trời. Nhận xét về 2081 mang tính trái chiều. Nhà phê bình John Noble Wilford của tờ New York Times đã thấy cuốn sách "khuấy động trí tưởng tượng", nhưng Charles Nicol nghĩ rằng những loại công nghệ được mô tả còn rất lâu mới có thể được chấp nhận. Ông lập luận rằng nước Mỹ phải phát triển sáu ngành công nghiệp để cạnh tranh lại: kỹ thuật vi mô, robot, kỹ thuật di truyền, bay từ tính, máy bay gia đình và khoa học vũ trụ. Ông cũng nghĩ rằng sự phát triển công nghiệp đang phải gánh chịu tổn thất bởi các nhà điều hành thiển cận, các công đoàn tư lợi, thuế cao và nền giáo dục kém của người Mỹ. Theo nhà phê bình Henry Weil, những giải thích chi tiết về các công nghệ mới nổi của O'Neill đã làm nên sự khác biệt của cuốn sách này với những cuốn khác về chủ đề này. Hệ thống, chủ yếu nhằm theo dõi máy bay, được gọi là Radio Determination Satellite Service (RDSS). Do sức khỏe suy nhược, O'Neill dần dần ít tham gia hơn với công ty đồng thời nó bắt đầu gặp rắc rối. Vào tháng 2 năm 1991, Geostar đã nộp đơn xin phá sản và giấy phép dự án chòm sao vệ tinh Iridium được bán lại cho Motorola. Mặc dù hệ thống này sau cùng được thay thế bằng GPS, O'Neill đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực định vị. Hệ thống LAWN cho phép hai máy tính trao đổi tin nhắn trong phạm vi vài trăm feet với chi phí khoảng 500 đô la cho mỗi nút. O'Neill Communications đã phá sản vào năm 1993; công nghệ LAWN được bán lại cho Omnispread Communications. Kể từ năm 2008, Omnispread tiếp tục bày bán một biến thể của hệ thống LAWN của O'Neill.

Ngày 18 tháng 11 năm 1991, O'Neill đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho một hệ thống vactrain. Ông gọi cho công ty mà ông muốn thành lập VSE International, vì vận tốc, sự im lặng và hiệu quả. Một mẫu hài cốt bị hỏa táng của ông đã được chôn cất trong không gian. Lọ đựng tro cốt của ông được gắn vào tên lửa Pegasus XL và phóng lên quỹ đạo Trái Đất vào ngày 21 tháng 4 năm 1997. Nó đã trở lại bầu khí quyển vào tháng 5 năm 2002.

O'Neill đã chỉ đạo Viện Nghiên cứu Không gian của mình tiếp tục nỗ lực "cho đến khi mọi người sống và làm việc trong không gian". Sau khi ông qua đời, quyền quản lý SSI được trao lại cho con trai Roger và đồng nghiệp Freeman Dyson. rồi từ đó về sau thì không tổ chức thường xuyên được nữa.

Công trình của O'Neill đã truyền cảm hứng cho công ty Blue Origin được Jeff Bezos thành lập với mong muốn xây dựng cơ sở hạ tầng để thuộc địa hóa không gian trong tương lai.

Henry Kolm tiếp tục khởi đầu Magplane Technology vào những năm 1990 để phát triển công nghệ vận chuyển từ tính mà O'Neill đã viết. Năm 2007, Magplane đã trình diễn một hệ thống đường ống dẫn dầu từ tính hoạt động để vận chuyển quặng phosphat ở Florida. The Hệ thống chạy ở tốc độ 40 dặm/giờ (65 km/giờ), chậm hơn nhiều so với tàu cao tốc mà O'Neill đã hình dung.

Tất cả ba người sáng lập của Space Frontier Foundation, một tổ chức chuyên mở ra biên giới không gian dành cho việc định cư của con người, là những người ủng hộ ý tưởng của O'Neill và đã làm việc với ông bằng những khả năng khác nhau tại Viện Nghiên cứu Không gian. Một trong số họ, Rick Tumlinson, mô tả ba người này là hình mẫu cho việc vận động không gian: Wernher von Braun, Gerard K. O'Neill và Carl Sagan. Von Braun thúc đẩy "các dự án mà người bình thường có thể tự hào nhưng không tham gia". Sagan muốn khám phá vũ trụ từ xa. O'Neill, với kế hoạch lớn của mình dành cho công cuộc định cư Hệ Mặt Trời, đã nhấn mạnh việc di chuyển những người bình thường ra khỏi Trái Đất "ồ ạt".

Trong thể loại truyện hư cấu, nhân vật chính trong tác phẩm Manifold: Time của Stephen Baxter đã đặt tên cho con tàu vũ trụ của mình là Gerard K. O'Neill.

Kể từ tháng 11 năm 2013, các bài báo khoa học và tác phẩm của Gerard O'Neill hiện được cất trong kho lưu trữ tại Bảo tàng Hàng không và Không gian Quốc gia Smithsonian, Trung tâm Steven F. Udvar-Hazy.

Ấn phẩm

Sách

Bài báo khoa học

Bằng sáng chế

O'Neill đã được cấp tổng cộng sáu bằng sáng chế (hai lần sau khi qua đời) trong các lĩnh vực định vị toàn cầu và nâng từ trường.

• Hệ thống định vị xe dựa trên vệ tinh, cấp ngày 16 tháng 11 năm 1982
• Hệ thống định vị và chuyển tin nhắn dựa trên vệ tinh với giám sát chất lượng liên kết, được cấp ngày 10 tháng 5 năm 1988
• Hệ thống định vị và chuyển tin nhắn sử dụng các vệ tinh và bản đồ địa hình được lưu trữ, cấp ngày 13 tháng 6 năm 1989
• Hệ thống định vị và chuyển tin nhắn sử dụng các vệ tinh và bản đồ địa hình được lưu trữ, cấp ngày 23 tháng 10 năm 1990
• Hệ thống giao thông cao tốc, cấp ngày 1 tháng 2 năm 1994
• Hệ thống giao thông cao tốc, cấp ngày 18 tháng 7 năm 1995