Освоение Марса

[LonelyWanderer]

Если бы роботами можно было управлять без задержки сигнала, они бы наработали несравнимо больше. А это возможно только если есть обитаемая база на месте.

Такую обитаемую базу есть смысл делать на Фобосе, Деймосе, или на стационарной орбите. Здесь есть этическое преимущество перед проектами вроде Mars One - возвращаемость. А также содержание людей будет намного дешевле. Но здесь есть сложность - если на Марсе какая-никакая гравитация есть, то тут практически полное отсутствие гравитации и за несколько лет экипаж может получить труднопоправимый ущерб здоровью.
Если строить базу на Фобосе или Деймосе, то здесь можно хорошо защититься от радиации, но чтобы иметь круглосуточную связь с роботами на поверхности Марса придётся обзавестись сетью ретрансляционных спутников, что в сочетании с расстоянием до поверхности создаст существенную задержку сигнала, наверное, вплоть до секунды-двух, это может очень сильно замедлить работу. Кроме того, осуществить искусственную гравитацию на Фобосе или Деймосе существенно сложнее, чем в открытом космосе.

А потому хочется поразмыслить о возможности создания базы на стационарной орбите, что даст возможность сделать технически простую систему искусственной гравитации, а также постоянное висение над исследуемой областью, а значит быструю связь с минимальной задержкой, что даст прямое управление всей работой. И тогда производительность будет несравнима с работой Кюриосити.

Приведу приблизительные расчёты.
Стационарная орбита находится на высоте 20428 км от центра Марса, и это очень близко к Деймосу (23458 км). И здесь можно извлечь пользу - добыть вещество Деймоса для создания противорадиационного щита. Я рассчитал, что для того, чтобы грунт Деймоса переправить на стационарную орбиту, нужно всего 105 м/с импульса (5 м/с вторая космическая скорость, 47 м/с на 1-й тормозной импульс на понижение перигелия, и 53 м/с 2-й тормозной импульс на понижение афелия).
Теперь вопрос, как максимально дёшево сочетать противорадиационный щит из грунта Деймоса и искусственную гравитацию? Бюджетный вариант искусственной гравитации - это не тор О’Нила, а модули, висящие на тросах на противовесе с вращением вокруг общего центра тяжести.
Какая толщина грунта необходима, чтобы за время миссии в несколько лет экипаж не получил слишком больших доз радиации? От этого зависит осуществимость концепции (от этого зависит необходимая прочность, масса тросов, которые необходимо будет запускать с Земли).
В статье Википедии https://ru.wikipedia.org/wiki/Радиационная_защита написано, что половинная защита от гамма-излучения достигается примерно при 20 граммах вещества на см². Это примерно 14-15 см толщины грунта Деймоса. Половина - это мало. Но:
"С увеличением толщины слоя противорадиационной защиты количество пропущенной радиации падает экспоненциально. Так, если слой половинного ослабления слежавшегося грунта составляет для гамма-излучения осколков деления 9,1 см, то насыпь толщиной 91 см (типичная насыпь над противорадиационным убежищем) уменьшит количество радиации в 2¹⁰, или 1024 раза"
Если увеличить толщину, скажем, в 5 раз, т.е. до 100 грамм/см² или до 70 см толщиы, тогда гамма-излучение будет ослабляться  2⁵ раз - уже в 32 раза. Будет ли этого достаточно? На 1 м² получается уже целая тонна. Если верить таблице в этой статье, то земная атмосфера ослабляет гамма-излучение в 2⁵⁵ раз, или в 3.6*10¹⁵ раз, т.е. вообще почти не пропускает. Получается, что разница между толщиной защиты в земную атмосферу и в 10 раз меньшую - колоссальна, по-крайней мере по гамма-излучению.

Теперь по поводу тросов, которыми будет удерживаться искусственная гравитация. 10 метровая сфера, подвешенная на тросах будет иметь площадь 314 м², т.е. весить при толщине защиты из грунта Деймоса в 70 сантиметров (или 1 тонна на м²) - 314 тонн. Предел выносливости прочнейших сплавов титана или высоколегированной стали порядка 30 кг/мм² (не путать с пределом прочности, который здесь достигает 100 кг и выше). Т.е. для такой сферы нужен трос с сечением около 10 000 мм² или 100 см².
Такой трос из титана при длине в 200 метров (по 100 метров от центра тяжести до противовеса и до сферы) будет иметь объём около 2 м³ или 10 тонн.
Такой трос реально вывести на орбиту вокруг Земли существующими носителями, а потом постепенно переправить к Марсу, с помощью ускорителей. Такие ракеты, как Сатурн-5 и Энергия могли вывести на низкую опорную орбиту порядка 140 тонн (Сатурн-5). Т.е. можно даже либо удлинить трос до 2800 метров, либо сделать шар толще в 14 раз (а до сопоставимой с земной защитой нужно в 10 раз).
А лучше сочетать и то и другое. Например, при толщине 300 г/см², или 210 см грунта Деймоса, защита от гамма-излучения составит уже 32768 раз, это в 32 раза больше, чем в противорадиационных убежищах. Вес 10-метровой сферы из грунта составит 942 тонны, необходимое сечение титанового троса с пределом выносливости в 30 кг/мм² - 300 см², соответственно вес 200-метрового титанового троса - 30 тонн. Получается, что такие ракеты, как Сатурн-5 и Энергия могут вывести на НОО примерно 900-метровый трос такой толщины.

Получаем искусственную гравитацию с радиусом в 450 метров, что будет достаточно для того, чтобы не было проблем с вестибулярным аппаратом человека,  достаточную противорадиационную защиту для сколь угодно долгого пребывания на базе человека, и вполне достаточный объём для нескольких человек в виде 10-метровой сферы.

[cybertron]

Орбитальная станция возле Марса - проект для бедных. Имеет смысл только если вы твердо решили никогда не высаживаться на поверхности Марса.
Если цель - человек на Марсе - то нужно один раз потратить деньги на создание ракетной системы которая может это обеспечить.

А так вы сначала потратите деньги на создание орбитальной станции - а потом вам таки все равно придется озаботиться доставкой человека на Марс.
Дважды заплатите за тот же самый результат.
И если у вас будут люди на Марсе - то собственно все эти результаты добытые с орбитальной станции - они на месте добудут в 10 раз быстрее. Станция получается ненужной.

[crazy_terraformer]

Можно зарыться в какой-то из спутник Марса(лучше в Деймос, т.к. там более равномерное гравитационное поле и он не рискует быть разорванным на части взаимодействием гравитации Марса с техногенным влиянием человека) сквозь его неплотные породы, проникнуть в его центр массы, уплотнить там породу и создать шахту для колонии - двух противоположно вращающихся цилиндров висящих в магнитном поле. В качестве источника материалов можно использовать сам спутник или и его собрата и сам Марс.
Эта колония может выступать как родильный дом и место взросления будущих марсиан, если медицинские проблемы марсианской гравитации не будут решены полностью, либо эта колония будет местом взращивания элиты,которая сможет путешествовать на Землю и летать с большими ускорениями, чем марсиане выросшие на поверхности планеты.

[LonelyWanderer]

Орбитальная станция возле Марса - проект для бедных. Имеет смысл только если вы твердо решили никогда не высаживаться на поверхности Марса.
Если цель - человек на Марсе - то нужно один раз потратить деньги на создание ракетной системы которая может это обеспечить.

А так вы сначала потратите деньги на создание орбитальной станции - а потом вам таки все равно придется озаботиться доставкой человека на Марс.
Дважды заплатите за тот же самый результат.
И если у вас будут люди на Марсе - то собственно все эти результаты добытые с орбитальной станции - они на месте добудут в 10 раз быстрее. Станция получается ненужной.

Да это всё понятно, что быстрее, эффективнее и т.д., это много раз обсуждалось. Но фактически так можно ни к чему и не придти (как и сейчас - мы никуда не движемся), всё время сомневаясь в успешности миссии. А если вдруг будет какая-нибудь катастрофа, то это вообще может отложить на очень долгий срок пилотируемые полёты.
Поэтому промежуточные шаги имеют смысл. Ведь первые полёты Гагарина,  луноходов, "Венер" и "Маринёров" тоже малополезны на фоне результатов последующих миссий - их фотографии, их данные никуда не годятся, но от этого же они не стали бесполезными - они были очередными необходимыми шагами в освоении космоса, полезными для своего времени.
Орбитальная пилотируемая миссия на Марс может быть таким очередным шагом непосредственно перед посадкой. Пусть она и откладывает пилотируемую миссию непосредственно на Марс, но делает её в будущем более реальной. Это ведь не только получение дополнительных знаний с помощью роботов на поверхности, это ещё обкатка технологий, в частности продолжительного межпланетного полёта и жизни в космосе. Кроме того, с помощью людей на орбите Марса можно с гораздо большим успехом начать подготовку к строительству базы на Марсе - контролировать посадку модулей и т.д. На ту же Луну не сразу астронавты сели, предварительно было много подготовительных полётов и опытов, и даже облёт Луны с расстыковкой и сближением с поверхностью.
В случае, если будет орбитальная пилотируемая станция на Марсе и если последующая пилотируемая миссия на поверхность обернётся катастрофой - это не поставит крест на многие десятилетия до новой попытки из-за того, что опять оказались ни с чем, да ещё и с фобией - задел по-прежнему останется, психологический фактор оставшихся материальных и людских ресурсов у планеты тоже важен.

[crazy_terraformer]

Лучший вариант не орбитальная станция, а станция на спутнике,небольшая  гравитация есть всё время(частично можно центрифугами и занятиями купировать недостаток), стены хоть многосотметровые с крышей возводи. Вещество для извлечения кислорода и воды под рукой.

[LonelyWanderer]

Можно зарыться в какой-то из спутник Марса(лучше в Деймос, т.к. там более равномерное гравитационное поле и он не рискует быть разорванным на части взаимодействием гравитации Марса с техногенным влиянием человека) сквозь его неплотные породы, проникнуть в его центр массы, уплотнить там породу и создать шахту для колонии - двух противоположно вращающихся цилиндров висящих в магнитном поле. В качестве источника материалов можно использовать сам спутник или и его собрата и сам Марс.
Эта колония может выступать как родильный дом и место взросления будущих марсиан, если медицинские проблемы марсианской гравитации не будут решены полностью, либо эта колония будет местом взращивания элиты,которая сможет путешествовать на Землю и летать с большими ускорениями, чем марсиане выросшие на поверхности планеты.
---
Лучший вариант не орбитальная станция, а станция на спутнике,небольшая  гравитация есть всё время(частично можно центрифугами и занятиями купировать недостаток), стены хоть многосотметровые с крышей возводи. Вещество для извлечения кислорода и воды под рукой.

Выше я описал способ постройки станции с качественной искусственной гравитацией и противорадиационной защитой, которую можно осуществить с помощью довольно небольшого количества запусков сверхтяжёлых ракет и за несколько лет. А вы описали постройку гораздо более масштабной базы с гораздо большими затратами и сроками постройки. Эта концепция лучше подходит для колонизации астероидов, а не Фобоса с Деймосом, которые сами по себе особо не интересны.

Но если вы считаете базу на орбите Марса в несколько человек недостаточной, то всё-равно лучше поискать способ подешевле. Рыть шахту аж до центра спутника, и там строить пещеру, вращающиеся цилиндры - слишком дорого и не отвечает поставленным целям прежде всего колонизации Марса, а не Фобоса с Деймосом. Если хотите построить базу с искусственной гравитацией внутри тела Фобоса или Деймоса, то лучше всего это сделать вблизи поверхности, а не в центре. Собственная гравитация там слишком слаба, чтобы это могло заставить рыть шахту аж до центра. Если верить Википедии, то на Деймосе ускорение свободного падения 0,0039 м/с², а на Фобосе - 0,0084—0,0019 м/с². Т.е. на Фобосе на стороне обращённой к Марсу, и на противоположной стороне собственная гравитация в 2 раза меньше, чем на гораздо меньшем Деймосе - за счёт приливных сил со стороны Марса. 0,0019 м/с² - это в 5158 раз меньше земных значений. Это значит, что некая конструкция, имеющая массу 5158 тонн там будет весить всего 1 тонну.
Следовательно, тот же вращающийся цилиндр можно просто подвесить.  Т.е. роется неглубокая шахта. Сверху шахты размещается какая-то ферма или крышка, и в центре её крепится трос, способный держать вес в 1 тонну (если вращающаяся масса будет величиной в 5158 тонн). 1 тонна - это пустяк. Этот трос будет крепиться к валу двигателя, который начнёт постепенно раскручивать конструкцию. Но здесь есть один нюанс - гироскопический эффект из-за вращения Фобоса заставит вращающийся цилиндр столкнуться со стенками шахты, а потому имеется 2 выхода: а) на дне шахты также сцепить цилиндр тросом, и держать всю конструкцию в натяжении и заставлять прецессировать; б) строить шахту на полюсе Фобоса, но там гравитация в 4 раза сильнее, соответственно трос должен будет держать вес уже в 4 тонны. Но вообще это пустяк по сравнению с нагрузками на сам цилиндр, его стенки и т.д.

Вообще сам по себе вращающийся в шахте цилиндр небольшого диаметра - идея не очень, люди рехнутся от реакции вестибулярного аппарата человека. Такое имеет смысл делать более крупномасштабно, с большим диаметром и при большом количестве человек.

[crazy_terraformer]

Выше я описал способ постройки станции с качественной искусственной гравитацией и противорадиационной защитой, которую можно осуществить с помощью довольно небольшого количества запусков сверхтяжёлых ракет и за несколько лет. А вы описали постройку гораздо более масштабной базы с гораздо большими затратами и сроками постройки. Эта концепция лучше подходит для колонизации астероидов, а не Фобоса с Деймосом, которые сами по себе особо не интересны.

Мухи отдельно, котлеты отдельно.
Я написал два варианта использования спутников Марса и создание колонии с центрифужной гравитацией, это дело далекого будущего, для репродуктивных целей небольшой марсианской колонии. Второй вариант - постепенно разрастающаяся станция на поверхности спутника, возможно прорастающая в глубь спутника. Сначала это станция на несколько человек - это несколько модулей с электростанцией, которые обваливаются или обклеиваются грунтом, плюс установки для добычи воды из грунта и её электролиза, затем по мере роста поставок и местных возможностей, строительство станции всё больше замыкается на свои ресурсы и далее она переходит на максимальное самообеспечение.

Но если вы считаете базу на орбите Марса в несколько человек недостаточной

Вполне себе достаточной считаю, но лишённой возможности роста в виде вашей концепции.

Рыть шахту аж до центра спутника, и там строить пещеру, вращающиеся цилиндры - слишком дорого и не отвечает поставленным целям прежде всего колонизации Марса, а не Фобоса с Деймосом.

Цель создание как можно более долговечной репродуктивной колонии. Рыть кстати не дорого, ибо плотность Деймса 1,471 г/см³, а Фобоса 1,876 г/см³, а это говорит о том, что либо они рыхлые, либо в них большая доля льда(снега) или органики. Т.е. копать будет легко,потому что они рыхлые, или потому что можно выплавлять воду или пиролизовать органику вырезая блоки из породы.

Если хотите построить базу с искусственной гравитацией внутри тела Фобоса или Деймоса, то лучше всего это сделать вблизи поверхности, а не в центре.

А вот и нет.

Вообще сам по себе вращающийся в шахте цилиндр небольшого диаметра - идея не очень, люди рехнутся от реакции вестибулярного аппарата человека.

А вот этого я не предлагал, это вы сами придумали.

Такое имеет смысл делать более крупномасштабно, с большим диаметром и при большом количестве человек.

А вот это полный одобрямс.

Собственная гравитация там слишком слаба, чтобы это могло заставить рыть шахту аж до центра.

Она не заставляет рыть одной толщины шахту до центра, нужны некие узкие стволы для доставки оборудования в центр масс, откуда и будет расти широкая шахта.

трос должен будет держать вес уже в 4 тонны. Но вообще это пустяк по сравнению с нагрузками на сам цилиндр, его стенки и т.д.

Согласно моей концепции трос не нужен, ибо цилиндры будут находится вблизи центра масс и давить будут друг на друга и стены шахты через магнитные поля(либо через смазку). Нагрузки же на конструкцию цилиндров оказываемые вращением будут  передаваться на стенки шахты, а через них на прижимаемые к ним гравитацией, окружающие массы породы. Т.е. нагрузки вызванные вращением будут гаситься.

[LonelyWanderer]

Компенсация нагрузок на цилиндр с помощью магнитных полей, с помощью магнитов на стенке шахты и повехности цилиндра, вроде маглева? Это возможно, но очень дорого, проще обеспечить жёсткостью конструкции, но со свободно вращающимся цилиндром в центре, он оттуда никуда не сместится, здесь существование микрогравитации - огромная польза.

На начальном этапе, на самом-самом начальном, хочу предложить такую конструкцию.
Присылаются на Фобос десятка два модулей разного назначения, но так, чтобы их вес был приблизительно одинаков. Размещаются на поверхности по кругу. Они должны иметь стыковочные узлы таким образом, чтобы соединиться в кольцо. Это кольцо будет в последствии вращаться, создавая искусственную гравитацию. Присылается обод соответствующего диаметра, целью которого будет принятие на себя основных нагрузок (а не на стыковочные узлы). Вырывается траншея в виде круга, глубиной метров 20 и шириной, несколько превышающей толщину модулей. И туда помещаются модули, стыкуются и скрепляются ободом. По центру ставится вышка из фермы, на вершине которой будет электромотор, и от неё - тросы к каждому модулю. Т.е. конструкция будет по сути почти в точности как детская карусель. Только разница в том, что в детской карусели основные центробежные нагрузки приходятся на тросы, и карусель расширяется с увеличением скорости вращения, а здесь основные центробежные нагрузки будут приходится на обод, а тросы будут лишь удерживать кольцо от падения, а также придавать ускорение во время раскрутки, а так как гравитация Фобоса очень слаба, то это будет очень слабая нагрузка, эти тросы могут быть очень тонкими и легкими. Помещённое в глубокую траншею кольцо будет защищено почти целиком от космической радиации - для движения тросов нужно оставить некоторую щель шириной до метра, т.е. над траншей нужно сформировать сужение верхней её части. Получается дешёво и сердито, и никаких проблем с вестибулярным аппаратом, т.к. можно даже небольшой станции на несколько человек придать большой диаметр с минимумом землечерпательных работ.
Позже попробую даже визуализировать такое, мне кажется это весьма перспективно из-за простоты.

[SpaceEngineer]

Большой диаметр потребует много модулей. Так что затея по трудоёмкости сравнима с созданием станции-колеса на орбите. А если учесть, что это далеко не орбита Земли...
И как космонавты будут выходить наружу? Придётся вращение колеса полностью останавливать.
А ещё его всё время надо будет балансировать, иначе раскачается и врежется в стенку траншеи. Перекачивать воду или шарики перекатывать...

[crazy_terraformer]

. По центру ставится вышка из фермы, на вершине которой будет электромотор, и от неё - тросы к каждому модулю. Т.е. конструкция будет по сути почти в точности как детская карусель.

И как космонавты будут выходить наружу? Придётся вращение колеса полностью останавливать.

https://www.youtube.com/watch?v=iMY5F1c7Aac

[LonelyWanderer]

Большой диаметр потребует много модулей. Так что затея по трудоёмкости сравнима с созданием станции-колеса на орбите. А если учесть, что это далеко не орбита Земли...
И как космонавты будут выходить наружу? Придётся вращение колеса полностью останавливать.
А ещё его всё время надо будет балансировать, иначе раскачается и врежется в стенку траншеи. Перекачивать воду или шарики перекатывать...

Метров 100 в диаметре достаточно, по количеству модулей не намного больше того же МКС. Да, останавливать, а разве это проблема, если выходы в космос будут не чаще, чем раз в несколько дней? Тут делов то всего нажать на тормоз, а потом нажать на кнопку пуск, и раскрутка произойдёт за несколько десятков минут.
А насчёт раскачки, думаю подвижки будут не больше нескольких сантиметров, если изначально станцию проектировать полностью уравновешенной. Перемещения экипажа по станции будут вносить смещения, но, например, вес той же МКС - 417 тонн, количество экипажа - 5, или около 400 кг. Т.е. вес экипажа в 1000 раз меньше веса МКС. Это значит, что, например, при диаметре станции в 100 метров максимальные подвижки (если все члены экипажа окажутся в одном месте), будут менее 100 мм, а точнее даже менее 50 мм, если изначально рассчитывать на равномерное распространением экипажа. При максимальных 5 сантиметрах можно в принципе обойтись без каких-либо компенсирующих механизмов.

[LonelyWanderer]

Вот такой эскиз в масштабе. Изобразил 22 модуля диаметром 4 метра и длиной 14 метров (примерно, как модуль МКС "Звезда"). Вырывается кольцевая траншея диаметром 100 метров, шириной 6 метров и глубиной около 10 метров. Туда помещаются эти модули, собранные в кольцо, и скреплённые ободом (на фото красным цветом со внешней стороны). Именно к этому ободу  будут крепиться тросы, и он будет держать центробежные нагрузки от модулей. Затем траншея накрывается "крышей" из вынутого грунта со щелью шириной около 50 см, этот вал я изобразил высотой в 3 метра. Как сформировать такую крышу и щель, нужно ещё подумать, но это можно сделать, например с помощью ободов и/или сетей и растяжек.

Таким образом радиация внутрь траншеи может поступать только вдоль тросов через эту наклонную щель. Всю конструкцию будет держать ферма в центре (изображена высотой в 100 метров и в поперечнике в 3 метра из труб диаметром 10 см). На вершине будет находиться двигатель, к шкиву которого будут крепиться тросы. Если полный вес станции составит около 1000 тонн, тогда вышка, если она будет располагаться на южном или северном полюсе Фобоса, будет иметь нагрузку всего 857 кг, или всего-лишь 39 кг на каждый трос, т.е. эти тросики, удерживающие станцию, могут быть весьма тонкими и лёгкими - 5 мм достаточно. Над мотором и под ним размещаются мешки с грунтом (порядка 50 кубометров) для того, чтобы создать тень для радиации, идущей в щель вдоль тросов. Этот грунт будет создавать нагрузку на вышку всего в несколько десятков килограмм. Таким образом радиации практически полностью отрезан доступ к станции при минимуме землечерпательных работ.
Для замены модулей со стороны к подземной части траншеи будет подходить шахта, имеющая выход в стороне, и она же будет предназначена для выходов в космос. Эти тяжеленные модули перемещать через шахту в условиях гравитации Фобоса можно буквально на руках - весить будут в 1160 раз меньше, т.е. станция вполне ремонтопригодна.

[crazy_terraformer]

Раскручиваем обод и растущая нагрузка(прирастающий вес) передаётся на тросы или обод дополнительно опирается через смазку на боковую стену траншеи?

[LonelyWanderer]

Раскручиваем обод и растущая нагрузка(прирастающий вес) передаётся на тросы или обод дополнительно опирается через смазку на боковую стену траншеи?

Обод должен иметь достаточную жёсткость, для того, чтобы выдержать всю полученную центробежную нагрузку от модулей, и более ни на что не опираться. Горизонтальная стабильность положения обода в траншее обеспечивается существующей гравитацией. А между модулями (и ободом) и стенкой траншеи должен быть существенный зазор для компенсации подвижек оси вращения во время перемещений экипажа по станции.
Я обод не рассчитывал, но думаю, что он может весить сотни тонн. А потому его лучше выполнять из связки более тонких ободов. Когда я рассчитывал максимально возможный диаметр для цилиндра в соответствующей теме про космические города, то у меня получилось, что даже используя самые крепкие из существующих высоколегированных сталей или сплавов титана, максимальный диаметр составлял несколько сотен метров, после чего нагрузки превышали возможные и цилиндр разрушался. Поэтому я здесь ограничился диаметром в 100 метров, как заведомо в несколько раз меньшем тех цифр, что я получил при расчёте цилиндра - т.е. возможном. Навскидку такой обод может весить до половины массы удерживаемых им модулей. Если станцию сделать меньше, скажем в 2 раза, то вес обода в процентном отношении к весу станции будет меньше, однако при этом ухудшится её геометрия (или придётся применять изогнутые, как банан, модули, которые сложнее в постройке и в доставке)
Тросы будут держать только вес - это небольшие значения. Также они будут иметь нагрузки на кручение в момент разгона и торможения - потому что масса станции большая, а вес её - маленький, соответственно при слишком большой мощности двигателя тросы просто скрутятся между собой и выдернут станцию из траншеи. Поэтому раскрутка должна происходить медленно - полагаю это не меньше часа.

[Проходящий Кот]

А зачем торможение и запуск всей системы --- достаточно тормозить и разгонять лишь вагончики для нужной бригады.

[crazy_terraformer]

Когда я рассчитывал максимально возможный диаметр для цилиндра в соответствующей теме про космические города, то у меня получилось, что даже используя самые крепкие из существующих высоколегированных сталей или сплавов титана, максимальный диаметр составлял несколько сотен метров, после чего нагрузки превышали возможные и цилиндр разрушался.

Ошибка ваша - вращающийся жилой цилиндр должен быть как можно более лёгкой конструкцией, а нагрузка на его бокрвые стенки должна компенсироваться сопротивлением окружающей его с невращающейся массы. Так как внешний цилиндр(оболочка) не вращается, то его вес не включается в уравнение прочности, т.к. он равен нулю в отличие от массы.

[LonelyWanderer]

А зачем торможение и запуск всей системы --- достаточно тормозить и разгонять лишь вагончики для нужной бригады.

Из-за сложностей компоновки. Если разгонять только один жилой модуль, то ему нужен противовес. И этот противовес с жилым модулем должны быть как-то соединены - спицей. Но если применить спицу, то она срежет всю массу грунта в пределах диаметра круга, т.е. заглубить эту систему нельзя, одной траншеей здесь не обойтись. Если связать жилой модуль с противовесом неким кольцом, то из-за того, что вес погонного метра кольца будет меньше, чем вес модуля и противовеса, это кольцо не сможет поддерживать форму круга при вращении - оно будет стремиться растянуться и превратиться в овал, т.е. опять же потребуется применение спицы, проходящей через грунт. Кольцо вращения должно иметь достаточно равномерно распределённую массу, чтобы поддерживать свою кольцеобразную форму, а потому оно должно состоять из ряда модулей с приблизительно одинаковым весом, или же одного модуля и большого числа противовесов (что делать не логично).
Кроме того, если сделать вращающимся только жилой модуль, а другие - нет, то это серьёзное препятствие в коммуникации между ними.

[LonelyWanderer]

Когда я рассчитывал максимально возможный диаметр для цилиндра в соответствующей теме про космические города, то у меня получилось, что даже используя самые крепкие из существующих высоколегированных сталей или сплавов титана, максимальный диаметр составлял несколько сотен метров, после чего нагрузки превышали возможные и цилиндр разрушался.

Ошибка ваша - вращающийся жилой цилиндр должен быть как можно более лёгкой конструкцией, а нагрузка на его бокрвые стенки должна компенсироваться сопротивлением окружающей его с невращающейся массы. Так как внешний цилиндр(оболочка) не вращается, то его вес не включается в уравнение прочности, т.к. он равен нулю в отличие от массы.

Так что вы предлагаете, "маглевы" применять? Так все эти магниты будут весить ничуть не меньше, а скорее намного больше, чем просто жёсткий массивный обод. И это будет намного дороже и сложнее даже самого массивного обода простейшей конструкции.  А ещё это энергозатраты, и самое главное - пониженная надёжность, аварийная опасность, т.к. это активная структура. Не нужно усложнять. Такое имеет смысл только в тех случаях, когда невозможно добиться более простыми путями, например, если вы хотите создать станцию диаметром не 100 метров, а, например, 1 километр - тогда обод с этим не справится, и тут уже можно подумать насчёт магнитной подвески, хотя я думаю, что это в любом случае слишком технологически сложно (и попросту опасно), и лучше применять большое количество торов или цилиндров небольшого диаметра, чем один большой.

[crazy_terraformer]

Бедные жидкую или сухую смазку могут применить.

[LonelyWanderer]

Бедные жидкую или сухую смазку могут применить.

И будет трение, а оттого вообще остановится, т.к. крутящего момента на хватит, скорость вращения то немаленькая, самая лучшая смазка с этим не справится.
Все виды попыток отталкиваться от стен траншеи или шахты - это всё лишний геморрой, если станция может пассивно вращаться, то лучше так и сделать. Хотя в данном случае это тоже не совсем так - двигатель на башне будет постоянно работать, хотя его мощность будет совсем небольшой.