Илья Ведмеденко. Город на орбите

16+
нояБРЬдекабрь
2014
С точки
зрения
науки
личность
Технологии
Суперкавитация
путешествие
в подводном
пузыре
Александр
Марков:
Словосочетанием
«теория Дарвина»
пользуются только
креационисты
и религиозные
фундаменталисты
Hubble
и компания:
краткий путеводитель
по космическим
телескопам
Город
на орбите
Инновации — в автомобилизацию
робота
Экзоскелет: симбиоз
и человека
27 месяцев надежды
naked-science.ru + iPad/iPhone + Android
тема номера
Город
на орбите
spacehabs.com/bryan versteeg
Илья Ведмеденко
60 I NAKED SCIENCE I Ноябрь-Декабрь, 2014
Станет ли орбитальный город
убежищем для людей в случае
глобальной катастрофы? Сможет
ли он выступить в роли площадки
для полетов в космос? Есть
ли вообще гипотетическая
возможность его создать?
Поищем ответ вместе.
NAKED SCIENCE I Ноябрь-Декабрь, 2014
I
61
тема номера
Проблемы и перспективы
Р
азличие космического поселения
и привычной орбитальной станции – в размерах. Диаметр космоградов может достигать более
8 км, а длина – больше 30 км.
Такое поселение сможет разместить от 10 до 140 тыс. жителей.
Психологи подсчитали, что для нормальной
жизнедеятельности герметизированное
пространство станции должно составлять
670 тыс. м2.
Конечно, реализовать на практике нечто
подобное будет невероятно сложно, но у
таких проектов есть объективные предпосылки. Начнем, пожалуй, с ресурса нашей
планеты. Сколько еще выдержит Земля
таких «спиногрызов», как мы? Прогнозы
экологической катастрофы звучат все более
убедительно. Причем реалии таковы, что
найти решение этих проблем невозможно.
Предположим, страны Запада до минимума
сократят выбросы парниковых газов. Но
П
пойдут ли Китай или Индия по этому пути в
ущерб своей экономике?..
Вариантов для спасения у человека не
так уж много. Луна сравнительно близко, но
жить там очень тяжело. На «солнечной» стороне спутника жара, на «теневой» – лютый
холод. Атмосферы нет, надежной защиты от
радиации – тоже. Марс также не гостеприимен: мороз, очень разреженная атмосфера,
низкая гравитация.
Орбитальный город позволит избежать
некоторых из таких проблем. Главное преимущество – сила тяжести. Космогород может вращаться вокруг своей оси (так называемый «город-бублик»), и за счет этого инженеры планируют добиться искусственной гравитации. Для
удобства жилые помещения можно разместить
в том месте, где гравитация была бы самой
сильной. Еще один важный момент – это экономичность полетов. Действительно, добраться до
космической станции на орбите Земли намного
дешевле, чем долететь до Марса или Луны.
Город-бублик
арадоксально, но орбитальные
города являются, скорее, чем-то
из прошлого, а не будущего. Инженеры середины XX века без
труда могли вообразить, как в
конце столетия люди будут жить
на борту гигантского космолета.
Сейчас представить себе нечто подобное
(пусть даже в отдаленной перспективе)
очень тяжело. Человечество пришло к выводу, что сберечь ресурсы гораздо важней,
чем реализовать очередную «стройку века».
Впервые идею орбитального города озвучил великий русский ученый Константин Циолковский. Именно он предложил создавать
города, которые вращались бы вокруг своей
оси и по форме напоминали кольца или бублики. В 1952 году немецкий и (впоследствии)
американский ученый Вернер фон Браун
62 I NAKED SCIENCE I Ноябрь-Декабрь, 2014
(Wernher Magnus Maximilian Freiherr von Braun)
опубликовал свою статью, где убедительно
доказывал необходимость создания таких
поселений. В этом же материале читатель мог
впервые увидеть пресловутый город-бублик,
который прозвали поселением тороидальной
формы (или «тор»). В 1960-е годы идею подхватили и развили специалисты из Американского общества астронавтики.
В
Стэнфордский тор
середине 1970-х появился детально проработанный проект
космических поселений. Вернее,
не один, а целых три – все они
были созданы сотрудничающими с NASA специалистами
Стэнфордского университета.
Один из проектов так и назывался – «Стэнфордский тор». Это была поистине гигантская космическая станция, по своей форме
напоминавшая кольцо. Диаметр поселения
составлял 1,8 км, и на его территории могли
бы разместиться от 10 до 140 тыс. человек.
Центральная часть строения оставалась
неподвижной, а оборот кольца вокруг нее
занимал одну минуту.
Объект представлял собой замкнутую
экосистему. Изнутри кольцо «бублика»
виделось его создателям в качестве огромной природной долины, где можно было
бы выращивать растения и разводить
животных. Ось станции имела зеркала,
которые должны были отражать свет на
внутреннюю сторону кольца тора. Таким
оригинальным путем город получал солнечный свет.
В центре конструкции находилась ступица, которую соединяли с кольцом шесть коридоров. По ним можно было передвигаться
пешком или с помощью транспорта. В силу
наименьшей гравитации центральная секция
лучше всего подходила на роль стыковочного узла. Корабли с Земли прилетали бы на
«Стэнфордский тор» и отправлялись обратно, на Землю.
Орбитальный город мог весить без малого 10 млн тонн. Очевидно, собрать такую махину за короткое время было невозможно, и
создание тора могло растянуться на десятилетия. Материалы для станции – еще один
больной вопрос. Согласно планам, большую
часть из них должны были доставлять с
Луны – для этого предполагалось использовать электромагнитную катапульту.
Проект
«Стэнфордский
тор»
i
Идею космических поселений популяризировал писатель-фантаст Ларри Нивен (Laurence
van Cott Niven) – его серия из четырех романов «Мир-Кольцо» снискала мировую славу.
Первая книга увидела свет в 1970 году. Произведение удостоилось множества наград и
премий, хотя специалисты делали акцент на
том, что такое кольцо неустойчиво.
NAKED SCIENCE I Ноябрь-Декабрь, 2014
I
63
тема номера
i
Тема космических поселений развита в фильме «Элизиум: Рай не на Земле». По сюжету Земля будущего стала экологически загрязненным и просто опасным местом. Вся
земная элита стала жить на борту гигантской космической станции. Элизиум чем-то напоминает «Стэнфордский тор», хотя и несколько видоизмененный.
«С
Сфера Бернала
фера Бернала», названная
в честь своего идейного вдохновителя Джона
Бернала (John Desmond
Bernal), - немного иной
взгляд на вопрос космических поселений. Этот
английский физик, социолог и общественный
деятель еще в 1929 году предложил построить на орбите целый город. Уже в те далекие
годы ученый предвидел проблемы современной цивилизации и предложил решить
их столь оригинальным для своего времени
путем.
Согласно первоначальным планам, население орбитального города могло составлять до 30 тыс. человек, а диаметр сферы
достигал бы 1,6 км.
В середине 1970-х исследователи из
Стэнфордского университета предложили
упрощенный вариант «Сферы Бернала».
По замыслу американского физика Джерарда О’Нилла (Gerard Kitchen O’Neill),
диаметр сферы мог достигать не 1,6 км, а
только 500 м. Соответственно, население
такой станции могло бы составить, максимум, тысячу человек. Объект получил
название «Остров I». Некоторое время
спустя появился намного более амбициозный проект – «Остров II». Теперь «Сфера
Бернала» стала похожей на свой далекий
прообраз, трансформировавшись из большой космической станции в огромное поселение на орбите.
Проект «Сфера Бернала»
NAKED SCIENCE I Ноябрь-Декабрь, 2014
I
65
тема номера
Диаметр «Острова II» составил 1,8 км,
и на его территории могли разместиться до
140 тыс. человек. Если не учитывать размеры, все остальные модели «Сфер Бернала»
были похожи. Они представляли собой гигантские космические станции, пригодные
для постоянной жизни. Жилые помещения
располагались внутри вращающейся конструкции – за счет этого создавалась искусственная гравитация.
За счет сферической формы ученые
хотели избежать проблем с радиацией:
площадь внешней поверхности «Сферы
Бернала» оптимальна, с точки зрения ра-
диационной защиты. Внутренних же объемов достаточно для создания замкнутой
экосистемы. Размеры объекта и число его
обитателей (если говорить конкретно о
проекте «Остров II») были взяты не с потолка – по мнению ученых, только такой объем
сферы позволит создать город, способный
к самообеспечению. Для нормальной жизни
«Сфера Бернала» должна была иметь собственную промышленность и сельское хозяйство. Как и в случае со «Стэнфордским
тором», солнечный свет на станцию должен
был поступать благодаря специальной системе зеркал.
i
Самым невероятным космическим сооружением можно считать «Сферу Дайсона». Она
была названа в честь своего создателя – американского физика-теоретика Фримена Дайсона (Freeman John Dyson). Астроинженерное сооружение представляет собой сферическую
оболочку со звездой внутри. Такой объект может по максимуму использовать энергию звезды, но его реализация остается уделом очень далекого будущего. Одна из фундаментальных
проблем «Сферы Дайсона» – в невозможности уравновешивания силы притяжения центрального светила. Таким образом, высока угроза саморазрушения.
Радиус 1.5x1011 м
Проект «Сфера Бернала»
i
Одной из самых известных идей космических поселений стал проект Mars One
(о нем читайте в прошлом выпуске журнала). В рамках проекта группа людей должна будет выжить в суровых марсианских
условиях. Руководит им голландец Бас
Лансдорп (Bas Lansdorp). Первая группа
людей составит четыре человека и должна
по планам на сегодняшний день высадиться на Марсе в 2025 году. Жизнь людей будут транслировать в прямом эфире – это
поможет окупить проект. Впрочем, многие
специалисты считают проект авантюрой.
66 I NAKED SCIENCE I Ноябрь-Декабрь, 2014
Венера
Солнце
Меркурий
Сфера Дайсона
Толщина 3 м
Инфракрасное
излучение
NAKED SCIENCE I Ноябрь-Декабрь, 2014
I
67
тема номера
Т
Цилиндры О’Нилла
ретьим известным проектом космического поселения являются
«Цилиндры О’Нилла» (другое
название – «Остров III», хотя
концепция имеет весомые различия в сравнении со «Сферами
Бернала»). «Остров III» представляет собой два цилиндра, вращающихся в
противоположных направлениях. Диаметр
каждого составляет 8 км, а длина – без малого 32 км. Каждый цилиндр имеет внешнее
кольцо, диаметр которого достигает 16 км.
Вращение цилиндров должно создавать
искусственную гравитацию – для этого им
нужно совершать около сорока поворотов в
час. Атмосферное давление внутри станции
должно было составлять половину земного.
Каждый из двух модулей разделен на
Проект
Kalpana One
шесть равных пространств – три из них
предназначались под жилье. Гигантские прозрачные окна должны были пропускать свет,
сверхпрочные рамы делили окна на мелкие
части, чтобы повреждение одного участка не
могло привести к катастрофе.
Все эти проекты («Стэнфордский тор»,
«Сфера Бернала», «Цилиндры О’Нилла»)
взяли высокий старт в середине 1970-х и
дорабатывались энтузиастами в последующие десятилетия. На их основе развили свои
идеи и другие конструкторы. И хотя эти концепты не раз привлекали внимание, назвать
точные сроки реализации не взялся никто.
Что касается финансовой стороны вопроса,
то цена такого проекта могла составить 190
млрд долларов (и это - по меркам середины
1970-х годов!).
Проект «Цилиндры
О’Нилла»
Kalpana One
spacehabs.com/bryan versteeg
В
68 I NAKED SCIENCE I Ноябрь-Декабрь, 2014
наше время, когда, казалось бы,
романтика космических полетов
ушла в прошлое, идеи космических поселений все-таки продолжают развиваться. Конечно,
масштабы идей куда скромнее,
да и тематика эта стала уделом
любителей, а не профессионалов.
Ежегодно NASA проводит конкурс под названием Space Settlement Contest, где молодые таланты со всего мира демонстрируют
идеи орбитальных поселений. Нечто подобное недавно показал известный канадский
художник Брайан Верстиг (Bryan Versteeg).
Его концепт получил название Kalpana One.
Он представляет собой более реалистичное виденье грандиозных идей 1970-х.
Радиус цилиндрической космической станции составляет 250 м, а ее длина равна 325
м. На «борту» могут находиться до 3 тыс.
i
Ответить на некоторые вопросы,
связанные с созданием космических
поселений, в свое время мог проект
«Биосфера-2», который был создан
на территории США миллиардером
Эдвардом Бассом ( Edward Basse) и
компанией Space Biosphere Ventures.
Главной задачей проекта было выяснить, сможет ли человек жить в условиях автономной экосистемы.Площадь герметичных зданий занимала
1,5 га. На протяжении двух лет (с 1991
по 1993 годы) на его территории жили
восемь человек. В принципе, эксперимент можно считать неудачным, так
как после вселения между людьми
стали вспыхивать конфликты, а одна из
участниц эксперимента и вовсе лишилась пальца.
NAKED SCIENCE I Ноябрь-Декабрь, 2014
I
69
тема номера
человек. Создатели космического поселения заявляют, что при его разработке были
учтены новейшие достижения в области
науки и техники. Так, выбор продолговатой
формы для космограда обусловлен новыми
данными научных экспериментов. Указывается также, что некоторые из прошлых
разработок были утопичны, поскольку обладали низкой стабильностью.
Но теперь, если верить инженерам, все
эти проблемы решены. За одну минуту
Kalpana One совершает два полных оборота
вокруг своей оси. На борту станции человек
чувствует себя как дома, поскольку гравитация практически не отличается от земной.
Комфортное жилье, парки, спортивные площадки – все это есть на борту Kalpana One.
А вот сыграть в теннис, например, здесь
будет тяжеловато, поскольку физика полета
мяча покажется непривычной.
Город на орбите в
представлении художника
Проект
Kalpana One
spacehabs.com/bryan versteeg
У
70 I NAKED SCIENCE I Ноябрь-Декабрь, 2014
Главные вызовы
ченый из Исследовательского
центра Эймса (NASA) доктор Эл Глобус (Albert Globus),
утверждает, что создание первого космического поселения
станет возможным к 2100 году.
Строительство таких колоний
значительно ускорит освоение космоса,
ведь космические корабли смогут стартовать с орбитальной платформы. Это сделает их эксплуатацию рентабельней за счет
невесомости. Как известно, преодоление
первых 150 км ракетой во время земного
старта является самым затратным этапом
полета.
Казалось бы, выгоды от создания орбитального поселения очевидны, но эта
задача связана со вполне реальными рисками. Космические поселения воистину
огромны, и как избежать столкновений с
метеоритами – неясно. Встреча даже с одним единственным из них может привести
к катастрофе. Другая проблема – теракты.
В наше время угроза терроризма актуальна как никогда (в будущем эта угроза никуда не исчезнет): можно ли будет защитить
станцию от опасностей такого рода? Ответа на этот вопрос пока нет.
Важным вопросом стала радиация. Американские специалисты рассматривали,
например, вариант создания пассивной
защиты, которая бы достигала 4,5 т на м2
наружных стенок. Общий вес пассивной
защиты мог достигнуть 9,9 млн т. Естественно, задача доставки на орбиту такого груза
была архисложной.
Говорить о топливе или пище в данном
конкретном случае смысла нет. И так понятно, что эти вопросы не были полностью
решены, а идея брать сырье с Луны выглядит слишком фантастичной. Возможно, на
помощь может прийти космический лифт,
но сейчас его перспективы тоже весьма
туманны.
NAKED SCIENCE I Ноябрь-Декабрь, 2014
I
71