Земля, вопреки распространённому мнению, далеко не так перенаселена, как нам говорят в СМИ, если «подкрутить» настройки и добавить технологий, она может, в теории, поддерживать жизнь в тысячи раз больше людей, чем сейчас на ней проживает. Да, речь идёт о триллионах жителей (правда, прочей живой природе, да и нам с вами, придётся «немного» потесниться). Однако, учитывая людскую натуру, можно не сомневаться, что уровень дискомфорта от соседства с группой людей, придерживающихся иных взглядов, религии или морально-этических норм возрастёт до непереносимого гораздо раньше, чем население планеты достигнет подобных величин.
Если бы современные технологии это позволяли, эмиграция (добровольная или, может быть, даже вынужденная) с Земли может стать для многих выходом из подобной ситуации. Более того, количество поданных заявок (более 200 тыс. человек) на участие в проекте Mars One показывает, что уже сейчас есть много людей, готовых «свалить» отсюда. В будущем, количество людей, желающих того же будет только возрастать.
К большому сожалению, в Солнечной системе нет планет, кроме Земли, на которой могли бы проживать люди, и хотя фундаментально можно провести преобразование (терраформинг) Венеры, Марса или Титана до условий минимальной пригодности к проживанию, подобные проекты потребуют титанических усилий и огромного количества времени.
В предыдущих двух постах, я уже рассказывал, как можно значительно упростить и поставить на массовый поток доставку груза на орбиту, а так же перечислил то, что необходимо для выживания в космосе.
Сегодня я хочу остановиться на некоторых проектах, которые могут предложить альтернативу колонизации других планет в солнечной системе – поселения в открытом космосе, способные поддерживать условия, пригодные для проживания людей.
Планеты внутренней Солнечной системы (за исключением Земли, разумеется) не предлагают практически никаких преимуществ для проживания – температура, давление и химический состав атмосферы Марса и Венеры не позволяют нам находиться в ней без защитного снаряжения, Луна и Меркурий вообще не имеют атмосферы. На поверхности планет мы не защищены ни от метеоритов, ни от радиации (если, конечно, не брать в расчёт то инферно, которое из себя представляет поверхность Венеры), а сила тяжести на всех этих планетах значительно ниже Земной.
С другой стороны, космическое поселение обладает рядом преимуществ – его сооружение по стоимости сравнимо со стоимостью строительства поселения на поверхности планеты, зато мы можем создать в нём пригодную для жизни и ведения сельского хозяйства атмосферу, защитить от радиации и метеоритов не хуже, чем на планете, расположить данное поселение где угодно по нашему выбору (и поближе к Земле, что немаловажно), обеспечить нормальную силу тяжести и земной суточный цикл.
Строительство подобных поселений, хотя и представляет определённые инженерно-технические трудности и неподъёмно-дорогие по нынешним экономическим меркам, тем не менее, вполне осуществимы даже сегодня.
В 1976 году на пике энтузиазма после полётов Аполлонов на Луну, физик Джерард О'Нилл в своей книге «Высокий рубеж: Человеческие колонии в космосе» описал вариант подобного поселения в виде цилиндра 8 км диаметром и 32 км в длину. В действительности, даже если вы используете сталь, эти размеры можно серьёзно увеличить. Мы можем так же использовать алюминий или титан, не говоря уже о кевларе или графене, что позволит увеличить подобный цилиндр до поистине циклопических размеров, однако даже оригинальный предложенный размер внушает уважение. Площадь внутренней поверхности такого цилиндра 804 кв. км – это больше, чем весь Сингапур и чуть меньше, чем Пермь!
Более того, проект О'Нилла предлагал соорудить два подобных цилиндра, соединённых вместе, а так же целой вспомогательной инфраструктуры вокруг них.
В комментариях к прошлым постам, наверное, все желающие уже пришли к консенсусу относительно того, что «можно, но дорого», поэтому я не буду подробно останавливаться на экономике, тем более, что ещё в 1975 году было основано «Общество L5», которое сейчас называется «National space society», целью которого, в числе прочего, является строительство подобного сооружения в точке Лагранжа L5 между Землёй и Луной. Объект в данной точке находится в состоянии гравитационного равновесия, оставаясь на одинаковом расстоянии, как от Земли, так и от Луны. Такое месторасположение может служить идеальной перевалочной базой.
Классический проект О'Нилла предусматривал «окна» по боковым сторонам цилиндра для проникновения солнечного света, либо сложную систему зеркал для освещения внутренней поверхности. На самом деле наличие окон – не слишком практичная идея, когда дело касается защиты от метеоритов и радиации, однако он опубликовал данный проект в 1976 году, когда у нас не было не эффективных светодиодов для освещения, ни сравнительно мощных солнечных батарей, поэтому много иллюстраций, посвящённых идеям космических поселений, отображают несколько неверную концепцию.
Робототехника так же не была настолько распространена, как сейчас, и то, что казалось несбыточной фантастикой 40 лет назад, сейчас вызывает скепсис, скорее, экономического характера, нежели технического. Роботы могут самостоятельно добывать и перерабатывать строительный материал на Луне или даже заниматься разработкой астероидов. Роботы же могут осуществлять сборку конструкций либо полностью самостоятельно, либо посредством телеуправления. Доставка строительного материала с Луны может обходиться очень дёшево при использовании, например, орбитального лифта или рельсотрона, запускающего контейнеры с грузом в окрестности «строительной площадки».
Как я уже говорил в прошлый раз, гравитация внутри цилиндра создаётся центробежной силой, при этом, чем больше диаметр цилиндра, тем медленнее ему нужно вращаться, для создания эффекта земной гравитации и тем меньше будет проявляться эффект Кориолиса. Есть, однако, явление прецессии, которое со временем может подвергнуть конструкцию цилиндра излишним нагрузкам. С прецессией можно бороться, корректируя вращение двигателями, однако идеальным случаем будет соединение двух таких цилиндров, вращающихся в противоположном направлении. Так, прецессия одного цилиндра будет гасить прецессию соседа.
Космический вакуум не оказывает никакого сопротивления, поэтому, раз раскрутив цилиндр до нужной скорости, на поддержку его вращения практически не требуется никакой энергии. По этой же причине, кстати, механические тяжёлые маховики очень удобно использовать в космосе для запасания энергии, что значит, что на случай чрезвычайных ситуаций, в крайнем случае, можно будет воспользоваться энергией вращения нашего цилиндра.
Если диаметр нашего поселения зависит от конструкционной прочности материала и от силы тяжести, которую мы хотим создать, длина цилиндра не ограничена практически ничем, больше того, мы можем соединять подобные конструкции, как связку сосисок.
Как я уже сказал, площадь внутренней поверхности цилиндра составляет 804 кв. км., которые запросто можно увеличить в несколько раз просто за счёт создания нескольких слоёв, освобождая жизненное пространство для людей, а «нижние» этажи оставить технике и складам. Тем не менее, добавляя слои, следует помнить, о паразитном тепле, которое придётся как-то отводить, чтобы избежать перегрева, а так же об освещении. Паразитное тепло в космосе можно отвести только излучением при помощи радиаторов. К счастью, частично роль последних могут взять на себя солнечные батареи в силу своей большой площади.
Как я уже неоднократно подчёркивал, при наличии управляемого термоядерного синтеза многие вещи сильно упрощаются, однако, такое сооружение может вполне обходиться и солнечной энергией.
Вопреки распространённому заблуждению, строить подобное сооружение внутри астероида, затем раскручивая этот астероид для создания гравитации – не сильно хорошая идея сама по себе. Дело в том, что астероиды не монолитны, по сути – это лишь груда щебня, кое-как собранная вместе той крохотной гравитацией, которую производит подобная масса. Если раскрутить такой астероид для создания внутри силы тяжести в 1g, эти камушки могут просто разлететься по сторонам. Однако, не стоит преждевременно хоронить данную идею. Дело в том, что эти камни действительно могут представлять собой отличную защиту от радиации и метеоритов, однако мы не должны раскручивать сам астероид, как мы не раскручиваем вместе с барабаном корпус стиральной машины. Если во вращающийся объект что-то ударяется, то обычно энергия удара либо прибавляет, либо убавляет скорость вращения, а причинённые повреждения прямо пропорциональны кинетической энергии удара. Даже если на вращающийся корпус придётся только половина ударов с вектором против вращения, суммарный ущерб будет больше, чем если бы удар приходился по неподвижной оболочке.
По этой причине, вращение нашего цилиндра извне увидеть будет невозможно. Впрочем, защитный материал вовсе не обязательно должен быть из камня, льда или металла. Вполне можно обойтись водородом или гелием – наиболее распространёнными веществами во вселенной. 1 кг водорода на единицу площади защитит вас от радиации даже лучше, чем 1 кг камней. Защиту можно и комбинировать. Так же, для внешней защиты можно использовать резервуары с воздухом и водой. Космическая радиация никак не отразится на их качестве, и лучше потерять часть резервов от попадания метеорита, чем пострадают люди внутри.
Для защиты от ударов большинства метеоритов вполне достаточно иметь лишь 3-4 метра защитного покрытия из камней, поэтому, гораздо практичнее сооружать поселение, не пробуривая проход вглубь астероида, оставляя на внешней стороне толщу в десятки, а то и сотни метров бесполезного для нас грунта, а просто добывать этот грунт, добавляя его на внешнюю оболочку цилиндра, извлекая из него всё ценные материалы. В непосредственной близости от Луны, возможно, грунт даже выгоднее доставлять с неё, чем отлавливать слабозаметные астероиды. Данный грунт нам в любом случае понадобится для создания имитации природного ландшафта (холмы, горы, озёра) на внутренней поверхности цилиндра.
Для обеспечения неровностей внутреннего ландшафта нашему цилиндру не обязательно иметь неизменный радиус. Единственное, что следует учитывать, это то, что чем выше мы сделаем «гору», тем меньшей будет сила тяжести на её вершине (впрочем, это и на Земле так, только проявляется в меньшей степени). Возможно, концы цилиндра будет целесообразно сделать сужающимися, если потребуется иметь зоны с меньшей силой тяжести.
Особенности силы тяжести внутри нашего поселения, скорее всего, приведут и к появлению новых видов экстремального спорта. На ум приходят дельтапланы, парашюты, парапланы и планёры, позволяющие забираться на высоту, где сила тяжести либо полностью отсутствует, либо значительно уменьшается.
Искусственный ландшафт необходим так же для того, чтобы снизить видимость закругления цилиндра, а для цилиндров большого размера, даже в этом не будет особой необходимости. Мы можем обходиться относительно небольшим количеством плодородного грунта, так как корням деревьев необходимо всего несколько метров земли вглубь для закрепления в почве.
Освещение внутри может осуществляться либо при помощи системы зеркал, доставляющих солнечный свет с поверхности, либо при помощи ламп, излучающих свет требуемого нам и растениям диапазона. Ограничение диапазона будет полезным для того, чтобы сократить накопление паразитного тепла.
Отдельное внимание стоит уделить «небу», так как люди привыкли видеть над собой белые облака на голубом небе. Возможно, эффект можно будет сгладить, увеличив долю открытых водных поверхностей в ландшафте, либо расположить вдоль продольной оси цилиндр потоньше для имитации голубого неба (облака можно «рисовать» с поверхности прожекторами), а может быть, иллюзию можно будет создать просто при помощи обыкновенной краски. Впрочем, если уж мы строим многослойный многокилометровый цилиндр, то наличие жидкокристаллических экранов, показывающих небо над головой, не кажется такой уж экзотикой.
Жизненное пространство внутри подобного цилиндра более, чем достаточно для размещения и комфортного проживания нескольких миллионов жителей – достаточно для поддержания генетического разнообразия, а при наличии термоядерной энергии, подобные цилиндры можно размещать где угодно в солнечной системе (да хоть бы и за её пределами) на условиях полного самообеспечения. По сути, такой цилиндр с небольшими оговорками можно назвать космическим кораблём.
Малый цилиндр, построенный на первом этапе, можно наращивать вдоль сколько угодно, либо добавлять рядом цилиндры большего размера, если это будет необходимо. Что касается количества таких цилиндров, которые мы можем построить только в Солнечной системе, то если брать толщину стенок в 10м мы можем создать «жилплощадь» в несколько миллионов(!) раз превышающую нашу Землю, «разобрав» все каменистые небесные тела на строительный материал.
Не стоит так же забывать и о земной фауне, особенно о видах, которым грозит вымирание (не без нашей помощи). Мы можем использовать подобные цилиндры под заповедники дикой природы, где животные смогут жить, не опасаясь антропогенного влияния и браконьеров.
Фантазию человека сложно остановить, поэтому я хочу пройтись и по более экзотическим и масштабным проектам.
После открытия углеродных нанотрубок и графена, наши конструкторские возможности возрасли до масштабов цилиндра МакКендри и Кольца Бишопа.
Масштабы этих конструкций, построенных по схожему принципу, исчисляются уже в десятки тысяч километров и достаточно вместительны, чтобы считаться планетами (хотя бы по количеству населения, которые они могут разместить).
На этом технически реализуемые проекты вращающихся поселений закончены и начинается фантастика.
Одной из таких фантастических идей (уже за гранью наши современных возможностей) является Орбиталь Бэнкса (основана на идеях, высказанных в романе «Вспомни о Флебе» Иэна Бэнкса).
Примечательной особенностью данного «кольца» является то, что скорость полного оборота у него составляет 24 часа для имитации привычной для людей длительности суток. По кромкам кольца расположены стены в несколько километров в высоту для удержания воздуха, однако сам объект настолько огромен, что их можно и перепутать с горной грядой.
Кольцо имеет примерно 3 млн. км в диаметре и может быть какой угодно ширины и обеспечивает площадь, эквивалентную нескольким сотням площадей земной поверхности. К сожалению, нам неизвестен материал, который был бы способен выдержать подобную нагрузку.
В теории, для создания подобного сооружения нам мог бы пригодиться нейтроний (вещество, из которого предположительно состоят ядра нейтронных звёзд), однако подобный материал попросту не может существовать в «нормальных» (для человека) условиях.
Завершить обзор я хочу уже полностью фантастическим сооружением, изобретённым Ларри Нивеном в его «Мире-кольце» (Ringworld). Данное сооружение очень сильно напоминает Орбиталь Бэнкса, однако оно на много порядков крупнее – это кольцо, построенное вокруг звезды. Поскольку его внутренняя сторона постоянно обращена к светилу, для смены дня и ночи необходима система «экранов» на меньшей орбите, размеры которых подобраны таким образом, чтобы обеспечить смену дня и ночи. Чтобы создать эффект сумерек, края экранов необходимо сделать полупрозрачными, особенно для красного диапазона.
Подобное кольцо не может поддерживать стабильность (на что, в своё время Нивену указали фанаты), и его приходится постоянно стабилизировать внешними двигателями. Кроме того, скорость вращения подобного кольца может достигать процентов скорости света, что превращает любой камешек в разрушительную бомбу, однако, для тех, кому удалось построить подобное сооружение, данное неудобство, я уверен, не представляет никаких проблем.
Что меня всегда забавляло в фантастических произведениях, описывающих далёкое будущее, так это то, что человеческая цивилизация в них продолжала «цепляться» за планеты, хотя ей вполне было по силам стоить любые из описанных здесь проектов, в сотни, тысячи, если не миллионы раз, расширяя своё жизненное пространство. Наверное, действительно по-настоящему будущее предсказывать невозможно, так как мы продолжаем видеть будущее, как приумноженное настоящее.
Проекты, описанные здесь (за исключением последних двух), может быть, покажутся кому-нибудь фантастическими, однако, с технической точки зрения, мы можем начать сооружение подобных конструкций прямо сейчас.
