Что осталось решить ученым, чтобы поселить человека за пределами Земли
Уже несколько лет ведутся разработки по созданию первых прототипов космических орбитальных городов. Основная проблема для жизни в космосе — отсутствие земной гравитации — решена учеными-теоретиками, но пока все еще далека от практической реализации. И главными ограничителями по-прежнему являются деньги и мощности носителей. «Хайтек» изучил последние космические проекты в области создания орбитальных городов, трудности их реализации и кейсы будущего применения.
Космос для людей
Разделенные веками и тысячами километров цивилизации заселяли небо демиургами, героями и иногда красавицами. Над викингами в небесах парил Асгард — обитель богов, славных воинов и валькирий. Над Японией располагалась «равнина высокого неба» — синтоистская Такамагахара. Древнеиндийский эпос Махабхарата резервировал поднебесье для летающих городов с труднопроизносимыми названиями, населенных божествами. Воздушное пространство над христианами независимо от места проживания занимало Царство небесное с апостолом Петром у ворот рая. Над мусульманами — сад Джаннат с гуриями и безалкогольным нектаром.
Научные открытия и технологические прорывы последних веков поставили крест на доктрине «Земля для людей, небо для богов». Сегодня населенный людьми небесный город — не утопическая фантазия в духе летающего острова Джонатана Свифта, а подкрепленный теоретическими обоснованиями и практическими достижениями проект, который еще только будет реализован.
Разработка концепции орбитального города EFIR и поиск технологических решений, позволяющих обеспечить постоянное проживание в космосе нескольких десятков тысяч человек, ведутся уже несколько лет. И сейчас, если апеллировать к достижениям ученых по всему миру, можно сказать, что на пути к созданию космического города нет нерешаемых проблем. Есть нерешенные.
Без гравитации нет жизни
Главным требованием к искусственному космическому объекту, где человек мог бы находиться на постоянной основе, была и остается гравитация. Опыт МКС доказал, что длительное пребывание в состоянии невесомости крайне пагубно отражается и на физическом, и на психологическом состоянии организма. Чтобы перешагнуть грань между кратковременными визитами и полноценным проживанием в космическом пространстве, необходимо создать станцию с постоянной искусственной гравитацией, равной или хотя бы сопоставимой с земным притяжением.
В теории уже давно известно, как решить эту проблему: за счет центробежной силы. О космических поселениях будущего — вращающихся в космическом пространстве городах-бубликах — почти столетие назад писал Циолковский. Более серьезный научный базис под эту идею подвел пионер практического ракетостроения Вернер фон Браун. Все наиболее заметные проектыкосмических городов, разработанные за последние десятилетия — сфера Бернала, Стэнфордский тор, цилиндры О’Нила — основываются именно на вращении вокруг реальной или воображаемой оси, за счет которого создается постоянная центробежная сила, аналогичная земной гравитации.
Прототипы космических городов
В начале 21 века по заказу НАСА для МКС был создан модуль CAM (Centrifuge Accommodations Module — модуль центрифуг — «Хайтек»), предназначенный для экспериментальной отработки создания искусственной гравитации. Однако из-за трудностей с финансированием и логистикой на орбиту модуль так и не попал.
В 2016 году специалисты Института медико-биологических проблем РАН объявили о создании прототипа системы искусственной гравитации для МКС и анонсировали начало совместной с РКК «Энергия» деятельности по интеграции системы в перспективный надувной модуль, разрабатываемый для станции. Однако никаких данных о ходе реализации проекта с тех пор не поступало.
В январе 2011-го инженерами НАСА был представлен проект межпланетного корабля-станции Nautilus-X, оснащенного системой искусственной гравитации и предназначенного для длительного пребывания в космосе экипажа из шести человек. Несмотря на вполне адекватную расчетную стоимость проекта — $3,7 млрд, НАСА отложила его на полку. Агентство сконцентрировалось на удешевлении вывода грузов за пределы земной атмосферы. Тактически это более верное решение с учетом того, что Nautilus-X предполагается собирать на орбите из множества отдельных модулей.
Размер имеет значение
Центробежная теория строительства обитаемой космической станции хотя и выглядит наиболее реальной из существующих, но не лишена ограничений и недостатков. Во-первых, такая станция должна быть не просто большой, а очень большой. Дело в том, что при малом радиусе ускорение силы тяжести на разном расстоянии условного пола будет различаться. И если ниже пояса оно будет равняться g, а выше — 0,9 g, это приведет к полному рассинхрону вестибулярного аппарата обитателей станции. Чтобы избежать этого, минимальный диаметр космического бублика/цилиндра/диска должен исчисляться сотнями метров, а в идеале — километрами. Понятно, что ресурсов и технологий для создания космического объекта такого масштаба, равно как и мощности носителей для вывода в заданную точку его модулей, человечеству пока явно недостаточно.
Габариты создают для проектировщиков другую проблему: большому вращающемуся объекту будет чрезвычайно сложно целенаправленно перемещаться в космическом пространстве. Чем больше размер, тем больше масса, тем больше момент импульса, затрудняющий движение в заданном направлении. Эта проблема решается в проекте О’Нила: его космический город — это два одинаковых цилиндра, соединенных вдоль оси и вращающихся в разные стороны, за счет чего момент импульса обнуляется.
После устранения центробежных нестыковок остается еще ряд вопросов, которые необходимо решить:
- обеспечить энергетическую независимость станции;
- создать надежную защиту от метеоритов и радиации;
- добиться самообеспечения воздухом, водой и пищей.
Каждая из этих задач — серьезный вызов, но ни одна из них не выглядит нерешаемой.
Небеса обетованные
Первые космические города с искусственной гравитацией расположатся неподалеку от Земли и будут по аналогии с МКС использоваться для решения широкого спектра прикладных задач:
- создания и апробации новых технологий;
- наблюдения за космическими объектами;
- сборки и запуска межпланетных кораблей и зондов.
Со временем их функционал и ареал радикально расширятся.
Появятся города-фабрики, специализирующиеся на переработке полезных ископаемых, добытых на астероидах. Пит-стоп-станции, где будут проходить дозаправку, ремонт и дооснащение корабли дальних космических миссий. Колониальные армады, которые сначала доставят на осваиваемую планету грузы и персонал для создания стационарных баз, а затем обеспечат орбитальную поддержку поселений и сообщение с внешним миром.
Еще одна сфера, где искусственная гравитация будет иметь решающее значение, — космический туризм. Вполне вероятно, что уже через несколько десятилетий на booking.com можно будет заказать номер в пятизвездочном орбитальном отеле с экскурсией в открытый космос. В чуть более отдаленной перспективе появятся космические аналоги круизных лайнеров — многопалубные туристические корабли, курсирующие по Солнечной системе с заходом в космопорты Марса, Венеры и других планет.