Космические города-бублики

Космические поселениятороидальнойформы(в просторечии«города-бублики») — один из наиболее ранних проектоворбитальных космических поселений, гипотетически осуществимый при условии дальнейшей реализации предполагаемых вариантовосвоения космоса. Основная цель разработки — создать промежуточное звено длякосмических полётов, которое бы дало возможность осуществлять запуск космических кораблей непосредственно с орбиты и, таким образом, снизило затраты и значительно упростило дальнейшее освоение космоса.
Ещё в начале XX векаК. Э. Циолковскийсоздал теорию «эфирных поселений», то есть создания медленно вращающихся вокруг своей оси гигантских космических колоний в формебубликов, где найдут пристанище многие тысячи человек. Однакообщественное мнениетех лет было ещё не готово принять столь смелые концептуальные решения и во многом представляло теорию Циолковскогоутопией, поэтому развивал свою идею учёный, главным образом, лишь в виде набросков и эскизов. Первый детальный чертёж и соответствующий проект-обоснование космической станции в форме бублика, — совмещавшей в себе жилые модули,энергогенератори астрономическийобсерваторныймодуль, — был создан австрийским учёнымГерманом Нордрунгомв 1928 году.
22 марта 1952 года в журнале «Collier's Weekly» вышла статьяВернера фон Брауна, — на тот момент ведущего специалиста американской космической программы, — которая называлась «Пересекая последнюю грань», в которой впервые персона такого ранга излагала необходимость создания американцами космической станции. Статья была оформлена художникомЧесли Боунстеллом, также стоявшим у истоков американской космической программы. Среди иллюстраций Боунстелла впервые был опубликован эскиз космической станции в виде бублика. Согласно идеям фон Брауна иВилли Лея, в таких станциях люди бы жили и работали в помещениях, соединённых в один большой коридор. По словам Лея, станцию такой формы планировалось запустить на тысячекилометровую орбиту Земли. Следуя фон Брауну, начальным экипажем планировалось запустить пятерых-шестерых человек, которые бы начали работы по монтажу модулей. Такая станция послужила бы промежуточным звеном для дальнейших космических путешествий. Следует заметить, что все эти идеи и проекты фон Браун и Лей, будучи ответственными за ход американской космической программы, разрабатывали ещё допервого полёта человека в космос. С подачи фон Брауна, проект космической станции в форме бублика был приоритетным направлением разработокНАСАдо появления проектаSkylabв начале60-х, который оттеснил проекты космических городов-бубликов на второй план.
В 1965 году в центральном научном изданииАмериканского общества астронавтикибыло опубликовано предположение, что идеальной формой для будущих населённыхкосмических станцийбыл бытор(в просторечии —бублик). Учёные установили, что если космическая станция такой формы вращается вокруг своей оси, то все её модули расположены в месте, где значение искусственнойсилы тяжестиимеет наибольшую величину, и проблема создания искусственной гравитациипредставляласьуже во многом решённой.
Один из известных вариантов разработалДжерард О'Нилл— созданиеколоний, для которых предлагается использовать два гигантских размеров цилиндра, заключённых в раму и вращающихся в разные стороны. Эти цилиндры вращаются вокруг собственной оси со скоростью около 0,53 оборота в минуту, за счёт чего в колонии создаётся привычная для человекасила тяжести.
В 1975 г. П. Паркер предложил проект создания колонии диаметром 100 м и длиной в 1 км, удалённой на расстояние около 400 тысяч км от Земли и Луны и рассчитанной на 10 000 человек. Вращение такого цилиндра вокруг продольной оси со скоростью 1 оборот за 21 секунду создаст в нём близкую к земной гравитацию.
В 1977 году под редакцией научного сотрудникаИсследовательского центра Эймса(НАСА) Ричарда Джонсона и профессора Чарльза Холброу изУниверситета Колгейтавышла работа «Космические поселения», где среди прочих выделялись и перспективные исследования поселений в форме тора (бублика), на которых, по мнению учёных, было возможно не только обитание людей, но даже организация технологических циклов и создание орбитального производственного объекта в форме тора.
В 1994 году под руководством д-ра Родни Гэлловэя при участии научных сотрудников и лаборантовЛаборатории ФиллипсаиЛаборатории Сандия, а также других исследовательских центровВВС СШАи Космического исследовательского центраАризонского университета, было составлено объёмное руководство для проектирования космических поселений в форме тора.
Учёные из Стэнфордского университета предлагают конструкцию в виде тора —Стэнфордский тор— гигантских размеров бублик диаметром 1,6 км и толщиной 150 м, вращающийся вокруг невидимой оси для создания искусственной силы тяжести.
Автор энциклопедии космоса и астрономии и книг по современным космическим технологиям, научный сотрудникУниверситета ДрекселяДжозеф Анжело отмечает, что космические поселения в форметорасмогут поддерживать нормальную жизнедеятельность около десяти тысяч человек каждое. Взяв за основу стэнфордский проект, Дж. Анжело описывает космическиймоногород— производственный объект, занимающийся переработкой полезных ископаемых, который являет собой объект в форме тора, составляющий приблизительно 1,6 км в окружности, жилые модули которого расположены на внутренней стороне тора; промзона, включающая в себя производственные помещения и площадки приземления космических летательных аппаратов, — будет расположена, соответственно, на внешней стороне тора. Для придания городу нормальной искусственнойгравитации, сравнимой с гравитацией на Земле, тор будет постоянно вращаться. Менеджмент отходов рассчитан на то, что шлак, оставшийся при обработке руды, и сброшенный в окружающее пространство вокруг станции, создаст своего рода барьер, защищающий город от космического излучения и радиации.
Освоение человеком массивных космических тел, таких какпланетиспутниковСолнечной системынаталкивается на ряд трудностей неразрешимого пока характера, связанных с гравитацией, температурным режимом и отсутствием защитной магнитосферы, поэтому поселение в космосе, при создании необходимых условий, — наиболее подходящий вариант.
Человекпо своей природе, на сегодняшнем этапе своего эволюционного развития в своей естественной среде обитания, адаптирован к жизни наЗемле, при этом обладает достаточно большой степенью приспосабливаемости и преобразования своей среды обитания под свои нужды. При этом к глобальным преобразованиям условий среды обитания целой планеты он еще не готов, пока только на уровне тестирования технологий, при создании небольших космических поселений. Именно эта «обкатка технологий» сейчас и происходит на существующих космических станциях.
Почему же таким колониям предполагается именно форма тора? Величинацентробежной силызависит от скорости вращения и радиуса. Исходя из этого, можно подумать, что идеальной формой для космического объекта было бы тело, имеющее формутора— «бублика». Если космическая станция такой формы вращается вокруг собственной оси тора, то все её помещения находятся в зоне, где искусственнаясила тяжестиимеет наибольшую величину.
Почему идея создания колоний в космосе получает преимущество над колонизацией планет?
Можно повысить или понизить температуру на планете, изменить её атмосферу, но пока технологически невозможно решить проблему, создаваемую пониженной гравитацией на Марсе, Луне или Меркурии, или проблемы из-за слишком медленного вращения Венеры вокруг своей оси. К тому же у этих планет отсутствует достаточно мощнаямагнитосфера.
В связи с этим многим представляется более целесообразным строить космические колонии в открытом космосе (в том числе на орбитах около названых), используя материал астероидов, спутников, планет. В частности, такие станции-города около безжизненных планет могут стать «уютными жилыми пригородами», а сами эти планеты — промышленным «центром города», куда жители станций будут летать на работу.
В таких замкнутых колониях в принципе можно добиться самообеспечения: на них или на планеты, спутниками которых они станут, можно переместить опасные и вредные производства и установить зеркала для накопления солнечной энергии.
На случай глобальных катастроф Земли планетарного масштаба у человечества появляется шанс сделать свою «резервную копию жизни» (человека и некоторых животных) в виде таких поселений в космосе.
Несмотря на очевидные выгоды от строительства космических станций-городов в форме бублика, существует и ряд существенных минусов. Возвращаясь обратно в 1960-е, следует упомянуть, что более детальное исследование, проведённое той же группой учёных дляАмериканского общества астронавтикиещё в 1960-х, показало, что «бублик» был бы далеко не идеальной формой для этой цели, ведь возможности космонавтики, как тогда, так и сейчас, всё ещё не позволяют развернуть в космосе строительство объектов таких размеров какСтэнфордский тор, а для станций малого размера существовало гораздо больше конструктивных и технических сложностей. Прежде всего, при относительно малых размерах космической станции нагрузки на различные части тела человека были бы различны в разных местах станции.
Кроме того, пространство, в котором создаётся искусственная сила тяжести, создаёт проблемы другого характера, а именно — визуального восприятия обстановки. В качестве примера можно привестиспиральнуюлестницу, которая ведет к центру такого космического «бублика».Вестибулярный аппаратчеловека не сможет распознать спиральность формы лестницы, потому что уровень каждой её ступени будет перпендикулярен силе тяжести и, несмотря на то, что вестибулярные ощущения будут такими же, как и во время восхождения по обыкновенной «земной» лестнице, за исключением очень небольшого снижения силы тяжести, которое будет ощущаться, когда человек движется вверх, а затем снова ступает вниз по лестнице. Тем не менее, ощущения от движения по такой лестнице будут довольно необычными для человека, привыкшего к однородному гравитационному полю, какое и есть на поверхности Земли, — достаточно представить себе двух людей, которые идут навстречу друг другу по такой спиралевидной лестнице, которые будут видеть друг друга идущими вниз головой и вверх ногами (к оси лестницы). Причем к этой проблеме уже в1960-егоды нашли подход. Профессор В. Р. Лавлейс так описывает способ её решения: при том, что компоновка помещений должна вестись в непривычной проекции — в развертке криволинейных поверхностей в плоскость, перпендикулярную вектору искусственной силы тяжести, и с точки зрения изготовления и монтажа отдельных элементов «бублик» удобнее делать не кругом, амногогранником. При этом возникнет казус: ведь в таком «бублике» человек будет ходить словно бы по кривому полу, и, по-видимому, психологически это обстоятельство будет не очень приятным, так же как и обратное, когда кривой пол будет казаться плоско-горизонтальным. Перед архитектором встанет очень сложная и деликатная задача: смягчить эти неприятности, зрительно успокоить человека. Это можно сделать, если выбрать форму помещений так, чтобы не подчеркивались неправильные углы и отражения. При этом можно будет использовать для этой цели физические свойства материалов, различные приёмы освещения.
Хотя разведение на них пищевых продуктов вполне реально, едва ли миллионы людей согласятся годами есть однообразную пищу, — возможности города-бублика по производству разнообразной пищи прямо пропорциональны его размерам и, следовательно, внутренней площади. Предполагается, что материалом для городов-бубликов станет сырьё, добытое на естественных телах Солнечной системы, а это значит, что всё равно придётся создавать хотя бы вахтовые поселения на планетах и их спутниках и астероидах.
В целом же, проблема строительства космических станций-колоний упирается в технологические проблемы современной и перспективной космической деятельности:
Масштабное, серьёзное освоение Космоса представляется возможным при решении учёными этих проблем.
Такие колонии, по замыслу О’Нейла, должны собираться постепенно, годами.
Источником сырья может стать Луна. Для этого на ней должна быть создана промышленность (см.Колонизация Луны). С помощьюэлектромагнитной катапультыматериалы выстреливались бы вточку Лагранжасистемы Земля-Луна, откуда перемещались бы к строящейся колонии. Естественно, для работы в Космосе понадобятся специальныероботы.
Возможны оптимизированные варианты и комбинациироботов-строителейс применениемнейросетей, сходных с мозгом пчел и оснащенных технологиями3D-печати, запрограммированные как на печать гигантских космических конструкций, так и на воспроизводство деталей для собственной сборки и починки. А также запрограммированные для сборки роботов иного типа: для добычи, доставки и одновременной переработки полезных ископаемых с небольших космических тел, для подготовки и обработки материалов, для выращивания еды жителям.
Возможен также вариант с генетической модификацией человека и животных для приспособления к условиям жизни в космосе.