Космические поселения глазами НАСА

Материал же продиктовал и многие особенности конструкции: одна большая сфера сразу отпала, потому что герметизированный объем в этом случае оказался бы непропорционально большим. А ведь именно герметичные части колонии требовали бы стенок наибольшей прочности и массы. Весовая экономия также заставила снизить требования к атмосфере. Выяснилось, что для станции с большим внутренним объёмом масса атмосферы составит огромную часть общего веса — до 88 тыс. т. С опорой на имевшиеся тогда медицинские данные было рекомендовано снизить атмосферное давление до 0,5 атм, повысив содержание кислорода, углекислого газа и понизив — азота. В этом случае требовалось всего 44 т атмосферы, а главное — снижались прочностные требования к герметизированным отсекам, что позволяло уменьшить массу самой конструкции колонии до 150 тыс. т. В этом варианте собственно станция весила бы менее 200 тыс. т, что даёт 20 т веса на одного человека. Для сравнения следует отметить, что та же МКС имеет около 417 т массы на 6 космонавтов, то есть почти 70 т массы на человека. Одной из главных причин такого весового совершенства проекта 1975 года, кроме эффекта масштаба, назовём поддержание на МКС давления в 1 атм, вынуждающее иметь прочную и тяжёлую оболочку.

Уже тогда было ясно, что, помимо мочекаменной болезни и известных трудностей у женщин, невесомость вызывает ряд заболеваний, из которых мышечная дистрофия не самое большое зло. Значит, корабль должен вращаться. Но лишь по его краям будет существовать аналог тяготения, центральные же области останутся без псевдогравитации. Следовательно, сферическая и цилиндрическая формы корабля неприемлемы: слишком много места нельзя использовать полноценно. Главное: сферический герметизированный корабль должен иметь огромную площадь прочных и тяжёлых стенок, способных выдержать давление атмосферы. Идеальной формой корабля должен быть тор (или гантеля), с двумя большим сферическими модулями, соединенными тонкой перемычкой. При этом вскрылась неожиданная проблема: такой тор должен быть очень и очень большим, диаметром до 1,8 км (для 10 тыс. жителей). Гантеля, впрочем, была бы ещё больше, поэтому выбор остановили на торе.


Это вытекало из серьёзных требований к внутреннему пространству, заложенному разработчиками концепт-проекта: по мнению исследовательской группы, для обеспечения длительной (годы и более) психологической устойчивости колониста требовалось не менее 50 кв. м только жилья (!) и ещё по 15–17 кв. м герметизированных обеспечивающих площадей (энергетический блок и т. п.). Всего площадь герметизированного объёма станции оценивалась в 670 тыс. кв. м. Что интересно, давалась настойчивая рекомендация размещать гидропонные растения «интегрированно», внедряя их в общий пейзаж отдельными «пятнами». Дело было не только в заботе о психике экипажа: при неограниченном времени пребывания на орбите поломка тех или иных систем вентиляции рассматривалась как вполне вероятная. А значит, естественное восполнение кислорода и эвакуация углекислого газа становилась обязательной для устойчивого жизнеобеспечения.

Самое пристальное внимание уделялось защите от космической радиации. По мнению авторов работы, доза в 0,5 бэр в год является максимально допустимой для длительного пребывания людей и электроники на орбите. Поэтому активный вариант защиты придётся отвергнуть: магниты, создающие искусственное магнитное поле, съедят слишком много энергии. Магнитное поле для защиты от частиц с энергиями до 0,5 ГэВ потребует аппаратуры весом около 10 тыс. т. И всё равно доза облучения при этом превысит 20 бэр в год на человека. Нужная же по мощности защита будет очень тяжёлой и энергозатратной.

Поэтому, как ни странно, была выбрана пассивная защита, с требуемой массой в 4,5 т на кв. м наружных стенок тора. Правда, в применении ко всей колонии это означает 9,9 млн т, что исключало доставку пассивного щита такой мощности с Земли. Однако, поскольку колония нацеливалась на разработку астероидов, оттуда же предполагалось доставить и материал щита. При этом сам щит был бы размещён вокруг тора без придания вращения, что, в свою очередь, означало необходимость зазора в 1-2 м между вращающимся тором и неподвижной защитой.

Сразу отметим: доза в 0,5 бэр в год, принятая разработчиками, очень низка. Даже современная транзисторная электроника может работать при в десятки раз большей годовой дозе радиации. По нынешним представлениям и нормам, космонавт (а также работник АЭС) в год без вреда может получать до 5 бэр, что десятикратно больше. Авторы и сами отмечают, что будущие исследования могут поднять дозу приемлемого излучения, и это не только сократит вес защиты, но и сможет вернуть актуальность её активному варианту. Особенно эффективными в этом случае они называют кольцевидные каналы (по периметру тора колонии) с плазмой, удерживаемой магнитами и поддерживаемой ими же в движении, для генерации магнитного поля, которое будет отталкивать частицы с энергией до 1 ГэВ. Разработчики также отметили, что если космической колонии такого рода предстояло бы совершать путешествия на значимые расстояния и с большими скоростями, то активная защита стала бы единственным возможным выходом: ведь барьер из астероидного материала, даже рассчитанный на ежегодное облучение космонавтов в 5 бэр, весил бы 990 тыс. т — впятеро больше самой колонии. А значит, передвигать его было бы практически невозможно — по крайней мере экономически.

Кстати, об экономике. Суммарная стоимость столь масштабной колонии должна была составить $190 млрд в ценах 1975 года. Поэтому период окупаемости достигался лишь через 28 лет непрерывного функционирования. И только потом намечалась прибыль. В сегодняшних деньгах это примерно равно американскому годовому военному бюджету. Правда, авторы исследования предлагали построить станцию примерно за десятилетие. Так что расходы на неё в случае реализации в наше время составили бы где-то одну десятую военных затрат США. Конечно, сомнительно, что какое-то государство в ближайшие столетия потратит десятую часть своего военного бюджета на космос. Поэтому для НАСА концепт космической колонии так и остался концептом.

Разумеется, планы Planetary Resources, по меньшей мере в первое время, не будут столь же масштабными. Однако без создания заводов, неизбежно требующих человеческого присутствия хотя бы для ремонта и наладки оборудования, в конечном счёте не обойтись. Надёжность работы роботизированной техники на внеземных планетных телах общеизвестна, достаточно вспомнить историю с «Хаябусой». Но даже если завод Planetary Resources будет намного меньше проекта 1975 года, основные решения для такого рода колонии в целом представляются очень близкими.

Словом, несмотря на древность проекта, он может стать существенным подспорьем для нового претендента на космические богатства.

Подготовлено по материалам проекта Space Settlements: A Design Study.