Откуда взялась «Терра Вентура», или Мечты о покорении космоса. Часть 1: не только на Марсе будут яблони цвести…
Описанная в сезоне Power Rangers Lost Galaxy огромная космическая станция-колония, которая улетает за сотни парсеков от Земли, чтобы колонисты-переселенцы отыскали себе новый дом, наверняка поразила воображение многих рейнджероманов. Мощные двигатели, искусственная биосфера, гравитация, город и леса под куполом, и даже солнце всходит и заходит как настоящее. Словом, маленький, но уютный мир, в котором можно жить совсем как на Земле.
Но наверняка все думают: «Терра Вентура» ли, морферы ли, роботы ли – какая разница. И нам, людям, в ближайшую тысячу лет ничего такого не построить… Выдумка – одним словом.
Мы вынуждены разочаровать скептиков, поведав немного о том, что давно уже не секрет: люди давно мечтают освоить космос, заселить его, и хотя деньги, политика и прочие неприятные вещи тормозят прогресс и почти все эти проекты (пока!) остались на бумаге, но…
Итак, часть первая нашего рассказа. О колониях. Простых, нелетающих. О полётах будет часть вторая…
ПРОЕКТ ПЕРВЫЙ: ЗВЕЗДА «КЭЦ», или ЭФИРНЫЕ ПОСЕЛЕНИЯ
Как вам известно, в начале 20 века в Калужской губернии жил-был такой простой, глуховатый и немного чудаковатый учитель. Он мечтал, что когда-нибудь перелёт с одной планеты на другую станет проще переезда в соседний город, и люди станут в космосе хозяевами…
Чертежи и проекты этого учителя надолго опередили своё время. И хотя он не был инженером и разработкой не занимался – в то время такое было невозможно – но направление для будущих учёных и конструкторов задал.
Звали этого человека Константин Эдуардович Циолковский. При жизни он только и застал, что писателей-фантастов, которые бурно фантазировали на тему его идей – Беляева, например – да дождался премьеры фильма «Космический рейс» (1935), который сам и консультировал. Там есть ракета, взлетающая по рельсам, и «эфиролазные» костюмы, и амортизаторы с солёной водой для компенсации перегрузок…
Ну так вот, среди проектов Циолковского чуть ли не самый интересный – это, как он их называл, «эфирные поселения». То есть искусственные поселения в космосе. Где будут располагаться научные лаборатории, жилые помещения и космодром - как для ракет, летящих до Земли, так и стартующих со станции к дальним рубежам: к Луне, Марсу и так далее. Станции эти должны были быть маленького размера и располагаться на земной орбите.
Конечно, скажете вы, это уже давно из мечты стало явью! Орбитальные станции: нынешняя МКС, старые «Салюты» и «Мир» … Это так. Но есть одно важное различие…
Станции эти не рассчитаны на долгую, а самое главное, полноценную – как дома – жизнь космонавтов. И крепко связаны с Землёй: и воздух, и еду, и запчасти, всё на грузовиках-челноках подвозят туда. Без регулярного снабжения погибнет станция (тем более, там постоянно что-то ломается, а чинить это должны поселенцы), погибнут и люди. Космонавт, которого долго тренировали для такой жизни, пробудет там несколько месяцев, и – назад, на Землю.
Станции в проекте Циолковского – полностью автономные предприятия. У них свои заводы, которые работают там же, в космосе. Свои оранжереи, снабжающие колонистов фруктами и овощами. Свой искусственный микроклимат. То есть всё, что нужно для нормальной жизни. Он мечтал об искусственном круговороте веществ (об этом будет ниже). А энергию для электростанций, двигателей и всех прочих нужд, свет и тепло для растений должно было давать Солнце, благо и Земля и Солнце «под рукой».
Вообще о том, какими они задумывались, можно узнать в фантастической повести А. Беляева «Звезда КЭЦ». Она, конечно, сейчас покажется наивной, так как написана в духе 30-х годов, но всё-таки то, что мы в этой статье описали, здесь есть, и показано довольно наглядно.
К сожалению, все эти проекты остались на бумаге. Сам Циолковский умер в 1935 году. Он не дожил даже до запуска первого спутника…
ПРОЕКТ ВТОРОЙ: ОСТРОВ-1 И ОСТРОВ-2
Прошло несколько десятилетий. В семидесятые годы 20 века люди опять задумались, что колонии в космосе – хорошая идея. Тем более народонаселение растёт, Землю загаживать неохота, а жить где-то надо. Преобразование Марса и тем более Венеры – процесс очень долгий, может растянуться на столетия, а то и лет на тысячу. Самое простое – строить искусственные поселения на земной орбите…
Тогда физик Джерард О’Нил из Принстонского университета - а было это в 1975 году – откопал один старый, но интересный проект, аж 1929 года, авторства Джона Бернала. Нашёл и сдунул с него пыль, решив, что этот проект весьма полезен, хотя и нуждается в переработке и модификации.
Так на основе «сферы Бернала» - шара диаметром в 1 милю (полтора километра), вмещающего около 20 тысяч человек, О’Нил создал свой проект, названный «Остров-1». Диаметр сферы он сузил до 500 метров. Помимо «жилой» части, шар должен был иметь двигатели, которые бы вращали его вокруг своей оси (1, 9 оборота в минуту), создавая таким образом гравитацию. Причём тяготение распределялось бы так, что наибольшая гравитация, равная земной, была бы на экваторе сферы. Вот там-то – по всему экватору – и предполагалось расселить колонистов, сделав полосу земли с садами-огородами, посёлок и всё остальное, что необходимо людям. На полюсе шара должно было быть окно, через которое проникал бы солнечный свет, а чтобы на станцию попадало ещё больше тепла и солнечной энергии, нужной для жизни, он фокусировался бы при помощи огромных зеркал.
Да уж, конечно, не «Терра Вентура» - размеры «Острова 1» были бы совсем небольшими. А почему? Всё просто: из экономических соображений. Расходы на материал, расходы на доставку этого материала к месту постройки – то есть на орбиту – и так далее, и тому подобное…
Но на этом О’Нил не успокоился. Он работал над модернизацией «Острова-1», пока не появился новый проект, который он назвал «Остров-2».
Почти во всём этот «Остров-2» напоминал «Остров-1». Только вот по размерам он был больше: 1, 8 километра в диаметре, длина экватора 6, 5 километров. Вместить новый «Остров» мог бы 140 тысяч человек.
Но это был только первый этап. Вслед за тем О’Нил задумал ещё более грандиозный проект…
ПРОЕКТ ТРЕТИЙ: ОСТРОВ-3 или «ЦИЛИНДР»
Этот «Остров» должен был быть гораздо больше и совершеннее, чем первые два. Да и по форме сильно от них отличался: он был цилиндрическим.
Состоял «Остров-3» из двух цилиндров (8 километров в диаметре и 32 километра в длину), связанных друг с другом «дёшево и сердито» - на их торцах были бы гигантские колёса вроде велосипедных, оснащённых такими же гигантскими шарикоподшипниками, которые сцеплялись друг с другом. Да плюс собственные двигатели. Благодаря этому оба цилиндра вращались бы в разных направлениях: один – против часовой стрелки, а другой – наоборот. И оба, конечно же, по продольной оси. Такое вращение создавало бы внутри цилиндров искусственную гравитацию.
Двигатели станции учёный хотел оснастить особыми гироскопами, которые гасили бы любые отклонения цилиндров от Солнца, без света которого обойтись, как любой понимает, сложно…
Внутри обе половины станции устроены просто, но остроумно. Каждый цилиндр (конечно, в длину) предлагалось разделить на шесть равных частей, шесть полос. Из этих полос три были бы окнами (изготовленными из эластичных и очень прочных стёкол, выдерживающих даже удар метеорита), а три – жилыми секторами с садами, коттеджами и так далее. Они чередуются: жилой сектор, окно, жилой сектор… Через окна люди и растения могут получать солнечный свет и тепло.
О’Нил смог решить и самую главную проблему: откуда материалы взять? Нет, не с Земли, предлагал он. Луна, астероиды и прочие космические тела, где можно добывать железо и прочие ископаемые, подойдут для этого. С них буксировка обойдётся дешевле…
Третий «Остров», как и первые два, пока не построен. Он остался бумажной, хотя и хорошо обоснованной, идеей. Её подхватили пока только фантасты, одним из них был Артур Кларк («Свидание с Рамой»). А с технологиями 21 века нечто такое построить можно. Трудно – ничего не даётся легко – но можно. Причина одна: экономическая, а говоря простым языком, жмотство…
Проекты эти, например, «Остров-3», дошли и до СССР, о них печатались статьи в журналах типа «Знание – сила».
ПРОЕКТ ЧЕТВЁРТЫЙ: СТЭНФОРДСКИЙ ТОР
Тогда же, когда О’Нил выступил со своими идеями, а именно в 1975 году, студенты Стэнфордского университета придумали свою станцию-колонию. И этот проект, называемый «Стэнфордским тором», они предложили НАСА. Он стал самым знаменитым из всех четырёх.
Его главное отличие от «Островов» заключается в форме. Тор – это геометрическая фигура, похожая на бублик. Значит, и станция должна была представлять собой огромный «бублик» диаметром 1, 8 километров. А вернее – колесо. Такая форма позволяет создавать искусственную гравитацию очень просто. Ведь у колеса – всё честь по чести: спицы (трубы-коридоры), ступица и ось (с «машинным отделением», где были бы двигатели, вращающие тор, да ещё модуль для пристыковки космических кораблей). Оно вращается вокруг своей оси со скоростью 1 оборот в минуту. Центробежная сила создаёт внутри колеса тяготение, и поэтому в нём на «внешней» окружности можно расселять людей, строить посёлок, а на «внутренней» сделать большие окна и зеркала, с помощью чего на станцию проникал бы солнечный свет.
Жили бы колонисты на «Стэнфордском торе» даже шикарнее, чем на о’ниловских «Островах»: представьте себе длинную долину, замкнутую в кольцо, где можно соорудить и водоёмы, и даже подобие облаков. Проблему круговорота веществ должны были бы разрешить и на «Островах», а сымитировать нашу тропосферу – на «Острове-3», но здесь было бы больше условий для комфортной жизни, похожей на земную. На «Торе» существовало бы и сельское хозяйство, а дома имели бы свои сады, и выглядело бы всё как в обычном американском пригороде.
Что самое интересное, идея колесовидной станции принадлежала не студентам – авторам «Стэнфордского тора». Её, правда размером поменьше и убранством попроще, уже показывали в фильме «Космическая одиссея 2001». Такие станции описывались и в научно-фантастических романах. Студенты Стэнфордского университета просто довели проект до ума, доказав тем самым, что станцию-колесо можно построить. Может статься, что мы когда-нибудь увидим её в реальности, надо только подождать…
ПРОЕКТ ПЯТЫЙ, НО НЕ В КОСМОСЕ, А НА ЗЕМЛЕ: БИОСФЕРА-2
Каждая станция-колония, и тем более каждый космический корабль – это маленький замкнутый мир, и чтобы люди могли наладить в нём комфортную жизнь, в этом мире должны протекать те же самые процессы, что и на Земле, в земной биосфере: круговорот веществ. Только там – естественный, а здесь – искусственный.
Фраза «круговорот веществ» не такая уж заумная, как может показаться. Всё это мы учили в школе. Когда живое существо умирает, то оно разлагается и превращается в подкормку, на которой вырастают новые растения, а потом животные их поедают… Так происходит на Земле уже долгие миллионы лет. Плодородная почва и состоит из того, что разложилось (потому называется перегноем), на ней всё растёт, а чтобы жить на песке или камне, растения должны очень постараться. Кактусы и некоторые другие – могут. Но всё же норма – это жизнь на питательной органике. Этот круговорот – биохимический.
Кроме того, не забывайте про круговорот воды: она испаряется с поверхности океана, рек, пресноводных озёр и сгущается высоко в воздухе, становясь облаками, откуда на землю льётся дождь, подпитывающий водоёмы…
Наконец, круговорот азота и кислорода: они тратятся на дыхание всеми живыми существами, не будь круговорота, воздух очень скоро стал бы непригодным для дыхания на всей Земле. Восстанавливаются они: кислород – частью из-за фотосинтеза (растения «выдыхают» его), частью – когда что-то окисляется в воде или почве, и т.п. Азот, как правило, выделяется при разложении какой-нибудь органики.
Вот таким-то образом и получается баланс: что потрачено, будет потом восстановлено. Без этого не могло бы быть биосферы, не было бы животных, растений, и нас с вами.
Поэтому главная проблема такая: а как искусственно запустить эти процессы, в искусственном мирке, чтобы он тоже был на самообеспечении и ни от чего не зависел? Ведь если даже станция на орбите, то хорошо бы ей существовать без связи с Землёй, это так неудобно. А если это громадный космический корабль, который отправляется в путешествие? Не решишь вопрос с искусственной биосферой, с круговоротом веществ, значит, все космонавты, или колонисты, смотря по ситуации, - погибнут.
А идеи, как его решить, учёные выдвигают уже давно. Это и Циолковский делал, это делается и сейчас. А как-то раз дошло и до реального воплощения…
В начале девяностых в США, посреди аризонской пустыни, соорудили комплекс «Биосфера-2». Почему 2? Потому что первая биосфера – сама Земля. Здесь же была система, целиком изолированная от окружающего мира. Внешне «Биосфера» напоминала теплицу площадью 1, 5 гектара, где под огромным стеклянным куполом росли растения, обитали животные и люди – восемь человек, их для простоты назовём «колонистами».
Как на «Терра Вентуре» есть разная природная среда – лес, море и горы – так было и тут. «Биосфера-2» состояла из нескольких зон: тропический лес, пустыня, саванна, маленькое «море-окиян» с коралловым рифом, огород и ферма, плюс блок, где жили колонисты.
Что интересно, были тут и дожди, правда «в миниатюре» - водяной пар оседал на стеклянном куполе, и конденсат лился вниз, на почву. Поэтому вскоре пустынный участок зарос травой – растения любят, когда много влаги, и такой возможности не пропускают.
Первый блин всегда выходит комом, что, увы, случилось и с «Биосферой-2». Жить там, в принципе, было можно, и люди жили, но они столкнулись с несколькими проблемами:
- во-первых, кислородное голодание, от чего страдала вся «Биосфера». Слишком мало было растений, чтобы круговорот кислорода получился полноценным: то, что они вырабатывали, не восполняло его нехватку, и содержание кислорода в атмосфере всё время падало – приходилось подкачивать снаружи.
- во-вторых, голодание обыкновенное – колонистам пищи не хватало, слишком маленькая площадь и мало растений, чтобы прокормиться.
- в третьих, досаждали насекомые-паразиты, которых в природе истребляют естественные враги, а тут их никто не ел, и они вконец обнаглели – размножились в таком количестве, что худо стало всем: и растениям, и людям. А травить их было нельзя: повлияет на атмосферу. Колонистам пришлось разводить насекомоядных животных, чтобы решить эту проблему.
- в-четвёртых, растения страдали от безветрия. Их ветви и стволы в природе «закаляются» постоянно, выдерживая напор ветра, но тут – ничего. От такой «лени» некоторые деревья падали под собственным весом или ломали сучья.
В таких условиях колонисты прожили пять лет, а потом эксперимент окончился. Дальше «Биосферой-2» занимался Колумбийский университет, проводя там свои опыты. Прошло ещё несколько лет – и «Биосфера» оказалось заброшенной. Этот участок был выставлен на продажу, но существует ли «Биосфера» сейчас, нельзя сказать точно.
Что же люди вынесли из этого эксперимента? Ну, во-первых, теперь ясно, какие проблемы могут встать перед учёными, воссоздающими биосферу на станции или космолёте. А раз проблемы ясны – их надо решать. И можно решить. К сожалению, эксперименты с «Биосферой-2» были свёрнуты. А ведь задача просто прекрасная и благородная, и справиться с ней – дело чести для всей мировой науки.
А во-вторых, пожив в таком искусственном мире, ты учишься очень важному – ценить и любить природу. Легко представить: «Биосфера-2» - это та же Земля, только миниатюрная. После примера с капелькой инсектицида, которая, будучи распылённой в воздухе, отравляет его, уже по-другому посмотришь на человеческую беспечность. Поэтому ясно одно: будущие жители космической колонии, либо те, которые полетят в далёкое путешествие – они будут чуткими и бережливыми. Они просто не смогут быть другими. Их жизнь научит…
ПОСЛЕСЛОВИЕ К ЧАСТИ ПЕРВОЙ
Итак, мы с вами узнали, что создать гигантскую станцию-колонию, где люди жили бы сколько угодно и на самообеспечении – можно, это не фантастика. Но это только половина проблемы. Вот построили «Терру Вентуру» на орбите Земли, а как сделать, чтобы она полетела? Да ещё так далеко – в другие галактики? Кроме того, как обойтись без Солнца? Об этом – часть вторая нашего рассказа…
Автор статьи:
Электрический Ветер