Кажется, человечество стоит на пороге возможности покинуть Землю и начать освоение космоса. По крайней мере, это вполне вероятно благодаря современным научным и техническим достижениям. Создание первой настоящей внеземной колонии может произойти в течение тридцати лет, и она может располагаться не на Луне или Марсе, а в окрестностях карликовой планеты Цереры.
Подобный вывод был сделан финским астрофизиком, астробиологом и изобретателем Пеккой Янхунен ( Pekka Janhunen). В статье автор детально изложил свои выводы, опубликованной на портале arXiv.org. Пекка сотрудничает с Финским метеорологическим институтом, Университетом Тарту (Эстония) и финской компанией, специализирующейся на разработке компактных спутниковых платформ Aurora Propulsion Technologies. По его мнению, Церера обладает практически идеальными характеристиками для того, чтобы стать первым аванпостом человечества при освоении Солнечной системы.
Конечно, поклонники сериала «Пространство» (и его литературных источников) могут быть рады – подобным образом осуществлялось освоение космоса в этой вселенной. Однако, если в фантастике люди прокладывали сеть туннелей под поверхностью Цереры и вращали ее, создавая искусственную гравитацию с помощью центробежной силы, то Пекка предлагает более реалистичный подход. Необходимое количество энергии для ускорения вращения карликовой планеты слишком огромно для осуществления подобной операции. Кроме того, потребовалась бы спекация всей поверхности, чтобы предотвратить разлет вещества в космос.
Почему именно Церера
Финский ученый полагает, что использование Цереры в качестве источника ресурсов для возведения орбитальной базы было бы более целесообразным. Эта карликовая планета содержит все необходимые человечеству материалы: воду, азот, углеводороды и железо. Вода жизненно важна сама по себе, а также может быть использована для производства кислорода (необходимого для дыхания и в качестве окислителя для ракетного топлива) и водорода (топлива). Азот используется для создания атмосферы, дополняя кислород, а также служит основой для производства удобрений. Углеводороды и железо, в свою очередь, могут быть использованы в качестве строительных материалов.
Низкая гравитация на поверхности Цереры позволяет осуществлять подъем грузов с незначительными затратами энергии. При этом ускорение свободного падения, составляющее лишь 3% от земного, делает вполне осуществимой постройку орбитального лифта с использованием существующих материалов и технологий. На основе имеющихся данных о карликовой планете и ряда научных исследований, посвященных реалистичным технологиям космического производства, Пекка приходит к выводу, что на Церере не потребуется создание сложного производства. За исключением, например, первичной очистки руды — все остальные операции с материалами выгоднее выполнять непосредственно на орбите.
Согласно проекту финского ученого, грузы должны быть доставлены на орбиту, расположенную на высоте 100 000 километров, из точки, находящейся на высоте 1024 километра – там, где, предположительно, заканчивается космический лифт. Существенная разница в расстояниях, пройденных при этом, не должна вызывать вопросов, поскольку низкая гравитация Цереры позволит достичь необходимой скорости подъема, всего 20 метров в секунду. Энергия, необходимая для перемещения грузов, будет генерироваться крупными солнечными батареями, установленными на противовесах космического лифта.
Что строим
Орбитальная конструкция, возведенная вокруг карликовой планеты, будет собрана из стандартных цилиндрических модулей. Внешние секции, выполненные в форме цилиндров, служат для защиты от метеоритов и радиации. Торцевые «крышки» этих секций оборудованы окнами для обеспечения освещения и магнитными подшипниками, поддерживающими внутренние цилиндры. За ними скрывается самое интересное.
В каждой «бочке», расположенной на одной оси, размещены два внутренних цилиндра диаметром в километр и длиной пять километров. Чтобы компенсировать все возможные возмущения, они вращаются в противоположных направлениях. На их торцах, наряду с системой двигателей, находятся зеркала, на которые попадает свет, проходящий через окна в защитной оболочке. Внутри этих вращающихся цилиндров предусмотрены два яруса.
На внешней стороне внешней стенки расположен первый обитаемый слой — сельский. Его поверхность покрыта полутораметровым слоем плодородной почвы, подходящей для выращивания деревьев и сельскохозяйственных культур. Уровень гравитации здесь соответствует земному, а световое излучение отражается зеркалами, расположенными в торцах конструкции. В пятидесяти метрах ближе к оси вращения находится городской уровень, где большая часть населения проживает и трудится. Здесь сила тяжести составляет 0,81 от земной.
Пекка тщательно продумал и другие важные аспекты: производство энергии, экономию ресурсов, а также возможные действия в случае, если Церера окажется не так богата необходимыми соединениями. Уровень детализации плана впечатляет.
Внутри этих «бочек», содержащих два обитаемых цилиндра, может находиться значительное количество – десятки или даже сотни. Они формируют единую мегаконструкцию, визуально напоминающую гигантскую двухстороннюю пудреницу. «Крышки» служат зеркалами, фокусирующими солнечный свет на торцы жилых модулей. Особенно любопытен срок, необходимый для возведения подобного фантастического сооружения: 22 года. По расчетам Янкунена, именно за такой период, начиная с момента прибытия на Цереру подготовленной экспедиции, удастся построить и запустить первый полноценный цилиндр.
Сколько это будет стоить
При обсуждении стоимости подобного масштабного проекта бессмысленно пытаться определить необходимый объем финансирования. Это как минимум невозможно без четкого понимания бизнес-модели реализации задумки. Вместо этого физики используют более научный показатель – затраченную энергию. И, что удивительно, финскому визионеру удалось получить вполне обоснованные значения. Для подъема с поверхности Цереры килограмма груза на орбиту, расположенную на высоте 100 000 километров, потребуется всего около 134 килоджоулей энергии (для подъема с Земли на высоту 100 километров – не менее 11 мегаджоулей). Для облегчения эксплуатации можно использовать паровые ракеты, используя воду, полученную с поверхности, и испаряя ее.
Как обеспечить получение материалов требуемого качества для конструкции? Согласно расчетам финского исследователя, для возведения одного цилиндра потребуется 484 тонны стали. Для выплавки одного килограмма этого металла необходимо 20 мегаджоулей – Пекка использовал усредненное значение, основанное на нескольких технологиях. Простой расчет показывает, что солнечных батарей МКС (имеющих максимальную мощность 120 киловатт) будет достаточно для выполнения такой работы за три года. Другими словами, это вполне осуществимо, при наличии желания, четкой цели и необходимого финансирования.
Есть ли шанс на воплощение
Янхунен, безусловно, не учел ряд важных аспектов в своей статье — его исследование было сосредоточено, прежде всего, на вопросе о возможности реализации строительства станции. Поддержание биосферы внутри цилиндров, обеспечение строителей необходимыми ресурсами и создание транспортных связей с Землей остались за рамками данного исследования. Тем не менее, даже в таком виде публикация финна заслуживает внимания, поскольку не содержит, на первый взгляд, принципиальных ошибок.
Идеи о создании поселений в космосе уже давно привлекают внимание, и теперь они кажутся более реальными, чем когда-либо. Джефф Безос, один из лидеров современной «космической гонки», активно поддерживает концепцию будущего, основанного на космических колониях. Он считает, что человечество должно начать осваивать станции, подобные описанной Янхуненом. Возможно, глава Blue Origin представляет себе нечто похожее. Ожидается, что строительство базы около Цереры начнется до середины XXI века. Эта карликовая планета заслуживает внимания не только с научной точки зрения, поскольку она обладает значительными ресурсами, которые могут быть полезны для будущих колонистов.