Людство вже зовсім близько підійшло до того моменту, коли зможе покинути свою земну колиску і почати експансію в космосі. І це цілком можливо при сучасному рівні розвитку науки та техніки. А перша повноцінна позаземна колонія може з'явитися протягом найближчих трьох десятиліть, причому не на Місяці або Марсі, а біля карликової планети Церери, розташованої в поясі астероїдів.
До такого висновку прийшов фінський астрофізик, астробіолог та винахідник Пекка Янхунен. Свою версію колонізації космосу він докладно описав у статті, опублікованій на порталі arXiv.org. Пекка працює в Фінському метеорологічному інституті, Університеті Тарту (Естонія) та фінській компанії з виробництва компактних супутникових платформ Aurora Propulsion Technologies. Він вважає Цереру практично ідеальним кандидатом для початку колонізації Сонячної системи.
Діаметр Церери становить 950 кілометрів - це дозволяє їй вважатися найбільшим об'єктом у поясі астероїдів між орбітами Марса та Юпітера. У вересні 2007 року NASA запустило зонд Dawn для отримання більш детальної інформації про астрономічні тіла, в тому числі й про Цереру. На орбіту карликової планети апарат вийшов в березні 2015 року і зміг зробити кілька детальних знімків.
Знімок карликової планети Церера, зроблений дослідним зондом Dawn. Карликова планета - відмінне джерело ресурсів, до того ж не створює проблем своєю масою або атмосферою. Колоніям на Марсі чи Місяці постійно доведеться миритися з колосальними витратами на виліт з «гравітаційного колодязя». © NASA
Церера має кам'яне ядро, а її поверхня, швидше за все, складається з водяного льоду, глинистих матеріалів, а також всіляких гідратованих речовин. Звичайно, точно це не підтверджено, але недавно телескоп Гершель виявив навколо неї «хмару» водяної пари.
Чому Церера?
Фінський вчений вважає, що набагато практичніше було б скористатися Церерою, як джерелом матеріалів для будівництва орбітальної бази. Ця карликова планета багата всім, що потрібно людству: водою, азотом, вуглеводнями та залізом. Вода потрібна для нашого життя і з неї можна отримувати кисень для дихання та використовувати її як окислювач ракетного палива з водню. Азот - інертний газ, яким доповнюється кисень при створенні атмосфери. Ну а вуглеводні з залізом послужать будівельними матеріалами.
Завдяки малій силі тяжіння на поверхні Церери, підйом вантажів з неї вимагає малих витрат енергії. Більш того, прискорення вільного падіння, яке складає лише 3% від земного, робить цілком реальним будівництво орбітального ліфта із застосуванням сучасних технологій. Ґрунтуючись на даних про карликову планету та ряді наукових робіт з приводу реалістичних технологій космічного виробництва, Пекка навіть прийшов до висновку, що на Церері не знадобиться розгортати яке-небудь складне виробництво, хіба що первинне очищення руди. Всі інші маніпуляції з матеріалами вигідніше буде проводити прямо на орбіті.
За проєктом фінського вченого, з висоти в 1024 кілометри, де закінчується космічний ліфт, вантажі повинні доставлятися на орбіту в 100 000 кілометрів. Але така велика різниця в відстанях не повинна нікого бентежити: завдяки все тій же низькій гравітації Церери, на подальший підйом буде потрібно збільшення швидкості лише 20 метрів на секунду. Ну а необхідну енергію для підйому зможуть генерувати величезні сонячні батареї на противагах космічного ліфта.
Що будуємо?
Велетенська конструкція на орбіті карликової планети буде складатися з типових циліндричних модулів. Зовнішні «бочки» - нерухомі, виконують роль протиметеоритного та радіаційного захисту. «Кришки» на їх торцях оснащені вікнами для пропускання сонячного світла та магнітні підшипники для внутрішніх циліндрів всередині. Найцікавіше - за ними.
Тривимірна модель мегасупутника Церери. Зверху та знизу видно багатосекційні дзеркала, а в центральній частині - населені модулі з обертовими циліндрами всередині. © Pekka Janhunen
У кожній «бочці» на одній осі знаходяться два внутрішніх циліндри діаметром в кілометр та завдовжки п'ять. Для компенсації всіх можливих збурень вони обертаються в протилежні сторони. На їх торцях, крім системи двигунів, розміщені дзеркала, на які падає світло. Усередині ці обертові циліндри двоярусні.
На зворотному боці зовнішньої стінки знаходиться перший населений шар - сільський. Його поверхня вистелена півтораметровим шаром родючого ґрунту, на якому можуть рости дерева та сільськогосподарські культури. Сила тяжіння тут створюється на рівні земної та сюди ж відбивають світло дзеркала в торцях конструкції. У п'ятдесяти метрах ближче до осі обертання знаходиться міський рівень. Велика частина людей живе і працює саме тут, де сила тяжіння вже буде 0,81 від земної.
Таких «бочок» з двома населеними циліндрами всередині може бути дуже багато - десятки або навіть сотні. Вони об'єднуються в мегаконструкцію, схожу з боку на велетенську двосторонню пудреницю. «Кришки» - це дзеркала, що концентрують сонячне світло на торці населених модулів. Найбільше інтригує час побудови такої фантастичної споруди - лише 22 роки. Як підрахував Янхунен, саме за такий термін, з моменту прибуття підготовленої до роботи експедиції на Цереру, вдасться зібрати перший робочий циліндр.
Загальна схема мегасупутника на орбіті Церери (не в масштабі). Основна ідея всієї конструкції - легка масштабованість за рахунок модульності. Будь-який елемент можна наростити відповідно до потреб при збільшенні населення. Висока орбіта (100 000 кілометрів) обрана недарма. Вона буде стабільною, але при цьому станція не буде зазнавати впливу приливних сил, що дозволить заощадити на сталі. © Pekka Janhunen
Скільки це буде коштувати?
Говорячи про вартість настільки фантастичного проєкту, марно намагатися підрахувати необхідну суму. Однак у фізиків є своє, набагато більш наукове мірило - витрачена енергія. І, як не дивно, у фінського вченого вийшли цілком реалістичні цифри. Щоб підняти з поверхні Церери кілограм вантажу на орбіту висотою 100 000 кілометрів буде потрібно 134 кілоджоулів енергії, а ось з Землі на висоту лише 100 кілометрів - не менше 11 мегаджоулів. Для простоти експлуатації можна використовувати парові ракети, набравши води з поверхні та випаровуючи її.
Окреме питання: як отримати матеріали потрібної якості для конструкції. За підрахунками фінського вченого, на будівництво одного циліндра буде потрібно 484 тонни сталі. Щоб виплавити кілограм цього металу, потрібно всього 20 мегаджоулів - Пекка взяв середнє значення між декількома технологіями. Шляхом простої калькуляції можна підрахувати, що сонячних батарей МКС (максимальна потужність 120 кіловатів) вистачить, щоб виконати таку роботу за три роки. Іншими словами - фантастики немає, було б бажання, мета та фінансування.
Чи є шанс на втілення?
Безумовно, Янхунен не врахував багатьох нюансів у своїй роботі - все-таки, в першу чергу він досліджував питання реалістичності спорудження станції. Складнощі підтримки біосфери всередині циліндрів, забезпечення будівельників первинними ресурсами та налагодження транспортних комунікацій із Землею вчений залишив для інших робіт. Однак навіть в такому вигляді публікація фіна заслуговує на увагу, оскільки, на перший погляд, в ній немає фундаментальних помилок.
Ідеї будівництва колоній в космосі витають в різних умах давно, але зараз вони стали як ніколи близькі. Учасники «нових космічних перегонів» - глава Blue Origin Джефф Безос та глава SpaceX Ілон Маск - прагнуть саме такого майбутнього, де людство просто зобов'язане почати жити на станціях, описаних Янхуненом. І ми побачимо початок будівництва бази біля Церери вже до середини XXI століття. У всякому разі, ця карликова планета заслуговує на увагу не тільки з наукової точки зору - аж надто на ній багато корисних для колоністів ресурсів, щоб розкидатися настільки вигідними місцями.
За матеріалами: Naked Science
