Как колонизировать космос?
Колония на марсе в представлении SpaceX
Давно я не касался вопросов орбитальных пассажирских космических полётов, выживаемости человека в космосе и вообще куда лететь. Думаю, последний раз я активно интересовался данными вопросами году так в 2014-2015. После этого я был сосредоточен на своей основной деятельности, да и к тому моменту я сформировал для себя полное представление куда надо лететь и почему. Это формирование началось наверно ещё в Московском Авиационном Институте. Видимо не просто так у меня в дипломе написано "пилотируемые космические аппараты". Но основное влияние оказала на меня работа в ФГУП "ГКНПЦ им. М.В.Хруничева" и общение со следующими замечательными специалистами: Антоненко Сергей Владимирович, Белавский Сергей Андреевич и Есипов Николай Александрович. Я не претендую на авторство того, что я изложу. Многие идеи были высказаны и в разной степени проработаны названными мной специалистами. Я был наблюдателем и участником процесса. Но то, что я изложу является моим выверенным мнением и позицией.
Благодаря "нашему" или "тамошнему" Илону Маску, вопрос куда надо лететь был поставлен ребром и как во времена Королёва все начали мечтать о колониях на Луне или Марсе. Ну конечно не совсем как во времена Королёва. Все понимают, что за 10 лет нам такие колонии не создать. Но лет за 20 или 30 уж точно сдюжим. В принципе мы теперь повторяем то, что уже проходили. Тогда был расцвет, а сейчас возрождение. Опять на наших глазах смелые и талантливые нарисовали нам красивую кривую развития и экстраполировали её дальше с тем-же или чуть меньшим углом наклона. Но, к сожалению, сделали они это примерно той-же размерности и на тех-же задачах, что были во времена Королёва и Фон Брауна. И экстраполяция предполагается в тех-же направлениях и даже объёмах. Думаю, это связано с тем, что мечта человека остаётся неизменна, а идеи шестидесятых нашли своё отражение в фильмах и литературе, на которых воспитано не одно поколение. И вот теперь мы опять обсуждаем куда же нам лететь, на Луну или Марс. Всем нужен следующий шаг и новые достижения. И вообще, человеку нужна мечта. Напомню, что "Лунная гонка" была не попыткой продвинуться дальше. Американцам нужны были победы, а СССР сохранение приоритета. Марс тогда нужен был только мечтателям - Королёву и Фон Брауну, но в качестве первого шага годилась и Луна. Прагматикам нужна была только Луна, но они не прочь были кивать, что потом полетим дальше. И как только прагматики, которые выделяли ресурсы, достигли Луны, то достаточно быстро свернули всю программу. При этом более "простая" программа посещаемых и долговременных орбитальных станций, которая получила широчайшее развитие, не дала должного отпечатка в головах людей. Это жизнь или пропаганда, думаю каждый для себя решит сам чем это является.
Так вот куда же нам надо лететь? На Луну или Марс? По какому пути осваивать? Кратковременные полёты с добычей ресурсов или полная колонизация? Такие вопросы постоянно возникают и в прессе, и на профильных форумах и на различных конференциях. Такие вопросы возникают и в NASA и в Роскосмосе. Прагматики из NASA придумали гибкий путь. По-нашему - "куда кривая выведет". В Роскосмосе каждый руководитель меняет направление в соответствии со своим, особым, пониманием вопроса. Но кажется в Роскосмосе побеждают жёсткие прагматики, как в шестидесятых. Сейчас побеждают те, кто предлагает Луну, кратковременные посещения человеком и работу автоматов и роботов. Кстати, знаменитый робот появился задолго до появления Рогозина в Роскосмосе, и он к его разработке особого отношения не имеет. Хотя в конце ему очень понравилась идея и то, что всё уже разработано. Так куда - Луна или Марс? Я сравниваю сторонников Луны и Марса с войной остроконечников с тупоконечниками. По сути это спор, который выеденного яйца не стоит. Для того, чтобы это понять, достаточно спросить, чего нам делать на Марсе или Луне и что будет в итоге. Скорее всего вам расскажут про создание колоний, где человек сможет жить и станет мультипланетным видом.
Концепция станции с искусственной гравитацией.
Интересно, а какие-же условия нас ждут на Марсе и на Луне? На Луне сила притяжение слабее Земной в 6 раз, на Марсе слабее в 2,64 раз. На Луне отсутствует магнитосфера и магнитное поле, на Марсе магнитное поле слабее Земного в 500 раз, и оно сильно неоднородное. Атмосфера на Луне отсутствует, а на Марсе примерно в 170 более разряжена, чем на Земле. Давление на поверхности Марса соответствует давлению на высоте 35-40 км над уровнем моря Земли. Слабые атмосфера и магнитное поле приводят к тому, что на Луне и на Марсе достаточно высокие уровни радиации. Вот в итоге с чем мы будем бороться на Марсе и Луне:
Слабое притяжение.
Отсутствие магнитосферы и магнитного поля.
Повышенный уровень радиации.
Отсутствие или почти отсутствие атмосферы.
Это основной перечень вопросов. По атмосфере думаю сразу все скажут, что мы с лёгкостью сделаем купола или герметичные ёмкости и будут полностью правы, это проще всего. А вот по магнитосфере уже начинаются вопросы. В отсутствии магнитного поля наш мозг начинает достаточно плохо работать, в принципе, как и у других живых существ. Просто у людей терпимость к этому фактору может составлять от нескольких недель до месяцев. Следующим серьёзным фактором является повышенный уровень радиации. Через 2-3 года пребывания на Луне или на Марсе человек получает дозу излучения, гарантирующую раковые заболевания. А если будут определённые вспышки на Солнце или неудачно прилетят частицы галактических космических лучей, то можно обеспечить себе летальный исход намного раньше. Эффективной защиты от всего опасного спектра излучения и видов частиц нет и не скоро будет. Как вариант, можно зарываться глубоко под поверхность. А если рассматривать сам перелёт (путь) на Марс, то особо вариантов то и нет. С притяжением тоже интересная штука. Человек в невесомости не очень хорошо себя чувствует. Через 10-14 дней пребывания в невесомости накапливаются значительные изменения в организме человека. Если человек больше времени проводит в невесомости, то на Землю он уже вернуться не сможет. Как же так, спросите вы! Это справедливо, если каждодневно не выполнять определённый комплекс упражнений, находясь на орбите. Наши специалисты из СССР разработали достаточно эффективный комплекс мероприятий, выполняя который можно пробыть в невесомости до 1,5-2 лет и успешно вернуться на Землю. На больший срок даже эти мероприятия не позволяют поддержать организм в должном состоянии. Например, первым под удар попадает сердце, которое становится ленивым и дряхлым. Но если хоть небольшая сила тяжести есть, то это лучше. И чем ближе она к Земному уровню, тем замечательней. Но всё равно, даже на Марсе, человека ждут необратимые изменения в его организме. А если мы говорим о колонии и сохранении вида человеческого? То какой это будет вид? Живущий под поверхностью, скорее всего в стеснённых помещениях, в условиях слабого притяжения, в отсутствии магнитного поля и побитые радиацией? Через пару поколений, если они конечно выживут, это будут Марсиане и Лунатики. То есть это совсем другой вид. Для нас это будут в лучшем случае мутанты. Они же себя будут считать результатом эволюции. Поэтому я и считаю, что вопрос полёта на Луну или Марс не стоит вообще столь пристального обсуждения. На нынешнем уровне развития мы ничего путного там сделать не сможем. А сможем сделать только шаг ради просто шага, ну и мечты, что следующий шаг будет и если хоть не завтра, то послезавтра. Самих же технических проблем долететь до Луны и Марса сейчас нет. Нет даже проблем создать там базы в том понимании, которое сейчас есть. Весь вопрос только в ресурсах, которые в принципе у человечества имеются.
А что-же делать и куда нам лететь? А надо сначала думать зачем лететь. Я бы поставил вопрос в области выживания вида человеческого и именно вида в понимании человека Земного. Если не сильно вдаваться в подробности, то нашей планете неизбежно придёт конец. Либо наша Солнечная система доживёт свой век, либо в нас врежется другое космическое тело, либо давно произошедший взрыв донесёт до нас поток вещества, который сможет уничтожить Солнечную систему и не только её. Таких вариантов множество, каждый со своей вероятностью и каждый имеет свои ожидаемые сроки. Но не важно какой из них сработает первым, важно лишь то, что это обязательно произойдёт. При этом следует понимать, что раньше планеты Земля может исчезнуть наш вид. Это либо будет сюрприз из космоса, либо мы друг-другу поможем исчезнуть, либо эволюция сделает свой выбор. То есть человечеству отпущен ещё более короткий срок, чем Земле. Это может быть миллиард лет, может быть сотня миллионов, а может быть и 100 лет. Вот так бы я и ставил вопрос, прагматично и просто. Надо сделать так, чтобы в случае возникновения внешней или внутренней угрозы вид человеческий выжил и имел шанс на дальнейшее развитие, здесь и сейчас!
Что же предлагаю я? А я предлагаю обратить свой взор на то, что мы не очень хотим обращать. На то, что кажется нам обыденным и простым. На то, что кажется нам пройденным шагом и не достойно особого внимания. Я предлагаю обратить внимание на орбитальные станции и на возможность создания временных колоний на их базе. Что мы имеем сегодня вблизи Земли на её орбите? А имеем мы магнитосферу и привычное магнитное поле. Также мы имеем близко расположенную планету. Эти два фактора достаточно хорошо защищают рас от радиации. Остается разобраться только с невесомостью. Для этого необходимо делать станции с искусственной гравитацией. Да, да, именно как в фильмах показывают, закручиваем станцию и живём там спокойно. Есть множество проектов, которые описывают как это сделать. Скажу лишь, что исследования показали хорошую переносимость человеком вращения при расстоянии "пола" от оси вращения не менее 17 метров и с угловой скоростью вращения до 6 оборотов в минуту.
Процесс выращивания растений на МКС
При создании станции, показанной на рисунке и радиусом вращения 26,5 метров мы получаем:
Силу тяжести, как на Луне при 2,36 оборотов в минуту.
Силу тяжести, как на Марсе при 3,57 оборотов в минуту.
Силу тяжести, как на Земле при 5,8 оборотов в минуту.
Силу тяжести в 1,07 Земной при предельных 6 оборотов в минуту.
Такая станция позволяет создавать не только Земную силу тяжести, но и отрабатывать воздействие на человека силы тяжести на Луне и Марсе. Думаю, от идеи создать там колонии, хоть и через тысячу лет, вряд ли откажутся. При этом, на такой станции будут отсутствовать другие негативные факторы. То есть фактор пониженной силы тяжести можно исследовать независимо. Ведь атмосфера внутри имеется, радиация воздействует не так сильно и магнитное поле Земли по сути родное. Такую станцию можно создать и рядом с Луной и вообще в любом месте между Землёй и Луной, перебирая сочетание негативных факторов. Но самое главное - на этой станции уже может жить человек, не выживать и существовать, а жить.
Что же ещё нам даёт искусственная гравитация? А она даёт нам возможность создавать системы жизнеобеспечения почти замкнутого цикла. Поясню, что жизнеобеспечение замкнутого цикла предусматривает возможность существования среды (или колонии) без подпитки её ресурсами из вне. Это приближает нас к концепции спасательного ковчега для человечества. А почему же с невесомостью тогда этого не получается. А по тому, что все привычные нам процессы биосинтеза, происходящие на Земле, проходят под действием сил тяжести, та-же конвекция. Растения в невесомости задыхаются и их нужно постоянно обдувать. Птички в невесомости жить тоже не могут. Можете поискать в интернете информацию, сколько ресурсов тратят для того, чтобы запустить процессы круговорота природы в невесомости.
Один из проектов создания станции с искусственной гравитацией
При наличии искусственной гравитации всё получается намного легче и нам становятся доступны технологии, которые неплохо отрабатываются и уже отработаны на Земле. У нас в России значительных успехов в области создания замкнутых экологических систем жизнеобеспечения человека добился Институт биофизики СО РАН. Они готовы достаточно быстро развернуть такую систему в космосе, как только там будет создана искусственная гравитация. Так что же мы имеем в итоге?
Мы уже сейчас можем достаточно дёшево создать прототип станции с искусственной гравитацией. Размерность модулей станций позволяет их выводить на ракетах типа Протон-М, Ангара-А5, Falcon-9 и Falcon Heavy. Технологии создания таких модулей хорошо отработаны и имеется прекрасный технический задет. Нагрузки, возникающие на модули при вращении станции, будут незначительными. Почему я так легко об этом говорю? Да потому, что это всё считалось неоднократно специалистами, в том числе и мной. При этом мы можем создать станцию, где человек сможет жить больше 1,5-2 лет, а турист сможет прибывать более 10-14 дней. И самое главное - на этой станции можно будет нормально жить! В перспективе мы можем создать на базе этих станций ковчеги и колонии. Либо это должно быть созвездие распределённых малых станций, либо большие станции - города. А что-же дальше? Что нам делать если Земли или Солнечной системы не станет.
Я вижу ближайшее развитие так. Мы на первом этапе осваиваем искусственную гравитацию и замкнутые системы жизнеобеспечения. По результатам мы учимся жить в космосе длительное время. Параллельно мы исследуем влияние отдельно взятых негативных факторов космического пространства на человека. На втором этапе необходимо отрабатывать системы искусственных магнитосфер. Для небольших объектов размером с модуль и станцию, представленных на картинке, возможно создание искусственного магнитного поля с помощью магнитных катушек. В виду незрелости технологий ещё не понятно, можно ли создать магнитосферу вокруг больших станций - городов. Занимаются развитием этих технологий учёные Великобритании и США. Создание такого поля в дополнении к комфортным условиям для психического состояния человека создаёт эффективную защиту от радиации. Это думаю единственный наш шанс вырваться за пределы Земли и выжить там как виду. При реализации первого и второго этапа мы сможем летать почти где захотим и почти сколько нам надо. В перспективе колония сможет высадиться на планету, которая схожа по параметрам с Землёй. А найти такие планеты нам помогут наши замечательные астрономы и астрофизики! А что, если мы не найдём планету для жизни? А тут наиболее возможным вариантом является либо жизнь внутри астероида с его закруткой, либо создание аналогичной станции огромных размеров.
Фильм "Интерстеллар", станция Купер
Похожий вариант станции был показан в фильме Интерстеллар. Вообще многое из того, что я описал показывали в фильмах. А если вы внимательно посмотрите документы NASA, то увидите всё это у них в виде реальных проработок. То есть у фильмов просто были очень хорошие научные консультанты из NASA. Наши специалисты тоже над этим всем работают, но мы менее открыты и фильмы у нас снимают несколько другие.
Вот я попытался насколько можно кратко изложить свои мысли на тему того, куда нам нужно двигаться и какие технологии развивать. Вы можете конечно мне возразить, что магнитное поле можно и на Марсе сделать и на Луне. Да, наверно можно. Но не факт, что нам не потребуется смываться с Земли раньше освоения такой технологии. Не ровен час, какой-то житель Земли решит скушать ещё какую-то гадость, и мы все встанем перед выбором. Да и все негативные факторы одним махом не устранить, с малой силой тяжестью бороться голым словом не получится. Это можно сделать только раскрутив полый изнутри объект достаточно небольших (в районе пары километров) размеров, предварительно создав вокруг него магнитное поле. Особо пытливые умы предложат создать центрифугу на поверхности Луны или Марса и жить в этой центрифуге. Но тут, мне кажется, тогда получится каша из топора. Хотя в перспективе всё возможно. Поэтому на станции первого этапа надо экспериментировать и займёт это всё не меньше десятка лет, да ещё и её создание лет в десять минимум нам влетит. В итоге я хочу перефразировать известную цитату Мондошованина из фильма "Пятый элемент" - мечта не имеет значения, важна только жизнь. И времени у нас, у человечества, не так много, чтобы эту жизнь сохранить!
Автор текста директор крупнейшей частной космической компании России
