У той час як Planetary Resources лише нещодавно оголосила про свої наміри зайнятися видобутком платини і постійно дорожчають рідкоземельних елементів на астероїдах, НАСА ще в 1975-му спільно зі Стенфордським університетом (США) теоретично досліджувала проблему.

Агентство прийшло до висновку, що для економічно ефективного освоєння астероїдного матеріалу його треба буде доставляти на навколоземну або прилунную орбіту, де переробку візьме на себе справжня космічна колонія чисельністю не менше 10 тис. чоловік. Час перебування поселення в космосі фахівці оцінили як необмежена. Концептуальна опрацювання проекту була виконана на високому рівні і не втратила актуальності сьогодні.

У зв'язку з цим НАСА провело теоретичне дослідження проблеми необмеженого за часом перебування космічного апарату з десятком тисяч людей на борту в навколоземному або прилунном просторі. Метою була підготовка до створення великих орбітальних станцій, що займаються, зокрема, переробкою астероїдного матеріалу. Іншою, не менш важливою задачею могла стати колонізація Місяця чи інших районів Сонячної системи.

Звучить як НФ-історія, але в середині 1970-х НАСА і справді серйозно зайнялося проблемою. І ми не стали б повертатися до цієї теми сьогодні, якби не посилився останнім часом інтерес до тодішнього доповіді. Як не дивно, жодного іншого капітального дослідження на цю тему досі немає. І, схоже, автори написаної в 70-ті роботи дуже глибоко вникли в поставлену задачу, принаймні їм вдалося уникнути безлічі помилок розробників «Біосфери-2».

Нагадаємо: на Заході в 1990-х почалася серія експериментів, подібних «Біосфері-2», у яких був ряд менш масштабних радянських аналогів на зразок того ж БІОС-3. Всі вони, як і пізніший «Марс-500», були покликані виявити різні медичні, психологічні та технічні аспекти тривалого перебування людини в неприродному середовищі, що нагадує ту, що складається під час далеких космічних перельотів. При цьому з'ясувалося, що ряд аспектів життєзабезпечення людини в космосі у випробуваному вигляді просто не може нормально функціонувати тривалий час у замкнутому середовищі, без підживлення ззовні.

У 1975-му НАСА сподівалося спланувати основні параметри корабля для колонізації ближнього космосу, тобто про зовнішню підживлення мова не йшла. У ході дослідження фахівці управління з'ясували ряд нетривіальних речей. По-перше, вже тоді було ясно, що в невагомості всі 10 тис. мешканців вічно тримати не можна. Тому було вирішено зробити станцію обертається - для створення псевдогравитации. По-друге, забезпечення газового балансу розглядалася як проблема №1, і їй було приділено особливу увагу, з рядом незвичайних висновків. Нарешті, простір, необхідне для розміщення 10 тис. колоністів, було сплановано набагато щедріше, ніж в більш пізніх експериментах, і зробили це не від широти американської душі, а з цілком практичних міркувань.

Матеріали були обрані, зрозуміло, нескладні: алюмінієвий сплав для зовнішньої конструкції, тканини і пластики для внутрішнього інтер'єру. Правда, щодо останніх було рекомендовано вжити дослідження по створенню таких полімерів, які б виглядали як «природні матеріали - камінь і дерево. Чому алюміній? Склад місячних порід, відомий вже тоді, говорив про наявність на Місяці великих запасів анортозитами - мінералу, що містить алюміній. Щоб не транспортувати більшу частину матеріалів з Землі, космічне поселення пропонувалося розмістити в точці L5, гранично близько до Місяця. А видобутий на ній анортозит переробляти прямо в споруджуваній колонії, після спорудження першого виробничого модуля.

Матеріал же продиктував і багато особливості конструкції: одна велика сфера відразу відпала, тому що герметизований обсяг в цьому випадку виявився б непропорційно великою. А адже саме герметичні частини колонії вимагали б стінок найбільшої міцності і маси. Вагова економія також змусила знизити вимоги до атмосфери. З'ясувалося, що для станції з великим внутрішнім об'ємом маса атмосфери складе величезну частину загальної ваги - до 88 тис. т. З опорою на наявні тоді медичні дані було рекомендовано знизити атмосферний тиск до 0,5 атм, підвищивши вміст кисню, вуглекислого газу і знизивши - азоту. В цьому випадку потрібно було всього 44 т атмосфери, а головне - знижувалися міцнісні вимоги до герметизувати відсіках, що дозволяло зменшити масу самої конструкції колонії до 150 тис. т. В цьому варіанті власне станція важила б менше 200 тис. т, що дає 20 т ваги на одну людину. Для порівняння слід зазначити, що та ж МКС має близько 417 т маси на 6 космонавтів, тобто майже 70 т маси на людину. Однією з головних причин такого вагової досконалості проекту 1975 року, крім ефекту масштабу, назвемо підтримання на МКС тиску в 1 атм, що змушує мати міцну і важку оболонку.

Вже тоді було ясно, що, крім сечокам'яної хвороби і відомих труднощів у жінок, невагомість викликає ряд захворювань, з яких м'язова дистрофія не найбільше зло. Значить, корабель повинен обертатися. Але лише по його краях буде існувати аналог тяжіння, центральні області залишаться без псевдогравитации. Отже, сферична і циліндрична форми корабля неприйнятні: занадто багато місця не можна використовувати повноцінно. Головне: сферичний герметизований корабель повинен мати величезну площу міцних і важких стінок, здатних витримати тиск атмосфери. Ідеальною формою корабля повинен бути тор (або гантеля), з двома великими сферичними модулями, сполученими тонкою перемичкою. При цьому з'ясувалася несподівана проблема: такий тор повинен бути дуже і дуже великим, діаметром до 1,8 км (10 тис. жителів). Гантеля, втім, була б ще більше, тому вибір зупинили на торі.

Космічна колонія в період будівництва (вгорі) і після герметизації та заселення (внизу). Величезне значення надано психологічної комфортності: передбачені навіть декоративні водойми і сонячне освітлення через прозорі дахи з алюмінієвими жалюзі.
Космічна колонія в період будівництва (вгорі) і після герметизації та заселення (внизу). Величезне значення надано психологічної комфортності: передбачені навіть декоративні водойми і сонячне освітлення через прозорі дахи з алюмінієвими жалюзі.

Це випливало з серйозних вимог до внутрішнього простору, закладеному розробниками концепт-проекту: на думку дослідницької групи, для забезпечення тривалої (роки і більше) психологічної стійкості колоніста потрібно не менше 50 кв. м тільки житла (!) і ще по 15-17 кв. м герметизованих забезпечують площ (енергетичний блок тощо). Всього площа герметизованого обсягу станції оцінювалася в 670 тис. кв. м. Що цікаво, давалася наполеглива рекомендація розміщувати гідропонні рослини «інтегровано», впроваджуючи їх в загальний пейзаж окремими «плямами». Справа була не тільки в турботі про психіці екіпажу: при необмеженій часу перебування на орбіті поломка тих чи інших систем вентиляції розглядалася як цілком ймовірна. А значить, природне поповнення кисню і евакуація вуглекислого газу ставала обов'язковою для сталого життєзабезпечення.

Найпильніша увага приділялася захисту від космічної радіації. На думку авторів роботи, доза 0,5 бер в рік є максимально допустимою для тривалого перебування людей та електроніки на орбіті. Тому активний варіант захисту доведеться відкинути: магніти, що створюють штучне магнітне поле, з'їдять занадто багато енергії. Магнітне поле для захисту від частинок з енергіями до 0,5 Гев зажадає апаратури вагою близько 10 тис. т. І все одно доза опромінення при цьому перевищить 20 бер в рік на людину. Потрібна ж по потужності захист буде дуже важкою і енерговитратною.

Тому, як не дивно, була обрана пасивний захист, з необхідною масою в 4,5 т на кв. м зовнішніх стінок тора. Правда, в застосуванні до всієї колонії це означає 9,9 млн т, що виключало доставку пасивного щита такої потужності з Землі. Однак, оскільки колонія спрямовувалася на розробку астероїдів, звідти ж передбачалося доставити матеріал щита. При цьому сам щит був би розміщений навколо тора без додання обертання, що, в свою чергу, означало необхідність зазору в 1-2 м між обертовим тором і нерухомої захистом.

Відразу зазначимо: доза 0,5 бер в рік, прийнята розроблювачами, дуже низька. Навіть сучасна транзисторна електроніка може працювати при в десятки разів більшою річній дозі радіації. За нинішніми уявленнями і нормами, космонавт (а також працівник АЕС) в рік без шкоди може отримувати до 5 бер, що вдесятеро більше. Автори і самі відзначають, що майбутні дослідження можуть підняти дозу прийнятного випромінювання, і це не тільки скоротить вага захисту, але і зможе повернути її актуальність активного варіанту. Особливо ефективними в цьому випадку вони називають кільцеподібні канали (по периметру тора колонії) з плазмою, утримуваної магнітами і підтримуваної ними ж в русі, для генерації магнітного поля, яке буде відштовхувати частинки з енергією до 1 Гев. Розробники також зазначили, що якщо космічної колонії такого роду мали б здійснювати подорожі на значні відстані і з великими швидкостями, то активна захист стала б єдиним можливим виходом: адже бар'єр з астероїдного матеріалу, навіть розрахований на щорічне опромінення космонавтів у 5 бер, важив би 990 тис. т - уп'ятеро більше самій колонії. А значить, пересувати його було б практично неможливо - принаймні економічно.

До речі, про економіку. Сумарна вартість такої масштабної колонії повинна була скласти $190 млрд в цінах 1975 року. Тому період окупності досягався лише через 28 років безперервного функціонування. І тільки потім намічалася прибуток. У сьогоднішніх грошах це приблизно дорівнює річному американському військовому бюджету. Правда, автори дослідження пропонували побудувати станцію приблизно за десятиліття. Так що витрати на неї в разі реалізації в наш час склали б десь одну десяту військових витрат США. Звичайно, сумнівно, що якась держава в найближчі сторіччя витратить десяту частину свого військового бюджету на космос. Тому для НАСА концепт космічної колонії так і залишився концептом.

Зрозуміло, плани Planetary Resources, принаймні у перший час, не будуть настільки ж масштабними. Однак без створення заводів, неминуче вимагають людської присутності хоча б для ремонту і наладки обладнання, у кінцевому рахунку не обійтися. Надійність роботи роботизованої техніки на позаземних планетних тілах загальновідома, досить згадати історію з «Хаябусой». Але навіть якщо завод Planetary Resources буде набагато менше проекту 1975 року, основні рішення для такого роду колонії в цілому представляються дуже близькими.

Словом, незважаючи на стародавність проекту, він може стати істотною підмогою для нового претендента на космічні багатства.

Підготовлено за матеріалами проекту Space Settlements: A Design Study.