Замена для МКС: гигантский «гриб» на орбите
Чем ближе намеченный срок вывода из эксплуатации Международной космической станции, тем активнее ведут разговоры об альтернативе ей. Предлагают самые разные варианты.
Что ждет МКС
Международная космическая станция - одно из величайших достижений человечества. Совместный проект сплотил 14 стран мира: ведущую роль в реализации задуманного играли американцы, и большая часть модулей МКС принадлежит именно им. Международная космическая станция стала крупнейшей ОС из всех когда-либо созданных. Ее предшественник - отечественный «Мир» - был в несколько раз меньше и заметно уступал по возможностям. Однако всему хорошему (как, впрочем, и плохому) рано или поздно приходит конец, и МКС в этом смысле не стала исключением. Уже в 2024 году ее планируют вывести из эксплуатации. Главная причина - высокая стоимость.
Каждый год NASA тратит на управление своим сегментом МКС примерно 3-4 млрд долларов. Это приблизительно половина всего бюджета, который выделили власти США на пилотируемые космические запуски. Ну а общая стоимость проекта МКС давно превысила 100 млрд долларов.
Но не все так однозначно, как кажется на первый взгляд. После 2024 года станцию могут передать в частные руки. К слову, еще в 2016 году частная компания Bigelow Aerospace установила на МКС экспериментальный жилой надувной модуль BEAM (Bigelow Expandable Activity Module). Такие структуры могут стать неотъемлемой частью станции. Bigelow Aerospace, кстати, предложила вариант своей собственной «надувной» орбитальной станции, но это пока только проект, и мы сейчас не будем на нем останавливаться.
К слову, цена стала главной, но далеко не единственной причиной планируемого отказа от МКС. Все гораздо глубже: зачем вообще нужны такие станции? Американский профессор Роберт Парк заявил, что большая часть запланированных научных экспериментов не слишком важна для мировой науки. Ученый отмечает, что целью большинства научных исследований в космической лаборатории стало проведение их в условиях микрогравитации. А ведь все то же самое можно делать гораздо дешевле в условиях искусственной невесомости на нашей родной Земле. Это стоило бы в десятки и, вероятно, и в сотни раз дешевле экспериментов, проведенных на борту станции.
Так в чем же смысл МКС? Прежде всего, проект показал, что ведущие страны мира готовы сотрудничать в решении невероятно технически сложных задач. Международную космическую станцию можно воспринимать и в другом свете - как первый шаг к жизни человека на орбите планеты. Имеется в виду не просто пребывание там астронавтов с целью выполнения научных миссий, а полноценная жизнь, какую мы ведем на Земле.
Искусственная гравитация как спасение
Еще во второй половине XX века появились проекты, предполагающие создание настоящих городов на орбите. Можно, например, вспомнить «Остров» О’Нейла, «Сферу Бернала» или «Стэнфордский тор». Все они представляли собой гигантские орбитальные станции с искусственной гравитацией, рассчитанные на тысячи обитателей. Представлялось, что каждый из этих космических мегаполисов мог сам себя обеспечивать (что, конечно, очень важно в контексте «независимости» от Земли).
Сейчас эти проекты кажутся мировому сообществу чересчур сложными, дорогими и даже по-своему наивными. Однако специалисты из вашингтонской компании DC United Space Structures Билл Кемп и Тед Мазейка так, судя по всему, не считают. Во всяком случае, их проекты явно созданы под влиянием «титанов» минувших лет. Эти эксперты предложили целое семейство станций: диаметр самой маленькой составит 30 м, а диаметр средней - 100 м. Именно с последним вариантом связаны наибольшие надежды. Во всяком случае, DC United Space Structures представила изображения этой станции и схемы ее внутреннего устройства.
По мнению американских ученых, чтобы защитить крупное космическое поселение от радиации, нужно применить пассивную защиту, вес которой составлял бы 4,5 т на два квадратных метра наружных стенок. Иными словами, общий вес такой защиты будет равен почти 10 млн тонн. Естественно, задача доставки на орбиту столь невероятного груза архисложна, и ее нельзя выполнить при нынешнем уровне технологического развития.
Речь идет об огромном космическом «грибе», на фоне которого даже такой немаленький космический корабль, как «Спейс шаттл», покажется букашкой. Но, вообще, разработка DC United Space Structures - это, скорее, «компромисс» между МКС и гигантскими орбитальными городами. Диаметр космического «гриба» - 100 м, длина - 500 м. Международная космическая станция имеет более скромные размеры: ее длина немного превышает 100 м, а ширина - 50 м. Жилой объем перспективной станции составит 2,8 млн кубических метров, что примерно в 3 тыс. раз больше объема МКС. С другой стороны, например, со «Сферой Бернала» проект DC United Space Structures тоже сравнится не может, ведь ее диаметр, согласно задумке, должен был составлять немыслимые 16 км. А вместить такой город мог от 20 до 30 тыс. жителей.
При всем при этом «гриб» унаследовал основную «фишку» старых проектов - искусственную гравитацию. Она будет создаваться при помощи вращения станции вокруг центральной оси. Скорость вращения составит 4,22 об/мин. При этом возникнет центробежная сила, позволяющая всем находящимся на борту станции избежать невесомости и чувствовать себя как дома.
Роль концепции сложно переоценить. К невесомости, конечно, привыкнуть можно, но выполнять привычные действия будет намного тяжелее (а то и вовсе невозможно). Разогрев пищи, принятие душа, поход в туалет - все эти привычные землянам вещи не так-то просто сделать на борту МКС. А еще невесомость негативно воздействует на организм человека в целом. Один из самых неприятных эффектов невесомости - быстрая атрофия мышц с последующим снижением основных физических показателей организма. На Международной космической станции для решения этой проблемы используют специальные тренажеры, но, конечно, избежать таких трудностей вовсе было бы более предпочтительным.
Добавим, что мы не очень много знаем о долгосрочных проблемах пребывания в невесомости. Многие советские космонавты и американские астронавты были в космосе. И по многу раз. Но они не жили там на протяжении долгих лет. А ведь проекты, подобные задуманному DC United Space Structures, подразумевают именно такой подход. «Если мы хотим оставаться в космосе дольше года, нам нужно сделать систему искусственной гравитации, или мы будем жертвовать людьми в этом процессе», - говорит Билл Кемп, основатель и генеральный директор United Space Structures. Предполагается, что станция диаметром 30 м позволит поддерживать гравитацию в 0,6 земной. Согласно расчетам, этого будет достаточно для нормальной жизни на борту в течение двух лет. «Направление вращения цилиндра не имеет значения, - говорит Кемп. - Скорость зависит от радиуса вращающегося объекта и гравитации, которая вам нужна: чем больше радиус, тем ниже скорость вращения».
К условиям космического «гриба» все равно нужно будет привыкать, ведь искусственная гравитация имеет заметные отличия от ее «природного» аналога. Так, прогулка в направлении вращения станции будет похожа на спуск по склону и пол будет «уходить» из-под ног. Если идти в противоположном направлении, будет создаваться ощущение, что ты поднимаешься в горы. А вот при перпендикулярной вращению прогулке астронавту будет мерещиться, что он заваливается в сторону.
Технические особенности
Основной цилиндрический корпус орбитальной станции («ножка» «гриба») будет вращаться в одну сторону, а купол («шляпка») - в противоположную. Такая конструкция необходима для дальнейшего обустройства стыковочного модуля, который будет принимать космические корабли. Станция будет изготовлена с использованием композитных материалов, некоторые из которых только предстоит создать.
У основания «гриба» будет находиться аппаратура для сбора космических ресурсов, которые содержат, например, кометы или астероиды. Затем - секция, где будет ожидать несколько космических кораблей, например, для полета к Луне или Марсу. На представленных DC United Space Structures изображениях космолеты имеют футуристический внешний вид: сейчас ничего подобного не существует.
Далее - производственные помещения. Микрогравитация даст уникальные условия для производства, так что пользу от новой станции сложно будет переоценить. Не забыли создатели станции и о развлечениях. Ближе к «шляпке» гигантского «гриба» разместят отель, 3D-арену и другие места для забав. Скучать ни персоналу станции, ни туристам, очевидно, не придется. Наконец, самая большая часть станции - ее купол - будет служить местом выращивания пищи для экипажа, что чрезвычайно важно в рамках концепции самообеспечения. Кроме этого, именно в куполе будут находиться командный центр, аппаратура, необходимая для работы экипажа станции, и спасательный корабль, который в случае ЧП доставит людей обратно на Землю.
Не стоит забывать и про научные исследования. Уникальные условия станции помогут лучше понять изменения климата, происходящие на Земле. Орбитальная станция также может стать площадкой для революционных исследований в области биологии и медицины. Впервые будут изучены по-настоящему долговременные последствия пребывания человека вне родной планеты. В общем, вариантов применения космического «гриба» великое множество. Правда, в отличие от «Острова» О’Нейла, «Сферы Бернала» или «Стэнфордского тора», его нельзя рассматривать как некий новый мир, где цивилизация нашла бы свое спасение в случае глобальной планетарной катастрофы. Все-таки масштабы задумки очень сильно отличаются. И зависимость перспективной орбитальной станции от Земли будет значительно выше.
Недавно представитель Британского межпланетного общества Джерри Стоун поведал о проекте, над которым сейчас работают в этой организации. Речь идет об огромном космическом городе - увеличенном аналоге МКС. По замыслу, космическая колония цилиндрической формы достигнет в диаметре чуть менее 6,5 км, а ее длина составит 32 км. На борту гигантской орбитальной станции смогут жить и работать тысячи человек.
Когда именно планируется построить станцию? Никаких конкретных планов на этот счет нет. Строительство, по предварительным данным, займет около 30 лет: это в 3 раза дольше, чем было затрачено на постройку МКС. Да и предполагаемая цена проекта несоизмеримо выше - 300 млрд долларов.
Но как именно будут создавать станцию DC United Space Structures? Согласно задумке, для этого используют специальных насекомоподобных роботов. У них будет множество «рук» для выполнения самых разнообразных задач на орбите. Сейчас именно таких устройств не существует, однако концепция орбитальных роботов-строителей используется уже много лет. Так, при создании МКС были использованы «Канадарм» и «Канадарм-2». Последний робот выполняет ключевую роль при сборке и обслуживании космической станции. Он перемещает оборудование и материалы в пределах МКС, помогает космонавтам работать в открытом космосе и обслуживает инструменты и другую полезную нагрузку, которые находятся на поверхности станции. Для изготовления роботов-строителей, как и станции-«гриба», планируют применить новейшие композитные материалы.
Задача со многими неизвестными
Проект от DC United Space Structures является, по сути, лишь смелой инициативой. Неплохо проработанным дизайнерским проектом. Сами создатели отмечают, что у них пока нет возможности ответить на все технические вызовы. Не совсем понятно, как именно будет достигаться защита от радиации. Разработчики надеются, что соответствующие технологии создадут в будущем. А пока что этот вопрос остается открытым. Большой станции потребуется и хорошая защита от космической пыли и мусора, которого на орбите становится все больше. Чтобы было понятно, сейчас там примерно 17,8 тыс. относительно крупных объектов, размеры которых составляют 10 см. Если же говорить о мелких (размером от 1 мм), то их специалисты насчитывают более одного миллиарда.
Насколько это опасно? В 1983 году миниатюрная песчинка примерно 0,2 мм в диаметре оставила серьезную трещину и углубление диаметром 0,4 мм на иллюминаторе «Спейс шаттла». Намного позже, в 2016 году, на стекле иллюминатора Международной космической станции нашли сантиметровую выбоину, оставленную, как предполагается, миниатюрной частичкой краски или металла. Иными словами, при скорости на орбите более 27 тыс. км/ч даже десятисантиметровый осколок может стать для станции смертельным. Так что риск для МКС, несмотря на серьезную защиту, весьма велик. Чего уж тогда говорить о более крупном объекте, на борту которого находятся тысячи и тысячи человек?..
Но куда более сложный вопрос связан с финансированием «грибной» станции. Рассчитывать на него не приходится вовсе. Основные цели и задачи международной космонавтики давно определены. Сейчас это полеты на МКС, а завтра - освоение Красной планеты. В промежутке между ними пытаются «втиснуться» проекты станций, менее затратные, чем МКС. Все чаще, например, говорят о лунной орбитальной станции - уменьшенном аналоге МКС на орбите естественного спутника нашей планеты. Но это пока лишь планы, и не факт, что они воплотятся в жизнь. Говорить же о гигантской орбитальной станции, в разы более дорогой, чем МКС, не приходится вовсе. Так что концепты концептами, а реальность пока не слишком благоволит таким проектам.
