Човечеството е готово да построи лунна база или в преследване на светлина и пространство

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

На обелиска над гроба на нашия велик сънародник К. Е. Циолковски цитира хрестоматийните си думи: „Човечеството няма да остане завинаги на Земята, но в преследване на светлината и пространството отначало плахо прониква отвъд атмосферата, а след това завладява цялото слънчево пространство“.

През целия си живот Циолковски мечтае за космическото бъдеще на човечеството и с любознателен поглед на учен надниква в неговите фантастични хоризонти. Той не беше сам. Началото на двадесети век за мнозина беше откриването на Вселената, макар и видимо през призмата на научните заблуди от онова време и фантазията на писателите. Италианецът Скиапарели отвори "каналите" на Марс - и човечеството се убеди, че на Марс има цивилизация. Бъроуз и А. Толстой населявали този въображаем Марс с хора, подобни на жители, а след тях стотици писатели-фантасти последвали техния пример.

Земните просто са свикнали с идеята, че на Марс има живот и че този живот е интелигентен. Следователно призивът на Циолковски да полети в космоса беше посрещнат ако не веднага с ентусиазъм, но във всеки случай с одобрение. Изминаха само 50 години от първите речи на Циолковски и в страната, на която той посвети и предаде всичките си произведения, беше изстрелян Първият спътник и първият космонавт отлетя в космоса.

Изглежда, че всичко ще продължи по-нататък според плановете на великия мечтател. Идеите на Циолковски се оказват толкова ярки, че най-известният от неговите последователи - Сергей Павлович Королев - изгражда всичките си планове за развитието на космонавтиката, така че през ХХ век човешки крак да стъпи на Марс. Животът е направил своите корекции. Сега не сме много сигурни, че пилотирана експедиция до Марс ще се проведе поне до края на 21 век.

Вероятно това не е само въпрос на технически затруднения и фатални обстоятелства. Всякакви трудности могат да бъдат преодолени с мъдростта и любознателността на човешкия ум, ако пред него се постави достойна задача. Но няма такава задача! Има наследствено желание за летене до Марс, но няма ясно разбиране - защо? Ако погледнете по-дълбоко, това е въпрос, пред който е изправена цялата ни пилотирана астронавтика.

Циолковски видя в космоса неизползвани открити пространства за човечеството, което става тесно на родната им планета. Тези простори, разбира се, трябва да бъдат овладени, но първо трябва да проучите задълбочено техните свойства. Половин век опит в изследването на космоса показва, че много, много може да бъде изследвано от автоматични устройства, без да се рискува най-високата стойност на Вселената - човешките животи. Преди половин век тази идея все още беше тема на спорове и дискусии, но сега, когато силата на компютрите и възможностите на роботите се доближават до човешките граници, тези съмнения вече не са място. През последните четиридесет години роботизирани превозни средства са изследвали успешно Луната, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, планетарни спътници, астероиди и комети, а американските Вояджъри и Пионери вече са достигнали границите на Слънчевата система. Въпреки че плановете на космическите агенции понякога включват доклади за подготовката на пилотирани мисии в дълбокия космос, досега в тях не е изразен нито един научен проблем, за чието решение е абсолютно необходима работата на космонавтите. Така изучаването на слънчевата система може да продължи автоматично за дълго време.

Да се върнем все пак към проблема с изследването на космоса. Кога познанията ни за свойствата на космическите пространства ще ни позволят да започнем да ги обитаваме и кога ще можем да си отговорим на въпроса – защо?

Да оставим за момента въпроса за това, че в космоса има много енергия, от която се нуждае човечеството, и много минерални ресурси, които в космоса може би ще бъдат получени по-евтино, отколкото на Земята. И двете все още са на нашата планета и не са основната ценност на космоса. Основното нещо в космоса е това, което ни е изключително трудно да осигурим на Земята - стабилността на условията на живот и в крайна сметка стабилността на развитието на човешката цивилизация.

Животът на Земята е постоянно изложен на рисковете от природни бедствия. Суши, наводнения, урагани, земетресения, цунами и други неприятности не само причиняват преки щети на нашата икономика и благосъстоянието на населението, но изискват енергия и разходи за възстановяване на загубеното. В космоса се надяваме да се отървем от тези познати заплахи. Ако намерим такива други земи, където природните бедствия ни напуснат, тогава това ще бъде „обетованата земя“, която ще се превърне в достоен нов дом за човечеството. Логиката на развитието на земната цивилизация неизбежно води до идеята, че в бъдеще, и може би не толкова далечно, човек ще бъде принуден да търси извън планетата Земя местообитание, което би могло да побере по-голямата част от населението и да осигури продължаването на неговото живот в стабилни и комфортни условия.

Ето какво казва К. Е. Циолковски, когато каза, че човечеството няма да остане завинаги в люлката. Неговата любознателна мисъл ни рисува привлекателни картини на живота в „ефирни селища“, тоест в големи космически станции с изкуствен климат. Първите стъпки в тази посока вече са направени: на постоянно обитавани космически станции ние се научихме да поддържаме почти познати условия на живот. Вярно е, че безтегловността остава неприятен фактор в тези космически станции, необичайно и разрушително състояние за земните организми.

Циолковски предположи, че безтегловността може да е нежелана и предложи да се създаде изкуствена гравитация в ефирни селища чрез аксиално въртене на станциите. В много проекти на "космически градове" тази идея беше подета. Ако погледнете илюстрациите към темата за космическите селища в интернет, ще видите разнообразие от тори и колела със спици, остъклени от всички страни като земни оранжерии.

Може да се разбере Циолковски, по времето на което космическата радиация беше просто непозната, който предложи създаването на космически оранжерии, отворени за слънчева светлина. На Земята ние сме защитени от радиация от мощното магнитно поле на нашата родна планета и доста гъста атмосфера. Магнитното поле е практически непроницаемо за заредени частици, изхвърлени от слънцето - то ги изхвърля далеч от Земята, позволявайки само на малко количество да достигне атмосферата близо до магнитните полюси и да създаде цветни сияния.

Днешните обитаеми космически станции са разположени в орбити, разположени вътре в радиационните пояси (всъщност магнитни капани) и това позволява на астронавтите да останат на станцията с години, без да получават опасни дози радиация.

Там, където земното магнитно поле вече не защитава от радиация, радиационната защита трябва да бъде много по-сериозна. Основната пречка за радиацията е всяко вещество, в което се абсорбира. Ако приемем, че поглъщането на космическа радиация в земната атмосфера намалява нивото й до безопасни стойности, тогава в открито пространство е необходимо обитаемите помещения да се оградят със слой материя със същата маса, тоест всеки квадратен сантиметър от площта от помещенията трябва да бъдат покрити с килограм материя. Ако вземем плътността на покриващото вещество, равна на 2,5 g / cm3 (скали), тогава геометричната дебелина на защитата трябва да бъде най-малко 4 метра. Стъклото също е силикатно вещество, така че за да защитите оранжериите в космоса, имате нужда от стъкло с дебелина 4 метра!

За съжаление космическата радиация не е единствената причина да се откажем от изкусителни проекти. На закрито ще е необходимо да се създаде изкуствена атмосфера с обичайната плътност на въздуха, тоест с налягане от 1 kg / cm2. Когато пространствата са малки, структурната здравина на космическия кораб може да издържи на този натиск. Но огромни селища с диаметър десетки метри обитаеми помещения, способни да издържат на такъв натиск, ще бъдат технически трудни, ако не и невъзможни за изграждане. Създаването на изкуствена гравитация чрез въртене също значително ще увеличи натоварването на конструкцията на станцията.

Освен това движението на всяко тяло вътре във въртящата се „поничка“ще бъде придружено от действието на силата на Кориолис, създавайки голямо неудобство (припомнете си детските усещания на дворната въртележка)! И накрая, големите стаи ще бъдат много уязвими от метеоритни удари: достатъчно е да счупите една чаша в голяма оранжерия, за да избяга целият въздух от нея и организмите в нея ще умрат.

С една дума, "ефирните селища" при внимателно разглеждане се оказват невъзможни мечти.

Може би не напразно надеждите на човечеството бяха свързани с Марс? Това е доста голяма планета с доста подходяща гравитация, Марс има атмосфера и дори сезонни промени във времето. Уви! Това е само външна прилика. Средната температура на повърхността на Марс се поддържа на -50 ° C, през зимата там е толкова студено, че дори въглеродният диоксид замръзва, а през лятото няма достатъчно топлина, за да разтопи водния лед.

Плътността на марсианската атмосфера е същата като тази на Земята на височина от 30 км, където дори самолетите не могат да летят. Ясно е, разбира се, че Марс по никакъв начин не е защитен от космическа радиация. В допълнение към всичко, Марс има много слаби почви: това е или пясък, който дори ветровете на разреден марсиански въздух издухват при силни бури, или същият пясък, който е замръзнал с лед в твърда скала. Само върху такава скала не може да се изгради нищо, а подземните помещения няма да бъдат изход без надеждното им укрепване. Ако помещенията са топли (и хората няма да живеят в ледени дворци!), вечната лед ще се стопи и тунелите ще се срутят.

Много „проекти“на марсианската сграда предвиждат поставянето на готови жилищни модули на повърхността на Марс. Това са много наивни идеи. За да се предпази от космическа радиация, всяка стая трябва да бъде покрита с четириметров слой защитни тавани. Просто казано, покрийте всички сгради с дебел слой марсианска почва и тогава ще бъде възможно да живеете в тях. Но за какво си струва да живеем Марс? В крайна сметка Марс няма тази желана стабилност на условията, която вече ни липсва на Земята!

Марс все още тревожи хората, въпреки че никой не се надява да намери красива Аелит на него или поне други мъже. На Марс търсим преди всичко следи от извънземен живот, за да разберем как и в какви форми възниква животът във Вселената. Но това е изследователска задача и за нейното решение изобщо не е необходимо да живеете на Марс. А за изграждането на космически селища Марс изобщо не е подходящо място.

Може би трябва да обърнете внимание на многобройните астероиди? Явно условията за тях са много стабилни. След Голямата метеоритна бомбардировка, която преди три и половина милиарда години превърна повърхностите на астероидите в полета от големи и малки кратери от метеоритни удари, нищо не се е случило с астероидите. В недрата на астероидите могат да бъдат изградени обитаеми тунели и всеки астероид може да бъде превърнат в космически град. В нашата слънчева система няма много астероиди, достатъчно големи за това – около хиляда. Така че те няма да решат проблема със създаването на огромни обитаеми зони извън Земята. Освен това всички те ще имат болезнен недостатък: при астероидите гравитацията е много ниска. Разбира се, астероидите ще станат източници на минерални суровини за човечеството, но те са напълно неподходящи за изграждането на пълноценни жилища.

И така, наистина ли безкрайното пространство за хората е същото като безкрайния океан без парче земя? Дали всичките ни мечти за чудесата на космоса са просто сладки сънища?

Но не, има място в пространството, където приказките могат да се сбъднат и, може да се каже, то е напълно в квартала. Това е Луната.

От всички тела в Слънчевата система, луната има най-голям брой достойнства от гледна точка на човечеството, търсещо стабилност в космоса. Луната е достатъчно голяма, за да има забележима гравитация на повърхността си. Основните скали на Луната са твърди базалти, простиращи се на стотици километри под повърхността. Луната няма вулканизъм, земетресения и климатични нестабилности, тъй като Луната няма разтопена мантия в дълбините, няма въздушни или водни океани. Луната е най-близкото космическо тяло до Земята, което улеснява колониите на Луната да предоставят спешна помощ и да намалят транспортните разходи. Луната винаги е обърната към Земята от едната страна и това обстоятелство може да бъде много полезно в много отношения.

И така, първото предимство на Луната е нейната стабилност. Известно е, че на повърхност, осветена от слънцето, температурата се повишава до + 120 ° C, а през нощта пада до -160 ° C, но в същото време, вече на дълбочина от 2 метра, температурните спадове стават невидими. В недрата на луната температурата е много стабилна. Тъй като базалтите имат ниска топлопроводимост (на Земята базалтовата вата се използва като много ефективна топлоизолация), всяка комфортна температура може да се поддържа в подземни помещения. Базалтът е газонепроницаем материал и вътре в базалтови структури можете да създадете изкуствена атмосфера от всякакъв състав и да я поддържате без много усилия.

Базалтът е много твърда скала. На Земята има базалтови скали с височина 2 километра, а на Луната, където силата на гравитацията е 6 пъти по-малка от тази на Земята, базалтови стени биха издържали теглото си дори на височина от 12 километра! Следователно е възможно да се изградят зали с височина на тавана от стотици метри в базалтовите дълбочини, без да се използват допълнителни крепежни елементи. Следователно в лунните дълбини можете да построите хиляди етажи от сгради за различни цели, без да използвате други материали, с изключение на самия лунен базалт. Ако си спомним, че площта на лунната повърхност е само 13,5 пъти по-малка от повърхността на Земята, тогава е лесно да се изчисли, че площта на подземните структури на Луната може да бъде десетки пъти по-голяма от цялата територия, заета от целия живот формира на нашата родна планета от дълбините на океаните до върховете на планините. ! И всички тези помещения няма да бъдат застрашени от никакви природни бедствия в продължение на милиарди години! Обещаващо!

Необходимо е, разбира се, веднага да помислим: какво да правим с почвата, извлечена от тунелите? Отглеждане на километрични купища отпадъци на повърхността на Луната?

Оказва се, че тук може да се предложи интересно решение. Луната няма атмосфера, а лунният ден продължава половин месец, така че горещо слънце грее непрекъснато навсякъде на луната в продължение на две седмици. Ако фокусирате лъчите му с голямо вдлъбнато огледало, тогава температурата в полученото светлинно петно ще бъде почти същата като на повърхността на Слънцето - почти 5000 градуса. При тази температура почти всички известни материали се топят, включително базалти (те се топят при 1100 ° C). Ако базалтовият чипс се изсипва бавно в това горещо място, той ще се разтопи и от него е възможно да се слеят слой по слой от стени, стълбища и подове. Можете да създадете строителен робот, който ще прави това според заложената в него програма без човешко участие. Ако такъв робот бъде изстрелян към Луната днес, тогава до деня, когато пилотираната експедиция пристигне на него, космонавтите ще имат, ако не дворци, то поне удобни жилища и лаборатории, които ги очакват.

Простото изграждане на пространство на Луната не трябва да бъде самоцел. Тези помещения ще са необходими за живеене на хората в комфортни условия, за разполагане на селскостопански и промишлени предприятия, за създаване на зони за отдих, магистрали, училища и музеи. Само първо трябва да получите всички гаранции, че хората и други живи организми, които са мигрирали на Луната, няма да започнат да се разграждат поради не съвсем познати условия. На първо място е необходимо да се проучи как дългосрочното излагане на намалена тежест ще засегне организми от разнообразен земен характер. Тези проучвания ще бъдат мащабни; малко вероятно е експериментите в епруветки да могат да гарантират биологичната стабилност на организмите за много поколения. Необходимо е да се изградят големи оранжерии и волиери и да се провеждат наблюдения и експерименти в тях. Никакви роботи не могат да се справят с това - само учените ще могат да забележат и анализират наследствените промени в живите тъкани и живите организми.

Подготовката за създаване на пълноценни самоподдържащи се колонии на Луната е целевата задача, която трябва да се превърне в фар за движението на човечеството към магистралата на неговото устойчиво развитие.

Днес много в техническото изграждане на населени селища в космоса нямат ясно разбиране. Захранването в космически условия може да бъде доста просто осигурено от слънчеви станции. Един квадратен километър слънчеви панели, дори с ефективност от само 10%, ще осигури мощност от 150 MW, макар и само през лунен ден, тоест средното производство на енергия ще бъде наполовина по-малко. Изглежда, че е малко. Въпреки това, според прогнозите за световното потребление на електроенергия през 2020 г. (3,5 TW) и световното население (7 милиарда души), средният земен жител получава 0,5 киловата електрическа мощност. Ако изхождаме от обичайното средно дневно енергийно снабдяване за градски жител, да речем 1,5 kW на човек, тогава такава слънчева електроцентрала на Луната ще може да задоволи нуждите на 50 хиляди души - напълно достатъчно за малка лунна колония.

На Земята използваме значителна част от електричеството си за осветление. На Луната много традиционни схеми ще бъдат радикално променени, по-специално схемите за осветление. Подземните помещения на Луната трябва да са добре осветени, особено оранжерията. Няма смисъл да се произвежда електричество на лунната повърхност, да се прехвърля в подземни сгради и след това отново да се преобразува електричеството в светлина. Много по-ефективно е да се инсталират концентратори на слънчева светлина на повърхността на Луната и да се осветяват оптични кабели от тях. Нивото на днешната технология за производство на светлинни водачи ви позволява да предавате светлина почти без загуба на хиляди километри, така че не би трябвало да е трудно да предавате светлина от осветените райони на луната чрез система от светлинни водачи до всяка подземна стая, превключващи концентратори и светлинни водачи, следващи движението на слънцето по лунното небе.

На първите етапи от изграждането на лунна колония Земята може да бъде донор на ресурсите, необходими за подреждането на селищата. Но много ресурси в космоса ще бъдат по-лесни за извличане, отколкото за доставяне от Земята. Лунните базалти са наполовина съставени от метални оксиди – желязо, титан, магнезий, алуминий и т. н. В процеса на извличане на метали от базалти, добивани в мини и шахти, ще се получава кислород за различни нужди и силиций за светловоди. В космическото пространство е възможно да се прихващат комети, съдържащи до 80% воден лед, и да се осигури водоснабдяването на населените места от тези изобилни източници (годишно до 40 000 мини-комети, вариращи от 3 до 30 метра прелитат край Земята на не повече от 1,5 милиона км от нея).

Ние сме уверени, че през следващите три до пет десетилетия изследванията за създаването на селища на Луната ще доминират в обещаващите разработки на човечеството. Ако стане ясно, че на Луната могат да се създадат комфортни условия за човешки живот, тогава колонизацията на Луната в продължение на няколко века ще бъде пътят на земната цивилизация, за да се осигури нейното устойчиво развитие. Във всеки случай в Слънчевата система няма други тела, които са по-подходящи за това.

Може би нищо от това няма да се случи по съвсем различна причина. Изследването на космоса не е само да го изследваме. Изследването на космоса изисква създаването на ефективни транспортни маршрути между Земята и Луната. Ако такава магистрала не се появи, тогава космонавтиката няма да има бъдеще и човечеството ще бъде обречено да остане в пределите на родната си планета. Ракетната технология, която позволява изстрелването на научно оборудване в космоса, е скъпа технология, а всяко изстрелване на ракета също е огромно бреме за екологията на нашата планета. Ще ни трябва евтина и безопасна технология за изстрелване на полезен товар в космоса.

В този смисъл Луната представлява изключителен интерес за нас. Тъй като винаги е обърнат към Земята с една страна, от средата на полукълбото, обърната към Земята, можете да опънете кабел на космическия асансьор до нашата планета. Не се плашете от дължината му – 360 хиляди километра. С дебелина на кабела, която може да издържи на 5-тонна кабина, общото му тегло ще бъде около хиляда тона - всичко ще се побере в няколко минни самосвала BelAZ.

Материалът за кабела с необходимата якост вече е изобретен - това са въглеродни нанотръби. Просто трябва да се научите как да го направите без дефекти по цялата дължина на влакното. Разбира се, космическият асансьор трябва да се движи много по-бързо от земните си събратя и дори много по-бързо от високоскоростните влакове и самолети. За да направите това, кабелът на лунния асансьор трябва да бъде покрит със слой от свръхпроводник и след това кабината на асансьора може да се движи по него, без да докосва самия кабел. Тогава нищо няма да попречи на кабината да се движи с всякаква скорост. Ще бъде възможно да ускорите кабината наполовина и да я спрете наполовина. Ако в същото време се използва ускорението "1 g", което е обичайно на Земята, тогава цялото пътуване от Земята до Луната ще отнеме само 3,5 часа, а кабината ще може да прави три полета на ден. Физиците-теоретици твърдят, че свръхпроводимостта при стайна температура не е забранена от законите на природата и много институти и лаборатории по света работят върху нейното създаване. Може да изглеждаме оптимисти на някого, но според нас лунният асансьор може да стане реалност след половин век.

Тук разгледахме само няколко страни на огромния проблем с космическата колонизация. Анализът на ситуацията в Слънчевата система показва, че само Луната може да стане единственият приемлив обект на колонизация през следващите векове.

Въпреки че Луната е по-близо до Земята от всяко друго тяло в космоса, е наложително да разполагате със средства за достигане до нея, за да я колонизирате. Ако ги няма, тогава Луната ще остане недостижима като голямата земя за Робинзон, заседнал на малък остров. Ако човечеството разполагаше с много време и достатъчно ресурси, тогава няма съмнение, че би преодоляло всякакви трудности. Но има тревожни признаци за различно развитие на събитията.

Мащабните климатични промени пред очите ни променят условията на живот на хората на цялата планета, може в много близко бъдеще да ни принудят да насочим всичките си сили и ресурси към елементарно оцеляване в нови условия. Ако нивото на Световния океан се повиши, тогава ще е необходимо да се справим с прехвърлянето на градове и земеделски земи в незастроени и негодни за земеделие. Ако климатичните промени доведат до глобално охлаждане, тогава ще е необходимо да се реши проблемът не само с отоплението на жилища, но и с замръзване на полета и пасища. Всички тези проблеми могат да отнемат всички сили на човечеството и тогава може просто да не са достатъчни за изследване на космоса. И човечеството ще остане на родната си планета като на своя, но единственият обитаван остров в необятния космически океан.