Автор україномовного перекладу: Даниїл Бодюл.
Настав час і мені написати невеличку статтю. Одразу скажу – я не фізик, і до суперкомп’ютера допуску не маю. Тож квантових розрахунків тут не буде.
Дуже давно я натрапив на доволі цікаву ідею доволі відомого Базза Олдріна, де він представив циклічні траєкторії між Землею і Марсом, які тепер називають Aldrin Cycler. На сайті вже була стаття щодо цієї концепції.
Якщо коротко, то для подорожі на Марс і назад пропонується використати доволі комфортабельний апарат з гарним захистом, який циклічно відвідує то Землю, то Марс і водночас майже не потребує пального, а значить, може мати практично будь-яку масу. При цьому для доставлення людей до циклера пропонується використовувати набиті під зав’язку «таксі». Олдрін припустив, що це може істотно зменшити витрати на політ до Марса, оскільки потрібно лише один раз вивести циклер на потрібну траєкторію.
Після невеликої передмови перейдемо до суті цієї статті. Запропонований Олдріном концепт циклера хоча й гарний для свого часу, але на сьогодні тьмяніє на тлі StarShip Маска. І хоча StarShip великий і крутий, але ж ми вже не просто хочемо відправити експедицію з кількох людей, а плануємо переселити безліч людей на Червону планету. І тут уже навіть StarShip замалий. Так ось, чому б не використати ще більшу й крутішу станцію-циклер?
Після знайомства з ідеєю циклера, мені одразу ж спало на думку досить багато ідей того, який вигляд це творіння може мати в епоху StarShip. За своєю суттю станція-циклер може виглядати хоч як міні-циліндр О’Ніла, хоч як Kalpana One і навіть як сфера Бернала. І хоча подібні конструкції були б найефективнішими (в аспекті співвідношення об’єму до площі поверхні, а також маси захисних елементів), а також найміцнішими і, водночас, цілком реалістичними, я не був би собою, якби не розглянув найбільш придатний для реалізації та найгнучкіший варіант. Тож досить тягнути StarShip за крила – ось він, приблизний концепт моєї ідеї:
Технічний опис ідеї
Станція-циклер має модульну конструкцію і в зібраному стані – складається з 8 житлових модулів-блоків і центрального хаба. Центральний хаб має 24 метри в діаметрі (з урахуванням 2-метрового захисту). Там розміщене все необхідне обладнання для технічного функціювання самого циклера зокрема, комп’ютери, баки з паливом і повітрям, базова система рециркуляції, частина акумуляторів, гіродини тощо, а на кінцях – двигуни для корекції траєкторії та перехідні тунелі до транспортних кораблів (до ось того маленького StarShiр). Своєю чергою модулі, як я їх охрестив – блоки, мають габарити у 24 метри в діаметрі та приблизно 142 метри в довжину (з урахуванням захисту). Вони є самою квінтесенцією циклера – просторі житлові об’єми й все для необхідне для життєдіяльності: системи рециркуляції води й повітря, запасів рідини, ферми свіжої їжі, лабораторії, ліфти, а також акумулятори, сонячні панелі та радіатори.
Внутрішній об’єм одного блоку становить приблизно 39.410 кб. м (з урахуванням 0,5 м стінок і без урахування внутрішніх конструкцій) – усі блоки разом мають об’єм 315.280 кб. м (без урахування нежитлового хаба), що приблизно дорівнює об’єму 35 кораблів StarShiр (1100 кб. м) на один блок. Один «передній» блок несе на собі 2 сонячні панелі й 1 радіатор. Сонячні панелі ніби натягнуті між блоком і тонкою балкою. Радіатор, зі свого боку, може бути (на мою думку) будь-якої форми, але все ж таки, я переконаний, що така форма, як та, що я зобразив на рендері, зосереджує переважну частину площі й маси ближче до центру та агрегатів. Як уже, напевно, стало зрозуміло – станція-циклер в ідеалі повинна мати штучну гравітацію (ШГ), що, зі свого боку, обґрунтовує такі габарити станції й жорстко диктує розподіл маси, а також зонування блоків. Так ось, станція в діаметрі приблизно 300 метрів, має поверхову архітектуру і на ній утворюється ШГ в 1g на найбільшій відстані від центру, при близько 2,5 оборотах за хвилину – що для людини цілком прийнятно. Блоки і хаб так само мають зовнішній каркас для зменшення навантаження на силовий набір блоків і для монтажу великогабаритного захисту.
Усередині блоки розділені на кілька зон: у «найнижчій» частині розташовані житлові приміщення, громадські зони й т.д., далі розташовані спортзали та лабораторії, які, своєю чергою, можуть спеціалізуватися на загальних дослідженнях, вирощуванні штучного м’яса, або використовуватися як медпункт; приблизно в центрі блока розташовані ферми гідропоніки для вирощування свіжої їжі, а на найвищих поверхах розташовуються масивні агрегати життєзабезпечення, акумулятори, баки з водою, склади обладнання та багажу. Таким чином ми отримуємо максимальну ШГ для людей, середню ШГ для ферми і мінімальну «вагу» технічної частини, адже маса зосереджена ближче до центру, а відтак навантаження на конструкцію менше. Звісно, що дертися сходами такого хмарочоса нікого не потішить, тож на станції є система ліфтів. Також серйозною проблемою буде постійний перерозподіл маси на конструкції, що постійно крутиться, для компенсації чого, я пропоную створити систему противаг (наприклад, ліфтів) або гідравлічну систему з водою як робочим тілом (перерозподіл води між цистернами).
Ви, напевно, хотіли б запитати – навіщо ця штуковина в центрі? Взагалі в початковій ідеї цієї штуки не було і станція таким чином була трохи коротшою. Але потім, я чомусь вирішив, що непогано було б додати компенсатор/противагу гіроскопічному ефекту, щоб уповільнити поворот переднього краю за Сонцем і поворотів для виконання маневрів корекції траєкторії. Але коли я закінчив рендерити й увімкнув фізика, то зрозумів, що це якась маячня. А потім я згадав про пропозицію О’Ніла використовувати для повільного повороту слідом за Сонцем – дві станції (циліндри) з невеликою різницею у швидкості обертання. Тож усе ж таки, надалі розвиваючи подібний проєкт, цей тор можна використати як підшипник на кінцях ферми, що з’єднує дві подібні станції, який забезпечить постійну орієнтацію на Сонце і допоможе у здійсненні маневрів без повної зупинки обертання. Усе що треба буде зробити у версії v1.2 – це зменшити або взагалі перенести площі радіаторів на задні блоки. Заділ на майбутнє так би мовити. Як то кажуть – це не баг, а фіча!
//Тож просто зафіксуємо це і підемо далі.
З технічною частиною на цьому все
Чому все ж таки він кращий за флотилію StarShiр-ів? Ну нам як мінімум не потрібна ця флотилія. Після побудови і виходу на циклічну траєкторію, все, що потрібно для подорожі тисяч колоністів, – кілька StarShiрів-маршруток із людьми й ще кілька для багажу та поповнення розхідників. Оскільки станція відносно велика, то там набагато простіше організувати ферми й системи рециркуляції, а відтак не потрібно посилати флотилію припасів із флотилією людей. Своєю чергою куди складніше запхати ферму і систему рециркуляції у відносно невеликий об’єм StarShirа, і така система має бути на всіх із тисяч кораблів. Ще однією перевагою станції може стати надійний захист, який не треба постійно розганяти та потім загальмовувати. Так само великою проблемою в подорожі на Марс і назад буде замкнутий простір, якого в StarShiре все ж таки буде замало, а на станції об’єм, припустімо, що дорівнює сумарному об’єму цілої флотилії, буде одним суцільним простором. Створення ШГ на StarShіре хоча і в теорії можна реалізувати, але з купою АЛЕ та заморочок, і все одно це буде зовсім інший рівень у порівнянні з ШГ на станції. Ще однією перевагою станції перед флотилією буде її модульність – навіть у разі критичного виходу з ладу одного з блоків, це ще не кінець, бо люди спокійно зможуть перейти на інші. У разі некритичного виходу з ладу блоку (наприклад системи життєзабезпечення або акумуляторів), їх функції можуть виконувати інші блоки. На StarShiр такої розкоші не буде (або з дуже великими АЛЕ). До того ж найімовірніше, в один StarShip у середньому будуть садити 40-50 осіб для польоту на Марс (не надто оптимістично, але й не так песимістично, як 10-20), і як наслідок маємо приблизно 22-27,5 кб. м на особу*, і для перевезення 1000 осіб треба 20-25 StarShір. Своєю чергою, з тією самою щільністю на станції ця 1000 осіб забере 22.000-27.500 кб. м, що приблизно 1/2 або 2/3 об’єму одного блоку. І з огляду на об’єм добудованої станції в приблизно 315.280 кб. м, для нас це можливість переправляти за раз від 11.464 до 14.330 осіб, що становить приблизно 286,6 StarShiр. Натомість знадобиться лише 11,5-14,3 «маршруток» на вищезазначену кількість людей. Звісно, для комфорту можна збільшити об’єм на людину на самій станції, але тоді справедливо те саме зробити й на StarShiр (для математики). Адже ми ще плануємо мільйон людей на Марс переселити, що означає приблизно 20-25 тисяч StarShip/польотів (звісно, кількість самих космічних кораблів може бути будь-якою), або всього лише 1 тисяча польотів «маршруток» виробництва Маска. Як вам така економія грошей і часу?
Звісно, StarShiри з вантажами для Марса можуть продовжувати спокійно літати своїми максимально ефективними траєкторіями – вантажі не люди. До того ж у нас звільнилися надлишкові StarShip!
Як це все побудувати і як воно працюватиме?
На початку я зауважив, що це найбільш досяжний варіант – чому? Модульність і стандартизація. Завдяки цим двом речам можна значно спростити і здешевити не тільки розробку, а й будівництво цієї станції. Завдяки модульності, станція може вільно збільшувати свої можливості вслід за зростанням пасажиропотоку – одномоментні вкладення для отримання функціонального циклера відносно невеликі, порівнюючи із добудованою станцією або іншими варіантами (які потребують одномоментного будівництва). Блоки-модулі можуть будуватися і запускатися до циклера вже після запуску «ядра». Так само це дає змогу модифікувати/оновлювати вже запущений циклер – що, своєю чергою, може значно відстрочити технічне і моральне застарівання окремого циклера. Зі свого боку стандартизація дасть нам змогу пустити в серійне виробництво конструкції та спростити зведення окремих блоків. Елементи конструкції можуть бути цілими невеликими блоками (як, наприклад, збирають земні кораблі) або ж невеликими шматочками, ніби блоки LEGO (для складання корпусу, переборок, зовнішнього каркаса і захисту). Виготовляємо елементи на Землі або Місяці і завантажувати ними дешеві StarShір або в інший дешевий спосіб запускаємо на НОО (низька опорна орбіта), після чого збираємо пазл на орбіті. На мою думку, хорошими місцями для цього є ГПО (геоперехідна орбіта) і місячна орбіта. Перший варіант, ясна річ, для Землі й зрештою полегшить перехід циклера або блоку на циклічну траєкторію, бо найбільше енергії потрібно саме для переходу з НОО на ГПО, що спрощує вимоги до двигунів циклера (або розгінного блоку) і нам, відповідно, треба взяти менше палива. Другий варіант для Місяця – звідки простіше запускати StarShip, а крім того, на той час може з’явитися система безракетного запуску (наприклад, прискорювач мас). Також таким чином значно вигідніше отримувати дешевий матеріал для захисту – місячний реголіт, і далі легше вийти на сонячну орбіту. Так само цілком логічно, що подібну станцію-циклер не почнуть будувати з нуля, тому подібні конструкції будуть на НОО або в точках Лагранжа, тільки використовуватимуться як звичайні ОС, тобто це вже не буде штучна конструкція. Все це разом може істотно зменшити вартість виготовлення подібного циклера.
Профіль польоту подібної станції-циклера буде наступний: із Землі стартує StarShip (один або декілька) з 1000 пасажирів на борту; потім StarShip-маршрутка швидко заправляється на орбітальній АЗС, і в потрібний момент вмикає двигуни та переходить на траєкторію циклера; далі кілька діб зближення з циклером; після зближення, відбувається почергове стикування апаратів із циклером і перехід людей з тісної маршрутки на комфортабельну станцію. StarShip/-и своєю чергою продовжують автономний політ паралельним курсом. Після кількох місяців – пасажири пересідають у свої StarShipи-маршрутки, а там лишень скоригувати траєкторії та увійти в марсіанську атмосферу. Циклер відповідно продовжує політ, і тут настає момент, коли можна загальмувати обертання станції, зменшивши таким чином знос конструкції, а також отримати можливість здійснити низку коригувальних маневрів (у будь-якому положенні станції). Крім того, ця частина траєкторії – найзручніший момент, щоб пристикувати нові блоки або відстиковувати старі (наприклад, такі, що вийшли з ладу) і виконати будь-які тех. роботи на зовнішньому корпусі. Далі зближення з орбітою Марса і підбір нової групи пасажирів та політ до Землі (хоча це занадто довго) або політ в автоматичному режимі до наступної зустрічі із Землею. Так само добре б мати і другий циклер для швидкої подорожі на Землю, і там точно така сама схема, тільки навпаки.
Висновки
Звісно, представлений вище циклер не повинен бути унікальним у своєму класі, а навпаки, можна мати цілу мережу з десятка циклерів, які перевозять десятки, а то й сотні тисяч колоністів, туристів, дослідників і т.д.
Зрештою ми бачимо, що така ідея має не тільки право на життя, а й також може допомогти в реалізації амбітних планів SpaceX. Я не вважаю це проривом або святим граалем (навпаки), але, можливо, цю статтю прочитає майбутній Маск 2.0 і майбутнє, в якому не один лиш я прагну жити, стане трохи ближчим!
Ps: Рендери зроблені нашвидкуруч і мають виключно ілюстративний характер (так би мовити для встановлення візуальної відповідності).
*Без урахування внутрішніх переборок, ферм, систем життєзабезпечення й додаткового обладнання, бо я не знаю точних габаритів і розмірів того чи іншого обладнання, а згодом вони, найімовірніше, зміняться. І звичайно ж так простіше рахувати.
Посилання для глибшого вивчення
Документ NASA щодо штучної гравітації
Ще трохи про штучну гравітацію
Аналіз різних циклічних траєкторій
Переклад Бодюл Даниїл