Пришло и мое время написать небольшую статью. Сразу скажу – я не физик, и к суперкомпьютеру меня не пустили. Так что квантовых расчетов не будет.
Давным давно я наткнулся на довольно интересную идею небезызвестного Базза Олдрина использовать, предложенные им, циклические траектории между Землей и Марсом – названые в дальнейшем Aldrin Cycler. На сайте уже была статья об этой идее.
Если в двух словах, то для путешествия на Марс и обратно – предлагается использовать относительно комфортабельный аппарат с хорошей защитой, циклически посещающий то Землю, то Марс и при этом почти не требующий топлива, а значит обладать возможность иметь практически любую массу. При этом для доставки к циклеру людей, предлагается использовать тесные “такси”. Олдрин предположил, что это может существенно снизить стоимость полета на Марс, тк. требуется лишь один раз вывести циклер на нужную траекторию.
Теперь после небольшого предисловия приступим к сути данной статьи. Предложенный Олдрином концепт циклера хотя и хорош для своего времени, но на сегодняшний день он меркнет на фоне StarShipa Маска. И хотя StarShip большой и крутой, но мы ведь уже не просто хотим отправить экспедицию из нескольких человек, а планируем переселить множество людей на красную планету. И тут уже даже StarShip маловат. Так вот, почему бы не использовать еще большую и крутейшую станцию-циклер?
После знакомства с идеей циклера, мне тут же пришло довольно много идей того как сею творение может выглядеть в эпоху StarShipа. По своей сути станция-циклер может представлять из себя хоть мини цилиндр О’Нила, хоть Kalpana One и даже сферу Бернала. И хотя подобные конструкции были бы самыми эффективными (в плане соотношения объема к площади поверхности, а также к массе защиты), а также наиболее прочными, и при этом вполне реалистичными – но я был бы не я, если б не рассмотрел самый реализуемый и самый гибкий вариант. Так что хватит тянуть кота за хвост – вот он, примерный вид моей идеи:
Техническое описание идеи
Станция-циклер имеет модульную конструкцию и в завершенном состоянии – состоит из 8 жилых модулей-блоков и центрального хаба. Центральный хаб имеет 24 метра в диаметре (с учетом 2-х метровой защиты) и несет в себе всё необходимое оборудование для технического функционирования самого циклера – компьютеры, баки с топливом и воздухом, базовая система рециркуляции, часть аккумуляторов, гиродины и тд, а на торцах – двигатели для коррекции траектории и переходные туннели к транспортным кораблям (вон тому маленькому StarShipу). В свою очередь модули, как я их назвал – блоки, имеют габариты в 24 метра диаметра и примерно 142 метра длины (с учетом защиты). Несут в себе основной смысл циклера – просторные жилые объемы и всё для этого необходимое: системы рециркуляции воды и воздуха, запасы воды, фермы свежей еды, лаборатории, лифты, а также аккумуляторы, солнечные панели и радиаторы.
Внутренний объем одного блока составляет примерно 39.410 кб. м (с учетом 0,5 м стенок блока и без учета внутренних конструкций) – все блоки вместе имеют объем в 315.280 кб. м (без учета нежилого хаба), что примерно объем 35 StarShipов (1100 кб. м) на один блок. Один “лицевой” блок несет на себе 2 солнечных панели и 1 радиатор. Солнечные панели как-бы натянуты между блоком и тонкой балкой. Радиатор в свою очередь может быть (я думаю) любой формы, но всё же я считаю, подобная форма той что я изобразил на рендере – сосредотачивает большую часть площади и массы ближе к центру и агрегатам. Как уже наверное стало понятно – станция-циклер в идеале должна иметь искусственную силу тяжести (ИГ), что в свою очередь объясняет габариты станции и жестко диктует распределение массы, а также зонирование блока. Так вот, станция имеет в диаметре примерно 300 метров, имеет этажную архитектуру и обладает ИГ в 1g на максимальном удалении от центра, при примерно 2,5 оборотах в минуту – что для человека вполне приемлемо. Блоки и хаб так же имеют внешний каркас – для снижения нагрузки на оболочку блоков и для крепления тяжелой защиты.
Внутри блоки разделены на несколько зон: в самой “нижней” части расположены жилые помещения, общественные зоны и тд., далее расположены спортзалы и лаборатории – которые в свою очередь могут специализироваться на исследованиях, выращивании искусственного мяса, или использоваться в качестве медпункта; примерно в центре блока расположены фермы гидропоники для выращивания свежей еды; а на самых верхних этажах располагаются массивные агрегаты жизнеобеспечения, аккумуляторы, баки с водой, склады оборудования и багажа. Таким образом мы получаем максимальную ИГ для людей, среднюю ИГ для фермы и минимальный “вес” технической части – масса сосредоточена ближе к центру, что снижает нагрузку на конструкцию. Ясное дело что карабкаться по ступенькам небоскреба никому не понравится, так что на станции есть система лифтов. Также серьезной проблемой будет постоянное перераспределение массы на вращающейся конструкции, для компенсации которой я предлагаю использовать систему противовесов (например – лифтов) или гидравлическую систему с водой в качестве рабочего тела (перераспределение воды между цистернами).
Вы наверное задаетесь вопросом – зачем эта штуковина в центре? Вообще в первоначальной идее этой штуки не было и станция таким образом была немного короче. Но затем, я почему то решил, что будет неплохой идеей добавить компенсатор/противовес гироскопического эффекта – для медленного поворота лицевой стороны за Солнцем и поворотов для прожига маневров коррекции траектории. Но когда я закончил рендерить и включил физика, то понял что это какой-то бред. А затем я вспомнил про предложение О’Нила использовать для медленного поворота вслед за Солнцем – две станции (цилиндра) с небольшой разницей в скорости вращения. Так что всё же, в дальнейшем развитии подобного проекта, данный тор можно использовать в качестве подшипника на концах фермы соединяющих две подобные станции – что даст постоянную ориентацию на Солнце и помощь в совершении маневров без полной остановки вращения. Всё что надо будет сделать в версии v1.2 – это уменьшить или вообще перенести площади радиаторов на задние блоки. Задел на будущее так сказать. Как говорится – это не баг, а фича!
//Так что просто закомментируем это и пойдем дальше.
С технической частью на этом все
Почему всё же это лучше флотилии StarShipов? Ну нам как минимум не нужна эта флотилия. После постройки и выхода на циклическую траекторию, всё что требуется для путешествия тысяч колонистов – несколько StarShipов-маршруток с людьми и еще несколько для багажа и пополнения расходников. Тк. станция относительно большая, то там намного проще организовать фермы и системы рециркуляции – благодаря чему не будет необходимости посылать с флотилией людей, флотилию припасов. В свою очередь куда сложнее запихнуть ферму и систему рециркуляции в относительно небольшой объем StarShipа, и такая система должна быть на всех из тысяч кораблей. Еще одним преимуществом станции является наличие надежной защиты – которую не надо постоянно разгонять и тормозить. Так же большой проблемой в путешествии на Марс и обратно будет замкнутое пространство, которого в StarShipе всё же будет мало, а на станции объем даже с, допустим, равным суммарному флотилии – будет одним цельным объемом. Создание ИГ на StarShipе хотя и в теории реализуемо, но с кучей НО и заморочек – и всё равно это будет ни в какое сравнение с ИГ на станции. Еще одним преимуществом станции перед флотилией будет ее модульность – даже в случае критического выхода из строя одного из блоков целиком – это не будет концом, тк. люди спокойно смогут распределиться по остальным блокам. В случае некритического выхода из строя блока (например системы жизнеобеспечения или аккумуляторов) – нагрузку могут принять на себя остальные блоки. У StarShipов такой роскоши нет (или с очень большими НО). Так же скорее всего в один StarShip в среднем будет помещаться 40-50 человек на полет к Марсу (не слишком оптимистично, но и не так пессимистично как 10-20), и в результате получаем примерно 22-27,5 кб. м на человека*, и для транспортировки 1000 человек нужно 20-25 StarShipов. В свою очередь с той же плотностью на станции эта 1000 человек займет 22.000-27.500 кб. м – что примерно 1/2 или 2/3 объема одного блока. И учитывая объем завершенной станции в примерно 315.280 кб. м – это возможность транспортировать за раз от 11.464 до 14.330 человек, что соответствует примерно 286,6 StarShipам. А так потребуется только 11,5-14,3 маршруток на то же количество людей. Конечно можно увеличить объем на человека на станции, для комфорта, но тогда справедливо тоже самое сделать и для StarShipа (для математики). Мы ведь еще планируем млн. человек на Марс переселить, что дает примерно 20-25 тысяч StarShip/полетов (конечно число самих StarShipов может быть любым), или всего около 1 тысячи полетов StarShip-маршруток. Согласитесь – хорошая экономия денег и времени?
Конечно StarShipы с грузами для Марса могут продолжать спокойно летать своими максимально эффективными траекториями – грузы не люди. К тому же у нас освободились лишние StarShipы!
Как это всё построить и как будет работать?
В начале я заметил, что это самый реализуемый вариант – почему? Модульность и стандартизация. Эти две вещи позволяют значительно упростить и удешевить не только разработку, но и постройку данной станции. Благодаря модульности, станция может гибко увеличивать свои возможности вслед за ростом пассажиропотока – одномоментные вложения для получения функционального циклера относительно небольшие по сравнению с завершенной станцией или другими вариантами (требующие строительства за раз). Блоки-модули могут строится и запускаться к циклеру уже после запуска “ядра”. Так же это позволяет модифицировать/обновлять уже запущенный циклер – что в свою очередь может значительно отсрочить техническое и моральное устаревание отдельного циклера. В свою очередь стандартизация позволит нам пустить в серийное производство конструкционные элементы и упростить строительство отдельных блоков. Элементы конструкции могут представлять из себя как целые мини-блоки (как например собирают земные корабли), так и небольшие кусочки – одинаковые блоки-LEGO (для создания оболочки, переборок, внешнего каркаса и защиты). Производить элементы на Земле или Луне и загружать ими дешевые StarShipы или другим дешевым способом запускать на НОО (низкая опорная орбита), после чего собирать пазл на орбите. Я считаю хорошими местами для этого — ГПО (геопереходная орбита) и лунную орбиту. Первый вариант ясное дело для Земли и поможет в конечном счете для перехода циклера или блока на циклическую траекторию, тк. больше всего энергии требуется именно для перехода с НОО на ГПО – что упрощает задачу двигателям циклера (или разгонному блоку) и требует взять меньше топлива с собой. Второй вариант для Луны – откуда проще запускать StarShipы, а также к тому времени может появиться система безракетного запуска (например ускоритель масс). Также так куда выгоднее доставлять дешевый материал для защиты – лунный реголит, и в дальнейшем проще выйти на солнечную орбиту. Так же вполне логично, что подобную станцию-циклер не начнут строить с бухты барахты, и будут подобные конструкции на НОО или в точках Лагранжа, только использоваться как обычные ОС – то бишь это уже не будет штучный продукт. Что вкупе может существенно снизить стоимость создания подобного циклера.
Профиль полета подобной станции-циклера будет следующий: с Земли стартует StarShip/-ы с 1000 человек на борту; затем StarShip-маршрутка быстро заправляется на орбитальной АЗС; и в нужный момент совершает/-ют прожег, выходя на траекторию циклера; далее пару суток сближения с циклером; после сближения, происходит поочередная стыковка StarShipов с циклером и переходом людей с тесной маршрутки в комфортабельную станцию. StarShip/-ы в свою очередь продолжают автономный полет параллельным курсом. После нескольких месяцев – пассажиры пересаживаются в свои StarShipы-маршрутки, а там только корректировка траектории и вход в марсианскую атмосферу. Циклер в свою очередь продолжает свой полет, и тут наступает момент когда можно затормозить вращение станции, снизив тем самым износ конструкции, а также получить возможность совершить ряд корректирующих маневров (в любом положении станции). Так же – это часть траектории, когда удобнее всего пристыковывать новые блоки или отстыковывать старые (например вышедшие из строя) и производить любые тех. работы на внешнем корпусе. Далее сближение с орбитой Марса и подбор новой группы пассажиров и полет до Земли (хотя это слишком долго) или полет в автоматическом режиме до следующей встречи с Землей. Так же хорошо бы иметь и второй циклер для быстрого путешествия на Землю, но там точно такая же схема, только наоборот.
Итог
Конечно же представленный выше циклер не обязан быть единственным в своем роде, а напротив можно иметь целую сеть из десятка циклеров перевозящих десятки, если не сотни тысяч колонистов, туристов, исследователей и тд.
В результате мы видим, что у подобной идеи есть не только право на жизнь, но и также она может помочь в реализации амбициозных планов SpaceX. Я не считаю это прорывом или святым граалем (напротив), но возможно эту статью прочитает будущий Маск 2.0 и будущее, в котором не только я хочу жить – станет немного ближе!
Ps: Рендеры деланы на скорую руку и носят исключительно пояснительный характер (так сказать для взаимопонимания).
*Без учета внутренних переборок, ферм, систем жизнеобеспечения и доп. оборудования, тк. я не знаю точных габаритов и размеров того или иного оборудования и со временем они скорее всего изменятся. И конечно же так проще считать.
Ссылки для более глубокого изучения
Документ NASA об искусственной гравитации