Большие помещения или маленькие? Решение противоречия городов будущего.
Недавние события и их продолжение напомнили мне об одном интересном феномене, уже замеченом ранее. Обычно, когда речь заходит о градостроительстве при коммунизме, перед обывателем встают образы тесного и неудобного жилья, грязных улиц, хрущёвок, коммуналок, общежитий, бараков и.т.п. ужасов прошлого. Но когда коммунисты предлагают норму площади не менее 200 квадратных метров на каждого человека (что эквивалентно десятикомнатной квартире с комнатами размером 4 на 5 метров), да ещё и в таком городе, где нету ни автомобильных пробок, ни смога, ни необходимости метаться между работой, домом и торговым центром, то их - сюрприз-сюрприз - начинают ругать ещё сильнее ;) Если за тесные квартиры им кидают обвинения в том, что они хотят загнать народ в казарму, то за просторные их обвиняют в разбазаривании площадей и ресурсов, и в буржуазном уклоне ;) Всё это лишь показывает, насколько глубоко засел в умах нынешних людей образ современного города со всеми его "прелестями": в качестве улучшенной среды обитания они видят всё тот же город с загородными дворцами и посёлками, только чище прибраннный и красивее наряженный. Каким-нибудь либертарианцам или анархистам ещё хватает фантазии на сильно продвинутую ферму - на личном тропическом острове с геодезическим куполом, универсальным фабрикатором всего на свете в сарае и термоядерным реактором в подвале, но и только.
Однако, в споре о том, что лучше - просторное жильё или компактное - содержится указание на важное противоречие, требующее разрешения. Собственно, тот самый пост и комментарии к нему некогда и натолкнули меня на мысль раскопать старые эскизы в тетрадках, что в итоге вылилось в публикацию концепта "Циклонный Город". Противоречие же в следующем.
С одной стороны, для проживания человека и для строительства просторное жильё лучше, чем тесное. Согласно закону куба-квадрата, при увеличении линейных размеров помещения в N раз его объём увеличивается в N кубе раз, а площади ограничивающих поверхностей - стен, пола и потолка - только в N в квадрате, то есть площадь поверхностей растёт в N раз медленнее, чем объём. Из этого вытекают важные следствия. Для того, чтобы ограничить одну единицу объёма (например, кубометр) в большом помещени требуется меньше строительных материалов, чем в маленьком. Так как обмен помещения со средой теплом и звуками происходит через ограничивающие поверхности, то чем больше помещение, тем лучше его теплоизоляция и звукоизоляция. Это особенно важно в очень холодном или в очень жарком климате, а также там, где очень шумно. Наконец, в просторном помещении человек лучше себя чувствует, ему меньше угрожают плесень и сырость, поскольку заводятся они на стенках, а чем больше помещение, тем дальше стенки от людей.
С другой же стороны, сам по себе большой объём помещения бесполезен для человеческой деятельности, поскольку то, что для неё нужно, располагается, как правило, на полах, потолках и стенках, а подвешивать себя и предметы прямо в воздухе люди пока не очень-то умеют. Поэтому большой объём приходится разделять на множество мелких, устраивая внутри него этажи и комнаты, и тем самым сводя на нет указаные выше преимущества просторных помещений. Далее, хотя относительные затраты материала на каждую единицу объёма падают, общие затраты на большое помещение всё же больше, так как больше объём. К тому же, традиционные конструкции при росте размеров требуют увеличения толщины стен и прекрытий, чтобы выдержать собственнный вес. Наконец, хоть термоизоляция в большом помещении и лучше, в холодном климате этот самый изолированный объём воздуха надо сперва как следует натопить, на что в большом помещении уйдёт больше топлива и времени.
Способы преодолеть указанные недостатки известны. Одно предлагаемое решение - автоматическое строительство из расплавленного камня (которого полным-полно и который прочнее и долговечнее любого бетона), использование геотермального и промышленного тепла для обогрева, индивидуальная разгородка просторного жилья самими жильцами на желаемые помещения по своему вкусу и потребностям. Второе решение, которое не исключает, а дополняет первое - это геодезическая сфера, ставшая хоть сколь-нибудь известной и применяемой на практике благодаря трудам Ричарда Фуллера. Замечу, что Фуллер положил жизнь на то, чтобы снабдить человечество удобными, доступными, быстро возводимыми и долговечными домами, не требующими больших усилий на своё содержание, призванными освободить людей от рутины и помочь творить. "Благодарное" же человечество в ответ установило на них конский ценник, обвинило в том, что дома не вписываются в архитектуру пригородов, не соответствуют строительным стандартам безопасности (придуманным давным-давно для домов традиционной конструкции), что они протекают, их сложно рассчитывать, и вообще - стройматериалы треугольного сечения промышленность не выпускает, из-за чего получается много отходов при переделке прямоугольных заготовок в треугольные ;) Короче говоря, нашло достаточно причин, чтобы конструкция, разработанная для решения жилищной проблемы, применялась только в аттракционах, военной и космической сферах.
Обе конструкции замечательны, и несомненно, их ждёт триумф в не самом отдалённом будущем, когда люди так или иначе будут вынуждены либо преодолеть предубеждения и поумнеть, либо окончить свои дни более или менее незавидным способом. Однако в этих конструкциях имеется ещё некоторая недоработка по первому из перечисленных недостатков больших помещений: для практического использования их приходится разгораживать на этажи и комнаты, тем самым в значительной степени лишая преимуществ перед помещениями маленькими. Это противоречие особенно остро в случае циклонных городов: их жилая часть состоит не просто из геодезических сфер, а из тепловых аэростатов в форме геодезических сфер ("Cloud Nine"), и одновременно башни из таких аэростатов являются частями огромного ветряка, вращаемого штормовыми ветрами, дующими от периферии к центру тропического циклона. В этом случае большой объём (а как следствие - и жилая площадь) на каждого человека - не просто результат желания улучшить условия жизни людей, а суровая необходимость, связанная с обеспечением подъёмной силы теплового аэростата и максимальной эффективности ветряка в штормовом ветре. Разгородишь такую геодезическую сферу потолками и стенами - прощай объём подъёмного газа и здравствуй лишний вес. Сфера летает хуже, ветряк вертится медленнее, ветровые нагрузки на него больше, увеличивая опасность разрушения (вращение города - это как раз способ разрешить проблему колоссальной ветровой нагрузки на большое здание: оно уступает ветру и движется с ним, вместо того, чтобы сопротивляться, выдерживая его давление в полной мере). Получается, что большое помещение нужно и разделять, и не разделять. Противоречие. Как быть? Очевидно, что людей и предметы нужно неким образом подвесить в трёх измерениях внутри большого помещения, так, чтобы при этом на систему подвешивания затрачивался как можно меньший объём и вес, и она была как можно менее заметной.
Поначалу, ещё задолго до публикаций по циклонным городам, возникла мысль использовать для этого тонкие прозрачные перегородки из прочного пластика, стекла или металла. То есть, помещение размером, например, со спортзал, разделяется на два-три этажа по высоте и на пять-шесть комнат в длину и ширину. При этом вся мебель, стоящая обычно на полу - столы, стулья, кровати и.т.п заменяется на выштамповки в прозрачном полу, на боковых поверхностях которых делаются отверстия. Это позволяет уменьшить вес, который придётся выдержать перегородкам, и объединить объём воздуха всех получившихся комнат в единое целое. Человеку внутри такого помещения показалось бы, что содержимое нескольких десятков комнат словно висит в воздухе в трёх измерениях, при этом благодаря прозрачности перегородок и общему воздушному объёму простор большого помещения практически не теряется. Однако неопределённость с тем, как это реализовать и что делать с приватностью привели к тому, что концепт был на время отложен.
Затем, уже после того, как началась более подробная проработка циклонных городов, я принялся изучать творчество Фуллера, и наткнулся на любопытный трактат, в котором описывались ключевые особенности конструкций "Баки". Среди всего прочего оказалось, что в его ранних (до геодезических сфер) проектах домов не только использовалось одно большое помещение, разделяемое мебелью и подвижными перегородками на комнаты требуемого объёма самими жильцами, но также и полы в виде... натянутой металлической сетки. Такой пол был лёгким и прочным, работал на растяжение, а не на сжатие (а металлы как раз лучше выдерживают растяжение, чем сжатие, на чём основаны конструкции, например, подвесных мостов), требовал мало материала на изготовление и, наконец, служил амортизатором: падать на него или ронять что-либо хрупкое было безопаснее, чем на обычный твёрдый пол. Дальнейшее исследование вывело на сайт дизайнера по имени Tomas Saraceno. Этот гражданин также увлечён идеями летающих городов-аэростатов ("Cloud City") из космических материалов вроде аэрогеля и освоением человечеством трёх измерений, а не одной только земной поверхности. Среди выложеного на сайте нашлось и развитие идеи Фуллера с сетчатыми полами. Увидев это, я сразу вспомнил старую затею с прозрачными перегородками в большом помещении: "Да вот же оно! Вот чем надо делить на этажи и комнаты - натянутыми сетками, а не прозрачными плоскостями!"
И действительно: сетки лёгкие и прочные, устойчивые к повреждениям, их легко чинить. Они почти прозрачные (особенно если подобрать прозрачный материал) и не разделяют объём воздуха в большом помещении на части, занимают мало места, их легко снимать и монтировать, легко пронести через здание в свёрнутом виде, если понадобится ремонт или перепланировка. Они работают на растяжение, укрепляя здание изнутри и действуют как амортизаторы. Это особенно важно для устойчивости зданий к сейсмическим колебаниям и ударным волнам от взрывов: обычные полы и стены норовят развалиться и придавить жильцов, а те, падая на твёрдые полы, или будучи отброшенными на стены, рискуют разбиться. В случае с сетками им такое не грозит, пока целы наиболее прочные - наружные - стены и перекрытия. Кстати, военные бункеры так и строятся - обитаемая часть подвешивается на амортизаторах внутри укреплённой коробки. Сетки могут служить основой для растительности - например, лиан и лоз, вроде плюща и винограда. Наконец, пыль и грязь на сетках не скапливаются, проваливаясь сквозь ячейки вниз, а то немногое, что на них налипло, будет стряхиваться под действием колебаний от движений людей.
Использование сеток в качестве строительного элемента среды обитания людей насчитывает века, правда, не в конструкциях зданий, а на парусном флоте: на мачты больших парусников взбирались и взбираются по вантам, а сегодня сетчатые палубы используются на парусных катамаранах и тримаранах. Военные их тоже оценили, накрывая технику и полевые укрепления маскировочными сетями. Гамаки использовались на кораблях в качестве устойчивых к качке кроватей. Сегодня вместе с шезлонгами и плетёными креслами они используются в качестве мебели для отдыха - однако в здании, внутренняя часть которого сформирована сетками, им самое место в качестве замены традиционной мебели.
Дальнейшие рассуждения привели к мысли о том, что стоит активнее использовать свойство сетчатого пола Фуллера амортизировать - следует применить не просто сетки, а батуты, натянутые на лёгкую пространственную ферму, заполняющую большое помещение изнутри. Как пишут, батут - это не только развлечение, но также великолепный тренажёр и средство общего оздоровления организма. Их уже давно используют для тренировки военных лётчиков и космонавтов, а также и в фитнесс-центрах. Тем самым, можно совершить революцию в физкультуре: больше не надо идти в спортзал или устанавливать дома отдельный тренажёр и выделять время для занятий на нём, чтобы поддерживать себя в хорошей физической форме. Тем более не надо отстёгивать за всё это капиталистам и нанятым ими тренерам ;) Достаточно перемещаться по зданию. И при этом тренировка идёт не какая-нибудь, а такая, что применяют для покорителей космоса. Дети, вырастающие в такой "батутной" обстановке, считай, с младых лет готовятся стать лётчиками, гидронавтами и космонавтами, развивая координацию и мускулатуру в режиме, близком к 24/7/365, вместо того, чтобы изображать прыжки на батутах c пушкой наперевес в виртуальном мирке какого-нибудь "Quake 3: Arena", зарабатывая слепоту, сколиоз, тоннельный синдром и геморрой ;)
Батуты наподобие профессиональных спортивных могут использоваться в качестве альтернативы (но не полной замены!) лестницам и лифтам для подъёма с этажа на этаж. Можно оценить высоту прыжков, достигаемую на специальном спортивном батуте, по этому видео:
Как видно, даже без акробатических трюков запросто можно запрыгнуть с этажа на этаж. Впрочем, полностью вытеснить лестницы и лифты батуты не смогут, да это и не нужно. Понадобятся и лифты, и лестницы, и что-нибудь вроде канатов и пожарных столбов для быстрого спуска с этажа на этаж. Кроме того, у батутов есть и противопоказания - ими нежелательно пользоваться при некоторых заболеваниях и беременным. Сидя в инвалидной коляске или будучи тяжело раненным, на них тоже не попрыгаешь. Поэтому обстановка медицинских центров и родильных домов, очевидно, требует альтернативных решений.
Батут можно и усовершенствовать. Например, миниатюризация электроники и развитие материалов может позволить встроить в сетку и в балки ферм различные кабели и шланги, обогреватели и холодильники, электронику, ионизаторы воздуха, осветительные приборы, системы пожарной безопасности, регуляторы состава воздуха и системы климат-контроля. Уже сегодня можно превратить батут в линейный генератор электроэнергии, работающий от человеческой двигательной активности. Например, так. Концы растяжек, которыми сетка крепится к амортизаторам, совершают возвратно-поступательные движения. Можно между концом растяжки и амортизатором закрепить постоянный магнит внутри соленоида - тогда при колебаниях сетки магнит будет двигаться вперёд-назад внутри соленоида, вызывая в нём электрический ток.
Понятно, что такой сетчатый интерьер потребует значительного изменения быта людей. Например, все предметы, которыми они пользуются, должны изготавливаться таких размеров и формы, чтобы не провалиться сквозь стандартизированные ячейки сетчатых полов. Предметы также могут закрепляться с помощью шнуров, проводов, цепочек и шлангов, подобно медицинскому оборудованию, например, у стоматологов. Все предметы для работы с жидкими, сыпучими и.т.п. нетвёрдыми веществами должны быть устроены так, чтобы свести к минимуму риск проливания или просыпания содержимого. Приём пищи может осуществляться не с привычной посуды ложками и вилками, а из тюбиков, или даже ещё лучше - из шлангов кухонной аппаратуры для приготовления еды, или централизированной сети. Тут есть чему поучиться у космонавтов, особенно в циклонном городе, который, как заметил уважаемый velikotvorwik, есть промежуточное звено между городами наземными и городами летающими (и далее - космическими). Вместо привычной мебели будет использоваться различная подвесная из сеток, вроде гамаков и шезлонгов, и надувная. Последнюю использовал уже Фуллер в своих проектах домов. Причём в его домах климат-контроль позволял обходиться без одеял вообще - укрываться было не нужно, соответственно, ещё несколько кило лишнего веса с сетки долой. Конечно, в сетчатый интерьер придётся встраивать и крупные "несетчатые" объекты - например, подвешивать санузлы. Но тот же Фуллер давно уже показал, как в маленькой и лёгкой кабинке разместить удобный и полноценный санузел без громоздкой канализации с её запахами и грязной водой. Он же придумал заменить душ на "туманомёт": распыляющая воду в аэрозоль форсунка позволяет человеку полностью помыться стаканом воды не хуже, чем в обычной душевой кабине!
Чтобы лучше стало понятно, о чём идёт речь, я соорудил такой вот очень простенький эскиз:
Высота манекена - 1.8 метров, длина всех штанг, формирующих несущую ферму - 2.5 метров, поперечник одной комнаты, соответственно, равен пяти метрам. Вместо всяческих занимающих лишнее место коридоров все комнаты открываются на центральный усиленный батут, с помощью которого можно как перейти из одной комнаты на другую, так и запрыгнуть на этаж выше, где можно расположить ещё шесть комнат с проходами наружу. Такими жилищами о двенадцати комнатах можно без зазоров (благодаря способности правильного шестиугольника полностью замостить плоскость) застроить внутренний объём из основных крупногабаритных помещений города-здания, в том числе и заполнить всю нижнюю половину каждой геодезической сферы циклонного города (в верхних половинах собирается наиболее горячий влажный воздух, который и поднимает сферу).
Однако шестиугольные либо прямоугольные призмы хоть и более-менее привычны взгляду и удобны в рассчётах, тем не менее могут быть не лучшим решением. Причина в том, что прямоугольники и шестиугольники - фигуры не жёсткие, без укрепления углов они не сохраняют форму под нагрузкой. Есть решение получше и поближе к космосу, хотя оно выглядит непривычно и посложнее в рассчётах. Это так называемая "октетная ферма" ("octet truss"). Она состоит из правильных многогранников (Платоновых тел) двух видов, с одинаковой длиной рёбер - тетраэдров и октаэдров. Такой фермой можно полностью заполнить объём без зазоров, так же, как и кубами и шестиугольными призмами. Но треугольники и тетраэдры - жёсткие фигуры, им не требуются дополнительные распорки и усиления конструкции, чтобы противостоять нагрузкам, в какую бы сторону те не были направлены. Поэтому октетная ферма соединяет в себе большую прочность и малый вес. В упомянутом уже трактате утверждается, что метровая октетная ферма, собранная из клея, ниток и зубочисток при весе в 57 грамм может выдержать нагрузку из кирпичей общим весом в 16 килограмм. Неудивительно, что такие фермы используются в космических конструкциях. Фуллер также использовал октетную ферму в сочетании с геодезической сферой - в 1951 году он вместе со студентами соорудил макет автоматической фабрики по переработке хлопка, где внутреннее пространство геодезического купола разделялось на этажи с помощью перекрытий из октетных ферм.
Внутрь октаэдра легко вписывается куб. Можно вписать его и внутрь непосредственно фермы, а не отдельных октаэдров в её составе. На следующей картинке - возможный вариант, как кубические сетчатые жилые объёмы могут быть вписаны внутрь несущей октетной фермы:
Здесь каждый куб - это сетчатое жилище минимум из двух-трёх этажей (т.е. длина ребра 6-10 метров и более), подвешенное внутри отдельной октаэдрической ячейки. В промежутках между ними можно поместить и переходы, и транспортную сеть, и коммуникации. Сами балки фермы тоже могут быть выполнены в виде октетных ферм, делая всю конструкцию ещё легче и прочнее.
Как это не покажется странным, но циклонный город с сетчатым интерьером тоже может быть выполнен из... базальта ;) Дело в том, что из него уже научились выпускать волокно, которое по своим свойствам может поспорить с углепластиками, применяемыми в конструкциях самых современных автомобилей и самолётов. А поскольку циклонные города будут возводиться вокруг активных вулканов, в мире победивших методов добычи лавы и использования петрургии в строительных целях, то его применение напрашивается само собой. Но есть у него ещё одно свойство, которое представляется весьма важным. Это волокно пористое и очень легко пропускает пар, благодаря чему практически не отсыревает. Почему это важно? Потому что башни из геодезических сфер, заполненные сетчатыми жилищами и оранжереями, располагаются под полосами дождя вокруг "стены глаза циклона", и работают, по сути, как огромные испарительные установки. По ним влажный тёплый воздух от нагретого океана, человеческих тел и растений поднимается наверх и, успев поработать подъёмным газом в верхних половинах геодезических сфер, выбрасывается наверх, поддерживая полосы дождевых облаков циклона. Из них обратно башни получают дождевую воду, смешанную со взвесью минералов из вулкана и атмосферное электричество. Понятно, что для поддержания комфортных условий в нижних, жилых частях геодезических сфер и для работы всей системы испарения-конденсации нужно всячески способствовать тому, чтобы влага из воздуха свободно проходила мимо жилищ, нигде не скапливаясь. Тут-то и помогут базальтовые волокна с их паропроводностью.
Вообще же, теоретически, у достаточно большой геодезической сферы стенки могут быть выполнены хоть из базальтовой плитки, хоть из свинца: благодаря действию закона куба-квадрата, у такой сферы объём стенки ничтожно мал относительно объёма газа внутри, поэтому даже если стенка будет выполнена из очень плотного материала, то подогретый газ всё равно сможет её поднять. Именно это теоретическое соображение, выдвинутое кем-то когда-то обозначает название группы "Led Zeppelin" ("Свинцовый Дирижабль") ;) Это же соображение лежит в основе проектов вакуумных и космических дирижаблей - при достаточно большом объёме баллона его оболочку можно сделать из плотного материала, выдерживающего большие нагрузки и температуру.
Также, как выяснилось, для теплового аэростата низкая температура наружного воздуха важнее высокой у воздуха внутри баллона: понижение температуры атмосферного воздуха на N градусов увеличивает подъёмную силу аэростата больше, чем нагрев на те же N градусов воздуха внутри оболочки. Вот почему холодный сухой климат для аэронавтики предпочтительнее влажного и жаркого. И - какое счастье - в циклоне полосы дождя разделены полосами холодного сухого воздуха, то есть башни циклонного города с нагретым влажным воздухом могут быть окружены сухим и холодным - то что надо для подъёмной силы!
В заключении, о приватности и подглядывании. Понятно, что в городе с прозрачными проницаемыми стенками, полами и потолками с ней дела обстоят не так как сегодня, в городах с квартирами-камерами. Хотя в нынешнем капиталистическом мире приватность давно уже стала весьма размытой. Правительства прослушивают телефонные переговоры и просматривают переписку своих граждан, всюду раставляют камеры наблюдения и охранников, запускают беспилотные летательные аппараты и спутники для наблюдения за большими териториями, собирают и всячески поощрают донесения граждан о соседях. Граждане не отстают, выкладывая в социальные сети чуть ли не полное досье о себе и отчёты о ежедневной деятельности, ставят всюду видеорегистраторы, балуются с радиоуправляемыми дронами, несущими видеокамеры, собирают и разносят сплетни, стучат на соседей стражам порядка. Рыночные фундаменталисты требуют ото всех полной прозрачности в финансовых делах. Стоит человеку стать хоть немного известным, как к нему тут же начинают ломиться представители СМИ. Обнажённая женская и мужская натура давно уже никого не шокирует, хотя ещё несколько десятилетий назад это было не так. "Дом 2" до сих пор не прикрыли ;) Словом, уже сегодня замена кирпичной стенки на сетку уже не выглядит чем-то таким, из-за чего обрушатся небеса ;)
Но это нынешнее, капиталистическое общество и Первое Человечество. А вот про светлое коммунистическое будущее напоминаю: во Втором Человечестве на каждого мужчину - истинного перца, смело штурмующего интеллектуальные и пространственные высоты и глубины - приходится целый взвод любящих его женщин и множество потомков. Одежду там принято носить такую, которая удобна и уместна в лаборатории, КБ, на совещании по планированию, в гимнастическом зале или в центре подготовки космонавтов и гидронавтов. В таком обществе едва ли кто-то будет против того, чтобы его брат, товарищ и любящий человек на него посмотрел. Кому понадобится приватность - использует занавески на сетках или ставит внутри сетчатого помещения палатку, ну или навещает заповедник на временно позаимствованном вездеходе-амфибии. А мини-юбки и платья выйдут из моды, просто за ненадобностью ;)
Однако, в споре о том, что лучше - просторное жильё или компактное - содержится указание на важное противоречие, требующее разрешения. Собственно, тот самый пост и комментарии к нему некогда и натолкнули меня на мысль раскопать старые эскизы в тетрадках, что в итоге вылилось в публикацию концепта "Циклонный Город". Противоречие же в следующем.
С одной стороны, для проживания человека и для строительства просторное жильё лучше, чем тесное. Согласно закону куба-квадрата, при увеличении линейных размеров помещения в N раз его объём увеличивается в N кубе раз, а площади ограничивающих поверхностей - стен, пола и потолка - только в N в квадрате, то есть площадь поверхностей растёт в N раз медленнее, чем объём. Из этого вытекают важные следствия. Для того, чтобы ограничить одну единицу объёма (например, кубометр) в большом помещени требуется меньше строительных материалов, чем в маленьком. Так как обмен помещения со средой теплом и звуками происходит через ограничивающие поверхности, то чем больше помещение, тем лучше его теплоизоляция и звукоизоляция. Это особенно важно в очень холодном или в очень жарком климате, а также там, где очень шумно. Наконец, в просторном помещении человек лучше себя чувствует, ему меньше угрожают плесень и сырость, поскольку заводятся они на стенках, а чем больше помещение, тем дальше стенки от людей.
С другой же стороны, сам по себе большой объём помещения бесполезен для человеческой деятельности, поскольку то, что для неё нужно, располагается, как правило, на полах, потолках и стенках, а подвешивать себя и предметы прямо в воздухе люди пока не очень-то умеют. Поэтому большой объём приходится разделять на множество мелких, устраивая внутри него этажи и комнаты, и тем самым сводя на нет указаные выше преимущества просторных помещений. Далее, хотя относительные затраты материала на каждую единицу объёма падают, общие затраты на большое помещение всё же больше, так как больше объём. К тому же, традиционные конструкции при росте размеров требуют увеличения толщины стен и прекрытий, чтобы выдержать собственнный вес. Наконец, хоть термоизоляция в большом помещении и лучше, в холодном климате этот самый изолированный объём воздуха надо сперва как следует натопить, на что в большом помещении уйдёт больше топлива и времени.
Способы преодолеть указанные недостатки известны. Одно предлагаемое решение - автоматическое строительство из расплавленного камня (которого полным-полно и который прочнее и долговечнее любого бетона), использование геотермального и промышленного тепла для обогрева, индивидуальная разгородка просторного жилья самими жильцами на желаемые помещения по своему вкусу и потребностям. Второе решение, которое не исключает, а дополняет первое - это геодезическая сфера, ставшая хоть сколь-нибудь известной и применяемой на практике благодаря трудам Ричарда Фуллера. Замечу, что Фуллер положил жизнь на то, чтобы снабдить человечество удобными, доступными, быстро возводимыми и долговечными домами, не требующими больших усилий на своё содержание, призванными освободить людей от рутины и помочь творить. "Благодарное" же человечество в ответ установило на них конский ценник, обвинило в том, что дома не вписываются в архитектуру пригородов, не соответствуют строительным стандартам безопасности (придуманным давным-давно для домов традиционной конструкции), что они протекают, их сложно рассчитывать, и вообще - стройматериалы треугольного сечения промышленность не выпускает, из-за чего получается много отходов при переделке прямоугольных заготовок в треугольные ;) Короче говоря, нашло достаточно причин, чтобы конструкция, разработанная для решения жилищной проблемы, применялась только в аттракционах, военной и космической сферах.
Обе конструкции замечательны, и несомненно, их ждёт триумф в не самом отдалённом будущем, когда люди так или иначе будут вынуждены либо преодолеть предубеждения и поумнеть, либо окончить свои дни более или менее незавидным способом. Однако в этих конструкциях имеется ещё некоторая недоработка по первому из перечисленных недостатков больших помещений: для практического использования их приходится разгораживать на этажи и комнаты, тем самым в значительной степени лишая преимуществ перед помещениями маленькими. Это противоречие особенно остро в случае циклонных городов: их жилая часть состоит не просто из геодезических сфер, а из тепловых аэростатов в форме геодезических сфер ("Cloud Nine"), и одновременно башни из таких аэростатов являются частями огромного ветряка, вращаемого штормовыми ветрами, дующими от периферии к центру тропического циклона. В этом случае большой объём (а как следствие - и жилая площадь) на каждого человека - не просто результат желания улучшить условия жизни людей, а суровая необходимость, связанная с обеспечением подъёмной силы теплового аэростата и максимальной эффективности ветряка в штормовом ветре. Разгородишь такую геодезическую сферу потолками и стенами - прощай объём подъёмного газа и здравствуй лишний вес. Сфера летает хуже, ветряк вертится медленнее, ветровые нагрузки на него больше, увеличивая опасность разрушения (вращение города - это как раз способ разрешить проблему колоссальной ветровой нагрузки на большое здание: оно уступает ветру и движется с ним, вместо того, чтобы сопротивляться, выдерживая его давление в полной мере). Получается, что большое помещение нужно и разделять, и не разделять. Противоречие. Как быть? Очевидно, что людей и предметы нужно неким образом подвесить в трёх измерениях внутри большого помещения, так, чтобы при этом на систему подвешивания затрачивался как можно меньший объём и вес, и она была как можно менее заметной.
Поначалу, ещё задолго до публикаций по циклонным городам, возникла мысль использовать для этого тонкие прозрачные перегородки из прочного пластика, стекла или металла. То есть, помещение размером, например, со спортзал, разделяется на два-три этажа по высоте и на пять-шесть комнат в длину и ширину. При этом вся мебель, стоящая обычно на полу - столы, стулья, кровати и.т.п заменяется на выштамповки в прозрачном полу, на боковых поверхностях которых делаются отверстия. Это позволяет уменьшить вес, который придётся выдержать перегородкам, и объединить объём воздуха всех получившихся комнат в единое целое. Человеку внутри такого помещения показалось бы, что содержимое нескольких десятков комнат словно висит в воздухе в трёх измерениях, при этом благодаря прозрачности перегородок и общему воздушному объёму простор большого помещения практически не теряется. Однако неопределённость с тем, как это реализовать и что делать с приватностью привели к тому, что концепт был на время отложен.
Затем, уже после того, как началась более подробная проработка циклонных городов, я принялся изучать творчество Фуллера, и наткнулся на любопытный трактат, в котором описывались ключевые особенности конструкций "Баки". Среди всего прочего оказалось, что в его ранних (до геодезических сфер) проектах домов не только использовалось одно большое помещение, разделяемое мебелью и подвижными перегородками на комнаты требуемого объёма самими жильцами, но также и полы в виде... натянутой металлической сетки. Такой пол был лёгким и прочным, работал на растяжение, а не на сжатие (а металлы как раз лучше выдерживают растяжение, чем сжатие, на чём основаны конструкции, например, подвесных мостов), требовал мало материала на изготовление и, наконец, служил амортизатором: падать на него или ронять что-либо хрупкое было безопаснее, чем на обычный твёрдый пол. Дальнейшее исследование вывело на сайт дизайнера по имени Tomas Saraceno. Этот гражданин также увлечён идеями летающих городов-аэростатов ("Cloud City") из космических материалов вроде аэрогеля и освоением человечеством трёх измерений, а не одной только земной поверхности. Среди выложеного на сайте нашлось и развитие идеи Фуллера с сетчатыми полами. Увидев это, я сразу вспомнил старую затею с прозрачными перегородками в большом помещении: "Да вот же оно! Вот чем надо делить на этажи и комнаты - натянутыми сетками, а не прозрачными плоскостями!"
И действительно: сетки лёгкие и прочные, устойчивые к повреждениям, их легко чинить. Они почти прозрачные (особенно если подобрать прозрачный материал) и не разделяют объём воздуха в большом помещении на части, занимают мало места, их легко снимать и монтировать, легко пронести через здание в свёрнутом виде, если понадобится ремонт или перепланировка. Они работают на растяжение, укрепляя здание изнутри и действуют как амортизаторы. Это особенно важно для устойчивости зданий к сейсмическим колебаниям и ударным волнам от взрывов: обычные полы и стены норовят развалиться и придавить жильцов, а те, падая на твёрдые полы, или будучи отброшенными на стены, рискуют разбиться. В случае с сетками им такое не грозит, пока целы наиболее прочные - наружные - стены и перекрытия. Кстати, военные бункеры так и строятся - обитаемая часть подвешивается на амортизаторах внутри укреплённой коробки. Сетки могут служить основой для растительности - например, лиан и лоз, вроде плюща и винограда. Наконец, пыль и грязь на сетках не скапливаются, проваливаясь сквозь ячейки вниз, а то немногое, что на них налипло, будет стряхиваться под действием колебаний от движений людей.
Использование сеток в качестве строительного элемента среды обитания людей насчитывает века, правда, не в конструкциях зданий, а на парусном флоте: на мачты больших парусников взбирались и взбираются по вантам, а сегодня сетчатые палубы используются на парусных катамаранах и тримаранах. Военные их тоже оценили, накрывая технику и полевые укрепления маскировочными сетями. Гамаки использовались на кораблях в качестве устойчивых к качке кроватей. Сегодня вместе с шезлонгами и плетёными креслами они используются в качестве мебели для отдыха - однако в здании, внутренняя часть которого сформирована сетками, им самое место в качестве замены традиционной мебели.
Дальнейшие рассуждения привели к мысли о том, что стоит активнее использовать свойство сетчатого пола Фуллера амортизировать - следует применить не просто сетки, а батуты, натянутые на лёгкую пространственную ферму, заполняющую большое помещение изнутри. Как пишут, батут - это не только развлечение, но также великолепный тренажёр и средство общего оздоровления организма. Их уже давно используют для тренировки военных лётчиков и космонавтов, а также и в фитнесс-центрах. Тем самым, можно совершить революцию в физкультуре: больше не надо идти в спортзал или устанавливать дома отдельный тренажёр и выделять время для занятий на нём, чтобы поддерживать себя в хорошей физической форме. Тем более не надо отстёгивать за всё это капиталистам и нанятым ими тренерам ;) Достаточно перемещаться по зданию. И при этом тренировка идёт не какая-нибудь, а такая, что применяют для покорителей космоса. Дети, вырастающие в такой "батутной" обстановке, считай, с младых лет готовятся стать лётчиками, гидронавтами и космонавтами, развивая координацию и мускулатуру в режиме, близком к 24/7/365, вместо того, чтобы изображать прыжки на батутах c пушкой наперевес в виртуальном мирке какого-нибудь "Quake 3: Arena", зарабатывая слепоту, сколиоз, тоннельный синдром и геморрой ;)
Батуты наподобие профессиональных спортивных могут использоваться в качестве альтернативы (но не полной замены!) лестницам и лифтам для подъёма с этажа на этаж. Можно оценить высоту прыжков, достигаемую на специальном спортивном батуте, по этому видео:
Click to viewКак видно, даже без акробатических трюков запросто можно запрыгнуть с этажа на этаж. Впрочем, полностью вытеснить лестницы и лифты батуты не смогут, да это и не нужно. Понадобятся и лифты, и лестницы, и что-нибудь вроде канатов и пожарных столбов для быстрого спуска с этажа на этаж. Кроме того, у батутов есть и противопоказания - ими нежелательно пользоваться при некоторых заболеваниях и беременным. Сидя в инвалидной коляске или будучи тяжело раненным, на них тоже не попрыгаешь. Поэтому обстановка медицинских центров и родильных домов, очевидно, требует альтернативных решений.
Батут можно и усовершенствовать. Например, миниатюризация электроники и развитие материалов может позволить встроить в сетку и в балки ферм различные кабели и шланги, обогреватели и холодильники, электронику, ионизаторы воздуха, осветительные приборы, системы пожарной безопасности, регуляторы состава воздуха и системы климат-контроля. Уже сегодня можно превратить батут в линейный генератор электроэнергии, работающий от человеческой двигательной активности. Например, так. Концы растяжек, которыми сетка крепится к амортизаторам, совершают возвратно-поступательные движения. Можно между концом растяжки и амортизатором закрепить постоянный магнит внутри соленоида - тогда при колебаниях сетки магнит будет двигаться вперёд-назад внутри соленоида, вызывая в нём электрический ток.
Понятно, что такой сетчатый интерьер потребует значительного изменения быта людей. Например, все предметы, которыми они пользуются, должны изготавливаться таких размеров и формы, чтобы не провалиться сквозь стандартизированные ячейки сетчатых полов. Предметы также могут закрепляться с помощью шнуров, проводов, цепочек и шлангов, подобно медицинскому оборудованию, например, у стоматологов. Все предметы для работы с жидкими, сыпучими и.т.п. нетвёрдыми веществами должны быть устроены так, чтобы свести к минимуму риск проливания или просыпания содержимого. Приём пищи может осуществляться не с привычной посуды ложками и вилками, а из тюбиков, или даже ещё лучше - из шлангов кухонной аппаратуры для приготовления еды, или централизированной сети. Тут есть чему поучиться у космонавтов, особенно в циклонном городе, который, как заметил уважаемый velikotvorwik, есть промежуточное звено между городами наземными и городами летающими (и далее - космическими). Вместо привычной мебели будет использоваться различная подвесная из сеток, вроде гамаков и шезлонгов, и надувная. Последнюю использовал уже Фуллер в своих проектах домов. Причём в его домах климат-контроль позволял обходиться без одеял вообще - укрываться было не нужно, соответственно, ещё несколько кило лишнего веса с сетки долой. Конечно, в сетчатый интерьер придётся встраивать и крупные "несетчатые" объекты - например, подвешивать санузлы. Но тот же Фуллер давно уже показал, как в маленькой и лёгкой кабинке разместить удобный и полноценный санузел без громоздкой канализации с её запахами и грязной водой. Он же придумал заменить душ на "туманомёт": распыляющая воду в аэрозоль форсунка позволяет человеку полностью помыться стаканом воды не хуже, чем в обычной душевой кабине!
Чтобы лучше стало понятно, о чём идёт речь, я соорудил такой вот очень простенький эскиз:
Высота манекена - 1.8 метров, длина всех штанг, формирующих несущую ферму - 2.5 метров, поперечник одной комнаты, соответственно, равен пяти метрам. Вместо всяческих занимающих лишнее место коридоров все комнаты открываются на центральный усиленный батут, с помощью которого можно как перейти из одной комнаты на другую, так и запрыгнуть на этаж выше, где можно расположить ещё шесть комнат с проходами наружу. Такими жилищами о двенадцати комнатах можно без зазоров (благодаря способности правильного шестиугольника полностью замостить плоскость) застроить внутренний объём из основных крупногабаритных помещений города-здания, в том числе и заполнить всю нижнюю половину каждой геодезической сферы циклонного города (в верхних половинах собирается наиболее горячий влажный воздух, который и поднимает сферу).
Однако шестиугольные либо прямоугольные призмы хоть и более-менее привычны взгляду и удобны в рассчётах, тем не менее могут быть не лучшим решением. Причина в том, что прямоугольники и шестиугольники - фигуры не жёсткие, без укрепления углов они не сохраняют форму под нагрузкой. Есть решение получше и поближе к космосу, хотя оно выглядит непривычно и посложнее в рассчётах. Это так называемая "октетная ферма" ("octet truss"). Она состоит из правильных многогранников (Платоновых тел) двух видов, с одинаковой длиной рёбер - тетраэдров и октаэдров. Такой фермой можно полностью заполнить объём без зазоров, так же, как и кубами и шестиугольными призмами. Но треугольники и тетраэдры - жёсткие фигуры, им не требуются дополнительные распорки и усиления конструкции, чтобы противостоять нагрузкам, в какую бы сторону те не были направлены. Поэтому октетная ферма соединяет в себе большую прочность и малый вес. В упомянутом уже трактате утверждается, что метровая октетная ферма, собранная из клея, ниток и зубочисток при весе в 57 грамм может выдержать нагрузку из кирпичей общим весом в 16 килограмм. Неудивительно, что такие фермы используются в космических конструкциях. Фуллер также использовал октетную ферму в сочетании с геодезической сферой - в 1951 году он вместе со студентами соорудил макет автоматической фабрики по переработке хлопка, где внутреннее пространство геодезического купола разделялось на этажи с помощью перекрытий из октетных ферм.
Внутрь октаэдра легко вписывается куб. Можно вписать его и внутрь непосредственно фермы, а не отдельных октаэдров в её составе. На следующей картинке - возможный вариант, как кубические сетчатые жилые объёмы могут быть вписаны внутрь несущей октетной фермы:
Здесь каждый куб - это сетчатое жилище минимум из двух-трёх этажей (т.е. длина ребра 6-10 метров и более), подвешенное внутри отдельной октаэдрической ячейки. В промежутках между ними можно поместить и переходы, и транспортную сеть, и коммуникации. Сами балки фермы тоже могут быть выполнены в виде октетных ферм, делая всю конструкцию ещё легче и прочнее.
Как это не покажется странным, но циклонный город с сетчатым интерьером тоже может быть выполнен из... базальта ;) Дело в том, что из него уже научились выпускать волокно, которое по своим свойствам может поспорить с углепластиками, применяемыми в конструкциях самых современных автомобилей и самолётов. А поскольку циклонные города будут возводиться вокруг активных вулканов, в мире победивших методов добычи лавы и использования петрургии в строительных целях, то его применение напрашивается само собой. Но есть у него ещё одно свойство, которое представляется весьма важным. Это волокно пористое и очень легко пропускает пар, благодаря чему практически не отсыревает. Почему это важно? Потому что башни из геодезических сфер, заполненные сетчатыми жилищами и оранжереями, располагаются под полосами дождя вокруг "стены глаза циклона", и работают, по сути, как огромные испарительные установки. По ним влажный тёплый воздух от нагретого океана, человеческих тел и растений поднимается наверх и, успев поработать подъёмным газом в верхних половинах геодезических сфер, выбрасывается наверх, поддерживая полосы дождевых облаков циклона. Из них обратно башни получают дождевую воду, смешанную со взвесью минералов из вулкана и атмосферное электричество. Понятно, что для поддержания комфортных условий в нижних, жилых частях геодезических сфер и для работы всей системы испарения-конденсации нужно всячески способствовать тому, чтобы влага из воздуха свободно проходила мимо жилищ, нигде не скапливаясь. Тут-то и помогут базальтовые волокна с их паропроводностью.
Вообще же, теоретически, у достаточно большой геодезической сферы стенки могут быть выполнены хоть из базальтовой плитки, хоть из свинца: благодаря действию закона куба-квадрата, у такой сферы объём стенки ничтожно мал относительно объёма газа внутри, поэтому даже если стенка будет выполнена из очень плотного материала, то подогретый газ всё равно сможет её поднять. Именно это теоретическое соображение, выдвинутое кем-то когда-то обозначает название группы "Led Zeppelin" ("Свинцовый Дирижабль") ;) Это же соображение лежит в основе проектов вакуумных и космических дирижаблей - при достаточно большом объёме баллона его оболочку можно сделать из плотного материала, выдерживающего большие нагрузки и температуру.
Также, как выяснилось, для теплового аэростата низкая температура наружного воздуха важнее высокой у воздуха внутри баллона: понижение температуры атмосферного воздуха на N градусов увеличивает подъёмную силу аэростата больше, чем нагрев на те же N градусов воздуха внутри оболочки. Вот почему холодный сухой климат для аэронавтики предпочтительнее влажного и жаркого. И - какое счастье - в циклоне полосы дождя разделены полосами холодного сухого воздуха, то есть башни циклонного города с нагретым влажным воздухом могут быть окружены сухим и холодным - то что надо для подъёмной силы!
В заключении, о приватности и подглядывании. Понятно, что в городе с прозрачными проницаемыми стенками, полами и потолками с ней дела обстоят не так как сегодня, в городах с квартирами-камерами. Хотя в нынешнем капиталистическом мире приватность давно уже стала весьма размытой. Правительства прослушивают телефонные переговоры и просматривают переписку своих граждан, всюду раставляют камеры наблюдения и охранников, запускают беспилотные летательные аппараты и спутники для наблюдения за большими териториями, собирают и всячески поощрают донесения граждан о соседях. Граждане не отстают, выкладывая в социальные сети чуть ли не полное досье о себе и отчёты о ежедневной деятельности, ставят всюду видеорегистраторы, балуются с радиоуправляемыми дронами, несущими видеокамеры, собирают и разносят сплетни, стучат на соседей стражам порядка. Рыночные фундаменталисты требуют ото всех полной прозрачности в финансовых делах. Стоит человеку стать хоть немного известным, как к нему тут же начинают ломиться представители СМИ. Обнажённая женская и мужская натура давно уже никого не шокирует, хотя ещё несколько десятилетий назад это было не так. "Дом 2" до сих пор не прикрыли ;) Словом, уже сегодня замена кирпичной стенки на сетку уже не выглядит чем-то таким, из-за чего обрушатся небеса ;)
Но это нынешнее, капиталистическое общество и Первое Человечество. А вот про светлое коммунистическое будущее напоминаю: во Втором Человечестве на каждого мужчину - истинного перца, смело штурмующего интеллектуальные и пространственные высоты и глубины - приходится целый взвод любящих его женщин и множество потомков. Одежду там принято носить такую, которая удобна и уместна в лаборатории, КБ, на совещании по планированию, в гимнастическом зале или в центре подготовки космонавтов и гидронавтов. В таком обществе едва ли кто-то будет против того, чтобы его брат, товарищ и любящий человек на него посмотрел. Кому понадобится приватность - использует занавески на сетках или ставит внутри сетчатого помещения палатку, ну или навещает заповедник на временно позаимствованном вездеходе-амфибии. А мини-юбки и платья выйдут из моды, просто за ненадобностью ;)