Могут ли люди поселиться в космосе? (продолжение)
Давайте проанализируем, возможно ли создать все вышеперечисленные условия людям в космосе. Не будем стеснять себя какими-либо рамками, предположим сперва, что возможно все, кроме нарушения законов физики.
Возьмем для примера МКС. Воздух есть, есть тепло и свет, вода тоже есть. Потому что живут там люди в герметичных отсеках. Не хватает силы тяжести. И простора не хватает.
С простором все просто - увеличим отсеки, будет больше места. С силой тяжести тоже давно придуман выход, надо заменить ее центробежным ускорением, тогда и жить будет в станции комфортно. Просторно, без невесомости, можно оранжереи посадить, бассейны плавательные устроить. Как в межзвездном корабле в «Магеллановом облаке» Станислава Лема. Свет от электричества, воздух из регенераторов, вода оттуда же.
Вообразим себе множество таких вращающихся супер-МКС на околоземных орбитах.
Вообразил... Что-то не óчень получается...
Какое-то сообщество пещерных жителей. Да и гравитация какая-то ненастоящая - сила Кориолиса очень чувствуется - предметы падают не вертикально, а явно отклоняясь против вращения. Это из-за того, что «верх» находится ближе к оси вращения и скорость движения там меньше, чем «внизу». При падении предмет начинает двигаться по прямой - а пол отсека движется по кругу, он дальше от оси, поэтому движется быстрее - вот и происходит отклонение от кажущейся вертикали. Вот как падает предмет с высоты 1 метр при радиусе вращения 150 метров (рисунок слева, высота рисунка - метр).
Кажется, ерунда. Но психологически должно воздействовать сильно, кажется, что ты не на земле стоишь, а на карусели крутишься. Иногда в длинном коридоре можно будет видеть коллегу, двигающегося в наклонном положении. Это тоже должно напрягать...
Надо размахнуться пошире! Ведь нам все позволено, кроме нарушения законов физики.
Вот, пожалуйста, уже до нас размахнулись - проект космического города: конструкция длиной в километр! Гигантский вращающийся цилиндр, диаметром в две сотни метров! На внутренней поверхности располагаются жилые площади - все натурально: сады, водоемы, здания. Но не на всей площади - часть внутренней поверхности является прозрачной! Это гигантские окна, через которые наклонные зеркала, тоже гигантские, направляют внутрь солнечный свет. А сам цилиндр для этого должен быть расположен так, чтобы один из торцов смотрел на Солнце. И солнечная радиация из-за такого расположения докучать не будет, будет поглощаться в первых метрах оболочки с торца, обращенного к Солнцу.
Этот проект предложил некий П. Паркер в 1975 году. Автор предполагал, что в такой конструкции смогут с комфортом проживать 1000 человек!
Вот еще другой проект: Станфордский тор, тоже из тех времен. Конструкция в форме бублика диаметром 1.5 километра! У бублика внешняя сторона является жилой зоной, а внутренняя сторона - прозрачная, этакие окна, через которые, тоже с помощью зеркал, солнечный свет направляется внутрь. Малый радиус (а у тора ведь два радиуса - большой и малый, не так ли?) составляет ту же сотню-другую метров. Центробежная сила прижимает обитателей изнутри к внешней поверхности бублика, а прозрачная внутренняя поверхность образует солнечное небо, в котором вместо солнца горят его отражения в гигантских зеркалах.
Вот как выглядит Станфордский тор глазами художника.
Вид внешний
и внутренний.
А вот это цилиндр Паркера.
Видимо, так художник представляет себе цилиндр диаметром двести метров. Но мы-то знаем, что облака обычно образуются на высоте порядка двух километров, значит, цилиндр получился диаметром в десяток - другой километров, а длина его тогда достигнет нескольких десятков километров! Тут художник еще шире Паркера размахнулся - и он прав! Это уже, видимо, космическая колония следующего поколения. Кстати, светлая полоса в верхнем окне - гигантское зеркало и в нем отражается Солнце!
Все это, повторяю, придумано в середине семидесятых годов. Можем ли мы что-нибудь усовершенствовать в этих проектах с высоты нашего 2011 года? Я бы убрал в цилиндре прозрачные сегменты-окна и сделал бы всю внутреннюю поверхность жилой. А свет запускал бы с торца. И вместо гигантских зеркал, которые того и гляди разобьются, использовал бы более сложные устройства, этакие гирлянды из большого количества маленьких зеркал. Все равно в чистом виде солнечный свет, как он существует в космическом пространстве, использовать нельзя. Желательно подкорректировать спектр, убрать ультрафиолет... Итак, с солнечного конца располагаем сложную гирлянду из множества зеркал, управляемых компьютером, которые собирают солнечный свет, корректируют спектр и направляют его через прозрачный торец цилиндра внутрь - вдоль оси. А на оси цилиндра - все равно там пусто и невесомость - пусть будет светораспределяющее устройство, которое и заменит нам Солнце.
С какой скоростью должны вращаться все эти устройства, чтобы обеспечить на их жилых поверхностях центробежное ускорение, равное ускорению силы тяжести на поверхности Земли? Легко посчитать. Посчитаем заодно и общую жилую площадь. И еще посчитаем, насколько сильно будет выражен эффект Кориолиса. Для этого я посчитал, какую горизонтальную скорость получит предмет, например стакан, упав с высоты 1 метр - примерно, как со стола. Вот таблица:
Тип колонии
Радиус вращения (м)
Количество оборотов в мин
Скорость движения поверхности (м/сек)
Внутренняя жилая площадь (кв.км)
Скорость при падении (м/сек)
Цилиндр Паркера
100
3.0
31
0.63
0.48
Станфордский тор
1500
0.8
121
1.78
0.12
Супер цилиндр
10000
0.3
313
4398
0.05
Итак, цилиндр, как имеющий самый маленький радиус вращения, крутиться должен быстрее всех - 3 оборота в минуту. При этом скорость движения его поверхности составит 31 метр в секунду. Это ни на что не влияет, ведь воздух внутри будет вращаться вместе с цилиндром. Но интересно это знать. Внутренняя его жилая поверхность составит чуть больше половины квадратного километра. Вся жилая зона будет представлять из себя почти квадрат со сторонами 630 и 1000 метров. Если там будет жить 1000 человек, то плотность населения составит величину 2000 чел/кв.км. Много это или мало? Вот в Сингапуре, например, плотность населения - 7000 чел на кв.км. Вроде немного по сравнению с Сингапуром, но надо учесть, что в Сингапуре народ живет практически в несколько этажей. Это один большой город. А вот в Бельгии или в Индии - 330 - 360 чел/кв.км. Да и в Японии примерно столько же. Хотя это страны очень плотнонаселенные. Но в принципе, жить можно. Теперь эффект Кориолиса. Упав со стола, стакан не останется лежать на полу, а со скоростью 0.5 метра в секунду покатится против вращения цилиндра! Силу Кориолиса можно будет ощущать непосредственно! Например, садясь на стул. При этом вас будет заметно сносить в сторону, противоположную вращению. А при вставании - сносить в другую сторону. Уверен, к этому можно привыкнуть, но людям, склонным к морской болезни я в этом цилиндре жить не посоветую. Стоя на поверхности и задрав голову вверх, можно будет увидеть антиподов - своих коллег - расхаживающих вниз головой на высоте двести метров. Прикольно!
В Станфордском торе условия немного другие. Вращается он заметно медленнее - меньше оборота в минуту, хотя скорость поверхности при этом, из-за большего радиуса, составляет 120 метров в секунду. Это, как я говорил, ни на что не влияет. Внутренняя его жилая поверхность составит почти два квадратных километра. Вся жилая зона будет представлять из себя узкую полосу длиной почти 10 километров, а шириной не больше 100 - 200 метров. Если там будет жить 1000 человек, то плотность населения составит величину 500 чел/кв.км, а если, как планировалось - 10 000, то 5000 человек на кв.км. Не больше, чем в Сингапуре. Стакан, упавший со стола, будет катиться заметно медленнее, этот эффект не всегда будет заметен. Хотя сила Кориолиса будет чувствоваться, так сказать, органолептически. Разумно расположить тор так, чтобы его ось вращения совпадала с направлением на Солнце, тогда эффективнее всего будут работать светораспределительные устройства на его оси, и облучению солнечной проникающей радиацией будет подвергаться только один его бок - тот, что повернут к Солнцу. Там можно расположить почти 10 километров всякого оборудования, нечувствительного к радиации. А жилые помещения устроить на другой стороне. Вообще, все устройство напоминает длинный десятикилометровый коридор, или просторный цех, в которых собирают самолеты, со стеклянной крышей, шириной метров сто-двести - один-два стадиона в длину. Из дверей жилых кают будет хорошо виден другой край, где расположены склады и машинные отделения - явная визуальная теснота и эффект замкнутого пространства. Хорошо хоть коллег-антиподов не будет видно.
Теперь рассмотрим супер-цилиндр, который изобрел безвестный художник, ошибочно увеличив проект Паркера на два порядка. Мы уже убрали из него прозрачные окна и заменили монозеркала на многозеркальные гирлянды-люстры. Итак - скорость вращения - 0.3 оборота в минуту, то есть один оборот за 3 минуты 20 секунд. Впечатляющая скорость для двадцатикилометрового в диаметре цилиндра! Скорость поверхности - 313 м/сек - это почти скорость звука в воздухе, между прочим. Но это опять ни на что не влияет. Внутренняя жилая поверхность составит 4398 квадратных километров! Вот это эффект масштаба! Вся жилая зона будет представлять из себя почти квадрат со сторонами 60 на 70 километров. Много ли это? Вот кусок атласа - это кусок Германии размером 60х70 км.
Тут умещаются города Эссен, Дуйсбург, Дортмунд и Дюссельдорф. Общая численность населения только перечисленных городов - 2 260 000 человек. Сверните в трубочку по короткой стороне и спроецируйте на внутреннюю поверхность цилиндра. В нашей колонии при плотности населения 1000 человек на кв.км сможет жить - 4 с лишним миллиона человек! Очень похоже на показанный район северной Вестфалии. Эффект Кориолиса в таком большом изделии будет незаметен. Выйдя из помещения где-нибудь посреди этой карты, житель этой колонии увидит расстилающийся вокруг него ландшафт, слегка уходящий визуально в гору в двух направлениях - как будто он находится на дне широкой долины с очень пологими склонами. Наверху будет сиять искусственное солнце - светораспределительное устройство. Рельеф местности может показаться несколько однообразным, но его будут оживлять многочисленные городские и пригородные постройки в крышесносящем стиле второй половины двадцать второго века. Повсюду среди них будут зеленеть зеленые насаждения, струиться ручьи и реки, блестеть озера. По высокотехнологичным дорогам будут двигаться не гибридные, а полностью электро-автомобили. В небесах - летать самолеты и дирижабли.
Похоже, что такое устройство может предложить для жизни более комфортные условия, чем Тингир или Нордвёген, не говоря уже о Хуотоулайхудуке.
Несколько беспокоящим, непривычным для земного обитателя, будет наблюдаемая в дни с ясной атмосферой поверхность, уходящая все круче вверх. Изредка можно будет наблюдать даже антиподов - на высоте двадцати километров. Это всего в два раза выше высоты, на которой сейчас летают пассажирские самолеты, а с них очень хорошо видно землю, когда нет облаков. Также хорошо будет видно и поверхность антиподов, хотя их самих разглядеть не удастся.
Ну, а почему бы нам не увеличить это устройство еще раз в двадцать? Мы же решили ни в чем себе не отказывать. Посмотрим, что получится.