Строительство в космосе и на других планетах

Эта задача не столь отдалена. В таких странах, как США, Япония и др. уже выполнено рабочее проектирование первых поселений на ближайшем спутнике Земли — Луне; существуют проекты создания околоземных постоянно обитаемых станций; рассматриваются проблемы достижимости ближайших к Земле звезд, а также распространения во Вселенной условий, благоприятных для возникновения жизни. Предполагается, что строительство в космосе будет осуществляться в такой последовательности: 1. Обитаемые околоземные станции с постоянной силой тяжести и другие сооружения; 2. Здания и сооружения на Луне; 3. Здания и сооружения на других планетах Солнечной системы; 4. Здания и сооружения на достижимых для человека небесных телах.

Весьма важна продолжительность полета к местам возведения сооружений: современная ракета долетает до Луны за 1,5 сут, до Венеры — примерно за 150, до Марса — за 260 сут; значительно больше времени потребуется для полета к ближайшим звездам. Так, за время полета к ближней к Солнцу тройной звезде Альфа — Центавра, находящейся на расстоянии 1,32 пс, при движении е ускорением до половины пути, а затем — с замедлением, на Земле пройдет около 10 лет. При этом отношение силы тяги к массе ракет постоянно и равно 20 м/с². Сооружения в космическом пространстве включают в себя постоянные и временные научно-исследовательские станции, промежуточные базы, космические платформы, склады, электростанции, радиотелескопы, антенны, солнечные зеркала и др., а в отдаленном будущем, возможно, и места постоянного пребывания людей. К этим сооружениям предъявляются следующие требования:

• — минимальная масса для возможности доставки сооружения или отдельных компонентов (блоков) с последующей сборкой на орбите;
• — выполнение из отдельных панелей (блоков), соединяемых гибкими связями (шарнирами) и допускающих перегиб в узлах для плотной упаковки;
• — компактная плотная укладка (упаковка) с минимальными воздушными зазорами для транспортирования в сложенном состоянии и возможность дальнейшего разворачивания в объемное сооружение без дополнительных затрат энергии и материалов (например, с формированием центробежными силами);
• — надежная защита внутреннего обитаемого пространства от внешних воздействий — высоких отрицательных и положительных температур, радиации, ударов метеоритов, вакуума;
• — возможность создания искусственной силы тяжести при медленном вращении сооружения;
• — возможность стыкования с другими сооружениями, с устройством внутренних переходов.

Наилучшее конструктивное решение в этих условиях — пространственная конструкция в виде структуры, образующей из отдельных легких типовых элементов оболочку — цилиндрическую, тороидальную и т. д., причем конструкция оболочки должна осуществлять медленное вращение вокруг оси. Если вращение не требуется (для солнечных электростанций, зеркальных отражателей солнечного света на землю), то типовые элементы структуры можно соединять в плоские или слегка изогнутые поверхности большей площади (рис. 6.35).

Рис. 6.35. Типы космических сооружений из типовых элементов, разворачивающихся в космосе: а — в — структуры; г — е — оболочки; 1 — стержни; 2 — элементы кубической структуры; 3 — складки; 4 — кубооктаэдры; 5 —ромбододекаэдры.

Широко исследуются тросовые, мембранные, ферменные конструкции, позволяющие роботизированную сборку. Типовой элемент может состоять из одной или нескольких панелей, имеющих в плане треугольную или шестиугольную (гексагональную) формы. Учитывая, что все природные жесткие структуры сложены с учетом принципа гексагональное™, видимо, при конструировании оболочек зданий и сооружений для космического пространства также можно использовать этот принцип — начиная с проектирования внешней оболочки и кончая созданием жесткой внутренней конструкции, составленной из плотно упакованных ячеек с гранями шестигранниками.

Ближайший к Земле ее спутник — Луна, расположенная на расстоянии 363 300…405 500 км от Земли. Это — твердое силикатного состава тело с весьма разреженной атмосферой, состоящей из гелия и аргона. Условия строительства на Луне весьма сложны:

возможна бомбардировка искусственных сооружений метеоритами;

слабые грунты (реголиты) с большой глубиной распространения — до 40…45 м;

отсутствие готовых строительных материалов, воды.

Вместе с тем есть и некоторые положительные особенности строительства, главным образом — подземного:

на глубине 30 см температура недр постоянна и равна около -10° С, а глубже — возрастает, достигая температуры в центре, по-видимому, около 1000° С. Постоянство и небольшая температура вмещающего грунта делает привлекательной идею подземного строительства;

отсутствие плотной атмосферы снижает горизонтальные ветровые нагрузки;

отсутствие воды позволяет исключить существенные проблемы гидроизоляции;

опытное изготовление бетона из лунных пород показало, что лунный бетон отличается не сколько повышенными прочностными характеристиками по сравнению с земным;

высокое процентное содержание железа (16… 16 % по сравнению с 8,56 % в среднем для земной коры), хрома (0,19…0,38% по сравнению с 0,02%), титана (2,94…2,22% по сравнению с 0,9%) позволяет считать возможной добычу, переработку руды и производство высококачественной стали для железобетона;

меньшая собственная масса строительных конструкций в связи с меньшей силой тяжести уменьшает долю собственного веса конструкций в нагрузках;

возможность снабжения электроэнергией с помощью солнечных батарей, которые могут быть установлены на освещенной Солнцем стороне Луны. Так, по данным английского ученого Д. Копала, если в кратере Коперника установить фотоэлементную гелиостанцию, то она по мощности будет равна всем тепловым станциям Земли.

Зарубежные фирмы Японии, России, США, Финляндии и др. стран разработали ряд проектов поселений. Так, фирма «Обаяси» проектирует рекреационный комплекс, включающий в себя прозрачную оболочку, под которой расположены гостиницы и сады, причем заселение комплекса предусмотрено в 2060 г. Разработаны вакуумные туалеты, космические души с технологией вторичного использования отходов. В совместном советско-финском проекте поселения предусмотрены адаптационно-реабилитационный центр для быстрого приспособления людей к лунным условиям и реадаптация перед отправкой на Землю, природно — экологический комплекс с пневматическими оболочками покрытий и расположением части помещений над грунтом. В США к планируемому в 2005 г. новому полету астронавтов на Луну исследуются психология быта в космосе, сейсмичность планеты, токсичность среды. Для проживания людей могут быть предусмотрены вначале — готовые модули, доставленные ракетами, и только потом.

— производство местных строительных материалов на построенных заводах и возведение зданий в виде (рис. 6.36): каркасных или бескаркасных систем, с ограждением из высокопрочной пленки, прикрепленной к дискам перекрытий; встроенных этажерок под общим куполом из высокопрочной пленки, стали, железобетона. Там же устраиваются озеленение, искусственные бассейны; террас с расширением двух смежных вниз или вверх. В обоих случаях внутри зданий в уровне грунта устраивается озеленение поверхности, а наклонные террасы и покрытия над ними защищают внутреннее пространство; полуподповерхностных (с прозрачным куполом) и подповерхностных сооружений. В последнем случае для сообщения с поверхностью служит лифт.

Рис. 6.36. Здания на Луне: а — б — под прозрачным куполом; в — е — террасные с закрытым внутренним пространством; ж, з — «подземные» (подповерхностные): 1 — купол; 2 — здание; 3 — озеленение; 4 — бассейн; 5 — озоновый слой; 6 — террасы; 7 — грунт; 8 — оболочка; 9 — перекрытия; 10 — шахта лифта.

Задача защиты жизненного пространства решается устройством одного или более ограждений из высокопрочной пленки, железобетонного ограждения с дополнительным заполнением террас грунтом или подповерхностным размещением зданий. Подповерхностные здания наиболее успешно защищают от всех видов воздействий, вплоть до защиты от пробивания метеоритами. Для защиты от ультрафиолетового излучения предлагается вводить озон в пространство между прозрачными высокопрочными оболочками.

Ближайшая к Земле (так называемая «внутренняя») и более теплая планета Венера в будущем может быть одной из планет, преобразованной человеком для заселения. Ее масса всего на 20% меньше земной, сутки длятся 243 земных дня (она очень медленно вращается вокруг оси), а год — 224,7 сут. Атмосфера Венеры более плотна (9,0 Мпа), на 97% она состоит из углекислоты, 2% - азота, 0,1% - кислорода, 0,1% - водяных паров. Сильные ветры (до 100 м/с), высокая температура (470 град. С на поверхности) чрезвычайно осложняют освоение Венеры. Однако предсказывается постепенное изменение атмосферы Венеры, в частности понижение ее температуры. Если она достигнет 80 — 90 град. С, то планета может быть заселена водорослями, поглощающими углекислоту и вырабатывающими кислород. Постепенно атмосфера может быть доведена до земного состояния.

Очень сложны условия освоения другой ближайшей (внешней) планеты — Марса, гораздо более холодной (на глубине 50 см — вечная мерзлота с температурой -50 — -70 град. С, а средняя температура поверхности -30 — -40 град. С). Атмосфера Марса разреженнее земной примерно в 130 раз, в ней около 95% углекислоты, 2 — 3% азота, 1 — 2% аргона, 0,3% кислорода. Пыльные бури со скоростью ветра до 100 — 150 м/с, длящиеся от нескольких дней до нескольких месяцев и возникающие при этом светящиеся заряды существенно осложняют возведение сооружений на поверхности. Вместе с тем возможно строительство поверхностных сооружений мелкого и глубокого заложения, выполняемых открытым или закрытым способами. В подповерхностных сооружениях, возводимых, например, взрывным способом, легко добиться герметичности; слой прочного грунта над сооружением защищает от любых вредных воздействий, а теплоизоляция под наружной поверхностью (обделки) позволит не допустить размораживания грунта.

В более отдаленном будущем, возможно начало освоения ближайших к Земле звезд, достижимых человеком. Так, Межпланетное общество Англии разрабатывает проект полета к звезде Барнарда (расстояние — 1,8 пс), который осуществится примерно через 150 лет. Для этого полета, который должен длиться около 50 лет в один конец на корабле с термоядерным двигателем, предварительно нужно добыть гелион в количестве 30 тыс. т в атмосфере Юпитера, где содержится 17% гелия (на Земле получение его в таком количестве практически невозможно). После этого на промежуточной станции (для этого предусмотрено использование космодрома на Луне) будет собран и запущен космический корабль.

Отметим, что любое строительство в космосе, на планетах Солнечной системы и близлежащих звездах исключительно сложно, тем не менее, уже существующий уровень строительства позволяет его выполнить. Однако некоторые видные экологи считают совершенно бесперспективным освоение космического пространства и планет солнечной системы в связи с невозможностью приспособления организма человека к условиям, резко отличающимся от природных условий на Земле. Кроме того, справедливо отмечается, что в условиях отсутствия гармоничного развития человечества на Земле и нерешенности важнейших проблем у себя дома человек должен вначале устроить устойчиво развивающееся общество (с безусловной экологизацией всей своей жизни и деятельности, с обеспечением устойчивого развития будущих поколений) на Земле и только затем распространяться в пространстве, чтобы не перенести свои глобальные и пока нерешимые проблемы в космос.