В прошлом году Джефф Безос отправился в космос, а Илон Маск профинансировал космический полет с экипажем, состоящим из непрофессиональных космонавтов. Космическое сотрудничество между правительством и частными организациями, включая SpaceX Маска и Blue Origin Безоса, становится все более распространенным явлением. Но с недавним появлением так называемого движения «Новый космос» аэрокосмические компании работают над созданием дешевого доступа в космос для всех, а не только для миллиардеров.
Однако для будущего за пределами Земли людям нужны места для возведения домов, зданий и других сооружений, в которых будут жить и работать миллионы людей. В настоящее время космические города существуют только в научной фантастике. Но действительно ли они осуществимы? И если да, то как?
Согласно новому исследованию ученых из Рочестерского университета, наше будущее может быть связано с астероидами. В статье, которую они назвали «дико теоретической» и опубликованной в журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences, исследователи изложили план создания больших городов на астероидах.
Вращающийся космический мегаполис
В 1972 году НАСА поручило физику Джерарду О'Нилу спроектировать среду обитания, которая позволила бы людям жить в космосе. О’Нил и его коллеги разработали план «цилиндров О’Нила» — вращающихся космических мегаполисов, состоящих из двух цилиндров, вращающихся в противоположных направлениях. Цилиндры будут вращаться достаточно быстро, чтобы создать искусственную гравитацию на их внутренней поверхности, но достаточно медленно, чтобы живущие внутри люди не испытывали морской болезни.
Но в то время как цилиндры О'Нила предлагают решение проблемы отсутствия гравитации в космосе, получить необходимые строительные материалы с Земли для их создания было бы сложно и дорого. Находясь дома во время пандемии COVID-19, ученые Университета Рочестера задались вопросом, можно ли использовать астероиды для создания цилиндров О'Нила.
Быстро, дешево и эффективно
Астероиды – это твердые тела, вращающиеся вокруг Солнца. Это остатки формирования Солнечной системы примерно 4,6 миллиарда лет назад. По подсчетам ученых, в нашей системе вращается около 1000 астероидов размером более 1600 м.
Все эти камни, вращающиеся вокруг Солнца, могли бы обеспечить более быстрый, дешевый и эффективный путь к космическим городам, — говорит Адам Франк из Университета Рочестера.
Помимо большого количества астероидов в Солнечной системе, у астероидов есть много других потенциальных преимуществ среды обитания, в том числе их каменистые слои, которые могут обеспечить естественный щит от смертельной космической радиации. Но у астероидов есть и несколько серьезных недостатков: порода, из которой они сделаны, недостаточно прочна, чтобы выдержать даже треть земного притяжения.
Как только астероид закрутится, он просто распадется. Более того, большинство астероидов представляют собой даже не сплошной камень, а «кучи щебня» — рыхлые глыбы камня и песка, удерживаемые вместе слабой гравитацией. Если исследователи хотят сделать из этих астероидов космическую среду обитания, им нужно выяснить, как работать с кучами обломков.
Управление щебнем
Исследования ученых были сосредоточены на системах, состоящих из очень мелких частиц, таких как песок или зерна. В частности, он изучает, как эти системы реагируют в среде с небольшой гравитацией или без нее. Питер Миклавчич, первый автор статьи, и его коллеги разработали план по сдерживанию обломков, которые неизбежно образовались бы в результате образования цилиндра О'Нила из астероида. Их решение? Очень большая, очень универсальная сумка.
Исследователи предполагают поместить астероид в гибкий сетчатый мешок, сделанный из сверхлегких и высокопрочных углеродных нановолокон — углеродных трубок, каждая из которых имеет диаметр всего в несколько атомов. Паутина будет обвивать и поддерживать всю вращающуюся массу обломков астероида и поселение внутри него, поддерживая при этом собственный вес при вращении.
Цилиндрический защитный мешок из углеродных нанотрубок будет чрезвычайно легким по сравнению с массой обломков астероида и осадка, но достаточно прочным, чтобы скрепить все вместе, — говорит Миклавчич.
Теоретически процесс может происходить следующим образом:
Астероид будет вращаться для создания искусственной гравитации. Этот процесс неизбежно приведет к ее распаду. Обломки астероида будут разлетаться наружу, расширяя мешок из углеродных нановолокон вокруг астероида. Когда мешок максимально растянут, углеродные нановолокна растягиваются, задерживая мусор.
По мере того, как мусор оседает на мешок, он образует достаточно толстый слой, чтобы защитить всех, кто живет внутри, от радиации. Вращение цилиндра вызовет искусственную гравитацию на внутренней поверхности.
Основываясь на наших расчетах, астероид диаметром 300 метров можно превратить в цилиндрическую космическую среду обитания с жилой площадью около 22 квадратных миль (35 квадратных километров), — говорит Адам Франк. Это примерно размером с Манхэттен.
Пока только в теории
Жизнь на астероидах все еще находится в области научной фантастики, но Франк и Миклавчич говорят, что физика и механика существуют для того, чтобы сделать научную фантастику реальностью.
Очевидно, что в ближайшее время никто не собирается строить города на астероидах, но технологии, необходимые для такого рода инженерных работ, не нарушают никаких законов физики, — говорит Франк.
Все, что исследователи предусмотрели в своем исследовании — от двигателей, необходимых для вращения астероида, до мешка из углеродных нановолокон — это технологии, которые люди либо используют в настоящее время, либо разрабатывают.
Сейчас космические города могут показаться фантастикой, но история показывает, что век или даже больше технического прогресса могут сделать невозможное возможным, — отмечает исследователь.