Финский ученый рассчитал реальный срок строительства обитаемого мегаспутника на орбите Цереры — Naked Science
10 января
Василий Парфенов
18

Финский ученый рассчитал реальный срок строительства обитаемого мегаспутника на орбите Цереры

5.1

Похоже, что человечество совсем близко подошло к тому моменту, когда сможет выпрыгнуть из своей астрономической колыбели и начать экспансию в космосе. По крайней мере, это вполне возможно при современном уровне развития науки и техники. А первая полноценная внеземная колония может появиться в течение трех десятилетий, причем не на Луне или Марсе, а около карликовой планеты Цереры.

Снимок карликовой планеты Церера, сделанный исследовательским зондом Dawn. Карликовая планета — отличный источник ресурсов, к тому же не создающий проблем своей массой или атмосферой. Колониям на Марсе или Луне постоянно придется мириться с колоссальными затратами на вылет из «гравитационного колодца». Но есть проблема: для полета к Церере требуется чуть больше энергии, чем до Красной планеты / ©NASA, JPL-Caltech, UCLA, MPS, DLR, IDA

К такому выводу пришел финский астрофизик, астробиолог и изобретатель Пекка Янхунен (Pekka Janhunen). Свои умозаключения он подробно описал в статье, опубликованной на портале arXiv.org. Пекка работает в Финском метеорологическом институте, Университете Тарту (Эстония) и финской компании по производству компактных спутниковых платформ Aurora Propulsion Technologies. Он считает, что Церера — практически идеальный кандидат на звание первого рубежа человечества в ходе колонизации Солнечной системы.

Безусловно, фанаты сериала «Пространство» (и книг, на которых он основан) тут могут обрадоваться — аналогичным образом происходило освоение космоса во вселенной этого произведения. Однако если в фантастике люди прорыли сеть туннелей под поверхностью Цереры и раскрутили ее, чтобы сымитировать центробежной силой гравитацию, то Пекка предлагает более разумный вариант. Количество энергии для ускорения вращения карликовой планеты слишком велико, чтобы такую операцию провернуть. К тому же, придется спекать всю поверхность, дабы вещество с нее попросту не разлетелось в космос.

Почему именно Церера

Финский ученый считает, что гораздо практичнее было бы воспользоваться Церерой, как источником материалов для строительства орбитальной базы. Эта карликовая планета богата всем, что нужно человечеству: водой, азотом, углеводородами и железом. Вода требуется для жизни сама по себе, а еще из нее можно получить кислород (для дыхания и в качестве окислителя ракетного топлива) и водород (топливо). Азот — газ, которым дополняется кислород при создании атмосферы, а к тому же на его основе производятся удобрения. Ну а углеводороды с железом послужат строительными материалами.

Благодаря малой силе тяжести на поверхности Цереры, подъем грузов с нее требует малых затрат энергии. Более того, ускорение свободного падения, составляющее всего 3% от земного, делает совершенно реальной постройку орбитального лифта с применением сегодняшних материалов и технологий. Основываясь на известных данных о карликовой планете и ряде научных работ по поводу реалистичных технологий космического производства, Пекка даже приходит к заключению, что на Церере не понадобится разворачивать какое-либо сложное производство. Разве что первичную очистку руды, например — все остальные манипуляции с материалами выгоднее будет проводить прямо на орбите.

По проекту финского ученого, с высоты в 1024 километра, где заканчивается космический лифт, грузы должны доставляться на орбиту в 100000 километров. Но столь большая разница в пройденных расстояниях не должна никого смущать: благодаря все той же низкой гравитации Цереры, на дальнейший подъем потребуется всего 20 метров в секунду приращения скорости. Ну а необходимую энергию для подъема смогут вырабатывать огромные солнечные батареи на противовесах космического лифта.

Что строим

Исполинская конструкция на орбите карликовой планеты будет состоять из типовых цилиндрических модулей. Внешние «бочки» — неподвижные, выполняют роль противометеоритной и радиационной защиты. «Крышки» на их торцах оснащены окнами для пропускания солнечного света и магнитные подшипники для внутренних цилиндров посередине. Самое интересное — за ними.

В каждой «бочке» на одной оси находятся два внутренних цилиндра диаметром в километр и длиной пять. Для компенсации всех возможных возмущений они вращаются в противоположные стороны. На их торцах, помимо системы двигателей, размещены зеркала, на которые падает проходящий сквозь окна в защите свет. Внутри эти вращающиеся цилиндры двухъярусные.

На обратной стороне внешней стенки находится первый обитаемый слой — сельский. Его поверхность устлана полутораметровым слоем плодородного грунта, на котором могут расти деревья и сельскохозяйственные культуры. Сила тяжести здесь создается на уровне земной и сюда же отражают свет зеркала в торцах конструкции. В пятидесяти метрах ближе к оси вращения находится городской уровень. Большая часть людей живет и работает именно тут, где сила тяжести уже 0,81 земной.

Пекка кропотливо проработал множество прочих тонкостей: вопрос выработки энергии, экономии ресурсов и что делать, если Церера окажется не столь богата нужными соединениями. Детализация плана поражает.

Таких «бочек» с двумя обитаемыми цилиндрами внутри может быть очень много — десятки или даже сотни. Они объединяются в мегаконструкцию, похожую со стороны на исполинскую двухстороннюю пудреницу. «Крышки» — это зеркала, концентрирующие солнечный свет на торцы обитаемых модулей. Более всего интригует время постройки такого фантастического сооружения: 22 года. Как подсчитал Янхунен, именно за такой срок, с момента прибытия подготовленной к работе экспедиции на Цереру, удастся собрать первый функционирующий цилиндр.

Сколько это будет стоить

Говоря о стоимости столь фантастического проекта, бесполезно пытаться подсчитать требуемую валюту. Это, как минимум, бессмысленно без понимания всей бизнес-модели начинания. Однако у физиков есть свое, гораздо более научное мерило — затраченная энергия. И, как ни странно, у финского визионера получились вполне реалистичные цифры. Чтобы поднять с поверхности Цереры килограмм груза на орбиту высотой 100000 километров потребуется всего около 134 килоджоулей энергии (с Земли на высоту 100 километров — не менее 11 мегаджоулей). Для простоты эксплуатации можно использовать паровые ракеты, набрав воды с поверхности и испаряя ее.

Отдельный вопрос: как получить материалы нужного качества для конструкции. По подсчетам финского ученого, на постройку одного цилиндра потребуется 484 тонны стали. Чтобы выплавить килограмм этого металла нужно 20 мегаджоулей — Пекка взял среднее значение между несколькими технологиями. Путем простой калькуляции можно подсчитать, что солнечных батарей МКС (максимальная мощность 120 киловатт) хватит, чтобы выполнить такую работу за три года. Иными словами — фантастики нет, было бы желание, цель и финансирование.

Есть ли шанс на воплощение

Безусловно, Янхунен не учел множества нюансов в своей статье — все-таки, в первую очередь он исследовал вопрос реалистичности постройки станции. Сложности поддержания биосферы внутри цилиндров, обеспечения строителей первичными ресурсами и налаживания транспортных коммуникаций с Землей ученый оставил для других работ. Однако даже в таком виде публикация финна заслуживает внимания, поскольку, на первый взгляд, в ней нет фундаментальных ошибок.

Идеи строительства колоний в космосе витают в самых разных умах давно, но сейчас они стали как никогда близки. Один из участников «новой космической гонки» — мультимиллиардер Джефф Безос — стремится именно к такому будущему. По его мнению человечество обязано начать жить на станциях, подобных описанной Янхуненом. Возможно, глава Blue Origin держит в уме примерно такую же картину. И мы увидим начало строительства базы около Цереры уже до середины XXI века. Во всяком случае, эта карликовая планета заслуживает внимания не только с научной точки зрения: уж слишком на ней много полезных для колонистов ресурсов, чтобы разбрасываться столь выгодными местами.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сегодня, 06:30
Мария Азарова

Ученые проверили содержание побочных продуктов дезинфекции в чае, который заваривали водопроводной или наночистой водой с хлором. Уровни этих соединений в напитке были ниже, чем в самой воде, однако большинство из них оказались неизвестны исследователям — как и их воздействие на здоровье человека.

Позавчера, 15:14
Ольга Иванова

Американские исследователи выяснили, что в женских тампонах содержатся летучие органические соединения, которые влияют на присутствие этих веществ в моче. Интересно, что в прокладках их содержание значительно ниже.

Позавчера, 10:55
ПНИПУ

Ученые Пермского Политеха и Хуачжунского университета науки и технологии (КНР) создали уникальную технологию, которая позволит предприятиям производить промышленные изделия без дефектов. Лазерная сварка в вакууме позволит повысить качество ответственных конструкций в аэрокосмической и машиностроительной отраслях. Российские и зарубежные ученые реализовали разработку благодаря уникальному проекту международных исследовательских групп (МИГов), который действует в Пермском крае с 2011 года и не имеет аналогов в России.

11 сентября
Алиса Гаджиева

Необычное погребение обнаружили во время работ по устройству пруда в гольф-клубе.

Сегодня, 06:30
Мария Азарова

Ученые проверили содержание побочных продуктов дезинфекции в чае, который заваривали водопроводной или наночистой водой с хлором. Уровни этих соединений в напитке были ниже, чем в самой воде, однако большинство из них оказались неизвестны исследователям — как и их воздействие на здоровье человека.

13 сентября
Сергей Васильев

Европейские биологи обнаружили, что лекарства могут накапливаться в клетках кишечной микрофлоры, меняя количество и сроки попадания препарата в организм человека.

3 сентября
Алиса Гаджиева

Два бронзовых тарана и свинцовые пули обнаружили на месте битвы при Эгатских островах, состоявшейся почти 23 века назад.

11 сентября
Алиса Гаджиева

Необычное погребение обнаружили во время работ по устройству пруда в гольф-клубе.

17 августа
Александр Березин

Наши леса вновь горят, сообщают СМИ. На вид все ясно: лес гибнет и скоро погибнет окончательно. Если бы не одно «но»: согласно научным работам в рецензируемых журналах, биомасса наших лесов за 26 лет выросла почти на 39%. А это совершенно немыслимый, рекордный прирост — что, конечно, не отменяет ущерб от пожаров для населенных пунктов. Кому верить: дыму пожаров со страниц СМИ или ученым? И почему борьба властей с пожарами, скорее всего, сделает ситуацию еще хуже? Попробуем разобраться.

[miniorange_social_login]

Комментарии

18 Комментариев

Где-то в расчётах то ли финна то ли автора вкралась ошибка. Не может километровых размеров цилиндр с метровым слоем грунта использовать всего 484 тонны стали. Но дело даже не в этом...зачем всё это надо если на Земле при тех же затратах энергии можно обеспечить людям намного более высокий уровень жизни. Жизнь в этих цилиндрах будет невероятно скучной и жёстко регламентированной. Разрушение любого из них разнесёт вдребезги всю конструкцию. Нельзя построить такое сложное техническое сооружение на века. Его придётся постоянно обслуживать, ремонтировать. В общем, всё та же космическая колония О'Нейла, слегка мудифицированная. Людям нужен планетарный простор и планетарные масштабы. В Солнечной Системе единственное более-менее подходящее для колонизации место это Титан. Там очень холодно и очень низкая сила тяжести зато можно обойтись без сложных высоко нагруженных и опасных в случае разрушения конструкций космического масштаба. То есть, людям будет лишь немногим сложнее там жить чем сейчас в Антарктиде.
    01.03.2021
    -
    0
    +
    Титан в отличии от Цереры очень далеко. Полет к Титану (макс. скорость 60 км/с) займет шесть лет. Радиация, метеориты, невесомость и все это на многие годы. Колонисты будут вынуждены полагаться лишь на себя помощь просто не успеет. Велика вероятность гибели такой колонии. Титан это очень хорошо и даже прекрасно, но при нынешних скоростях полета совершенно нереально. Да и смысл такой колонии совершенно не ясен. Сами же говорили про скучную жизнь в цилиндрах. Не думаю что на Титане жизнь будет веселее.
    +
      ещё комментарии
      При технических возможностях позволяющих построить на Церере космический лифт и километровые цилиндры с искусственной силой тяжести вполне комфортабельный полёт до Титана хоть даже и за шесть лет (скорее, значительно быстрее, на ядерной энергии) не такое уж сложное и затратное мероприятие. Смысл такой колонии как раз совершенно ясен - экспансия земной биосферы в космос. На Титане человек может жить без скафандров и без высоконапорных резервуаров с атмосферой, соответственно вся искусственная среда обитания получается намного проще. И можно начать с небольших научно-исследовательских баз с высоко мотивированным и тщательно отобранным персоналом. Но поскольку людям придётся отправляться туда надолго, они скорее всего станут там размножаться, то есть, через какое-то время там будет местное население.
        02.03.2021
        -
        1
        +
        Так уж и без скафандров )) Температура -180С атмосфера сплошной азот с примесью метана. Пусть туда полетит первым тот чудак без скафандра что статью на хабре запилил. Почитайте хотя бы "Имею скафандр - готов путешествовать" Р. Хайнлайна. Книжка старая, но сложности с жизни при низких температурах там расписаны весьма подробно. Да и сила тяжести меньшая чем на Луне быстро превратит людей в титанцев. Обратно никто вернуться не сможет. Километровые цилиндры с искусственной (центробежной) гравитацией можно сделать при существующих технологиях и люди будут жить там в привычных условиях, а вот космические ядерные двигатели пока только в проектах и размножение при низкой силе тяжести под большим вопросом. Я имею ввиду полный цикл, а не просто сунул-вынул. Может экспансию биосферы начинать с мест поближе, а уж потом замахиваться на далекие и еще менее пригодные для жизни места? С базы на Церере и до Титана уже не так далеко.
          Да, без скафандров и без герметичных высоконапорных объёмов. То есть, база на Титане будет очень мало отличаться от современной базы в Антарктиде. Отапливаемые жилища, тёплая одежда, простые дыхательные аппараты как у лётчиков для работы на свежем воздухе и системы регенерации воздуха в помещениях по типу тех что давным-давно используются на подводных лодках. Воздух на Титане сам по себе для человека безвреден в нём просто нет кислорода. Но его совсем нетрудно там производить в необходимых количествах, водного льда вокруг до чёрта. И да, толстая плотная атмосфера Титана отличная защита от космической радиации и метеоритов. Сила тяжести меньшая чем на Луне позволит людям легко носить на себе тяжёлую тёплую одежду, баллоны с кислородом, и многое другое.
            Если серьезно, то никто не будет колонизировать небесное тело, где невозможно терраформировние, а на Титане оно невозможно. Поэтому колонизировать будут Марс.
              Нет, Марс колонизировать не будут. Даже научные базы там под огромным вопросом. Радиация, вакуум, ядовитая тонкая пыль. Терраформирование Марса - утопия.
            02.03.2021
            -
            0
            +
            А так вы из верующих. Сами-то небось кутаетесь даже при -30С и нос на улицу не высовываете. Здесь же вкручиваете про легкие скафандры и дыхательные аппараты при -180С Что всего лишь на 16 градусов выше температуры при котором азот превращается в жидкость. Если даже этот факт прошел мимо вашего сознания, остальные аргументы повторять вообще нет смысла.
              Никаких скафандров. Достаточно самой обычной тёплой одежды. Если предполагается активная физическая деятельность, то даже придётся раздеваться. Скорость ветра на Титане незначительна. Это не Антарктида. В маску для дыхания подавать подогретый воздух, этого достаточно. Подогревать его при наличии запаса кислорода там совсем не трудно, путём окисления метана в окружающей атмосфере. Собственно, там везде дофига горючего, нужен только окислитель. И как раз -180 позволяет не париться с баллонами а носить жидкий кислород в канистрах, благо его вес на Титане в 8 раз меньше чем на Земле. Этот же кислород послужит прекрасным источником энергии для транспорта, опять таки за счёт углеводородов которых там до чёрта.
            Как-то я не вижу в этой стройной картине прекрасного коммунизма на Титане упоминания, что его атмосфера в четыре раза плотнее земной и находится в постоянном движении. Не слишком быстро, менее метра в секунду, но для двух интересных физических явлений достаточно. Во-первых, учитывая низкую гравитацию и повышенное сопротивление атмосферы, передвигаться по Титану человеку будет сильно сложнее -- мы же не от воздуха отталкиваемся, а от поверхности. Замерзшей и очень твердой поверхности, многие грани которой здорово отполированы эрозией. А во-вторых, более плотная атмосфера прекрасным образом забирает тепло. Любая попытка экспонировать малейшую часть тела этой среде обернется очень быстротечной ампутацией тканей (как бородавки "прижигать" азотом, только быстрее и эффективнее). Я, наверное, удивлю сейчас, но для Титана потребуются еще более суровые скафандры, чем для открытого космоса. Потому что в вакууме у тебя никто особо тепло не забирает.
              Ветер на Титане очень слабый, менее метра в секунду в пересчёте на земной по силе воздействия. Волн в морях Титана не бывает, только лёгкая рябь и то местами. На Марсе кстати ветер бывает намного сильнее, иногда может быть больше десяти метров в секунду опять таки в пересчёте на земной. Теплопроводность газа не зависит от его давления, то есть, и на Титане и на Марсе теплопотери человека в атмосферу примерно одинаковые , на Марсе даже может быть намного больше при ветре. Насчёт "экспонирования" голой кожи в в воздухе при -180 - ничего страшного, если не дуть струёй. Кратковременно голую руку можно даже засунуть в жидкий азот и никакого ожога не будет, потому что вокруг руки сразу же образуется тонкий слой газа. Но зачем экспонировать? Перчатки и защитная маска на харю как у полярников в Антарктиде. Реально, там (из-за ураганного ветра) погода бывает куда жёстче чем на безветренном Титане.
                Предлагаю обновить данные по термодинамике не из Википедии, а хотя бы из школьного учебника физики. До этого момента дискуссия бессмысленна
                Вот и обновите, а у меня высшее образование по специальности "инженер-физик", и с вакуумной и криогенной техникой я дело имел на практике, и голую руку в жидкий азот совал и даже язык, а Вам будет полезно и удивительно узнать что теплопроводность газа не зависит от давления, и термодинамика здесь вовсе ни при чём, ага :) достаточно одной только кинетической теории газов.
                Я написал подробный ответ, но он канул в лету из-за медленного интернета. Ну и шут с ним, кичитесь дипломом дальше, учебник физики от этого нужен не меньше при аргументации
                Учебник физики можно ведь и курить :) надо просто знать азы общей физики на уровне достаточном для того чтобы не углубляясь в расчёты, бегло взглянув, сразу сказать "не взлетит" или "годный пепелац" :) Так и здесь, мне не надо углубляться ни в расчёты ни в учебник общей физики Зисмана и Тодеса для нефизических вузов, я просто вижу что к чему в любом космическом прожекте наших дней потому что физика нисколько не изменилась.
                02.03.2021
                -
                0
                +
                Хз, может вы и правы. Если принять что у поверхности Титана и правда так тихо и конвекция не будет играть особой роли при охлаждении скафандров. Тогда теплозащитный костюм получится не столь тяжелым как вакуумный. Но конечно не будет "просто теплой одеждой", скорей уж вот такой комбинезончик, что применяется в земной криогенике. Впрочем это не главное препятствие для колонизации. Огромные расстояния до Титана и низкая сила тяжести, при которой колонистам придется работать годами, никуда не денутся.
                Скафандр это очень дорогая штука (по сути, небольшой космический корабль), крайне неудобная, резко ограничивающая подвижность и к тому же это гарантированный гроб в случае разгерметизации (разрыва высоконапорной оболочки) далее сотни метров от базы. Любой защитный костюм это не более чем одежда. Cтоит недорого, подвижность ограничивает незначительно, его можно порвать в любом месте и ничего особо страшного не случится. По сути, на Титане человеку доступна вся его поверхность и надёжность (жизнеспособность) даже небольшой колонии неизмеримо выше чем где-либо в Солнечной Системе за пределами Земли. На Марсе, например, придётся рыть глубокие норы и любая вылазка из норы на поверхность будет как выход в открытый космос с теперешней МКС. Ну и зачем оно надо, что интересного жить всю жизнь в норе? На Титане человек может даже летать за счёт своей мускульной силы, так что низкая сила тяжести отнюдь не помешает поселенцам Титана иметь крепкие мускулы и кости.
10.01.2021
-
0
+
А потом цилиндры начнут воевать друг с другом за цилиндры...

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: