CC BY
11УДК 629.786
Особенности проектирования жилого космического кластера «ЭкоКосмоДом» -миссия, цели, назначение
ЮНИЦКИЙ А.Э. (г. Минск)
Проведено всестороннее исследование жилого космического кластера «ЭкоКосмоДом» (ЭКД) не только как составной части орбитального транспортно-инфраструктурного и индустриально-жилого комплекса «Орбита», но и как точки роста, вокруг которой будет постепенно выкристаллизовываться космическая индустрия. Описана возможность создания в таких многофункциональных кластерах различных условий для существования человека, отличных от земных: гравитации, атмосферы, среды обитания. Особое внимание уделено вопросу моделирования биосферы Земли внутри ЭКД со всеми её составляющими: флорой, фауной, в том числе микрофлорой и микрофауной. Описана конструктивная часть космического жилого кластера, а также дана оценка стоимости и ориентировочного количества материалов, необходимых для сооружения его на орбите. Кроме этого, проведено сравнение уровней комфорта проживания, стоимостей сооружения и эксплуатации ЭКД с имеющимися сегодня на околоземной орбите поселениями, типа Международной космической станции (МКС).
Ключевые слова:
ЭкоКосмоДом (ЭКД), замкнутая экосистема, биогеоценоз, живая плодородная почва, иммунная система, индустриализация космоса, общепланетарное транспортное средство (ОТС).
I Iри индустриализации околоземного космического пространства в первую очередь должно быть создано космическое индустриальное ожерелье «Орбита» (КИО «Орбита») - орбитальный транспортно-инфраструктурный и индустриально-жилой комплекс, охватывающий планету в плоскости экватора и имеющий соответствующую длину, например, для высоты 400 км - 42 567 км. Начало строительства КИО «Орбита» - с первого же запуска общепланетарного транспортного средства (ОТС) [1].
Индустрию, созданную в космосе на благо земной цивилизации, несмотря на автоматизацию и роботизацию, должны также обслуживать и люди, хотя и в ограниченном количестве по сравнению с земными технологиями. В земной индустрии, включая транспорт, энергетику, связь и информационные технологии, трудятся сегодня порядка 1 млрд специалистов. Возможно, в будущем эта потребность снизится в тысячу раз, до миллиона сотрудников. Не меньше будет туристов и отдыхающих, так как в космосе можно смоделировать рекреационные комплексы с условиями, лучшими, чем на Земле. Поэтому на орбите необходимо будет создавать жилые поселения нового типа -ЭкоКосмоДома (ЭКД), в которых станут жить, работать, отдыхать, проходить курсы терапии и лечения миллионы человек (рисунок 1).
В ЭКД на несколько тысяч жителей - в небольшом социуме типа деревни, построенном на инновационных принципах, - будет воссоздана лучшая часть земной биосферы со всеми необходимыми природными условиями: атмосферой, разнообразием ландшафтов, живых организмов, почв, биогеоценозов, водных экосистем и др. Будут также созданы самые комфортные физические условия: гравитация (с помощью центробежных сил), освещённость в естественном спектре, оптимальная температура, давление, влажность воздуха и т. д.
Поперечный размер этих сооружений - до 500 м, чтобы не увеличивать чрезмерно их парусность, которая тормозила бы весь индустриальный комплекс из-за наличия на этой высоте газовой среды, хотя и очень разреженной (на высоте 400 км об атмосфере можно говорить только условно, поскольку плотность у неё очень низкая:
3 х 11) К1 /м).
Для комфортного проживания людей в космосе необходимы условия, эквивалентные и даже превосходящие по качеству земные.
Комфортная гравитация. Гравитацию на орбите можно смоделировать центробежными силами. При этом не исключено, что наиболее комфортной будет пониженная
Рисунок 1 - Конструкция фрагмента космического индустриального ожерелья «Орбита» со спаренным тороидальным ЭКД (вариант), к которому, расширяясь от Земли, подлетает ОТС с пассажирскими (грузовыми) гондолами (визуализация)
гравитация, подобная той, что на Луне или Марсе, с ускорением свободного падения порядка 2 м/с2, то есть в пять раз ниже, чем на Земле. Тогда взрослый человек весил бы примерно 15 кг, мог бы легко запрыгнуть на крышу дома и летать как птица, если снабдить его крыльями.
Комфортная атмосфера - по давлению, составу, влажности и температуре:
1) давление в атмосфере космического дома. Возможно, что на орбите комфортным будет давление, как на Земле в горной местности, - в два раза ниже атмосферного, т. е. 0,5 кгс/см2, или 5 т/мг. Снижение давления в два раза уменьшит вдвое нагрузки на оболочку космического дома, обусловленную давлением атмосферы внутри него, что повысит его надёжность и долговечность при значительном сокращении стоимости;
2) состав атмосферы. Для того чтобы не наступило кислородное голодание, содержание кислорода можно увеличить двукратно, к примеру, до 40 %, если атмосферное давление будет снижено по сравнению с земным в два раза. При этом содержание кислорода должно быть ограничено верхней планкой, при которой может происходить самовозгорание различных горючих веществ, в частности, древесины, которая будет присутствовать в ЭкоКосмоДоме. Следует также оптимизировать содержание других газов (азота, аргона, неона, углекислого газа и др.). Кроме того, в доме не должно быть застойных зон, т. е. должен существовать воздухообмен - движение воздуха: либо конвекционное, либо с помощью специальных вентиляторов, например, закамуфлированных под ветряные мельницы;
3) влажность воздуха. Поскольку организм человека, впрочем, как и животных, и растений, получает влагу не только с продуктами питания, но и из воздуха, то влажность атмосферы в космическом доме должна быть в течение суток и круглый год оптимальной, например, равной 55-60 % (при необходимости её можно будет изменять как в течение суток, так и в течение года);
4) температура воздуха. Воздух в космическом доме может иметь весь год оптимальную температуру, равную +21... +25 °С (при необходимости её можно будет регулировать как в течение суток, так и в течение года в более широком диапазоне температур).
Продолжительность суток и года. В ЗкоКосмоДоме сутки и год теряют свой смысл, так как ЭКД совершит один оборот вокруг планеты примерно за 1,5 ч, т. е. 16 раз за дневные сутки, проходя восходы и закаты. Поэтому
в орбитальном доме должно быть искусственное освещение, а сутки и год могут иметь оптимальную продолжительность, отличающуюся, соответственно, от 24 ч и 365 суток. Например, для большинства современных городских жителей 24-часовые сутки являются навязанными и насильственными, доказательством чему служит регулярное использование будильника.
Освещённость. Комфортная освещённость необходима как людям, проживающим в ЭКД, так и растениям, и животным. Для полноценного развития растений интенсивность света должна находиться на уровне более 1000 лк Свет должен быть:
• качественным. Каждой фазе роста растений соответствуют свои потребности в спектральном составе световых лучей. Для развития зелёной массы необходим голубоватый свет, а для роста корневой системы и в период подготовки к цветению в спектре должны присутствовать оттенки жёлтого и красного. Зеленоватые лучи стимулируют процессы фотосинтеза в листьях с плотной структурой;
• продолжительным. Большинство растений набирают силу и цветут только тогда, когда световой день составляет не менее 14 ч, т. е. летом. Однако есть растения, которым при цветении следует находиться на свету не более 8-10 ч в сутки. Поэтому освещение в ЭКД должно быть локальным - в зависимости от зоны экосистемы;
• интенсивным. Слабое освещение для растений губительно. Идеальный вариант для светолюбивых видов -100 000 лк, как у солнечного света. В любом случае источником освещения в космическом доме должно выступать Солнце - либо с помощью специальных зеркал и линз, либо путём преобразования солнечного света в электрическую энергию.
Комфортная среда обитания (проживания) человека.
В космическом доме следует полностью смоделировать биосферу планеты - колыбели человека с историей эволюции, насчитывающей миллиарды лет, в том числе предшествующей человеку. Надлежит представить во всём их разнообразии флору и фауну благоприятных для жизни человека климатических зон Земли, откуда мы происходим своими корнями (например, в нашей крови шумит древний океан - её минеральный состав полностью соответствует составу его воды), а также микрофлору и микрофауну - почвенный биогеоценоз с тысячами видов микроорганизмов.
В килограмме здоровой плодородной почвы, не тронутой плугом, проживают порядка триллиона почвенных микроорганизмов нескольких тысяч видов - все они необходимы для существования флоры и фауны в земной биосфере, в том числе человека. Плодородная почва на планете является иммунной системой биосферы и залогом её здоровья. Если на Земле убить всю живую плодородную почву и заместить её мёртвой, искусственной почвой, пропитанной гербицидами и пестицидами и обильно политой минеральными удобрениями, то этот день станет началом конца земной биосферы - той, которую мы все знаем и частью которой являемся. Именно в тот момент легко может возникнуть пандемия, способная в течение буквально нескольких суток убить всех людей - ни двухсотметровая яхта, ни «Боинг» с противоракетной обороной, ни свой островок в океане никому не помогут выжить.
Без здоровой (живой) плодородной почвы в Эко-КосмоДоме невозможно создать комфортные и безопасные условия для проживания человека. Например, основой иммунной системы человека является микрофлора и микрофауна его кишечника, которая в основном считается почвенной. Там живут триллионы микроорганизмов тысяч видов [2]. Они денно и нощно трудятся - кормят, поят нас и даже... лечат. Неспроста многие специалисты называют содержимое кишечника нашим вторым мозгом.
Биосфера космического дома должна постоянно вырабатывать кислород, необходимый для дыхания про-
Рисунок 2 - Жилая (слева) и природная
живающих там людей и животных, производить здоровую пищу и утилизировать в гумус все отходы жизнедеятельности живых организмов. Основой плодородия почвы, в том числе самой плодородной почвы на планете - чернозёма, является гумус, нерастворимые соли гуминовых кислот [3]. По сути, это «консервы» для растений, которые вскрывает своеобразный «консервный нож» - микроорганизмы, живущие в почве (если бы гумус был растворим, то его вымыл бы из почвы первый же дождь). Они переводят гумус в растворимую форму и этим поят и кормят растения, вступая с ними в своего рода симбиоз. Без подобного симбиоза, только уже с грибами, не может существовать ни одно растение, так как грибы не только живут в самих растениях, но и образуют с их корнями грибокорень, который питает их хозяина, а также является для них информационной сетью.
На рисунке 2 показаны жилая и природная зоны тороидального ЭКД, на рисунке 3 - жилые апартаменты. В зонах космоса, где существует повышенная метеоритная опасность, жилые и офисные помещения могут быть выполнены в гондолах-контейнерах ОТС, в которых на орбиту будут доставлены пассажиры или грузы. Эти гондолы герметичны, имеют систему жизнеобеспечения, рассчитаны на избыточное давление, оборудованы люком (дверью). Поэтому даже при разгерметизации космического дома в случае попадания крупного метеорита жители могут спастись, задраив люк.
ва) зоны тороидального ЭКД (визуализация)
оборудованные в гондолах ОТС (визуализация)
Рисунок 3
-Жилые апартаменты ЭКД (варианты),
Защита от метеоритов и радиации. В космосе, как и на околоземной орбите, имеются метеоритная и радиационная опасности, защиту от которых существующие орбитальные станции в полной мере не обеспечивают. Например, капля воды при скорости 20 км/с в состоянии пробить танковую броню, а космическая радиация за несколько дней способна убить человека,
так как её уровень значительно выше, чем на аварийной Чернобыльской АЭС. Наиболее эффективной защитой от этих двух опасностей являются не сверхпрочные тонкостенные экраны, а толстые многослойные преграды, в качестве которых могут выступать и пеноматериалы, и многометровый слой почвы, находящейся внутри космического экодома, а также вода и воздух.
Составные элементы ЭкоКосмоДома. Конструктивная часть космического жилого кластера представляет собой пустотелую сферу, или цилиндр, или тор (рисунок 4), или их комбинации диаметром 200-500 м, вращающиеся вокруг своей оси. Для начальной раскрутки достаточно массивных космических поселений, которые возможно выполнить спаренными, расположенными на одной оси -либо рядом друг с другом, либо размещёнными друг в друге по принципу матрёшки. Тогда можно получить
любую окружную скорость с помощью электродвигателя, а не реактивного двигателя. При этом одна оболочка будет вращаться в одну сторону, а другая - в обратную.
Несущая оболочка космического дома выполнена из высокопрочных материалов и является его самой нема-териалоёмкой частью. Например, если создать её из композитных материалов, выпускаемых промышленностью уже сегодня, толщина несущей стенки такого огромного сооружения будет равна всего 3 мм. Самой материалоёмкой
частью ЭКД станет противометеоритная и противорадиационная защита, а также слой почвы - их суммарная толщина может достигать десятка метров.
На внутренней поверхности оболочки, поверх пористой противометеориотной и противорадиационной защиты, следует насыпать слой живой плодородной почвы толщиной не менее метра, посадить леса, сады, луга со своими биогеоценозами, создать экосистемы водоёмов с пресной и морской водой.
Наклонную часть почвы, ближе к оси вращения, выполнить с горными пейзажами, ручьями и водопадами и соответствующими предгорными экосистемами. Воздух в космическом доме наполнен запахами цветов и полезными фитонцидами, благоприятное действие которых на организм человека не идёт в сравнение ни с какими лекарствами. Шума нет будет, только пение птиц и шорох листвы деревьев.
Ориентировочная масса материалов, необходимых для сооружения на орбите космического дома на 5 тыс. человек, составит около 500 тыс. тонн, в том числе:
• несущая оболочка - 2 тыс. тонн;
• противорадиационная и противометеоритная защита -100 тыс. тонн;
• плодородная живая почва (экочернозём) - 200 тыс. тонн;
• вода (пресная и морская) -100 тыс. тонн;
• воздух -10 тыс. тонн;
• строительные материалы и конструкции, в том числе для жилищ внутри космического дома, - 50 тыс. тонн;
• прочее - 38 тыс. тонн.
Доставка с помощью ОТС всех материалов на орбиту для одного ЭкоКосмоДома обойдётся примерно в 500 млн USD (порядка 1000 USD/т). Материалы и вещества для него также будут стоить приблизительно 500 млн USD, на проведение строительно-монтажных работ будет затрачено около 1 млрд USD. Таким образом, космическое поселение на орбите, в котором смогут жить и работать до 5 тыс. человек, обойдётся примерно в 2 млрд USD, что, например, в 75 раз дешевле Международной космической станции, стоимость которой превысила 150 млрд USD [4].
Следовательно, на те денежные средства, которые израсходовало сегодня человечество на возможность нахождения на орбите до десятка астронавтов (в очень некомфортных и опасных для жизни условиях), с помощью ОТС можно построить 75 космических поселений на 375 тыс. жителей, которые будут жить и работать в значительно более комфортных условиях, чем на Земле.
© Юницкий А.Э., 2019
Литература
1. Юницкий, А.Э. Струнные транспортные системы: на Земле и в Космосе: науч. издание/А.Э. Юницкий. - Силакрогс: ПНБ принт, 2019. - 576 е.: ил.
2. Микрофлора окружающей среды и тела человека: учеб. пособие/Н.В. Литусов [идр.]. - Екатеринбург: Уральская государственная медицинская академия, 2008. - 28 с.
3. Шапиро, В А. Гетерогенная теория сотворения материи/ В А Шапиро. - М.:ДеЛи плюс, 2013. - 104 с.
4. Цена прогресса: 5 самых дорогих космических проектов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// www.rbc. ru/socie ty/06/04/2011/5703e5c 19a79473c0df1 c7e6. - Дата доступа: 2105.2019.
