Miestas orbitoje

Problemos ir perspektyvos

Kosminės gyvenvietės ir įprastos orbitinės stoties skiriasi dydžiu. Kosminių miestų diametras gali siekti daugiau, nei 8 km, o ilgis – virš 30 km. Tokioje gyvenvietėje gali tilpti 10 – 140 tūkstančių gyventojų. Psichologai paskaičiavo, kad normaliam gyvenimui hermetiškos erdvės plotas turi būti 670 000 m².

Žinoma, kažką panašaus realizuoti praktiškai bus neįtikimai sudėtinga, tačiau tokiems projektams yra objektyvios prielaidos. Pradėsime, ko gero, nuo mūsų planetos resurso. Kiek dar Žemė išlaikys tokių „veltėdžių“, kaip mes? Ekologinės katastrofos prognozės skamba vis įtikimiau. Be to, realijos tokios, kad šių problemų sprendimo rasti neįmanoma. Tarkime, Žemės šalys iki minimumo sumažins šiltnamio efektą sukeliančių (ŠES) dujų emisijas. Bet ar Kinija bei Indija irgi pasuktų šiuo keliu, nuskriausdamos savo ekonomikai?..

Žmogaus išsigelbėjimo scenarijų ne taip jau ir daug. Mėnulis palyginus netoli, tačiau ten gyventi labai sudėtinga. Apšviestos pusės karštį keičia stingdantis kosminis šaltis. Atmosferos nėra, kaip ir patikimos apsaugos nuo radiacijos. Marsas irgi ne itin jaukus: šaltis labai reta atmosfera, silpna gravitacija.

Orbitinis miestas kai kurių šių problemų padėtų išvengti. Pagrindinis privalumas – traukos jėga. Kosmomiestas gali suktis apie savo ašį (vadinamas „miestas riestainis“), taip inžinieriai planuoja pasiekti dirbtinę gravitaciją. Patogumo dėlei gyvenamąsias patalpas galima įrengti ten, kur gravitacija stipriausia. Dar vienas svarbus momentas – skrydžių ekonomiškumas. Ir išties, nusigauti iki Žemės orbitoje skriejančios kosminės stoties daug pigiau, nei iki Marso ar Mėnulio.

Miestas riestainis

Paradoksalu, bet orbitiniai miestai yra veikiau praeities, o ne ateities dalykas. XX amžiaus vidurio inžinieriai nesunkiai įsivaizdavo, kaip šimtmečio pabaigoje žmonės gyvens gigantiškame kosmolėkyje. Dabar ką panašaus įsivaizduoti (netgi labai tolimoje perspektyvoje), labai sunku. Žmonija priėjo išvadą, kad išsaugoti išteklius kur kas svarbiau, nei realizuoti dar vienas „amžiaus statybas“. Pirmasis orbitinio miesto idėją iškėlė didysis rusų mokslininkas Konstantinas Ciolkovskis. Būtent jis pasiūlė sukurti apie savo ašį besisukančius miestus, forma primenančius žiedus ar riestainius. 1952 metais vokiečių o vėliau ir amerikiečių mokslininkas Verneris fon Braunas (Wernher Magnus Maximilian Freiherr von Braun) publikavo straipsnį kuriame įtikinamai įrodinėjo tokių gyvenviečių kūrimo būtinybę. Ten pat skaitytojai galėjo išvysti garsųjį miestą riestainį, pramintą toroidinės formos gyvenviete (arba tiesiog „toru“). Septintajame dešimtmetyje idėją perėmė ir išvystė Amerikos astronautikos bendrijos specialistai.

Kosminių gyvenviečių idėją populiarino rašytojas fantastas Laris Nivenas (Laurence van Cott Niven) – jo keturių romanų serija „Pasaulis Žiedas“ pelnė pasaulinę šlovę. Pirmoji knyga šviesą išvydo 1970 m. Kūrinys pelnė daugybę apdovanojimų ir premijų, nors specialistai akcentavo tokio žiedo nestabilumą

Stenfordo toras

Aštuntojo dešimtmečio viduryje pasirodė detalus kosminių gyvenviečių projektas. Tiksliau, trys projektai, kuriuos visus sukūrė su NASA bendraujantys Stenfordo universiteto specialistai. Vienas iš projektų taip ir vadinosi – „Stenfordo toras“. Tai išties buvo gigantiška kosminė stotis, savo forma primenanti žiedą. Gyvenvietės diametras – 1,8 km, ir jo teritorijoje galėtų tilpti 10 – 140 tūkstančių žmonių. Centrinė dalis liktų nejudama, o žiedas apie ją apsisuktų per vieną minutę.

Objektas būt uždara ekosistema. „Riestainio“ žiedo vidų jo kūrėjai įsivaizdavo kaip didžiulį gamtinį slėnį, kur būtų galima auginti augalus ir veisti gyvulius. Stoties ašyje būtų šviesą į vidinę žiedo pusę nukreipiantys veidrodžiai. Tokiu originaliu būdu miestą pasiektų Saulės šviesa.

Konstrukcijos centre būtų ašis, su žiedu jungiama šešiais koridoriais. Jai būtų galima judėti pėsčiomis arba transportu. Dėl silpniausios gravitacijos, centrinė dalis geriausiai tinka kaip susijungimo mazgas. Į „Stenfordo sferą“ atskristų kosminiai laivai ir grįžtų atgal į Žemę. Orbitinis miestas galėtų sverti bemaž 10 milijonų tonų. Akivaizdu, tokį gremėzdą greitai surinkti buvo neįmanoma ir toro statyba galėjo trukti ilgus dešimtmečius. Dar vienas didelis klausimas – medžiagos stočiai. Pagal planus, didžiąją jų dalį reikėtų pristatyti iš Mėnulio – tam buvo siūloma naudoti elektromagnetinė katapultą.

Kosminių gyvenviečių tema išplėtota filme „Eliziejus: Rojus ne Žemėje“. Pagal jo siužetą ateities Žemė tapo ekologiškai užteršta ir tiesiog pavojinga vieta. Visas žemiškasis elitas ėmė gyventi gigantiškoje kosminėje stotyje. Eliziejus kažkuo primena „Stenfordo torą“, nors ir kiek kitonišką.

Bernalo sfera

„Bernalo sfera“, pavadinta jos idėjinio įkvėpėjo Džono Barnalo (John Desmond Bernal) garbei, – kiek kitoks žvilgsnis į kosminių gyvenviečių klausimą. Šis anglų fizikas, sociologas ir visuomenės veikėjas dar 1929 metais pasiūlė pastatyti orbitoje visą miestą. Jau tais senais laikais mokslininkas numatė dabartinės civilizacijos problemas ir pasiūlė išspręsti jas tokiu originaliu savo laikmečiui būdu.

Pagal pirminį planą, orbitiniame mieste turtų gyventi iki 30 tūkstančių žmonių, o sferos diametras siektų 1,6 km.

Aštuntojo dešimtmečio viduryje Stenfordo universiteto mokslininkai pasiūlė paprastesnį „Bernalo sferos“ variantą. Pagal amerikiečio fiziko Džerardo O'Nilo (Gerard Kitchen O’Neill) sumanymą, sferos diametras galėjo būti ne 1,6 km, o tik 500 m. Atitinkamai, tokioje stotyje galėtų gyventi daugiausiai 1000 žmonių. Objektas pavadintas „Sala I“. Kiek vėliau pasirodė daug ambicingesnis projektas „Sala II“. „Bernalo sfera“ tapo panaši į savo tolimą pirmykštį atvaizdą, iš didelės kosminės stoties pavirtusi milžiniška gyvenviete orbitoje.

„Salos II“ diametras – 1,8 kmir jo teritorijoje galėjo gyventi iki 140 tūkstančių žmonių. Jei nežiūrėtume dydžio, kiti „Bernalo sferos“ variantai buvo panašūs. Tai gigantiškos kosminės stotys, tinkamos nuolatiniam gyvenimui. Gyvenamosios patalpos išsidėsčiusios besisukančios struktūros viduje – taip sukuriama dirbtinė gravitacija.

Sferine forma mokslininkai siekė išvengti problemų su radiacija: radiacinės apsaugos požiūriu, išorinis „Bernalo sferos“ plotas optimalus. Tuo tarpu vidinės erdvės pakanka uždaros ekosistemos sukūrimui. Objekto dydis ir gyventojų skaičius (kalbant konkrečiai apie projektą „Sala II“) nebuvo iš piršto laužti – mokslininkų nuomone, tik tokio tūrio sferoje būtų galima sukurti galintį save apsirūpinti miestą. Normaliam gyvenimui „Bernalo sfera“ privalo turėti savo pramonę ir žemės ūkį. Kaip ir „Stenfordo toro“ atveju, šviesa į stotį patektų per specialią veidrodžių sistemą.

Pačiu neįtikimiausiu kosminiu statiniu galima laikyti „Daisono sferą“. Ji buvo pavadinta savo kūrėjo – amerikiečių fiziko teoretiko Frimeno Daisono (Freeman John Dyson) – garbei. Astroinžinerinis statinys yra sferinis apvalkalas su žvaigžde viduje. Toks objektas gali maksimaliai išnaudoti žvaigždės tiekiamą energiją, tačiau jo realizavimas lieka labai tolimos reikalu. Vienas iš fundamentalių „Daisono sferos“ iššūkių – centrinio šviesulio traukos jėgos nesubalansavimas. Todėl kyla didelė savaiminio griuvimo rizika.

Viena iš žinomiausių kosminių gyvenviečių idėjų tapo projektas Mars One. Šiame projekte grupė žmonių turės išgyventi rūsčiomis marsietiškomis sąlygomis. Jiems vadovauja olandas Basas Lansdropas (Bas Lansdorp). Pirmoje grupėje bus 4 žmonės ir pagal dabartinius planus, Marse turės išsilaipinti 2025 metais. Žmonių gyvenimas bus transliuojamas tiesiogiai – tai padės atpirkti projektą. Beje, daugelis specialistų laiko projektą avantiūra.

O'Nilo cilindrai

Trečias įžymus kosminės gyvenvietės projektas yra „O'Nilo cilindrai“ (kitas pavadinimas – „Sala III“, nors koncepcija gan žymiai skiriasi nuo „Bernalo sferų“). „Sala III“ – du cilindrai, besisukantys priešingomis kryptimis. Kiekvieno cilindro skersmuo – 8 km, o ilgis – bemaž 32 km. Kiekviename cilindre yra vidinis žiedas, kurio diametras siekia 16 km. Cilindrų sukimasis turi kurti dirbtinę gravitaciją – tam jie per valandą turi apsisukti apie 40 kartų. Atmosferos slėgis stoties viduje turi būti lygus pusei žemiškojo.

Abu moduliai padalinti į šešias vienodas erdves – trys iš jų skirti gyvenimui. Gigantiški permatomi stiklai praleistų šviesą, superstiprūs rėmai dalintų langus į smulkias dalis, kad vieno iš jų pažeidimas nesukeltų katastrofos.

Visi šie projektai („Stenfordo toras“, „Bernalo sfera“, „O'Nilo cilindrai“) aštuntajame dešimtmetyje atliko aukštą startą ir ateinančiais dešimtmečiais buvo tobulinami. Jų pagrindo savo idėjas išvystė ir kiti konstruktoriai. Ir nors šie konceptai nesyk patraukė dėmesį, niekas nesiėmė įvardinti tikslių jų realizavimo terminų.

Kalbant apie finansinę pusę, toks projektas galėtų kainuoti 190 milijardų dolerių (ir tai – aštuntojo dešimtmečio vidurio vertinimu!).

Kalpana One

Mūsų laikais, kai, atrodo, kosminių skrydžių romantika liko praeityje, kosminių gyvenviečių idėja tebesivysto. Žinoma, idėjų mastelis kur kas kuklesnis, o ir ši tematika tapo mėgėjų, o ne profesionalų sritimi.

Kasmet NASA organizuoja Space Settlement Contest konkursą, kur jaunieji talentai iš viso pasaulio demonstruoja orbitinių gyvenviečių idėjas. Kažką panašaus neseniai parodė žymus Kanados dailininkas Brajanas Verstigas (Bryan Versteeg). Jo koncepcija pavadinta Kalpana One.

Tai realistiškesnis grandioziškų aštuntojo dešimtmečio idėjų vaizdinys. Cilindrinės kosmoso stoties skersmuo yra 250 metrų, o ilgis –325 m. Jame gali tilpti iki 3000

Į kai kuriuos klausimus, susijusius su kosminių gyvenviečių kūrimu, galėjo atsakyti projektas „Biosfera 2“, kurį JAV sukūrė milijardierius Edvardas Basas (Edward Basse) ir kompanija Space Biosphere Ventures. Pagrindinė projekto užduotis buvo išsiaiškinti, ar pajėgs žmogus gyventi autonominėje ekosistemoje. Hermetiški pastatai užėmė 1,5 ha plotą. Porą metų (nuo 1991 iki 1993 ) jo teritorijoje gyveno aštuoni žmonės. Iš principo projektą galima laikyti nepasisekusiu, kadangi po apsigyvenimo tarp žmonių kildavo konfliktai, o viena dalyvė netgi neteko piršto.

Pagrindiniai iššūkiai

NASA Ameso tyrimų centro mokslininkas, daktaras Elas Globusas (Albert Globus) tvirtina, kad pirmosios kosminės gyvenvietės statyba taps įmanoma iki 2100-ųjų. Tokių kolonijų statyba smarkiai paspartins kosmoso užkariavimą, juk kosminiai laivai galės startuoti iš orbitinės platformos. Dėl nesvarumo jų naudojimas tampa rentabilesnis. Kaip žinia, pirmųjų 150-ies kilometrų įveikimas raketa yra pats brangiausias skrydžio etapas.

Atrodo, orbitinės gyvenvietės sukūrimo nauda akivaizdi, tačiau ši užduotis susijusi su kuo realiausia rizika. Kosminės gyvenvietės išties didžiulės, ir kaip išvengti susidūrimų s meteorais – nežinia. Susidūrimas netgi su vieninteliu tokiu klajūnu gali sukelti katastrofą. Kita problemą – teroristiniai aktai. Mūsų laikais terorizmo grėsmė aktuali kaip niekada (ateityje ši grėsmė taip pat nežada išnykti): ar bus įmanoma apsaugoti stotį nuo tokių pavojų? Šis klausimas kol kas lieka neatsakytas.

Svarbiu klausimu tapo radiacija. Amerikiečių specialistai, pavyzdžiui, nagrinėjo pasyvios apsaugos variantą, kurios išorinės sienelės kvadratinis metras svertų 4,5 tonos. Bendras pasyvios apsaugos svoris siektų 9,9 milijonus tonų. Savaime suprantama, tokio svorio pakėlimo į orbitą užduotis būtų, švelniai tariant, ne iš lengvųjų.

Kalbėti apie kurą ar maistą šiuo konkrečiu atveju nėra prasmės. Ir taip aišku, kad šie klausimai nebuvo iki galo išspręsti, o žaliavų ėmimo iš Mėnulio idėja atrodo pernelyg fantastiškai. Galbūt čia galėtų padėti kosminis liftas, tačiau dabar jo perspektyvos taip pat gan miglotos.

Илья Ведмеденко
Naked Science