АСТРОИНЖЕНЕРНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЦИВИЛИЗАЦИЙ

На некотором этапе развития цивилизация может достигнуть такого высокого технологического уровня, что ей на своей планете станет тесно. И дело тут не только и не столько в тесноте в прямом смысле слова, сколько в смысле энергетическом. Правда, эти два аспекта определенным образом связаны. Это можно проиллюстрировать на примере Земли. Если человечество будет увеличивать потребление (а значит, и выработку) энергии такими же темпами, как сейчас, то через 200 лет вся энергия, вырабатываемая на Земле, составит 1 % от приходящей на нее солнечной энергии. Этого допустить нельзя, так как нарушится тепловой режим Земли. Необходимо остановиться на 0,1 %. Таким образом, если развитие цивилизации на Земле будет проходить примерно по такому «сценарию», то землянам придется осваивать околоземное пространство, а затем, возможно, и всю планетную систему. Собственно, еще К.Э. Циолковский считал, что по мере развития земной цивилизации все большая часть человечества будет переселяться в космос. Для выхода цивилизации за пределы своей планеты (или другого объекта, на котором она обитает) ей необходимо выполнить непростые инженерные работы в окрестности этого астрофизического объекта. Такие работы называют астроинженер-ными, а сами сконструированные объекты — астроинженерными сооружениями.

Астроинженерные сооружения должны удовлетворять определенным требованиям: на них должны быть обеспечены необходимые для жизни условия и, кроме того, они должны позволять улавливать необходимое количество энергии от своей звезды.

Сегодня имеется несколько различных проектов создания аст-роинженерных сооружений. Один из таких проектов, предложенный О'Нейлом, предусматривает сооружение объекта оболочечного типа. Весь объект состоит из некоторого количества колоний, в которых обеспечение электроэнергией и практически вся их деятельность могут быть полностью автономными. Каждая такая колония представляет собой цилиндр, боковая поверхность которого поделена на шесть одинаковых продольных секций. Каждая вторая секция является прозрачной. Это делается для того, чтобы внутрь цилиндра мог попадать свет своей звезды. На эти длинные и огромные «окна» приделаны наружные ставни, которые позволяют наглухо или частично закрывать окна. Предлагается ставни сделать изнутри зеркальными. Это даст возможность при определенном их положении направлять свет звезды (Солнца) внутрь колонии. Каждая вторая секция непрозрачная. Проектант назвал их «долинами». Если такие колонии будут строиться вокруг Земли, то предлагается непрозрачные долины покрыть изнутри материалами, доставленными из Луны, — титаном и алюминием

(именно этих элементов там достаточно много). Затем слой этих металлов должен быть покрыт слоем почвы толщиной не менее полутора метров. По желанию жителей колонии здесь можно создать такой ландшафт, к которому они привыкли на своей планете. Это может быть холмистый или горный пейзаж. Долины предназначены для того, чтобы в них выращивать сельскохозяйственные культуры, сажать сады, разбивать клумбы, розарии. В долинах же строятся жилые дома, спортивные комплексы и культурные центры. Можно в одном цилиндре сосредоточить только жилые комплексы и социально-культурные объекты, а все сельскохозяйственное и другое производство организовать в другом, специально для этого созданном цилиндре. Естественно, внутри цилиндра должен содержаться воздух с тем составом, температурой и давлением, к которому население колонии привыкло на своей планете. Автор проекта считает вполне возможным создать внутри цилиндра даже привычные для колонистов облака, плывущие в голубом небе.

Предусматривается установить цилиндр таким образом, чтобы его ось все время совпадала с направлением на звезду (Солнце). Это необходимо для того, чтобы одно донышко цилиндра все время было подставлено под лучи звезды. На нем или вокруг него на большой площади должны быть расположены звездные электростанции, позволяющие перерабатывать энергию излучения звезды в электрическую энергию. Такая электростанция одной колонии с населением в 10 тысяч человек способна давать для каждого жителя мощность в 120 кВт.

Не обязательно сооружать все цилиндры-колонии одинаковыми по размерам. Автор проекта считает, что применительно к землянам первую колонию следовало бы соорудить в виде цилиндра с радиусом в 100 метров и длиной 1000 метров. В нем могло бы разместиться 10 тысяч человек. В первой колонии должны находиться конструкторы и строители, в задачу которых должна входить разработка системы полного самообеспечения. После выполнения этой задачи они должны заняться строительством второй колонии, размеры которой в 10 раз больше. Другими словами, первая колония — это просто «вагончик» строителей, созидающих город в космосе. По мере увеличения числа строителей должна увеличиваться и емкость каждой новой колонии. Поэтому уже четвертая колония могла бы иметь диаметр 6–7 километров, а длину — все 40 километров. В таких колониях могут постоянно комфортабельно проживать до 20 миллионов человек. То есть такая колония по народонаселению может быть приравнена к современному среднему государству. O'Нейлу необходимо было решить еще один вопрос, а именно: как стабилизировать в пространстве колонию-цилиндр и одновременно как создать силу такого притяжения жителей колонии, к которой они привыкли на планете. Проект разрабатывался применительно к нашей земной цивилизации. Поэтому бралось в расчет земное притяжение. Для решения этой задачи автор предложил строить колонию в виде двух связанных цилиндров, которые вращаются в разные стороны. Это нужно для того, чтобы суммарный угловой момент системы был равен нулю. За счет вращения каждого цилиндра внутри него для тех конструкций, которые связаны с оболочкой цилиндра, возникает эквивалентная сила тяжести. Если вращать самую первую (самую малую) колонию с периодом в 21 секунду, то, находясь на внутренней стороне цилиндра, человек будет испытывать такую же силу тяжести, что и на Земле. Но если мы внутри такой колонии будем подниматься вверх, то есть удаляться от внутренней поверхности в направлении оси цилиндра, то создаваемая за счет вращения эквивалентная сила тяжести будет уменьшаться. На самой оси цилиндра мы этой силы не почувствуем вообще. Так что в самой внутренней, центральной вдоль оси части цилиндра предметы или конструкции будут парить в воздухе.

Применительно к большим колониям скорости вращения цилиндра будут другими, но это не принципиально. На первый взгляд это покажется чистой фантастикой. Такой же фантастикой не так давно казалась высадка человека на Луну. О'Нейл пришел к выводу, что создание четырех колоний от самой маленькой (строительного вагончика) до большой, вмещающей около 20 миллионов жителей, можно осуществить уже в начале нашего века. Он намечал окончание всех работ на 2008 год. Сейчас очевидно, что этот срок будет продлен, отношение к проекту О'Нейла компетентных кругов США очень серьезное. Несомненно, проект является предприятием вполне реальным.

Но мы должны помнить и о реальной стоимости его осуществления. В проекте разработан и этот вопрос. Стройматериал для постройки колоний предлагается брать на Луне. Для самой малой колонии потребуется около 500 тысяч тонн материала. Полагается, что этим материалом будут алюминий и стекло, так как этих веществ на Луне достаточно много. 98 % всего строительного материала можно взять на Луне, тогда как с Земли надо будет привезти жидкий водород. Этот материал надо будет перевезти к месту строительства, которое удобнее всего выбрать в одной из двух точек либрации системы Земля — Луна. Это достаточно близко к Луне, дешевле обойдется транспортировка материала. Кроме того, здесь реализуются такие условия, при которых грузы наиболее устойчивы. Подсчитано, что для строительства первой колонии с Земли придется вывезти около 4 тысяч тонн оборудования и 5,4 тысячи тонн жидкого водорода. Надо будет доставить с Земли на стройплощадку около 2000 строителей. Затем к ним в свое время приедут жители колонии.

О' Нейл оценивал все расходы на создание первой колонии в 30 миллиардов долларов (в 1972 году). Но если эта сумма даже утроится, то она все равно останется реальной для развитой цивилизации. Если исходить из возможности оптимальной организации жизни, то описанные выше колонии очень выгодны. Перемещения в пространстве вне планет должны быть дешевыми, сами колонии компактны, энергетические и другие коммуникации коротки и поэтому недорогие. К этому надо добавить, что строительство каждой последующей колонии будет дешевле (в расчете на каждый кубический метр), чем предыдущей. А точнее, строительство колонии второго ранга, полезная площадь которой в десять раз больше первой колонии, всего на 10 % дороже, чем создание первого «строительного вагончика». Для строительства колоний третьей и четвертой моделей можно использовать материал астероидов (их легче разбирать, чем планеты). Несмотря на приличную стоимость, проект О'Нейла показывает, что создание астроинженерных сооружений внеземными цивилизациями дело вполне реальное.

Есть и другие проекты. Кратко рассмотрим один из них, предложенный Дайсоном. Принцип построения астроинженерных сооружений иной. Такие сооружения можно строить поэтапно, постепенно наращивая полезную площадь. Поэтому эту модель назвали «иерархической», то есть состоящей из последовательных ступеней. Кратко поясним, что собой представляют эти ступени.

Первая ступень иерархической модели создастся из балок, длина которых в 100 раз больше их толщины. Из 12 таких балок собирается правильный октаэдр. Далее 100 собранных таким путем октаэдров выстраиваются в линейку. Из 12 таких линеек создают октаэдр, который является второй ступенью модели. Затем все повторяется: из 100 больших октаэдров монтируют линейку — «столб». Из 12 таких столбов создают новый октаэдр. И так до тех пор, пока в этом есть необходимость (и возможность). Говоря точнее, эта конструкция имеет верхний предел. Он обусловлен действием на конструкцию приливных гравитационных сил, которые могут ее разорвать, если превысят некоторую предельную величину. Этим силам должны противодействовать силы упругости (сопротивление твердых тел разрывам или изгибам). Порог, при котором уже достигается баланс этих сил, превышать нельзя, иначе конструкция разрушится.

Если конструкция находится на круговой орбите вокруг Земли на высоте 300 километров, то она может иметь максимальные размеры порядка 260 километров. Если орбита, на которой находится конструкция, является геостационарной, то размер конструкции может достигать примерно 4000 километров. Если конструкция вращается вокруг Солнца, как и Земля (на том же удалении), то ее допустимый размер может в два раза превышать размер Солнца. Естественно, если речь пойдет о конкретном строительстве, то реальные размеры будут выбраны значительно меньше, чем приведены здесь. Ведь конструкция должна иметь запас прочности.

У читателя должен возникнуть законный вопрос: что же дальше делать с этими октаэдрами? Эти «соты» надо обтянуть «пленкой» и использовать. Специалисты считают, что такая ажурная конструкция более удобна для того, чтобы перехватывать значительную часть излучения звезды. Строительство ее выгодно в смысле расхода материала. Если в моделях О'Нейла масса конструкции изменяется как квадрат размеров модели, то в моделях Дайсона плотность вещества в системе с увеличением ее размеров быстро падает.

Такого типа конструкции, предназначенные для создания огромных поглощающих или отражающих излучение экранов, называют сферами Дайсона. По оценкам Дайсона на строительство 200 тысяч таких конструкций уйдет всего одна тысячная процента массы Земли. Зато из них можно было бы соорудить вокруг Солнца экран, перехватить все его излучения и использовать его энергию для нужд земной цивилизации. Правда, это делать нельзя, иначе можно перегреть среду обитания. Если не задаваться целью строительства полного экрана солнечного излучения, то расход материала значительно меньше. Автор получил такие оценки. Самая первичная стальная балка выбирается толщиной 1 сантиметр и длиной 1метр. Чтобы построить из таких балок конструкцию размером в 260 километров, потребуется всего один миллион тонн материала.

Проекты космических «эфирных городов», как их назвал предвидевший их К.Э. Циолковский, ценны тем, что они дают конкретное представление о всех сторонах создания астроинженерных сооружений, вплоть до их стоимости. Специалисты считают, что если мы даже не обнаружим в ближайшем будущем в Галактике астроинженерные сооружения, нам их рано или поздно придется все равно строить, чтобы не ограничивать развитие нашей цивилизации.