Как обустроить космический корабль для безвылазной жизни?

Отвечает лектор культурно-просветительского проекта «Архэ», инженер-конструктор космического приборостроения Александр Хохлов.

В фантастике XX века полеты к звездам были распространенным сюжетом. Кто-то выдумывал способы прокалывать пространство, чтобы избежать фундаментального ограничения максимальной возможной скорости (скорость света в вакууме). Другие писатели пытались придумать что-то ближе к реальности: так появились корабли с камерами анабиоза и корабли поколений. Огромные звездолеты, которые в фантастических книгах летели медленнее скорости света, несли на своем борту сменяющиеся поколения людей. Нередко фабулой романа было то, что люди забывали, откуда они летят и зачем.

В реальности ученые также размышляли над вопросом создания обитаемых космических поселений. Вернер фон Браун, переехав в США после Второй мировой войны, работал над концепцией кольцевой орбитальной станции, при закрутке которой на ее внешних частях возникала бы искусственная гравитация. Но в итоге свои силы он направил на лунную программу. Кстати, сама идея кольцевой станции была позаимствована фантастом Артуром Кларком и, соответственно, попала в замечательный фильм Стэнли Кубрика «Космическая одиссея 2001 года».

Но на станции подобного вида могли бы жить десятки или сотни людей, не больше. И она была бы зависимой от поставок расходных материалов и еды с Земли, как сейчас происходит с Международной космической станцией.

Дальше всех пошел физик Джерард О’Нилл. Вместе со студентами в Принстонском университете он посчитал несколько вариантов орбитальных «космических поселений», в которых люди могли бы жить постоянно. Итоговым вариантом стал цилиндр О’Нилла, также известный как Остров III, описанный в книге «Высокий рубеж».

Для строительства огромной станции предлагалось использовать материалы, добываемые на Луне, поскольку стоимость доставки грузов с Земли для столь титанического поселения достигла бы астрономических величин.

Цилиндр О’Нилла представлял собой два очень больших вращающихся в противоположных направлениях цилиндра, каждый по 8 км в диаметре и 32 км в длину, с концов связанные друг с другом штоками через систему подшипников. Вращаясь, они создавали бы искусственную гравитацию на своей внутренней поверхности за счет центробежной силы.

Надо сказать, что Артур Кларк позаимствовал для своих произведений и этот вариант станции, показав один цилиндр О’Нилла в виде инопланетного звездолета «Рамы» (серия романов «Свидание с Рамой»). Также, например, поселение похожего типа показано в конце фильма Кристофера Нолана «Интерстеллар» («Межзвездный»).

В случае цилиндра О’Нилла население такой станции может составлять несколько тысяч человек, а обеспечение едой — происходить путем создания замкнутой экологической системы жизнеобеспечения. Энергию поселение получало бы от Солнца, отходы жизнедеятельности людей и животных перерабатывались бы растениями и водорослями, культивируемыми на внутренней части цилиндра. Конечно, какие-то материалы и товары необходимо было бы довозить с Земли, Луны, астероидов или из других цилиндров. Потребовался бы обмен генетическими материалами для генетического разнообразия. Но в целом столь крупные космические поселения позволили бы людям освоить внутреннее пространство Солнечной системы, где достаточно энергии, поступающей от звезды.

Важно понимать, что человек не может долго жить в невесомости без последствий для здоровья, даже с современными методами профилактики. Поэтому на будущее есть смысл рассматривать межпланетные корабли и орбитальные станции только с возможностью создания там зон «искусственной гравитации» — либо центробежной силой, либо поддержанием постоянного ускорения.

Определенные наработки по созданию замкнутых экологических систем жизнеобеспечения человека были сделаны в экспериментальном комплексе красноярского Института биофизики РАН. Самый известный эксперимент — БИОС-3 (десять экспериментов с экипажами от одного до трех человек). Один из экспериментов продолжался 180 дней (1972–1973 годы) и стал самым длительным. Удалось достичь полного замыкания системы по газу и воде и до 75% потребностей экипажа в пище. Сейчас работы по совершенствованию замкнутых биорегенеративных систем жизнеобеспечения ведутся в Китае на базе комплекса «Лунный дворец-1».