Где брать сырье для космической колонии на орбите Земли?

Откуда возьмется сырье для космической колонии, что будут производить космические заводы, как выглядят космическим электростанции будущего и главное - реально ли все это построить или космическая инфраструктура так и останется в фантастических романах?

В свое время, американский физик Фримен Дайсон, выдвинул необычный проект – если бы «распылить» планеты (включая и Землю) на части, общей массой вещества примерно с Юпитер, то можно создать вокруг Солнца сплошную сферу, которую вполне можно было бы заселить изнутри и таким образом увеличить пригодную для жизни поверхность в миллионы раз, а энергию центрального светила использовать на все 100 процентов. Этот проект получил наименование «сферы Дайсона».

Сфера Дайсона – фантастическая попытка на 100% использовать энергию Солнца

Однако, «сфера Дайсона» в чистом виде – фантастика, причем необозримого будущего. Земля, родина, колыбель человечества, еще долго будет оставаться его домом, основным жилищем. Но этот дом надо благоустраивать, и именно в этих целях люди осваивают и индустриализируют космос.

Заводы и фабрики за пределами атмосферы планеты

Речь идет о том, чтобы устранить угрозу истощения энергетических и сырьевых ресурсов нашей планеты, дать её населению множество новых изделий и материалов, помочь избежать глобального кризиса, к которому ведут чрезмерные промышленные нагрузки.

Думается, именно космические предприятия и индустриальные центры будут «невесомыми гигантами» многоцелевого назначения, где разместятся и производственные комплексы, и энергетические установки, и службы наблюдения и контроля за при родной средой нашей планеты, и обсерватории, и лаборатории, и зоны отдыха.

Время от времени к платформам таких комбинатов будут причаливать транспортные корабли для смены персонала, доставки необходимых материалов и отправки на Землю готовых изделий, которых никогда бы не знали люди, если бы не дерзнули выйти в космическое пространство.

Итак, космическое строительство расширяется – пока, конечно, лишь в нашем воображении, но наша фантазия основана на начатках реальности, которая развернет себя в не столь уж далеком будущем.

Массированное строительство в космосе при доставке всех исходных материалов с Земли сопряжено с экологическими и технологическими трудностями и опасностями. Кроме того, вряд ли целесообразно и перспективно продолжать истощать и без того сильно истощенную планету, стоящую на грани экологического, сырьевого, энергетического кризиса.

На первых этапах, конечно, многое будет делаться из земных материалов и на Земле и в готовом виде доставляться на орбиту, а там главными действующими лицами будут монтажники. Так будет, пока индустрия в космосе не наберет силу, чтобы стать более самостоятельной. Но те, кому предстоит обживать космос в достаточно широких пространственных и временных масштабах, будут строить там из местного сырья и местных материалов.

Транспортировка астероида для переработки его полезных ископаемых. Пока – только фантазия художника

Сырье для космического строительства

Где взять сырье? Прежде всего – на Луне. Это ближайшее к нам небесное тело уже привлекает к себе внимание ученых и инженеров именно в качестве источника сырья и строительного материала. Из лунного грунта, как выяснилось, можно выделять металлическое железо, причем делать это с помощью слабых магнитных полей. На нашем естественном спутнике имеется также алюминий, кремний, магний, титан, хром, марганец.

Лунный грунт годится и для производства стекла, выдерживающего более значительные механические нагрузки, чем «земное» стекло, базальтовых отливок-блоков, труб, не боящихся ни кислот, ни щелочей. Вот каким оказался невзрачный, сероватый «лунный камень», который неоднократно доставлялся на Землю для тщательного исследования его состава и свойств.

Можно представить себе и схему транспортировки грузов с Луны (о чем писал ещё К.Э.Циолковский). Механизм, работающий на электроэнергии, сообщает контейнеру с грузом скорость в 2,34 километра в секунду, и контейнер выходит из сферы притяжения Луны. На Земле для этого потребовалось бы развить скорость 11 километров в секунду – вторая космическая скорость для земных условий. В космосе контейнеры ожидает улавливатель, снабженный ракетным двигателем. Он доставляет их к месту стройки или на промышленное предприятие.

Кроме Луны, поставщиками сырья, очевидно, станут миллионы и миллиарды летающих камней, глыб и астероидов (малых планет) из пояса между орбитами Марса и Юпитера. До них добраться гораздо дальше, чем до Луны (на два порядка, выражаясь математическим языком, ибо речь идет не о сотнях тысяч, а о десятках миллионов километров), но транспортировать их гораздо легче. В принципе с ними можно будет поступать так же, как с грузами, доставляемыми сейчас на орбитальные станции «Прогрессами»: аккуратно подтолкнуть, и они пойдут сами куда нужно. Буксировать их даже проще, чем айсберги из Антарктики к районам, бедным пресной водой.

Кстати сказать, есть предположение, что многие тела из пояса астероидов состоят из замерзшей воды. Так что и эти «космические айсберги» тоже можно будет медленным ходом направлять для водоснабжения космических поселений и предприятий.

Строительные площадки в космосе, конечно, будет выгоднее располагать не очень далеко от Земли, чтобы можно было поддерживать с ними быструю связь, легко доставлять туда людей, технику. Некоторые районы околоземного космоса словно самой природой созданы для индустриализации. Мы уже упоминали об орбите в 36 тысяч километров, где находятся геостационарные спутники связи и, по-видимому, будут размещены солнечные электростанции.

Кроме того, на орбите Луны существуют две так называемые точки либрации. Если запустить с Земли космический аппарат так, чтобы в момент выхода на круговую орбиту вокруг Земли он находился в районе одной из этих точек, то дальнейшее его движение будет достаточно устойчивым. Воздействие поля тяготения Луны не только не будет уводить его с орбиты, а наоборот, удержит на ней, и не придется тратить энергию на коррекцию орбиты. Можно предположить, что именно эти две точки станут первыми промышленными столицами индустриального космоса.

Космическая электростанция

В 1964 году советский радиоастроном Николай Семенович Кардашев представил общественности т.н. «шкалу Кардашева» – метод измерения технологического развития цивилизации, основанный на количестве энергии, которое цивилизация может использовать для своих нужд.

По этой классификации, существует три типа цивилизации:

• цивилизация первого типа осваивает энергию своей планеты
• цивилизация второго типа – своего солнца
• цивилизация третьего типа – своей галактики.

Так вот, во второй половине XXI веке нас, судя по всему ожидает переход к статусу цивилизации второго типа. Однако ясно, что для этих целей уже нельзя обойтись простыми солнечными батареями или солнечными электростанциями на поверхности Земли.

Космический энергетический коллектор – собирает энергию Солнца и направляет её на Землю направленным лучом

Существует несколько проектов электростанций в космосе. В одном из них предлагается развернуть в околоземном пространстве огромные – площадью в сотни квадратных километров – солнечные батареи, подобные тем, которые устанавливаются на сегодняшних космических аппаратах.

Получаемая электроэнергия будет преобразовываться в микроволновое излучение и «открытым» способом передаваться на наземные антенны. По другому проекту на орбите будет работать турбина, приводимая в движение газами, нагретыми сфокусированными солнечными лучами. Фокусировку обеспечат зеркала, каждое – несколько километров в поперечнике.

В любом из этих случаев, энергия Солнца потечет на землю настоящими “энергетическими реками”. Человечество станет космической цивилизацией в прямом смысле слова. Ведь люди будут не только совершать полеты в космос, но и использовать его материальные ресурсы, наращивая потребление практически неиссякаемой энергии Солнца.

Разумеется, не все будет идти гладко, будут и трудности, и множество сложных технических проблем, но, по всей видимости, не они окажутся самыми главными и самыми серьезными. Специалистов очень тревожат проблемы экологические. Взять хотя бы сам принцип передачи энергии на наземные антенны, в виде направленных “столбов” энергии.

Проблемы космической энергетики, которые необходимо решить

Этот вид излучений вреден и даже губителен для живых организмов – например, «столбы» будут «сбивать» стаи перелетных птиц, случайно натолкнувшихся на них. Если учесть, что площадь приемной антенны будет порядка ста квадратных километров, а антенн таких потребуется не одна сотня, то тревоги и опасения понятны.

И все же такая космическая энергетика будет гораздо безвреднее, чем нынешние способы энергопотребления, а без растущего энергетического хозяйства человечество перестанет быть цивилизацией: люди не могут оставаться людьми без науки, научных экспериментов (часто очень энергоемких), техники, производства материальных благ.

Существует и опасность недопустимого загрязнения атмосферы. На первый взгляд это довольно странно. Ведь космические электростанции кажутся в этом отношении абсолютно чистыми, безупречными. Выработка электроэнергии на этих станциях не связана с выбросами пыли, дыма, газов, как на тепловых электростанциях на Земле, да и сами станции будут удалены от Земли на десятки тысяч километров. Однако для того, чтобы забросить в космос материалы и оборудование для постройки достаточно мощных станций, придется сжечь в двигателях ракет многие миллиарды тонн химического топлива, причем сжечь в сравнительно короткие сроки. Такой удар по природе Земли, и без того живущей напряженно, вряд ли пройдет бесследно.

Не получается ли тогда, что наши замыслы о получении из космоса неисчерпаемой и дешевой энергии неосуществимы и опасны? Нет. Уже сегодня намечается выход из вышеописанных затруднительных ситуаций. От сложностей, связанных с вредным влиянием микроволнового излучения, можно будет избавиться, употребив для транспортировки энергии лазерные лучи, более мощные, но и более «тонкие».

До такого космического города нам, землянам, пока ещё далеко. Однако опыт создания долговременных космических- станций у нас уже есть и это обнадеживает!

А чтобы избежать загрязнения атмосферы при старте ракет, нужно создать ракетный двигатель другого типа, использующий, например, энергию того же лазера, или электромагнитный двигатель, разгоняющий грузы еще на Земле до первой космической скорости.

И все же кардинальное решение проблемы, хотя, по-видимому, и более отдаленное во времени, в ином пути. Полная и подлинная индустриализация космоса не ограничивается, конечно, лишь её энергетическим аспектом. Космическая промышленность, как и всякая промышленность, должна изготовлять изделия, находить сырье для их изготовления в самом космосе, используя вещество небесных тел, а не транспортируя его с Земли, и получать промышленную энергию также в самом космосе.

Тогда будут сняты и те экологические и технологические затруднения, о которых только что шла речь. Кроме того, будет устранена угроза теплового загрязнения Земли – её чрезмерного насыщения энергией, добываемой вне Земли, что могло бы привести в конце концов к катастрофическим климатическим переменам: таянию полярных шапок, повышению уровня мирового океана и затоплению значительной части суши.

Оригинал: cosmonautics.ru