Астероиды могут быть лучшими местами для строительства космических городов

Группа ученых придумала и описала практический способ превратить астероиды в космическую среду обитания, буквально вывернув их наизнанку и создав гигантские вращающиеся города-кольца размером в несколько километров.

Задача, которую поставили исследователи перед собой, была сформулирована так: как создать космическую среду обитания размером с город, в которой люди могли бы жить постоянно, без больших проблем, связанных с запуском всех материалов в космос с Земли.

Ученые решили, что в решении подобной задачи им помогут астероиды. Они представляют собой большие груды материалов: «все эти летающие горы, вращающиеся вокруг Солнца, могут обеспечить более быстрый, дешевый и эффективный путь к космическим городам», — говорит соавтор и профессор физики и астрономии Адам Франк.

Проблема в том, что они далеко не так велики, чтобы обеспечить гравитацию. Это большое дело; длительные периоды в невесомости или низкой гравитации вызывают ряд проблем со здоровьем, поэтому команда выбрала минимум 0,3 g — примерно на треть меньше того, что можно получить, живя на Марсе.

Чтобы создать некоторую гравитацию, потенциально можно «выдолбить» астероид приличного размера и раскрутить его, как кольцевую станцию, используя центробежную силу для создания этих 0,3 g. Затем вы можете построить свой город полностью внутри вращающегося астероида. Там, конечно, будет темно, но камень защитит людей от вредной космической радиации. И это могло бы сработать, если бы астероид состоял из твердой породы с высокой прочностью на растяжение.

Но большинство астероидов не являются твердыми — по крайней мере, не большинство астероидов в Солнечной системе. Исследователи изучили состав наших «местных летающих гор» и обнаружили, что большинство из них представляют собой более или менее гигантские груды щебня, скопления больших и маленьких камней, слабо удерживаемых вместе их собственной взаимной гравитацией. Вырежьте один из них и раскрутите его, и «земля», которую вы пытаетесь создать внутри астероида, просто улетит в космос и исчезнет.

Так как же можно практически построить удобный для человека город на груде космического щебня? Поместив его в гигантский мешок, решили ученые. Сумка цилиндрической формы, немного больше самого астероида, сделанная из гибкой, сверхлегкой и сверхпрочной сетки из углеродных нановолокон.

Такой «мешок», по словам ведущего автора и кандидата наук Питера Миклавчича, «был бы чрезвычайно легким по сравнению с массой обломков астероида и среды обитания, но достаточно прочным, чтобы удерживать все вместе. Более того, сегодня уже разрабатываются углеродные нанотрубки, и существует большой интерес к расширению их производства для использования в более масштабных приложениях».

Ученые решили смоделировать процесс вокруг небольшого астероида, похожего на Бенну, с радиусом 300 метров. Он будет обернут в мешок из нановолокна с начальным радиусом, достаточным для охвата самого астероида, но предназначенным для расширения в стиле гармошки до радиуса около 3 км с энергопоглощающими компенсаторами, встроенными в его структуру.

Затем пришло время начать раскручивать астероид и «выворачивать его наизнанку». Ученые решили, что для этого можно использовать щебеночные пушки на солнечных батареях, прикрепленные к внешней поверхности защитной сетки, которые захватывали бы обломки астероида с помощью конвейерных лент или винтов Архимеда и отбрасывали их по касательной в космос, создавая крутящий момент для основной массы астероида.

В зависимости от того, сколько солнечной энергии доступно, сколько пушек у вас есть и насколько велики куски щебня, которые вы бросаете, команда создала формулу, чтобы определить, сколько времени потребуется, чтобы раскрутить астероид до нужной скорости, необходимой для полезной искусственной гравитации.

Для примера астероида размером с Бенну ученые обнаружили, что практически возможно ускорить его в течение нескольких месяцев.

В этот момент астероид вращался бы достаточно быстро, чтобы его поверхность прижималась к нановолоконному мешку под действием центробежной силы – и инженеры могли бы начать освобождать мешок, чтобы позволить ему расширяться наружу контролируемым образом, слои щебня выталкивались из мешка по всей окружности.

Как только он достигнет полного радиуса в 3 км, мешок натянется, и все: кольцо вращается достаточно быстро, чтобы создать полезную гравитацию, со слоем каменистого грунта глубиной около двух метров — достаточно, чтобы действовать как работоспособный щит для космической радиации.

«Основываясь на наших расчетах, — говорит Адам Франк, — астероид диаметром 300 метров размером всего в несколько футбольных полей может быть расширен до цилиндрической космической среды обитания с жилой площадью около 57 квадратных километров. Это примерно размер Манхэттена».

Ученые обнаружили, что «напряжение обруча», создаваемое сеткой из углеродных нановолокон, будет «вполне в пределах диапазона многих существующих в настоящее время строительных материалов», даже если вы начнете с астероида радиусом 500 метров и раскрутите его достаточно быстро, чтобы получить полную искусственную гравитацию, эквивалентную 1 g.

Так что да, заключила команда, выворачивание астероидов наизнанку в сетчатых мешках из нановолокна действительно выглядит реальным способом закладки фундамента космического города — и, как оказалось, гораздо более дешевым и простым, чем если бы вы попытались доставить все материалы с Земли.

«Очевидно, — говорит Адам Фрэнк, — что в ближайшее время никто не будет строить города на астероидах, но технологии, необходимые для создания такого рода инженерных сооружений, не нарушают никаких законов физики. Идея астероидных городов может показаться слишком далекой, пока вы не поймете, что в 1900 году никто никогда не летал на самолете, но прямо сейчас тысячи людей удобно сидят в креслах, летя со скоростью сотни миль в час, на высоте многих миль над землей. . Космические города сейчас могут показаться фантастикой, но история показывает, что примерно столетие технического прогресса может сделать невозможное возможным».

Статья опубликована в журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences.