В майбутньому люди житимуть на інших планетах Сонячної системи, в першу чергу, на Місяці та Марсі. І для цього їм доведеться займатися будівництвом, причому із застосуванням місцевих ресурсів. Але що там взагалі є такого, з чого можна збудувати собі дім.
Міста в космосі
Наукова фантастика часто малює нам картини майбутнього, в якому людство заселило Сонячну систему і навіть дісталося планет, що обертаються навколо інших зір. І звичайно, що для цього в тих вигаданих світах було збудовано масу житла, яке і забезпечує існування людей у часто вкрай негостинних умовах.
Однак в реальності ми все ще дуже далекі від міст на Місяці та Марсі не кажучи вже про супутники Юпітера. Максимум, що мають люди після майже 70 років освоєння космосу — це пара космічних станцій, кожна розміром, як достатньо невеликий будинок, всередині яких надзвичайно рідко буває більше ніж 6 людей одночасно. При цьому перебувають вони там безперервно максимум рік.
І саме це багато кого змушує поставити під сумнів саму можливість того, що люди колись житимуть в космосі на постійній основі. Адже організувати там постійне житло для сотень і тисяч людей, на сьогодні здається нереальним.
Сучасні космічні станції
І це дійсно так, якщо брати за приклад ті станції, які вже літали в космос. Переважно вони виготовані з металів та спеціальних синтетичних матеріалів створених на Землі, і потім підняті на орбіту. Фактично це космічні кораблі з не дуже потужними двигунами, але великим внутрішнім об`ємом і масштабувати їх на набагато більший розмір є надзвичайно дорогою і складною задачею.
Проєкти відправки створених на Землі модулів на Місяць та Марс, які там можна буде з’єднати та отримати поселення існують вже дуже давно. Однак насправді навіть в проєктах майбутніх орбітальних станцій від принципу запуску модулів в тому вигляді, в якому вони будуть експлуатуватися, намагаються відходити.
В ідеалі треба навчитися будувати на інших планетах так, як ми робимо це на Землі: з окремих невеликих блоків чи порцій матеріалу, застосовуючи ручний труд та механізми безпосередньо там, де буде експлуатуватися будівля.
Однак у випадку космічних станцій ручна праця астронавтів все ще коштує надзвичайно дорого, тому зараз як компроміс між практикою земного і космічного будівництва розглядаються надувні та розкладні конструкції. Це дозволить запускати в космос відносно невеликі об’єкти, а на орбіті отримувати значно об’ємніші простори із нормальною атмосферою всередині, які можуть виконувати найрізноманітніші функції.
Скоріш за все, те саме спробують зробити на Місяці та Марсі, коли за них візьмуться серйозно. І до певної межі це може допомогти. Але потім треба буде перейти до іншої стратегії, яка випливає з того, що собою являють ці небесні тіла.
Будівництво на Місяці
Міста майбутнього на Місяці раніше часто уявляли як звичайні земні поселення, тільки під прозорим куполом. Купол — це конструкція, яка надзвичайно вдало розподіляє велику вагу і дозволяє створювати великі внутрішні об’єми, не дарма його вже багато століть використовують у релігійних спорудах, де збирається багато людей.
Та й загалом ідея звучить вдало з урахуванням того, що на Місяці немає атмосфери, і при цьому сила тяжіння менша за земну у шість разів. Здавалося б, створюй велетенські тонкостінні куполи й живи під ними.
Магазин від Universe Space Tech
Комплект журналів Сонце, Місяць та Марс
До товару
Але насправді відсутність атмосфери має один наслідок, який зводить нанівець усю цю ідею. Оскільки газової оболонки немає, ніщо не змушує метеори, що наближаються до нашого супутника гальмувати й горіти, як це відбувається на Землі. Вони врізаються у його поверхню на повній швидкості і результат добре видно навіть з Землі без телекопа. Будівництво на Місяці — це будівництво в зоні постійних бомбардувань. Жодна привезена з Землі надувна чи збірна конструкція цього не витримає. А збільшувати товщину не вийде, бо навіть на нашій планеті металеві конструкції в будівництві використовуються переважно у вигляді каркасів, бо інакше все вийде занадто дорого для того, аби це мало економічний сенс. На Місяці ж кожен кілограм металу через вартість доставлення з Землі стає золотим.
І найцікавіше, вчені вже знають, що треба робити — обсипати купол місячним реголітом, можливо скріпленим якоюсь речовиною. Він застигне і зв’яже частинки в єдине ціле. Проте це викликає у вчених закономірне питання, а чи можна використати цей самий матеріал і для зведення основних конструкцій?
Питання надзвичайно цікаве з огляду на те, що на Місяці через те, що там ніколи не було не тільки атмосфери, але й води з життям, начисто відсутні ті матеріали, надзвичайно висока доступність яких на Землі зробила будівництво достатньо простою справою ще тисячі років тому: дерево, трава та осадові породи: глини, гіпс, вапняки.
Будівництво практично чого завгодно від землянки з ґрунту та палок до залізобетонного хмарочоса видається неможливим на Місяці. Але це тільки до того моменту, як ми спробуємо опуститися на рівень простих хімічних сполук.
Бетон чи не бетон?
Керамічна цегла та плитка, силікатні блоки, пісок та цемент та їхні похідні — бетон та будівельний розчин усі переважно є комбінаціями оксидів лише чотирьох елементів: кремнію, алюмінію, кальцію та заліза. У породах, що складають Місяць: базальтах місячних морів, ANT-породах «материків», ільменіті та навіть рідкісних KREEP- породах ці чотири елементи, а також кисень цілком присутні.
Інша справа, що входять вони до складу зовсім не тих мінералів, із яких ми звикли їх видобувати на Землі. Власне, основна складність полягає в тому, щоб отримати звичні нам суміші оксидів у тому вигляді, в якому з них щось можна видобути.
І в принципі на певному етапі навіть це не потрібно, щоб отримати спосіб будівництва кращий, ніж усі ці модулі та надувні житла. Бо синтетична зв’язувальна речовина, здатна кілька годин залишатися рідкою у суміші із місцевим уламковим матеріалом, а потім затверднути, утворивши міцний моноліт без присутності чогось, чого на Місяці немає, дає можливість отримати матеріал, який належить до класу бетонів, а із бетонами, особливо якщо їх поєднати із металевою арматурою сучасні інженери можуть побудувати практично що завгодно.
Переваги бетону полягають у тому, що він здатний заповнити практично будь-яку форму, утворює разом із металом складний багаторівневий композит, найкращі зразки якого наближаються за міцністю до алюмінію, але при цьому набагато дешевший за нього.
Наступний етап полягає в тому, щоб налагодити виробництво такої речовини з місячних порід, тобто фактично все зводиться до роботи хіміків.
Хоча насправді ми вже знаємо матеріал, який абсолютно точно після стадії суміші перетворюється на моноліт і який ми вже зараз знаємо як отримати з суміші оксидів, якщо на них розкласти місячні породи — портландцемент.
Проблема із ним лише в тому, що для перетворення на бетонну суміш він потребує ще й води, і вона усі ті години та дні, поки він ще не набрав міцності, має перебувати у стані теплої чи гарячої рідини. А на позбавленій атмосфери поверхні Місяця вона дуже швидко випарується. Тому для того, аби щось зводити з такого бетону, треба спочатку створити земні умови на будівельному майданчику, а у випадку, якщо мова йде про споруду розміри якої вимірюються сотнями метрів, це означає створення навколо неї тимчасового герметичного тепляка, який має бути ще більше.
І найдивовижніше в цьому що цей сценарій таки може виявитися найкращим, бо не факт, що щось подібне до портландцементу, але здатне контрольовано тверднути у вакуумі ми взагалі отримаємо.
Хоча ще один варіант все ж є — пряме плавлення гірських порід і формування стін та інших конструкцій з розплавленого каменю. Застигаючи, він також може набути будь-якої форми. Плюсом цієї технології є те, що таким чином можна зводити стіни просто у вакуумі. З мінусів — процес цей потребує значно більше енергії, ніж при зведенні стін з бетону.
Хай там як, а треба пам’ятати, що в умовах Місяця будь-яка суцільна монолітна оболонка — лише частина огороджувальної конструкції, яка має існувати в його умовах. З внутрішнього боку вона також повинна мати шар герметичного матеріалу, що не пропускає гази. А ззовні навіть залізобетонний купол краще обсипати реголітом, який буде хоча б частково гасити удари мікрометеоритів.
І це приводить нас до наступної пропозиції: чому б місячне місто хоча б частково не занурити під поверхню? Наприклад, куполом можна накрити якийсь із кратерів. Утвориться достатньо великий внутрішній об’єм при значно меншому обсязі робіт.
Міста на Марсі
Все те саме, що було сказано про Місяць, можна віднести й до Марса і навіть більшою мірою, оскільки доставлення вантажів туди значно складніше, ніж на наш супутник. При цьому деякі його особливості роблять будівництво на ньому важчим, ніж на Місяці.
Це, наприклад, стосується того, що Марс знаходиться далі від Сонця і тому будівлі потребуватимуть кращої теплоізоляції. Або того, що він — не до кінця мертвий з геологічного погляду світ і гравітація на ньому відчутно вище. Тому все, що буде будуватися, все ж потребуватиме значно надійніших фундаментів, ніж на нашому супутнику.
З іншого боку з будівельними матеріалами на Марсі все значно краще, ніж на Місяці. По-перше, хоча рідка вода і не може існувати на поверхні через надто низький атмосферний тиск, загальні її запаси у вигляді криги на полюсах та під поверхнею дуже великі. А це означає, що використовувати традиційні в’яжучі речовини на Марсі значно простіше.
По друге, на Марсі присутні звичні нам осадові породи. В першу чергу це стосується глин. Їх наявність дозволяє отримувати надзвичайно міцні та довговічні вироби, з яких можна будувати. Люди чи роботи, які укладають ряди цегли на Марсі, можуть комусь здатися смішними. Але насправді це дійсно може виявитися дешевше, ніж возити конструкції з Землі.
Ще один важливий клас порід, присутній на Марсі — сульфатовмісні, тобто гіпси. З урахуванням того, що в марсіанській атмосфері дуже мало водяної пари, а поверхнею найважливіша для життя рідина не текла вже сотні мільйонів років, частина з них сама по собі може виявитися природною в’яжучою речовиною, яку треба тільки подрібнити. А якщо навіть ні, то звичне нам гіпсове в’яжуче можна отримати безпосередньо з нього ж і рецепт його відомий вже тисячі років.
Гіпс вважається гіршим в’яжучим, ніж портландцемент, оскільки він дає меншу міцність і до того ж не водостійкий. Але якщо його використати як розчин для цегляної кладки, особливо якщо її армувати металевими стрижнями, то на будівлі висотою 5-6 поверхів цього цілком може вистачити. А оскільки зводити їх все одно доведеться всередині гігантських тимчасових куполів, то можливо і не має сенсу гнатися за висотою. Головне, аби всередині можна було влаштовувати якісь достатньо просторі приміщення для забезпечення психологічного комфорту.
До речі, через те, що атмосфера у Марса хоч якась та є, мікрометеорити місцевим будівлям не загрожують. Тож. Зовнішнє обсипання їм влаштовувати не обов’язково і вони можуть мати значно більші вікна, ніж на Місяці. Але ідея заховати частину приміщень і переходи між будівлями під поверхнею все одно має вдалий вигляд.
Знову ж таки, усе це за умови, що самі стіни забезпечують лише стійкість конструкції, а утримування внутрішнього тиску та тепла покладається на внутрішні шари. За таких умов у цьому будинку можна буде жити багато десятиліть.
Загалом же, будівництво на Місяці та Марсі не виглядає таким вже неможливим задумом. Щоправда, це потребує спирання на місцеві ресурси, а не на те, що завозитиметься з Землі. А це сильно накладає свій відбиток на зовнішній вигляд самих будівель.
Більшість сучасних проєктів малює нам картину куполів з металу та скла або пластику. Однак метал ще треба видобути та виробити. Те саме — зі склом, а пластик, який оснований на органіці доведеться взагалі завозити з Землі.
Водночас силікатний, сульфатний, карбонатний і, певною мірою, алюмінатний компонент порід, який зараз розглядається як сміття насправді є найбільш звичною сировиною для виробництва будівельних матеріалів на Землі. Його використання здатне зробити будівництво дешевшим навіть у космосі.
Якщо ми хочемо дійсно жити в космосі, а не тільки літати туди в експедиції, то маємо навчитися використовувати усі ресурси, які там є. І тоді виявиться, що Місяць та Марс — не такі порожні та негостинні, як можуть здатися.
