Аннотация: Освоение и заселение космоса с точки зрения современной науки.
Михаил Лапиков
Освоение космоса 101
Роскон 2019. Звёздная дата -303743.2077625572
О, люди и джинны! Если вы можете проникнуть за пределы неба и границы Земли - проникайте! Вы сможете, если на то будет милость Аллаха.
(Пр. Мухаммед, Коран, 55:33)
Лучи критического поноса
Современный космос в книгах поражён болячками восьмидесятилетней давности. Последний век прошлого тысячелетия дал нам такую россыпь качественных литературных проектов и великих авторов, что художественные и антуражные решения попросту задавили попытки написать космическую фантастику как-то иначе.
Наши "великие сериальные космооперы" пишут во-первых Злотников и равные ему по модулю украинцы, а во-вторых - плохо. Увидеть что-то интересное за четверть века жизни современной русской литературы получалось только случайно.
Планета - такой континент. Луна или астероид - остров. Корабль - он и есть корабль. Туземцы-каннибалы, зомби космоса и сержант красивый с нарядной ротой - по вкусу. Но в реальности всё это - антуражное фуфло. Научно достоверную картину освоения космоса определят три простые аксиомы:
Раз. Доступность космоса для освоения напрямую зависит от возможностей транспорта.
Два. Возможности транспорта всерьёз расширяются только местной ресурсной и энергетической базой.
Три. Местная экономика - первична. Она задаст реальную карту освоения космоса гораздо лучше какой бы то ни было идеологии.
А теперь - слайды!
Два с половиной миллиона рублей за кило
Это лёгкое округление в минус современной рыночной цены золота. Годовая добыча в России - 250-270 тонн. Суммарно в мире - ну, раз в десять побольше. Ранняя стадия освоения космоса частным капиталом, безлюдная, начинает выглядеть немного предсказуемо.
Сложность доступа в космос с нынешним развитием технологий уверенно понижается. Собственная космическая программа есть даже в сильно ограниченной по наукоёмкому производству и ресурсам северной Корее. Самая маленькая африканская независимая космическая программа расположена совершенно анекдотически - на заднем дворе фазенды мамы разработчика, но факт есть факт - даже многие развивающиеся страны Африки уже смогли в какой-никакой проект национального космического спутника. Дальше станет проще.
Ещё интереснее дело обстоит с редкоземельными материалами, что по цене, что по востребованности рынком. У многих таких металлов годовая добыча заметно ниже требований промышленности. Исчерпание разведанных месторождений предвидится довольно скорым. Как итог - палладий дороже золота. Иридий дороже золота. Родий вдвое дороже золота.
Совмещение двух "окон" - цены запуска в космос за килограмм и цены килограмма ценного металла из космоса доставкой с воздушным торможением о земную атмосферу само по себе уже вполне достаточно, чтобы кто-то начал шевелиться. Для околоземной низкой орбиты килограмм стоит меньше одного миллиона рублей уже сейчас. Да, сначала можно ждать стартапы уровня "герои Хайнлайна засмолили косяк Илона Маска и повторили славный боевой путь Мавроди и Бендера". Потом это превратится в тонкий стабильный ручеёк поставок из космоса. Всё ещё меньше земного ежегодного производства и всё ещё в полностью автоматическом режиме - но и рыночные цены останутся более-менее на своём месте на долгие годы.
Это первая космическая точка экономической доступности, о которой можно говорить всерьёз. Наши современные технологии позволяют искать экзопланеты и примерно определять их свойства на межзвёздных расстояниях. Спутников космической сырьевой разведки для освоения ближнего космоса по тем же деньгам можно вывести сразу целый рой - и лет за пять уже иметь на руках довольно приличную карту ближних околоземных космических объектов с перечнем выгодных и перспективных месторождений. В самые интересные так и палочкой зондов-бурильщиков потыкать.
Те же спутники-золотоискатели дадут повод активно развивать и второй компонент ресурсной космической самостоятельности:
ИСРУ.
Космическая заправка
Одним из самых внезапных научных результатов современной космической разведки стало изобилие химического горючего в космосе. Грязный лёд есть везде и его много. Превращать его сначала в чистую воду, а потом - чистую кислород-водородную пару сравнительно легко и сравнительно дёшево. Местную систему ресурсной утилизации можно завезти на космическое тело один раз и с её помощью годами обеспечивать горючим и расходниками экспедиции посещения любого типа. Включая безлюдные ресурсные же!
Поскольку в достаточном количестве жидкого кислорода горит практически всё, от льда и воды можно уйти к химическим альтернативам. Жидкий водород очень капризен, хранится он плохо. Более стабильные виды химического горючего выигрывают. Начинать перечень достойных заменителей можно с довольно экзотических пар, вроде кислорода и алюминия или кремния. Их сравнительно легко добыть из реголита с помощью солнечной печи. Кислород - сопутствующий продукт любой ресурсной программы на Луне, причём в заведомо избыточных поначалу количествах. Закончить список можно комбинацией жидкого кислорода из всё того же реголита и вполне привычных углеводороводов. Например, метана.
Как сырьё космические углеводороды куда ценнее топлива. Они станут основой космического пластика. Металл катализаторов добывается в космосе. Металл для постройки химических реакторов и зеркал солнечных печей и электростанций - тоже. Одиноких лун Марса хватит на тысячелетия активной промышленной разработки открытым способом. Крупных тел пояса астероидов, вроде Цереры, и лун планет-гигантов - на геологические эпохи.
Здравствуй, большая космическая индустрия!
Безлюдная индустрия.
Шалом, я робот!
Цена печати сложной техники падает, возможности станков растут. Мопедик всё ещё стоит в печати как фургончик, но уже печатается от и до. Автономный комплекс ресурсной добычи выглядит сейчас куда реальнее, чем сорок лет назад, когда его первый раз всерьёз начертили. Автономная космическая верфь - тоже.
Современные технологии с некоторыми оговорками позволят работу человеческой смены виртуально на борту станции в околоземном космическом пространстве. Разумеется, без малейшей потребности гонять людей туда живьём. И разумеется, без извращений вроде ручной сборки роботов людьми на конвейере в режиме телеприсутствия. Хотя, можно и так.
Сырья им хватит. В одном-единственном крупном металлическом астероиде из разведанных на данный момент уже содержится запас никеля и железа примерно эквивалентный миллиону лет потребления современного земного шара. По космическим меркам - куда меньше, чем кажется. Вести освоение Солнечной довольно быстро начнут человеческие цивилизации из миллиардов сообществ миллиардной же численности - буквально. Астероидов средней массой в одну скромную мегатонну на их строительство только в пределах комфортной жилой зоны летает миллионами штук. Тоже буквально.
Одну только Луну на строительный материал разбирать в срок жизни Homo Sapiens как относительно неизменного биологического вида можно практически вечно. Для понимания масштаба, добыча алюминия из куска лунного моря размером километр на километр при сборе внешнего рыхлого слоя на полметра в глубину в объёмах работы всех заводов компании "Российский Алюминий" разом займёт чуть меньше полувека - на темпах выплавки около 4 миллионов тонн в год.
В том же реголите содержится вполне достаточно серы, чтобы при массовой промышленной добыче обеспечить изготовление лунного бетона. На основе серы он и безводный, и многоразовый - готовые конструкции сравнительно просто расплавить обратно и переделать, если возникнет подобная необходимость.
На первые несколько десятков миллионов лет человечество строительным материалом обеспечено.
Что же будем строить?
Жилое пространство
Одному из самых проработанных концептов большого жилого пространства с любыми земными условиями жизни на заказ на борту скоро полвека стукнет. Ранним - лет по девяносто. Прожектёрству уровня Циолковского - больше века.
"Кирпичную луну" так и вовсе написали в 1869 году.
В космосе большое жилое сооружение сравнительно легко и дёшево защитить от космической радиации, что активными, что пассивными средствами. Электромагнитными полями и теневым щитом соответственно. Чем больше конструкция, тем выгоднее соотношение затрат на защиту к одному кубометру безопасного пространства.
Главное достоинство этих космических "островов" - то, чего нельзя или очень сложно получить на почти любом другом теле нашей космической системы:
Земная сила тяжести.
Это базовое условие реальной жизни в космосе, от него зависит сама возможность плодиться и размножаться. По современным научным данным секс в невесомости без медикаментозной стимуляции возможен только для пары хорошо мотивированных лесбиянок, да и то лишь демонстративный, на камеру. Про беременность и развитие здорового плода можно с чистой совестью забыть на практически любой другой планете системы. Увы, сила тяжести, либо её полноценный аналог здесь имеют решающее значение. Единственный дешёвый способ качественной имитации 1g земного тяготения доступен только в космосе.
Джерард Китчен О'Нил ещё в 1975 году с цифрами в руках доказал, что современные ему строительные материалы позволяют строительство космического жилого цилиндра до 8 километров диаметром и 32 километров длиной. На фоне современных мостов через море это даже не очень сложно - агрессивная нагрузка среды на конструкцию в космосе резко ниже, чем в точке встречи солёной воды и кислородной атмосферы.
Вращение такого цилиндра вокруг длинной оси на скорости меньше оборота в минуту даст полноценный аналог земной силы тяжести на его внутренней поверхности. Фактическая площадь жилого пространства такого цилиндра больше, чем у всего Одинцовского района, в крохотном закоулке которого и проходит из года в год конвент Роскон. Плотность населения - как в зелёном пригороде с лёгкой застройкой. При необходимости её запросто можно повысить до городской без потери качества жизни и упаковать буквально миллион жителей в комфортную современную жилую среду. Не дистопичный человейник из мрачных зеркальных небоскрёбов, а классический "город-сад", прямиком с американских плакатов НАСА 1970-ых или подражаний им в аниме-сериалах франшизы Gundam.
Несколько жилых блоков в компактной сборке позволят разместить в минимальном объёме эквивалент населения таких стран как Израиль, Белоруссия и Финляндия, или даже таких городов как Москва или Токио. Их биологический ресурсный цикл даже в ранних проектах близок к замкнутому, и чем совершенней материалы строителей - тем ближе.
Реальные земные эксперименты с замкнутыми биосферами накрывались прежде всего потому, что крохотное и тесное пространство, которое только и могли отжалеть на опыты по соображениям бюджета, уязвимо к любому чиху. Конструкция линейными размерами в десятки километров вдоль главной оси с нормальным атмосферным давлением и климатом внутри такого недостатка попросту лишена.
Строить её предполагается целиком из местных ресурсов. В системе Земля-Луна это лунный реголит. Безлюдные заводы современного уровня автоматизации смогут и базовую добычу ресурсов и базовую металлургию, и отправку этого всего на ближнюю орбиту Луны. В суровую докомпьютерную эпоху предполагалась рабочая смена из трёхсот человек строителей, чтобы за десять лет отгрохать в Л5 самый первый, ещё довольно скромный по линейным габаритам, "остров" на десять тысяч жителей.
По современным прикидкам люди на лунных пустошах - лишние. Один тридцатитонный завод-автомат на Луне по расчёту начала восьмидесятых запросто может выйти на многие сотни тонн полезной добычи в год по кислороду, основной триаде металлов - алюминию, железу и титану, кремнию и более редким в процентном соотношении полезным элементам. Хватит солнечной печи и нескольких простых роботов. Современные технологии делают эти цифры ещё интереснее. Прежде всего - по фактическим возможностям одного компактного завода. С некоторыми оговорками тот сможет реплицироваться собственными усилиями с минимальной долей привозных высокотехнологических компонентов. Правда, это допущение опасно граничит с тем, что нам обещали и так и не смогли дать на волне технологической эйфории двадцатого века, поэтому использовать его в сеттинге лучше бы с драконовскими ограничениями.
Нет у "островов" Джерарда О'Нила проблем и с постоянством орбиты. В точках Лагранжа Л4 и Л5 такой объект провисит стабильно бесчисленные тысячелетия. Если сцепить два прочных неподвижных внешних корпуса между собой, можно использовать явление прецессии для их ориентации в пространстве. Хватит лёгкого подтормаживания внутренних подвижных корпусов в рассинхронизации вращения.
Электроэнергию для этого предоставит солнечная электростанция. Её размер в космосе можно увеличивать и увеличивать, почти без проблем. На орбите Луны вокруг Земли на квадратный метр приходится больше киловатта солнечной энергии.
Хватит этого на очень и очень многое.
Главная футурологическая отмазка
Я принципиально избегаю термоядерной энергетики, сверхпрочных графеновых материалов, полноценно автономных компьютерных систем и ГМО-эльфов неявной гендерной принадлежности с +30 к оргазму. Каждое из этих решений возникло как научная концепция в середине и последней трети прошлого века, после чего упрямо "слегка задерживается" на практике которое уже десятилетие. Их появление, что совокупное, что индивидуальное, резко и очень сильно раздвинет вероятные рамки доступного, но сделает любое нынешнее описание менее достоверным и очень спорным.
Проще говоря, оно превратит вашу научную фантастику в антуражное фэнтези с якобы-наукой в роли очень слабой и очень скучной артефактной магии.
Подавляющее большинство того, что здесь вкратце изложено, лежит на сервере научно-технической документации НАСА и некоторых других местах в посчитанном до нужного знака после запятой состоянии. Такой библиотекой можно пользоваться как обычной справочной информацией без обоснования читателю и рукомахания автора, она просто действительно есть, и действительно такая.
Удобно, правда?
Бесплодные пустоши
Многие наверняка заметили, что планеты выглядят практически бесполезными. Так и есть. Из всех космических тел системы именно планеты - худший выбор для серьёзного освоения. Там дорого что-то брать, там почти невозможно жить, там экономически невыгодно что-то менять.
Из всех пустых, бессмысленных и разорительных видов космической деятельности, терраформирование - самое бесперспективное.
Да, у планет исторически самое мощное и активное лобби - коммунистов, фашистов, капиталистов, наркоманов, городских сумасшедших, фантастов - без разницы. Даже Уолт Дисней в этой шняге как пропагандист оскоромился. Только вот за идеей в принципе отсутствует любая жизнеспособность.
В художественном произведении один-два раза можно выехать на литературном мастерстве, но за пределами короткой формы это автора неминуемо жестоко накажет. Да и писать хорошие рассказы о настолько бессмысленном занятии как терраформирование на уровне Олега Дивова, как ни крути, нужно долго и мучительно учиться.
Следующий важный шаг через себя ещё сложнее - он требует увидеть освоенное космическое пространство динамической системой из очень большого количества участников вместо уникального одиночного проекта. С этим у наших диких и асоциальных фантастов проблем обычно ещё больше, чем с просто космическим железом.
Спираль освоения космоса
Для ранних стадий экспансии достаточно системы из нескольких станций на орбитах Земли и Луны, координировать ресурсную космическую разведку и вход капсул с грузом редких металлов в атмосферу планеты. Дальнейшее развитие потребует резко увеличить масштабы системы.
Главный источник любого строительного материала - Луна. Она же поначалу даст и большие, миллионы тонн, количества химического топлива. Лунные двигатели могут сравнительно быстро перейти на горение в кислороде твёрдого местного сырья. Излишки лунных металлургических комплексов для этого достаточны. После этого лунное химическое горючее станет почти бесконечным.
Да, удельный импульс порошка в кислороде слабоват, но взлёту и посадке на Луне хватит. К тому же, этого барахла у нас целая Луна, а итог горения топлива - плотный оксид, который сыплется при взлёте и посадке тех орбитальных паромов обратно на Луну и подлежит многократной переработке в солнечной печи - буквально все те миллиарды лет, пока горит Солнце.
Но сейчас мы берём прицел чуть поближе.
Развитие безлюдной космической программы даст парадоксальный этап, когда всё ещё рано говорить о массовом подъёме в космос большой полезной нагрузки, но всё больше и всё активнее идёт освоение космических ресурсов парком космической техники, автономной и полуавтономной, космического же производства.
Разумеется, для этого потребуются и космический пластик, и некоторое другое углеводородное сырьё. В систему "Земля, Луна, Л4, Л5, ближние околоземные космические объекты" добавятся Фобос и Деймос.
Перелёт к ним энергетически сравнительно дёшев. Марсианская атмосфера разрежена, но позволяет эффективное торможение на пролёте через неё. Поначалу хватит обычного химического топлива. Большие сроки полёта для безлюдных программ совершенно безразличны. Хорошие современные межпланетные роботы без обслуживания и ухода работают на других планетах и в далёком космосе годами и десятилетиями. Несколько достаточно сложных машин смогут вести текущий уход друг за другом. Простая замена достаточно крупных готовых блоков и узлов без полноценного ремонта сильно раздвинет любые гарантийные сроки.
Подобная техническая база уже позволит активно улучшать транспортную инфраструктуру. Современные военные программы наглядно показали, что для создания полноценной электромагнитной катапульты нужны в основном бюджет и желание.
Достаточно сложная и большая лунная ресурсно-транспортная база сможет пулять контейнерами в Марс с огромного, многокилометрового, разгонного трека.
На орбите Марса достаточно солнечной энергии, чтобы отгрохать практически такие же автономные заводы, что и на Луне, просто с незначительными линейными расхождениями в площади зеркал электростанций и солнечных печей. Дневные -4 градуса Цельсия на поверхности спутников Марса, конечно, не лунные +120, но работать можно. На обработку местных углеводородов солнечной энергии всё равно хватит. Дешёвый космический пластик - ценный элемент любого космического строительства. Он многое упрощает и убыстряет.
Марсианские электромагнитные катапульты отправляют контейнер с Фобоса или Деймоса в обратную сторону - уже с нужным сырьём на борту. Отправляют по цене электричества, без значительных расходов химического рабочего тела. Конечно, этот контейнер придётся тормозить, но постоянные транспортные узлы на каждом из концов маршрута резко сокращают логистические расходы.
Поначалу на финальных стадиях манёвра можно обходиться привычными ракетными двигателями. Потом их можно заменить солнечным кипятильником - удельный импульс в районе тех же 900 секунд, что и у средней паршивости космического атомного двигателя середины 1960-ых годов, но солнечный кипятильник лишён атомных проблем что по массе, что по радиации. Зеркала бортовой солнечной печи вообще можно делать надувными. Бак с рабочим телом контейнеру понадобится сравнительно маленький.
При достаточном развитии системы космического транспорта можно обойтись и дешевле. Вопрос торможения контейнеров по цене электричества на финальной стадии развития предсказуемой космической инфраструктуры закроют эффективные современные лазеры и раскладные паруса из алюминиевой фольги. Они дают нам то, чего нет у любой другой легкодоступной на современных и близких к ним технологиях двигательной системы.
Постоянное ускорение.
Одна сотая g - много или мало?
Среднее расстояние между Землёй и Марсом на 0,01g постоянного ускорения (0,0981 м/с за секунду) преодолевается за 35 дней. Стартовое окно для такого запуска доступно практически всегда. Разумеется, если просто разгонять контейнер на долгую экономическую орбиту (а что ему там сделается?), комбинация из электромагнитной катапульты и лазерной батареи высокой мощности сможет отправлять минимум несколько контейнеров в сутки. Срок полёта дольше, но при должном старании вереницу контейнеров можно растянуть на миллионы километров. Настоящая космическая железная дорога!
Для обустройства маршрутов постоянной тяги получится обойтись без крупных технических прорывов. Хватит количественного развития инфраструктуры космоса.
На всё той же одной сотой g постоянного ускорения 45 лет полёта до Плутона экономичной орбитой химических ракетных двигателей можно забыть. Им на смену придут вполне терпимые полгода. Каких-то двести лет назад по морям так и ходили. У легендарных чайных клиперов путешествие из Китая до берегов Англии на пике совершенства умещалось в четыре-пять месяцев.
Разумеется, для торможения лазерного парусника большой дальности требуется второй лазер - в точке прибытия. Без него придётся всё равно использовать атмосферные щиты и довольно массивные баки рабочего тела для традиционных реактивных двигателей. Ракетная формула Циолковского неумолима, а прорывных двигателей в пессимистичном варианте ждать придётся веками.
Первоначальная стадия освоения дальнего космоса слегка затянется. Пока заводы отправят, пока те распакуются, пока отстроят базовые элементы инфраструктуры, пока вопрос местного энергоснабжения решат - времени пройдёт довольно много. Годы. Но даже развитие такой инфраструктуры наблюдаемо, контролируемо и прогнозируемо без очень больших фантастических допущений.
Ну и раз уж речь пошла о прогнозах - добавим, наконец, в занимательное футурологическое уравнение людей!
Человеческий фактор
Первое главное расхождение с бытовым фантастическим мифом - роль человека-первопроходца. Лунное похмелье наглядно показало, что вау-фактор проигрывает экономике в её самом пошлом, буквально марксистском, понимании. Когда цена подъёма в космос упадёт до цены полёта межконтинентальной авиации, всё изменится. Добиться этого сравнительно легко что химической многоразовой схемой, что активным электромагнитным "фонтаном". Решающее значение имеет принципиальная возможность людей прийти на всё готовое. Именно она и окупает затраты на прорывное совершенствование транспорта.
Высокая грузоподъёмность многоразового тяжёлого орбитального парома - задача чисто количественная. Саму по себе, на бумаге, её решили ещё в прошлом веке на заре космической эры. При гарантии высокого грузопотока орбитальный тысячетонник из пары многоразовых ступеней окажется проще и надёжней современных предельно облегчённых конструкций. Тем более, с нынешними компьютерами, благодаря которым мы и получили любые реальные успехи современной космонавтики. Но "большой тупой ракетой" дорога в космос только начинается.
В живом космическом сеттинге люди придут на готовое и массово, самыми разными крупными, средними и мелкими сообществами одновременно. Чем дешевле килограмм на орбите, тем больше их станет, и тем мельче окажется минимальная единица - до средней паршивости частной компании включительно.
Практически любая космическая фантастика буквально навязывает читателям "единый Марс" или "единую Луну". Некоторые так и до "единого пояса астероидов" ухитряются докуриться - хотя у него только сигнал на другую сторону идёт в обход Солнца минимум через одну релейную точку порядка часа в один конец.
В земной реальности у нас крохотный шматок поверхности с этнически единым народом расколот на целых две разных Кореи одновременно, которое уже десятилетие. Всей радости за эти годы - что лидеры двух Корей друг с дружкой наконец-то разговаривают. В Африке областей и малых этнических группировок в пределах всего лишь одного африканского государства в постоянном конфликте с основными соседями которую уже тысячу лет - десятки и сотни. Точно считать их можно долго и со вкусом. Она, между тем, как раз с ту Луну размером, эта наша Африка. В США недавно выяснилось, что страну населяют примерно равные группы людей, которые по многим экономическим и политическим вопросам хотят взаимоисключающих решений. На всех уровнях жизни государство трясёт, от студентки-феминистки до президента.
Ну что, кто-нибудь ещё верит, что единая политика и гонка за правом на самоопределение в космосе получатся такой же калькой земной истории, что случилась в эпоху заселения Америк? Я вот сомневаюсь.
Если космос чего и даёт в избытке, так это возможность почти бесконечно дробить сообщества по идеологическому признаку. Экономика здесь в помощь. Любое ресурсное бутылочное горлышко неминуемо превратится в кластер многонациональных центров добычи и самостоятельных экономических структур. Именно для того, чтобы заведомо блокировать единую ценовую политику в режиме экономической удавки.
Населённый космос по определению станет пёстрым лоскутным одеялом из самых разных политических, национальных, этнических, расовых, идеологических - да каких угодно - сообществ. Авторская свобода от этого только выигрывает.
Если государство на десятки миллионов человек населения свободно упаковывается в куб 100х100х100 километров, разместить подобных государств у любого ценного космического объекта получится куда больше, чем способен представить типичный носитель бытового мифа.
Какие у этого роста пределы?
Да практически никаких!
Oh my god, it's full of stars!
Взрывная колонизация ближнего жилого пояса солнечной - дело тысячелетий. Оценочно, чтобы крупные жилые сообщества появились в каждом экономически состоятельном перспективном регионе до внешних границ системы включительно, пройдёт около семи тысяч лет. Эквивалент письменно документированного существования земной цивилизации как таковой!
Но этот расчёт вовлекает удивительные для плохо знакомого с темой человека цифры. На Росконе-2018 американский фантаст и учёный Дэвид Брин многократно упоминал, что оценочная ёмкость ближних околоземных космических тел при трансформации в жилые колонии проектов О'Нила составит... триста поверхностей земного шара. Всего земного шара, целиком, и материков и океанов. Пессимистическая оценка ёмкости нашей планеты без падения уровня жизни сейчас болтается в районе десятков миллиардов человек.
А теперь - занимательная математика! Одна искусственная крупная жилая космическая единица - один мегачеловек постоянного населения. Один большой кластер с общей политикой и правительством из тысячи подобных населённых объектов - гигачеловек. Суммарное население Л4 и Л5 системы Земля-Солнце - терачеловек!
Оценили? Прониклись?
Горячие чмоки классикам большой космооперы с их практически безлюдным космосом. Даже представить те цифры, которые даст нам всего лишь тысяча лет развития жизни в нашей звёздной системе, художественной литературе двадцатого века оказалось немножко затруднительно.
Как минимум одного эрудированного, вроде бы, человека на моей памяти расплескало на стадо маленьких разноцветных понят упоминанием оценочной ёмкости пояса астероидов в квинтиллион живого населения. Буквально миллиард сообществ по миллиарду же населения. Порвало мозг цифрой.
Ну, бывает, чо.
Разумеется, это сравнительно поздние цифры. Но давно ли на старушке Земле жило меньше одного миллиарда человек? Теперь, за скромные двести лет, нас тут стало всемеро больше при уверенном росте качества и сроков жизни.
Почему так?
Солнце - наш самый главный и самый дешёвый термоядерный реактор на миллионы лет вперёд. Освоение его энергии, простое и экстенсивное, без интенсивных прорывов, уже даст очень и очень много. Да и на освоение солнечной материи сравнительно быстро получится руку наложить, у звезды от этого, вот же парадокс, срок жизни только увеличится.
Близкое и условно точное в мелких значимых деталях будущее для некоего сеттинга, художественного либо игрового, без разницы, уже позволяет нам с чистой совестью использовать десятки крупных государств с активной собственной политикой и связями по всему ближнему космосу и земному шару. Они запросто могут иметь одного национального предка, но вести конфликтующую политику!
Динамическая система
Другая интересная ломка бытового шаблона в голове писателя и читателя вызвана тем, что космос - подвижная система. Любое тело движется по орбите. Время этого движения напрямую зависит от высоты орбиты. Стабильны довольно узкие сектора из главного тела и точек Л4 и Л5, всё остальное неминуемо "ползёт" - на орбитах ниже быстрее, на орбитах выше - медленнее.
Но это - одно из достоинств системы!
Высота орбиты сделает экономически состоятельными и востребованными сразу много поселений в поясе астероидов, причём в разных его секторах. Только лишь затем, чтобы поток важных поставок из космоса шёл более-менее постоянно, а транзитные сроки оставались сравнительно короткими. Искусственные космические объекты получат больше чем одну явную экономическую задачу, смогут постоянно торговать нужными услугами и органично участвовать в жизни населённого космоса.
Ресурсные услуги, сельскохозяйственные, промышленные, торговля рабочими часами специалистов - занятий масса. Одна только передача информации между всеми этими сообществами, даже только административной и экономической, очень быстро потребует многие терабайты. Докинуть ролики с котятами, любительские фото топлесс и флуд на анонимных форумах - и про информационные технологии космоса уже можно замонстрить художественный текст уровня покойника Хейли с его "Аэропортом".
То же самое касается и транспортных услуг - рост товарооборота потребует и новых станций корректировки маршрута. Все они движутся по орбите, а значит, и выводить нужно сразу "ожерелье" из многих станций.
Столь же массовый спрос увидят и ранние аналоги кораблей поколений - станции-циклеры на постоянных маршрутах. Раз в несколько лет циклер подходит на минимальное сближение либо с точкой запуска, либо с точкой назначения, либо с ними двумя по очереди в сравнительно малом промежутке времени. Всё остальное время он болтается по замкнутой кривой между границами орбит этих двух тел практически без трат на поддержание стабильности полёта.
Всё это время циклер может принимать и отсылать транспортные контейнеры. Циклер может вести промышленную обработку сырья на борту и рассылать высокотехнологичные готовые изделия нескольким клиентам. Циклер может сравнительно легко и дёшево затыкать собой перекосы в местном развитии на ранних стадиях работы. Ну и главное - линейные размеры циклера. Его выгодно делать большим. Достроить циклер можно уже после запуска на маршрут. Разница с привычным строительством долговременных космических объектов у него минимальна. Главное отличие циклера и "островов" в точках Лагранжа - обязательный довесок из очень большой собственной электростанции и системы управления полётом. Скорей всего - тем же самым лазерным парусом. Корректировать полёт за счёт расхода одного лишь электричества, без рабочего тела, банально выгоднее.
Серия циклеров с тщательно рассчитанным интервалом пуска - основа подвижной системы транспортной связности между телами внутренней системы. Чем больше космический аппарат, тем выше уровень комфорта и безопасности его живого населения. Перелети-город на циклической орбите заведомо выиграет у любой ракеты, пока речь идёт о переезде бедных (кому торопиться дорого), увеселениях богатых (кому торопиться некуда) и перевозке больших объёмов уязвимых к условиям космоса грузов. Например, живой биомассы. В контейнер её пихать бессмысленно, а на борту циклеров - хоть целый тематический зоопарк с аквапарком вези, что им там сделается?
Из-за минимальных сроков полёта даже освоенный космос останется ворохом самостоятельных экономических и политических структур . В какой-то момент в ближних окрестностях Солнца безусловно начнут строительство очень больших и очень мощных разгонных лазеров, но полёт внутри системы под ускорением всё равно останется сравнительно долгим. Преимущество такого лазера в более выгодной энергетике разгона и относительно высокой (для фотонной схемы) тяге. Перелёты циклеров на сравнительно дальнем маршруте, скажем от пояса астероидов до Юпитера, останутся долгими - годы полёта.
С другой стороны, полёт видится очень комфортным. Несколько десятков, а то и сотен, крупных циклеров в одном строю породят настоящее кочующее перелети-государство, с производством местных товаров и услуг, любыми климатическими зонами, всеми сезонами года в шаговой доступности и любыми видами блэкджека и шлюх, которые можно себе представить.
Корабли в их традиционном морском понимании с немалой вероятностью так и останутся на страницах ретро-фантастики. Они слишком большие для сообщения поверхность-орбита-поверхность или работ в качестве маневровых буксиров, и слишком маленькие, чтобы выигрывать даже у самых первых циклеров на считанные тысячи человек населения. За пределами специализированных задач отыскать им занятие довольно затруднительно. Всё дело в том, что орбитальный паром, космический буксир и средство дальнего космического транспорта - три очень разные конструктивно схемы, и последняя востребована куда больше двух первых.
Какой-то ракетный транспорт, разумеется, останется на любых стадиях освоения системы. Но в живой Солнечной наиболее выгодный поступок - брать побольше и кидать подальше. Желательно с постоянным ускорением.
А это парус вместо ракеты.
Вокзалы космических дорог
Первый крупный транспортный узел населённого космоса - точки Л4 и Л5 системы Земля-Луна. Его дальние закоулки - марсианские луны Фобос и Деймос. Планета Земля поначалу станет почти неисчерпаемым источником человекочасов любого типа, от кибер-проституции до наукоёмких разработок. Лунные сырьевые комплексы, орбитальные верфи и мастерские в точках Лагранжа, пусковые катапульты и разгонные лазеры - минимальная инфраструктура постоянной транспортной связности освоенного людьми местного космического пространства.
С некоторой вероятностью появится в металле даже такая икона шестидесятых, как лунный космический лифт. На Луне его можно построить без возни с футуристическими высокотехнологичными материалами, хватит обычных металлических тросов.
Поскольку тросы лифтов к центральному опорному блоку вполне можно тянуть под углом, то и полярные регионы с их запасами льда и экваториальные - с богатыми залежами титана и тория, окажутся в общей экономической доступности. Лифт же может решить и вопрос передачи энергии для непрерывной работы комплексов проходки даже лунной ночью.
Предельные доступные размеры областей высокой инсоляции на полюсах Луны потеряют своё критическое значение. Вариант поскромнее - отгрохать кольцевую железную дорогу по экватору и пустить вдоль неё сверхпроводящую трассу, после чего переключаться между рабочими электростанциями в дневных областях Луны и тянуть ветки на полюса.
Это выглядит как мега-проект, но в земных условиях дороги сопоставимой протяжённости и сложности успешно строят в современном Китае. На высокогорных маршрутах приходится решать даже вопрос герметизации вагонов.
Межпланетные космические трассы с этими маршрутами различаются в основном тем, что место рельсов займут прикладные законы орбитальной механики. Сами по себе они столь же непреклонны, что и железная дорога. Маршрут, график отправки, график прибытия, суета на "вокзале".
Этому есть и ещё одна причина:
Безопасность.
Любой двигатель - главное доступное оружие космос-космос. Лазер, даже очень большой, сравнительно быстро расфокусируется в дорогостоящий аналог фонарика и потеряет военное значение. Если разогнать тем же лазером парусник с постоянным ускорением, получится тот ещё метко пущенный утюг. Многолюдный транспортный узел под контролем нескольких разных структур значительно сложнее взломать и обратить в оружие, чем угнать одну космическую ракету в один конец. Это ещё один жирный крест на частном малоразмерном ракетном транспорте. Основной иконе фантастики прошлого века и многих современных космоопер.
Отсюда логичный вопрос - можно ли выбрать условия, которые позволят относительно привычную космическую "песочницу" со знакомыми фантастам и широким читательским массам совочками, машинками и формочками?
Да, можно. Это система лун планеты-гиганта.
Умма Сатурна, раввинат Юпитера
Внутренняя транспортная связность лун планеты-гиганта - сутки, в крайнем случае - недели полёта самой экономичной орбитой. Их потенциал заселения - те же миллионы больших сообществ, что и у любого другого экономически состоятельного космического тела в системе.
Да, магнитосфера гиганта порождает большие количества местной радиации, но у космического человечества средства активной защиты развиты достаточно, чтобы лишний прирост требований просто слегка влиял на цену конструкции.
Даже там есть выгодные тихие гавани - скажем, Каллисто находится за пределами основного радиационного пояса Юпитера, но содержит достаточно нужных ресурсов, чтобы стать экономическими воротами местной системы.
Ионные бури в тех же радиационных поясах - источник дешёвой местной энергии. Другой такой источник - кольцевой проводник в магнитосфере. Его можно сделать очень большим - хоть луну обмотать. Получится элемент очень большого электрогенератора. Даже солнечные электростанции всё ещё жизнеспособны настолько далеко от Солнца - если чего в космосе и хватает, так это места под строительство зеркал-концентраторов.
Если вам нужно большое пёстрое сообщество, которое должно сегодня принять решение, а завтра уже вовсю сбивать патрульные ракетоносцы у врат Тангейзера, именно Юпитер и Сатурн - ваши главные астрографические партнёры в этом увлекательном занятии.
Местные сообщества могут конфликтовать внутри себя практически без участия остального мира. Это как раз раз тот случай, когда все нужные ресурсы жизнеспособной экономики находятся при необходимости в пределах замкнутой местной системы.
Её можно делать именно такой, как нужна автору - и строить зрелищный внутренний конфликт в почти идеальном разрыве с логикой развития "вверх" земной цивилизации в её нынешнем виде. А можно - сделать над собой усилие и оставить "длинные руки Земли" на месте.
Насколько далеко получится растянуть именно земную цивилизацию?
Тоже очень интересный вопрос!
Границы колыбели
Первые столетия космического развития Земля останется главным населённым и политическим центром местной космической системы. Луна, точки Лагранжа, Фобос и Деймос - жизненно важные элементы ранней космической экономики. Их с первых же лет активно инкорпорируют в местную жизнь. Постепенно к ним добавятся ближние околоземные космические объекты и выстроенные на их основе новые жилые "острова".
В параллель этому пойдёт и другой процесс космической экспансии: активная эксплуатация пояса астероидов. Критическая масса частников и государств устремится туда столь же активно и тотально, как и на ранних стадиях освоения ближнего околоземного пространства. Там всё так же есть, что брать, но к этому добавляется техническая возможность околоземных верфей отправлять в путь сразу ранние космические поселения с большим человеческим сообществом.
Четыре больших астероида во главе с Церерой - самые логичные кандидаты на первое заселение дальних границ "зелёного пояса" системы. Зелёного в буквальном смысле этого слова - инсоляция в окрестностях Цереры всё ещё достаточна, чтобы выращивать практически любые земные растения в условиях естественного и стимулированного естественного освещения.
Цена редких металлов продолжит флуктуировать более-менее в тех же рамках, что и удешевление ракетного транспорта. Да, объёмы добычи смогут расти в разы, но и взрывное развитие земного "ядра" обеспечит рост спроса на пояс астероидов как ресурсный придаток. Эта стадия его развития займёт годы, но затем он превратится ни много ни мало в центральный транспортный узел Солнечной.
Сам по себе пояс астероидов может вместить на многие порядки больше людей, чем предельная комбинация Земли с околоземными космическими поселениями. Его ресурсы достаточны, чтобы всем хватило на первые тысячелетия - даже на взрывной рост.
Сеть пусковых лазеров, ретрансляторов связи, транспортных узлов и местных верфей станет логичной "ступенькой" для шага дальше в космос. Он может остаться без единого правительства, сообществом из многих независимых космических государств - но экономическое значение пояса с какого-то момента намного превысит значение старушки-Земли.
Впадёт ли Земля в ничтожество?
Отнюдь!
Бледно-голубая точка
В обычных прогнозах фантастов падение земного уровня жизни - частая основа космической экспансии. Герои Хайнлайна в далёком голодном будущем 1997 года отмечали в продуктовой карточке буквально каждую варёную картошку и стограммовый кубик мяса. На жутко перенаселённой Земле Азимова жили страшные и невообразимые шесть миллиардов человек. Просто на головах друг у дружки стояли, вот ужас-то какой!
Справедливости ради, в годы написания этих текстов о зелёной революции ещё даже сами агрономы с химиками имели крайне расплывчатое представление. Если вообще имели.
Космические технологии неминуемо улучшат земной уровень жизни. Знаете, что получится, если сравнительно маленькую конструкцию из ранних проектов О'Нила поставить на попа и разделить на этажи? Город-аркология на всё тот же миллион человек прямиком из архитектурных проектов 1960-ых, вот что!
Орбитальные "зелёные" технологии, вроде роботизированного многокультурного тепличного модуля, где под лучами светодиодов нужного спектра растут несколько разных сортов растений одновременно, прекрасно уместятся на подвальных этажах и в технических помещениях такого города.
Есть ряд вопросов с электричеством на всю эту красоту, но как раз тут космические технологии и сулят очень интересную прибыль.
Шизофренические мегаконструкции
Ну ладно, об их шизофреничности я в полемическом задоре слегка загнул. "Всё посчитано до муллиметра!" Первой широкой дорогой в космос можно считать проекты космических фонтанов - мегаконструкций "до неба" с активной электромагнитной поддержкой. Струя дроби разгоняется в изолированном вакуумном канале и летит в космос. По дороге отдаёт энергию на тормозные электромагниты. Затем - своим ходом падает обратно, где запускается в новый цикл.
Электромагниты поддерживают элементы конструкции длиной в сотни метров каждый - то, что ещё выдерживает собственный вес без экзотических строительных материалов. Башню в полкилометра высотой человечество успешно построило уже сейчас.
Главное приятное отличие космического фонтана от космического лифта - он преспокойно возводится снизу вверх. Второе приятное отличие - его длина может составлять буквально считанные десятки километров. Границей космоса на данный момент считается или сто, или восемьдесят километров, смотря чьей точки зрения придерживаться. Но даже триста километров стального трубопровода и сопутствующих конструкций - маленький фрагмент обычного земного нефтепровода. То есть, инженерная задача, главный комплекс элементов которой решён на Земле уже сейчас.
Башня космического фонтана находится в условиях почти земной силы тяжести. На её условной "верхушке" можно просто ходить пешком, с нормальным полом и потолком. Это означает, что космический аппарат для запуска с неё всё ещё должен набрать достаточно высокую орбитальную скорость, чтобы не свалиться на Землю. Но влияние атмосферной помехи уже заведомо устранено - а дальше можно зайти ещё на шаг в область мегаконструкций!
Околоземное транспортное кольцо
Несколько башен космических фонтанов могут стать основной космического электромагнитного кольца. Такой же поток дроби в трубах, что держит сами башни, отправится вокруг планеты с орбитальной скоростью. Две трубы с разным направлением потоков уравновесят силы так, что само кольцо останется неподвижным. Поверх них можно развесить на электромагнитах практически любые элементы - жилые блоки, фермы, солнечные электростанции, подстанции сверхпроводящей линии передачи энергии, разгонную трассу космических транспортных капсул - что угодно.
Мы получаем настоящий мост в небе, длиной больше земного экватора. С почти земной силой тяжести, с дешёвой активной защитой от космического излучения, при необходимости - достаточно плотно заселённый. Он сам по себе тянет на экзотический фантастический сеттинг.
Его главное достоинство, впрочем, другое.
Каждое такое кольцо - источник огромного количества дешёвой солнечной энергии. На орбите Земли, даже низкой, каждый день - солнечный. Больше киловатта на метр квадратный - очень выгодное соотношение.
Кольцо в законченном виде и себя поддерживает на местной космической энергии, и прекрасно экспортирует её на Землю. У проекта космического лифта фонтаны выигрывают ещё и тем, что строить их можно сразу несколько, с разными высотами и под разными углами относительно экватора. При достаточном развитии земной техники реально говорить и о коллективных проектах геополитических блоков, и о национальных проектах отдельных сверхдержав.
Практически безграничная с точки зрения современной цивилизации солнечная энергия из космоса отменяет массу ресурсных проблем Земли без опоры на сами космические ресурсы. Дешёвая нефть - только электричество проведи. Дешёвое бесконечно возобновляемое топливо двигателей внутреннего сгорания вместо дорогих, массивных и токсичных аккумуляторных батарей - запросто. Энергоёмкие плавки руды, затратная сепарация минералов, электролиз океанической воды, сложная проходка открытым способом, озеленение пустынь и опреснение морей - что угодно.
Земная цивилизация формально вроде бы осталась в пределах околоземной низкой орбиты, но получила от космоса задел на всё те же века и тысячелетия взрывного развития. Огромное количество бесперспективных месторождений, те же страшные мегатонны, подешевело до рентабельности.
Упомянутые ранее города-аркологии при условии внешнего питания дешёвой энергией увеличивают плотность населения земного шара на порядки, но сохраняют высокий уровень жизни отдельного человека.
Для сравнения, всё население США можно таким образом расселить в цепочке башен вдоль границы с шагом в несколько километров, а внутреннюю территорию целиком превратить в безлюдный заповедник.
Население России при сравнительно компактном строительстве целиком поместится на территории этой нашей Москвы - и ещё под бывшие советские республики останется. Все из них, сколько есть.
Раннее орбитальное кольцо можно построить без всей этой дополнительной мишуры, очень простое, сравнительно быстро и сравнительно дёшево. Цена - несколько лет совокупных годовых индустриальных бюджетов ведущих мировых держав. Успех работ позволит удешевить доступ в космос до цены железнодорожного билета и вполне уверенно получать стабильную многовековую прибыль.
Главное - именно такие конструкции дадут по-настоящему широкие ворота космоса человечеству. Клянусь бородой Пророка, когда Аллах в щедрости своей творил космические ресурсы, он сотворил их достаточно!
А в милости своей дал фантастам и ещё одну интересную возможность.
Ворота дальнего космоса
Кто-то может растеряно спросить, как же быть с обещанными нам в прошлом тысячелетии дальними космическими экспедициями и экспансией к другим звёздам. Так вот - реальная наука всего за полвека расширила наши границы приемлемого от поиска землеподобной планеты (напоминаю, их нам пока что известна ровно одна штука - наша Земля) до практически любой звёздной системы вообще.
Нам совершенно пофигу, какие астероиды и луны осваивать у далёкой звезды. Именно они - главная космическая ценность и основа экономического и жизненного пространства. На строительство ранней межзвёздной колонизационной программы хотя бы как технической возможности, понадобится несколько сотен лет. Человечество успеет наступить буквально на любые грабли долгосрочного обитания в автономном космическом поселении, решить проблему несколькими разными способами, и собрать коллекцию ответов на любой случайный или закономерный вызов. Даже те из них, что заметны лишь в ходе столетий постоянного обитания и расшатывания местной экосистемы каким-то хитровыеженным и труднопредсказуемым "на кончике пера" способом.
Отправка межзвёздного колонизационного сообщества минимально различается с отправкой большого внутрисистемного циклера. Несколько десятков обитаемых блоков, суммарно на миллионы постоянного населения, прекрасно разгоняются в плотном строю на постоянном ускорении.
Наиболее вероятно, этим займётся большой солнечный лазер или батарея таких лазеров. Габариты нашего светила позволяют очень мощный поток очень дешёвой лазерной энергии. Да, это очередная мегаконструкция, но её строительство целиком окупается выгодами для местного сообщения в пределах солнечной. К моменту первых серьёзных межзвёздных экспедиций отжалеть какие-то проценты мощности на разгон с постоянным ускорением до скорости около 10% световой вполне реально.
Окажется крайне приятно, если практический термояд случится более-менее вовремя и заметно упростит конструкцию межзвёздного "летучего острова" что по размеру, что по массе. Но 10% световой означают перелёт к двум ближним звёздам в сроки жизни одного поколения - и можно просто взять достаточный запас ядерного топлива. А также полный набор земных биосфер, необходимой промышленности и рекреационных центров любого типа, до космического борделя "Ром, плеть и содомия" включительно.
Беспилотные зонды и первые автономные заводы можно с чистой совестью отправить заранее. Тормозить это всё можно с помощью ещё одного наследия прошлого тысячелетия - электромагнитной воронки Буссарда. Это как двигатель она бесполезна, а вот как тормоз - вполне сгодится. Вполне реально говорить даже об анекдотическом "двигателе Пакмана" - снабжении межзвёздных переселенцев автоматическими контейнерами непосредственно в полёте. Для этого всего лишь потребуется часть из них отправить в полёт заранее, а часть - отправлять вслед на больших ускорениях. Что достаточно легко, если на борту лишь айфон-переросток и припасы.
Мы снова получаем транспортное средство постоянного ускорения, которое меняет это самое ускорение более-менее по цене электричества. На этот раз - межзвёздное.
Няш-мяш, голактеко наш!
Критика заблуждений
В чём главный минус всех моих космических Нью-Васюков? Как вы отлично поняли, они слишком масштабно и активно ломают бытовой шаблон в голове читателя. Но перефразирую одного умного человека и скажу по этому поводу вот что:
"...Нет, голубчики. Научную космическую фантастику надо выстрадать. За научную фантастику надо драться вот с ним, с обыкновенным запойным читателем. Драться, когда он с томиком Громыко, драться когда он с полным собранием братьев Стругацких, драться, когда он с книжками "Снежного кома", Ибатуллиным, Горькавым и Зоричами на одной полке. А вот когда он бросит зачитанного Эльтерруса и растерянно спросит у вас, а что же ему читать - вот когда начнётся ваша настоящая борьба! Не за идеологическую накачку и проповеди в тексте, не за наукообразный канцелярит, а за литературный вкус. Отучите вы его от фэнтези этой космической, возвысите его..."