Космическое индустриальное ожерелье

Первый запуск ОТС в космос позволит начать создание космического индустриального ожерелья «Орбита» (КИО «Орбита»).

КИО «Орбита» — обслуживающий земное человечество многоорбитальный транспортно-инфраструктурный и индустриально-жилой комплекс, охватывающий планету в плоскости экватора, являющийся функциональным аналогом экваториального линейного города, размещённым в космосе, а также плацдармом для защиты от космических угроз (в том числе метеоритных) и платформой для экспансии земной цивилизации в дальний космос.

Внешне КИО «Орбита» будет выглядеть как ожерелье, в котором спаренные грузовые и пассажирские гондолы, размещённые шагом порядка 500 м, соединены друг с другом в кольцо струнными коммуникациями. Вокруг гондол со временем будут созданы заводы, фабрики, цехи, электростанции и другие индустриальные сооружения, а также жилые космические поселения — ЭкоКосмоДома, в которых будет жить и работать обслуживающий̆ персонал космической индустрии.

КИО «Орбита» включает

Индустрию

По сравнению с земной индустрией, расположенной на поверхности планеты, космос и околоземное космическое пространство имеют ряд преимуществ.

  • Невесомость позволяет производить уникальные материалы, механизмы, оборудование: выплавлять пеносталь, которая будет прочнее обычной стали, но при этом не будет тонуть в воде и не будет подвергаться коррозии.
  • Глубокий вакуум на Земле получить сложнее, чем добыть нефть — 1 м³ глубокого вакуума стоит дороже тонны нефти.
  • Легко организовать мощную энергетику. С 1 м² освещённой̆ поверхности можно снять около 1 кВт мощности, взятой у Солнца.
  • Высокая эффективность и конкурентная цена добываемых в космосе астероидных полезных ископаемых определяется значительным уровнем концентрации в них полезного минерала, вплоть до самородного состояния, что означает кратное снижение удельных (прежде всего энергетических) расходов – на добычу, транспортировку и обогащение подобного рудного сырья.
  • Чистота среды (отсутствие газов, пыли, микроорганизмов и иных загрязнений) позволяет производить чистые материалы – одно из важнейших признаков однородности структуры, а также качества материалов и изделий, изготовленных с их применением.
  • Возможность быстрого охлаждения до сверхнизких температур, что (в сочетании с другими особенностями космической среды) открывает перед технологами самых различных отраслей новые способы управления фазовым составом производимых материалов, степенью их однородности, характером и плотностью дефектов кристаллической решётки.
  • В космосе легко создать и высокие температуры, например с помощью концентрации солнечного излучения.

В соответствии с программой функционирования ОТС на земную орбиту постепенно переместятся с Земли, вернее вновь будут созданы, промышленные производства, научные лаборатории, заводы, фабрики, цехи, в первую очередь — в энергетике, машиностроении, металлургии и химии.

Жилой сектор

Основу жилого сектора КИО «Орбита» составят многофункциональные кластеры – ЭкоКосмоДома (ЭКД), в которых будет искусственная гравитация, а также лучшая часть земной биосферы – субтропики. Там будут естественные природные условия: земная атмосфера, ландшафты, флора и фауна, живая плодородная почва, земные биогеоценозы, водные экосистемы и другое земное, что нужно человеку для комфортной и безопасной жизни в окружении агрессивной космической среды.

ЭкоКосмоДом

Индустрию, созданную в космосе, несмотря на автоматизацию и роботизацию, должны обслуживать люди. На орбите необходимо будет создавать жилые поселения нового типа – ЭкоКосмоДома (ЭКД), в которых станут жить, работать, отдыхать, проходить курсы терапии и лечения миллионы человек.

В одном ЭКД на несколько тысяч жителей – в небольшом социуме типа деревни, построенном на инновационных принципах, – будет воссоздана лучшая часть земной биосферы со всеми необходимыми природными условиями: атмосферой, разнообразием ландшафтов, живых организмов, почв, биогеоценозов, водных экосистем и др. Будут также организованы самые комфортные физические условия: гравитация, освещённость в естественном спектре, оптимальная температура, давление, влажность воздуха и т.д.

ЭКД может стать первым объектом для сохранения биоразнообразия флоры и фауны Земли за пределами нашей планеты.

Замкнутая экосистема

ЭКД представляет собой замкнутый объём, включающий в себя множество сообществ живых организмов, способных к самовоспроизведению и полноценному существованию под влиянием комплекса абиотических факторов на протяжении неограниченного времени.

ЭКД

Искусственная экосистема, так как здесь будет воссоздана упрощённая, локальная модель природы +

Естественная экосистема, так как все живые организмы будут доставлены с планеты Земля без каких-либо изменений

Проектирование замкнутых искусственных экосистем – одна из наиболее актуальных задач человечества.

Причины
  • Наступление космической эры и необходимость организации комфортных и здоровых условий для жизни и труда человека в космосе.
  • Организация жизни на малопригодных для человека землях.
  • Восстановление и развитие экосистем, сохранение биоразнообразия.
Биологические аспекты функционирования ЭКД
  • Использование естественной почвы с планеты Земля с тысячами видов микроорганизмов, порядка триллиона особей на 1 кг почвы.
  • Задействование более 2500 видов растительных организмов (около 2 млн особей), свыше 4000 видов животных организмов (около 2,5 млн особей).
  • Организация микрофлоры и микрофауны в водной среде.

Комфортной среда обитания (проживания) человека может стать только при максимально полном моделировании биосферы планеты, в том числе всего богатства флоры и фауны, включая микрофлору и микрофауну — почвенный биогеоценоз с тысячами видов микроорганизмов. Без здоровой (живой) плодородной почвы в космическом доме невозможно создать комфортные и безопасные условия для проживания, так как именно живая почва — это есть иммунная система биосферы. Основой иммунной системы людей также является микрофлора их кишечника, по большей части считающаяся почвенной, — она кормит, поит и даже лечит нас. Там живут десятки триллионов микроорганизмов тысяч видов — у каждого из них своя узкая специализация, поэтому нельзя исключать из биосферной цепочки круговорота живого вещества ни один из них.

Биосферный комплекс космического дома должен постоянно вырабатывать кислород, обязательный для дыхания находящихся там людей и животных, производить здоровую пищу и утилизировать в гумус все отходы жизнедеятельности живых организмов.

Для полноценного существования в ЭКД надлежит обеспечить порядка 1000 м² поверхности почвы из расчёта на 1 человека, из них (ориентировочно):
  • 10% — на продуцирование кислорода (с учётом использования хлореллы).
  • 50% — для растительной пищи (овощи, фрукты, зелень, зерновые культуры и т. д.).
  • 40% — для животной пищи (мясо, молоко, сыр и т. д.).

Однако при современных разработках и оптимизации процессов (природных и технологических по продуцированию кислорода, повышению плодородности почвы и т. п.) в условиях ЭКД необходимая площадь почвы на 1 человека может быть снижена в 2 раза и более.

В замкнутой искусственной биосфере необходимо сформировать максимально природные условия проживания человека в сочетании с необходимыми техническими достижениями цивилизации.

Современным природным способом организации пространства, озеленения и земледелия является пермакультура. Преимущество данного подхода в использовании природных технологий. Создатели и приверженцы этого направления – наблюдатели за природой, которые одинаково ценят заботу о людях и Земле со всеми её компонентами живой и неживой природы.

Основные принципы пермакультуры
  • Гармоничное взаимодействие всех элементов среды, где каждый из них несёт несколько функций и своим существованием обеспечивает существование и других элементов.
  • Применение разнообразия видов.
  • Копирование природных схем и алгоритмов.
  • Эффективное энергопланирование и использование возобновляемых и биологических ресурсов.

Важно сохранить условия жизни человека как части биомира.

Однако обеспечение всех необходимых физических условий для жизни человека недостаточно для того, чтобы он был здоров.

Социально-психологические аспекты функционирования ЭКД

Кроме физических показателей также существуют и психологические.

При создании ЭКД важно учитывать:

  • Человеку необходим постоянный личностный рост и саморазвитие.
  • В условиях замкнутого пространства существует обособленность от привычных природных элементов, таких как просторы неба, дальность горизонта, возможность сменить обстановку и др.
  • Условия ограниченного круга общения и невозможность его изменения на протяжении определённого времени.
  • Возможность возникновения чрезвычайных и непредвиденных обстоятельств.
  • Другие факторы, влияющие на изменение поведения, здоровья и восприятия человека внутри замкнутого пространства.

Создавая новое пространство для жизни людей, в первую очередь стоит рассмотреть варианты обеспечения таких условий, которые изначально не будут допускать возможности возникновения болезней.

Критерии отбора людей для жизни в ЭКД должны включать в себя
  • Физические характеристики человека (здоровье, физическая подготовка).
  • Наличие необходимых знаний (общих и профессиональных, о предметах исследований).
  • Определённые психологические качества (личные и социальные).

Создание дружественной атмосферы и подбор участников с соответствующими для этого чертами характера являются одними из факторов, определяющих успех всей миссии освоения космоса.

Параметры среды

Для комфортного проживания людей в космосе необходимы условия, эквивалентные и даже превосходящие по качеству земные
Гравитация

Как на Земле или пониженная в некоторых кластерах для нужд производства.

Давление

Комфортное для большинства людей в 760 мм рт. ст. или на уровне горных районов на планете – порядка 700 мм рт. ст. Возможно создание давления в 380 мм. рт. ст. в зонах размещения флоры и фауны, сельскохозяйственных блоков.

Температура воздуха

+21…+25 °С с возможностью регулирования в течение суток, года.

Влажность воздуха

55-60% с возможностью регулирования в течение суток, года.

Освещённость

Искусственная.

Общее освещение в соответствии с естественными биоритмами людей, животных, растений.

Создаётся также локальное освещение, в зависимости от зоны и сезона конкретной экосистемы.

В космическом доме, при моделировании биосферы планеты, будут использованы образцы с Земли
Флора и фауна

Из благоприятных для жизни человека климатических зон Земли.

Микрофлора и микрофауна

Благодаря здоровой (живой) плодородной почве с Земли с тысячами видов микроорганизмов в космическом доме создаются комфортные и безопасные условия для проживания, так как именно живая почва – это есть иммунная система биосферы.

Кислород

Основная часть вырабатывается естественным путём с помощью растений.

Кислород необходим для дыхания проживающих там людей и животных, для производства здоровой пищи и утилизации в гумус всех отходов жизнедеятельности живых организмов.

Водоёмы

С пресной и морской водой.

Ландшафты

Небольшие горы с ручьями, водопадами, лужайки, лесные зоны, аптекарские огороды, сады, озеленённые зоны отдыха.

Инфраструктура

Каждый ЭКД может функционировать обособленно, так как является замкнутой экосистемой. При этом все ЭКД находятся в структуре КИО «Орбита» и соединены между собой транспортными, энергетическими и информационными коммуникациями, а с планетой Земля — посредством геокосмического летательного аппарата ОТС.

Каждый ЭКД может являться как местом временного, так и постоянного проживания, труда и отдыха человека. Для того, чтобы это пребывание было здоровым, комфортным, необходима разработка проектных идей, которые предусматривают совмещение различных экосистем, требуемых для формирования баланса природной и архитектурной сред. Планировочные решения являются инструментом регулирования целого ряда процессов, способных оказывать влияние на взаимодействие между живыми существами.

Грамотное функциональное зонирование пространства и расположение архитектурных объёмов обуславливает размещение инженерных коммуникаций, структуру ландшафта, планировку природных зон и, соответственно, взаимосвязь между различными группами организмов замкнутой экосистемы в целом. Понимание взаимодействия планировочных зон с учётом трофических связей образует основу создаваемой модели функционального зонирования, которую впоследствии можно применить к всевозможным формам внутреннего замкнутого пространства на Земле и в космосе.

Геометрия оболочки ЭКД конструкции инженера А.Э. Юницкого определена следующими условиями:
  • комфортной для пребывания людей гравитацией;
  • бионическим видом;
  • необходимых для различных функций иерархией пространств;
  • эффективным использованием материалов.

Один из вариантов космического поселения представляет собой систему из двух капсульных цилиндров с взаимообратным вращением вокруг общей оси. Диаметр внешнего цилиндра равен 500 м при длине 500 м, внутреннего — 300 м при длине 500 м. Общая длина сооружения — 1 км (один из вариантов габаритов).

Распределение функциональных зон обусловлено следующими факторами: пешеходная доступность, мобильность доставки грузов и продукции, оптимизация инженерных сетей, эффективное землепользование, соразмерная человеку среда, оптимальная плотность жилой застройки.

У внешней поверхности большого цилиндра расположена многоэтажная техническая зона высотой около 10 м. Наличие данного пространства и его объём вызвано необходимостью размещения резервуаров с питьевой и технической водой, складских помещений для хранения продовольствия и техники, а также отсеков с многоуровневыми автономными теплицами для выращивания дополнительного количества продукции и др.

Разведение растений осуществляется также во внешнем цилиндре в помещениях с искусственным освещением принтерным методом при помощи роботов. Подобная технология позволяет выполнять посадку, уход и сбор культур без участия человека, при этом условия выращивания в теплицах соответствуют естественным природно-климатическим характеристикам, генетически записанным в ДНК растений за миллиарды лет предшествующей эволюции на планете Земля. Параметры среды, не влияющие на качество сельхозпродукции, но повышающие продуктивность их производства, — влажность, температура, содержание углекислого газа, освещённость, уровень гравитации и др. — будут оптимальными и могут регулироваться в разные периоды вегетации растений.

В ЭКД предусмотрена возможность использования инженерных систем в дополнение к основным природным процессам очистки воды и воздуха, утилизации отходов, фильтрации углекислого газа и др. Доставка из складов и резервуаров организована автоматическим методом. Система секторов и шлюзов обеспечивает безопасность и автономность всех инженерных систем технической зоны для предотвращения перебоев при вероятных столкновениях с метеоритами.

Над технической зоной расположен многометровый слой плодородной почвы, который станет не только главной механической защитой от метеоритной и радиационных космических угроз, но и «зелёными лёгкими» ЭКД, основой для рекреационных и сельскохозяйственных зон. Почвенный биогеоценоз с тысячами видов микроорганизмов сможет поддержать жизнедеятельность флоры и фауны Земли и вне её — в космическом пространстве, в замкнутой экосистеме космического поселения. Интеграция природоподобных инженерных коммуникаций с естественным почвенным слоем обеспечит постоянный полив и полноценное (без химических удобрений и ядохимикатов) питание растений.

Внутреннее пространство космического поселения представлено изменяющимися равнинными, предгорными и горными (у торцов цилиндров) ландшафтами, что создаёт естественную природную визуальную среду. На данной оболочке находятся: зона для выращивания различных культур; территории для животноводства; площадки для занятий спортом; прогулочные дорожки; зелёные массивы для обеспечения продуктами питания жителей ЭКД. Пруды и ручьи распределены равномерно, формируя ирригационную сеть и систему поэтапной очистки воды с минеральной и органической загрузкой.

Для визуального и психологического комфорта над зелёной зоной расположена воздушная прослойка высотой около 100 м, которая ограничена внутренним цилиндром, формирующим имитацию неба. При этом «небо» должно быть на несколько десятков метров выше самых высоких деревьев.

Жизнь на орбите представляет собой множество вызовов для человека: различные угрозы здоровью, длительный процесс адаптации организма, отличный от земного состав атмосферы. По этой причине для поддержания физического и психологического комфорта, а также для дополнительного оздоровления здесь планируется разместить площадки для активных игр и тренировок всевозможной направленности, сеть прогулочных маршрутов, экотропы, зоны климатотерапии, участки для плавания в водоёмах.

Во внутреннем цилиндре ЭКД на многометровом слое «космической» почвы расположены жилые зоны, вписанные в окружающие их растительные экосистемы. Отдельный объём для жилых территорий обеспечивает дополнительную безопасность проживающих и туристов в комплексе. Для создания комфортных условий обитания людей необходимо определить оптимальную плотность и количество населения.

Актуальной становится необходимость создания понятных, легко воспринимаемых, комфортных, безопасных и управляемых условий окружающей среды.

Важно делать акцент на таких планировочных и архитектурных решениях, которые мотивируют вести здоровый образ жизни:
  • Живописные прогулочные зоны.
  • Удобные спортивные площадки.
  • Эстетическое вписывание архитектуры в природную среду.
  • Эргономичность, подходящая освещённость, отсутствие деструктивных угнетающих элементов (шум, «ядовитые» цвета, ощутимые вибрации, неприятные запахи).

Равноценность физического и психологического комфорта подчёркивается исследованиями в области влияния психологического состояния человека на его здоровье и здоровье окружающих, а значит, и на любые другие сферы жизни.

Составные конструктивные элементы

  • Космический жилой кластер

Пустотелая сфера (цилиндр либо тор) диаметром 200−500 м, раскрученная вокруг своей оси. Может представлять собой систему из двух капсульных цилиндров с взаимообратным вращением вокруг общей оси.

  • Несущая оболочка ЭКД

Выполнена из высокопрочных материалов.

Является самой не материалоёмкой частью. Если выполнить её из композитных материалов, выпускаемых промышленностью уже сегодня, толщина несущей стенки такого огромного сооружения будет равна около 3 мм.

  • Противометеоритная и противорадиационная защита

Самая материалоёмкая часть сферического дома, так как включает почву. Суммарная толщина будет достигать нескольких метров.

  • Внутренняя поверхность сферы

Слой живой плодородной почвы, где растут леса, сады, луга и организуются соответствующие биогеоценозы.

Водоёмы с пресной и морской водой со своими экосистемами.

Часть сферы, приближающаяся к оси вращения конструкции, размещает небольшие горы с ручьями, водопадами и своими предгорными экосистемами.

  • Пассажирский и грузовой модули ОТС

Будут использованы как полноценное жилище.

Из таких жилых модулей возможна компоновка отдельной зоны ЭкоКосмоДома. Вместе они будут представлять собой подобие пригородных районов малоэтажной застройки, где у каждой семьи есть своё собственное пространство.

Ориентировочная масса материалов, необходимых для сооружения ЭКД на 5000 человек
Несущая оболочка

2000 т

Противорадиационная и противометеоритная защита

100 000 т

Экочернозём

200 000 т

Вода (пресная и морская)

100 000 т

Воздух

10 000 т

Строительные материалы и конструкции, включая жилища внутри ЭКД

50 000 т

Прочее

38 000 т

= ≈500 000 т

Стоимость ЭКД на 5000 человек
Доставка материалов на орбиту посредством ОТС

500 млн USD (порядка 1000 USD/т)

Материалы и вещества

500 млн USD

Строительно-монтажные работы

1 млрд USD

= 2 млрд USD

Таким образом, сооружение космического поселения на орбите обойдётся в 75 раз дешевле строительства Международной космической станции, стоимость которой превысила 150 млрд USD.

Следовательно, на те денежные средства, которые израсходовало сегодня человечество на возможность нахождения на орбите до 10 астронавтов (в некомфортных и опасных для жизни условиях), с помощью ОТС можно построить 75 ЭКД на 375 000 жителей, которые будут жить и работать в значительно более комфортных условиях, чем на Земле.

Защита от метеоритов и радиации

В космосе, как и на околоземной орбите, существует метеоритная и радиационная опасность. Для эффективной защиты от этих негативных внешних факторов в конструкции ЭКД будут предусмотрены толстые многослойные преграды, включающие пеноматериалы, многометровый слой почвы, а также воду и воздух.

Кроме того, ЭКД на расстоянии в несколько десятков метров планируется окружить мелкой сеткой. Она создаст пространство, где будет вакуум и невесомость, важные для ряда космических производств. Там может размещаться необходимое соответствующее технологическое оборудование. Вместе с тем подобное ограждение станет первой линией обороны – метеорит, превышающий по размерам ячейку сетки, будет частично раздроблен, и дальше полетят его фрагменты, встречая по пути технологическое оборудование, которое воспримет на себя второй удар. Именно поэтому до оболочки ЭКД, обеспечивающей его герметичность, долетят лишь ослабленные остатки метеорита.

В зонах космоса, где существует повышенная метеоритная опасность, жилые и офисные помещения могут быть выполнены в гондолах-контейнерах ОТС, в которых на орбиту будут доставлены пассажиры и грузы. Эти гондолы герметичны, имеют систему жизнеобеспечения, рассчитаны на избыточное давление, оборудованы люком (дверью). Поэтому даже при разгерметизации космического дома в случае попадания крупного метеорита, жители могут спастись, задраив люк.

КИО «Орбита» с обитаемыми ЭкоКосмоДомами – функциональный аналог экваториального линейного города, размещённый в космосе.

Строительство данной системы на околоземной орбите необходимо для выноса вредной индустрии в космос, формирования и развития новых технических отраслей и, в результате, для спасения биосферы Земли.