Внеземные города и колонии — наверное, третий по популярности образ из фантастики после инопланетян и их космических флотилий. Но если развитие фантазий о других цивилизациях существенно затрудняет парадокс Ферми, то о том, какими должны быть космические колонии для проживания людей и какие технологии для этого требуются, ученые рассуждают уже сегодня. Да и начали думать об этом уже очень давно — еще во времена ученого Константина Циолковского.
Парадокс Ферми — отсутствие видимых следов деятельности инопланетных цивилизаций, которые должны были бы расселиться по всей Вселенной за миллиарды лет ее существования. Назван в честь итальянского физика Энрико Ферми, который первым сформулировал проблему: если Вселенная настолько обширна, что должна вмещать огромное количество высокоразвитых цивилизаций, то куда все подевались?
Комфорт в консервной банке
Космическая станция — один из самых распространенных вариантов гипотетического поселения будущего. По сравнению с планетарными поселениями у нее есть ряд преимуществ: связь с Землей проще, солнечная энергия доступнее, нет потребности адаптироваться к атмосферным и географическим особенностям конкретной планеты, проще доставлять материалы. Поэтому неудивительно, что в художественных мирах станция-поселение обосновалась давно: так, американский писатель-фантаст Эдвард Эверетт Хейл описывал построенную из кирпича станцию еще в 1869 году в романе «Кирпичная луна». Да и сегодня большая часть популярной фантастики — от романов Лю Цысиня и фильма «Интерстеллар» до серий игр Halo и Mass Effect — так или иначе переселяет землян в кольцеобразные или сферические космические станции.
В чем уникальность этого концепта, так это в том, что он не просто привлекателен в качестве сюжета научной фантастики — вероятно, это действительно наиболее удобный способ колонизации космоса.
Еще в 1903 году ученый-визионер Константин Циолковский в работе «Вне Земли» рассуждал о возможности строительства цилиндрических станций, энергию для которых вырабатывали бы солнечные батареи.
Позже другой ученый-визионер, физик и популяризатор науки Джерард О’Нил также доказывал, что космические станции — наиболее приемлемый вариант для будущих поселений. В конце шестидесятых, в разгаре войны во Вьетнаме он преподавал физику в Принстонском университете и столкнулся с непониманием студентов: зачем заниматься исследованиями, если человечество все равно превратит их результаты в новый вид оружия? Тогда О’Нил предложил первокурсникам пофантазировать, какова бы была жизнь людей в космосе и обязательно ли она должна проходить на планетах?
В результате ученый сам заинтересовался этой проблемой и выступил автором ряда работ, в которых отмечал необходимость колонизации космоса — в первую очередь с помощью космических станций-поселений.
«Нет никакого смысла отправляться в космос, если все, что нас ждет, — это стерильное пространство жестяных коробок», — писал О’Нил, критикуя саму идею марсианских или лунных городов. Вместо этого, по мысли физика, стоит воссоздавать земные условия на космических станциях. Кроме того, О’Нил считал, что жителями идеальных космических городов будущего должны стать в первую очередь малоимущие слои населения.
В 1977 году О’Нил предложил идею поселений, которая легла в основу официальной брошюры NASA «Космические поселения: подход к дизайну». Вместо станции-«бублика», концепт которой был ранее предложен студентами Стэнфордского университета, О’Нил предлагал строить более компактные станции-цилиндры и станции-сферы: их внутренний ландшафт походил бы на большую долину, проходящую по экватору сооружения. Заметную часть станции занимала бы гигантская теплица, предназначенная для выращивания сельскохозяйственных культур (по мысли О’Нила, станция должна была как можно быстрее выйти на самообеспечение), при этом снаружи станцию опоясывали бы дополнительные сельскохозяйственные кольца. Материалы для ее строительства и содержания добывались бы на Луне, а доставка осуществлялась бы с помощью космических кораблей и космического лифта. Несмотря на относительно небольшое население колонии (около десяти тыс. человек), строительство станции в земной точке Лагранжа положило бы начало сооружению аналогичных станций на орбите других планет и спутников, например, Луны.
Точка Лагранжа — место в космосе, где объединенные гравитационные силы двух очень массивных тел (Земли и Солнца или Земли и Луны) равны центробежной силе, ощущаемой намного меньшим третьим телом. Взаимодействие этих сил создает точку равновесия. У Земли таких точек пять: все они подходят в качестве мест расположения космических станций-поселений.
Само же устройство городов на таких станциях выглядело похожим на типовую застройку советских микрорайонов или лондонского Барбикана: к модульным домам примыкали бы магазины, школы, станции транспортной сети колонии и большие сельскохозяйственные хабы со складами, а центр каждого района занимала бы площадь-форум.
Любопытно, но проект NASA был рассчитан и на ситуацию, если США перестанут быть доминирующей экономической силой в мире: в этом случае оснащение домов и устройство космических городов должно было согласовываться и на международном уровне.
В дизайн-подходе NASA не были освещены все вопросы космических поселений (авторы к этому и не стремились), но их идеи развили будущие исследователи. В рамках ежегодного Международного состязания по дизайну космических поселений (International Space Settlement Design Competition, ISDC), проходящего под патронажем NASA, участники разрабатывают проекты на основе предложенных базовых моделей. Так, в 2014 году старшеклассники из города Дюранго (штат Колорадо) представили проект космической станции «Колумбиат», включавший лаунж-зону с большими панорамными окнами с видом на земную и лунную поверхности. Это должно будет способствовать психологическому комфорту поселенцев. Ведь необходимость покинуть Землю ради жизни на станции или на другой планете — экстремальная ситуация для психики даже в случае, если человечество не встретит никаких проблем в организации экспедиций. Так что последние проекты колоний стремятся если не вовсе предотвратить депрессию среди поселенцев, то хотя бы сделать их жизнь благоустроенной.
Участники ISDC не ограничиваются проектами жилых станций. Среди их разработок — модели производственных станций (например, по выпуску материалов для транспортировки другим поселениям в космосе и колониям) и исследовательской станции, способной достичь другой звездной системы («Дарвинов ковчег»).
Любопытно, что наиболее распространенный дизайн — цилиндрический — реже появляется в научной фантастике, уступая по частоте упоминания станции-«бублику». Возможно, дело в том, что вытянутые вдоль кольца долины и микрорайоны на экране выглядят внушительнее, чем практичная простота цилиндрических концептов.
Место под солнцем на Луне
Почти через 50 лет с момента последней экспедиции на Луну человечество вновь строит планы по высадке на земной спутник. NASA планирует провести пилотируемый полет с выходом на лунную поверхность уже в 2024 году, «Роскосмос» — в 2030-м. О планах посещения нашей небесной соседки также заявили космические агентства Китая, Индии и Японии. Новая волна интереса к лунным программам, в том числе в коммерческих и туристических целях, привела к появлению новых проектов поселений на спутнике Земли. И занимаются ими уже не писатели-фантасты, а архитекторы и урбанисты.
В 2019 году архитектурное бюро Skidmore, Owings & Merrill (SOM) опубликовало проект «Лунной деревни», разработанный в партнерстве с Европейским космическим агентством (ESA) и Массачусетским технологическим институтом (MIT). Местом для поселения SOM выбрали край кратера Шеклтона в районе лунного южного полюса — там круглый год светит солнце. Кроме того, в местах, постоянно находящихся в тени, существуют запасы замерзшей воды, которую можно использовать для обеспечения поселения кислородом и ракетным топливом. Главная цель: сделать колонию автономной.
Надувные модульные сооружения представляют собой трех-четырехэтажные структуры в форме конуса, в которых размещены жилые помещения, офисы и системы жизнеобеспечения. При этом жители смогут самостоятельно регулировать пространство внутри сооружения, убирая или добавляя модули.
Проект SOM имел такой широкий резонанс, что с мая по ноябрь 2021 года будет представлен на Венецианской архитектурной биеннале.
Самообеспечение было целью и советского проекта «Луноград»
«Специальная установка при температуре 700 °C восстанавливала водородом оксид железа, содержащийся в лунном грунте. В результате получалась вода, из которой можно было путем электролиза выделить кислород. Применялись замкнутые системы жизнеобеспечения: из углекислого газа получали кислород, урина и использованная вода очищались до чистой воды, из жидких и твердых отходов с помощью водорослей хлореллы получали биомассу, пригодную для питания. В помещениях предполагалось устроить зеленый уголок, который разработчики назвали «фитотрон», — он должен был снабжать лунян кислородом и дополнительной пищей», — рассказал «Популярной Механике» заместитель генерального конструктора КБ общего машиностроения Александр Егоров.
Еще один проект лунного поселения представил профессор Вестминстерского университета Льюис Дартнелл. Его идея включает использование лавовых трубок, образовавшихся во времена вулканической активности на спутнике Земли. Лавовые трубки могут быть шириной более одного километра и достаточно высокими для возведения многоэтажных зданий. То есть, внутри одной трубки может быть построен целый город. Чтобы сделать их пригодными для жилья, трубки должны быть герметично закрыты с обоих концов и находиться под давлением для сохранения пригодного для обитателей воздуха. «Таким образом, граждане Луны смогут свободно передвигаться по городам без скафандров», — поясняет Дартнелл.
Согласно проекту Дартнелла, в центре лунной колонии должен располагаться огромный парк — деревья и кустарники будут производить кислород, а у поселенцев появится место отдыха. Малоэтажные здания будут обращены к парку, а по мере удаления от него этажность сооружений будет повышаться: освещение с искусственным солнечным светом будет проходить по центру города.
Зеленые леса для Красной планеты
Американский писатель Энди Вейер в романе «Марсианин» (2011) показал нелегкий способ выживания первого астронавта на Красной планете: ему, в частности, пришлось самостоятельно выращивать картофель в искусственно созданной атмосфере внутри марсианского модуля. Между тем, об условиях жизни будущих колонистов на Марсе задумались уже всерьез: в 2015 году режиссер и архитектор Вера Мулиани создала дизайн-платформу Mars City Design (MCD), которая объединила архитекторов и физиков. Цель: создать проекты марсхитектуры (термин Мулиани), которая поможет построить самообеспечиваемые и энергоэффективные колонии на Марсе. Ежегодно MCD проводит международный конкурс среди студентов на лучший проект, посвященный тем или иным аспектам жизни будущих колонистов: так, в 2020 году темой стало фермерство.
В 2017 году (в тот же год Илон Маск анонсировал планы по колонизации Красной планеты) студенты MIT выиграли марсхитектурный конкурс с проектом «Лес Редвуд» (по названию национального парка на севере Калифорнии). По мысли исследователей, будущая колония вместит десять тысяч жителей: все они будут обитать в надувных пространствах-куполах с озеленением и постоянным доступом к питьевой воде, причем в каждом из куполов разместятся пятьдесят человек. Между собой купола соединяются сетью подземных туннелей, а энергию им обеспечат солнечные панели. Вся структура целиком должна напоминать лес — купола связаны между собой единой экосистемой. Цель — как можно быстрее выйти на самообеспечение.
Другой проект — MarsSpine архитектурного инженера Мохаммеда Эмада из Дубаи — предполагает строительство большого поселения в форме кувшинки. Структуру планируется построить с помощью 3D-печати из добытого на планете реголита и изготовленных заранее углеродных нанотрубок. Для обеспечения структуры энергией предполагается использовать оптоволоконные зеркала и линзы Френеля, чтобы улавливать солнечный свет и доставлять его в сельскохозяйственные модули внутри «кувшинки». База снабжена также гигантским Оком — панорамным окном из ударопрочного стекла, из которого открывается вид на марсианские долины и на Землю. Доступ к окну открывается в зоне отдыха астронавтов, оснащенной системой «развлечений виртуальной реальности».
Сельскохозяйственный модуль базы предполагает три типа выращивания культур: модуль с культурами, которые могут расти в марсианской почве; аквапоника, где выращиваются растения, зависящие от постоянного доступа к воде, и содержатся рыбы; гидропонные фермы, где растения выращивают вне почвы. Такая система должна обеспечить разнообразный рацион астронавтов и им не придется жить на одном картофеле, как герою романа Вейра.
При этом наличие центральной структуры в форме башни или улья — наиболее распространенный концепт марсианской базы. Так, «Barchan City» Халеда Аль-Лабада имитирует облик аравийских барханов и реализует структуру улья, а Sprout австрало-итальянского архитектора Джузеппе Калабрезе имитирует грибницу.
Последние космические дизайны урбанистов и архитекторов показывают, что главное требование к колониям за пределами Земли — самообеспечение. Транспортировка грузов с Земли или других планет будет слишком дорогостоящей, так что будущим колонистам предстоит обеспечивать себя всем необходимым самостоятельно: в этом им помогут сельскохозяйственные модули и 3D-принтеры. Но такое требование предъявлялось к дизайнам космических городов и прежде. Что изменилось, так это фокус на комфорт астронавтов. Чтобы снизить риск депрессии и ностальгии, колонистам обеспечивают высокий уровень жизни и доступ к любым представимым развлечениям так, чтобы проживание на планетах или космических станциях можно было назвать полноценной жизнью, а не существованием.
Реализуются эти проекты или нет — покажут время и способность разных стран к кооперации: уже сейчас понятно, что даже самые богатые державы мира не в состоянии обеспечить полноценное существование сколько-нибудь большой колонии без сотрудничества с другими государствами.