Ведущие научные журналы отказывались публиковать эту концепцию, считая ее слишком причудливой и наивной. Однако в NASA доказали, что реализовать ее можно даже с нынешними технологиями. О том, как чертежи космических городов легли в основу современной фантастики, — в новой статье из цикла «Утопии».
Осенью 1969 года в Принстоне профессор физики Джерард О’Нилл проводил семинар для группы студентов. Но в этот раз он не разбирал задачи по механике, а предложил подумать, действительно ли лучшее место для жизнедеятельности цивилизации — поверхность какой-нибудь планеты.
Вопрос выглядел провокативно, но увлек аудиторию, поэтому студенты начали считать. Они вычисляли массу, оценивали предел прочности известных металлов и центробежную силу, необходимую для имитации земного притяжения в невесомости.
Джерард О’Нилл
the O’Neill Estate
Выяснилось, что у планет слишком много врожденных инженерных недостатков. И главный из них — масса. В физике это называется гравитационным колодцем. Чтобы забросить условный кирпич с поверхности Земли в космос, нужно потратить колоссальное количество энергии на преодоление притяжения. Поэтому в современной ракете 90 % занимает топливо, которое сгорает только ради того, чтобы вывести на орбиту 2–3 % полезного груза. Чем массивнее планета, тем дороже запуск.
Казалось бы, можно выбрать легкий естественный спутник, и проблема решится. Гравитация Луны в шесть раз слабее земной. На ней реально разместить заводы и отправлять продукцию на орбиту практически бесплатно. О’Нилл даже спроектировал электромагнитный ускоритель массы, который выстреливал бы контейнеры с грузом в открытый космос, используя только электричество.
Но тут возникает проблема — полезная площадь. Даже если люди полностью освоят Луну и Марс, новое пространство едва превысит то, что есть на Земле. Для человечества, которое в 1970-х продолжало быстро расти, этого казалось мало. И третий недостаток: Земля перехватывает всего одну двухмиллиардную часть энергии своего солнца. Остальной поток тепла и света просто улетает в пустоту.
Поэтому О’Нилл предложил строить колонии прямо в космосе, где есть постоянный доступ к солнечной энергии и нет упомянутых недостатков.
Идея оказалась настолько фантастической, что статью физика отвергли Scientific American и Science. Только в сентябре 1974 года ее опубликовал Physics Today. В то же время концепцией всерьез заинтересовались в NASA. Агентство профинансировало серию масштабных исследователей. Как оказалось, даже с технологиями тех лет проект был вполне реализуем.
Интерьер колонии
NASA / Rick Guidice
Цилиндры О’Нила снаружи
NASA_Rick Guidice
В 1976 году О’Нилл выпустил книгу The High Frontier: Human Colonies in Space. В ней подробно описаны идея проекта, результаты исследований, расчеты, приведены чертежи. План О’Нилла получил кодовое название «Остров Три». Это парная мегаструктура, состоящая из двух соединенных между собой цилиндров. Каждый диаметром около 8 км и длиной 32 км.
Внутри цилиндров нет привычной нам гравитации, ее заменяет центробежная сила. Конструкция совершает один оборот вокруг своей оси примерно за две минуты. Этого достаточно, чтобы создалось комфортное земное притяжение в 1G.
Внутреннее пространство «Острова» разделено вдоль на шесть равных полос. Три жилые долины чередуются с тремя полосами огромных окон из прочного кварцевого стекла. Снаружи над окнами закреплены подвижные титановые зеркала. Они ловят и направляют солнечный свет внутрь трубы, чтобы «переключать» день и ночь. Кроме того, регулируя угол раскрытия зеркал, можно имитировать смену сезонов.
Внутри долин О’Нилл запланировал полноценную биосферу с грунтом, лесами, реками и жилыми кварталами.
Чтобы удержать атмосферу, сохраняется давление около 50 кПа. Это вдвое меньше, чем на уровне моря на Земле, но так стенки цилиндров будут испытывать не слишком большие нагрузки. При этом парциальное давление кислорода там — стандартное, земное, так что люди смогут дышать без масок.
Самое любопытное место находится на центральной оси цилиндра. Там центробежная сила равна нулю, то есть царит полная невесомость. Сюда физик поместил неподвижные стыковочные шлюзы для космических кораблей, промышленные цеха и аттракционы с полетами.
Внутри космической колонии
NASA Ames Research Center
Вид на солнечное затмение изнутри цилиндра
Donald Davis
Здесь и пригодилась электромагнитная пушка О’Нилла, или масс-драйвер, который работал на солнечной энергии. Небольшие контейнеры с реголитом физик предложил просто выстреливать в космос, разогнав до 2,4 км в секунду. Груз сам будет прилетать в нужную точку, где его поймает специальная орбитальная сеть. После этого сырье отправится на заводы, на которых с помощью фокусировки солнечных лучей из него выплавят чистый металл для каркасов и кремний для гелиобатарей.
Отходы от производства тоже пригодятся. Физик планировал заполнять шлаком внешние не вращающиеся стены цилиндров, чтобы защищаться от солнечной радиации. В них тоже предусматривались массивные окна, но с отражающим покрытием для избежания излучения.
В 1975 году NASA Ames рассматривало уже не только саму конструкцию, но и экономику системы О’Нилла.
На этой волне в США выросло общественное движение L5 Society, выступавшее за освоение пространства в районе точки Лагранжа L5 между Луной и Землей к 1995 году. Точки Лагранжа есть в любой системе двух массивных тел. Всего их пять. Они позволяют относительно малым объектам двигаться вместе с большими телами, не падая на них.
Но проект так и не воплотили. Рентабельность колонии держалась на поставках дешевой энергии на Землю. В разгар нефтяного кризиса это было очень кстати для американского правительства. Но к 80-м цены на энергоносители начали стабилизироваться, и политики потеряли интерес к космическим станциям. Окончательно проект добил Шаттл. О’Нилл рассчитывал, что челноки NASA будут летать на орбиту дважды в неделю. Но запуски были слишком редкими, сложными в подготовке и дорогими.
Боевой робот и космическая крепость из аниме Mobile Suit Gundam
Nippon Sunrise
В этот момент проект неожиданно свернул в другую плоскость. Как оказалось, поп-культура давно нуждалась в качественном фундаменте для развития жанра фантастики. Больше не нужно было выдумывать абстрактные летающие тарелки. О’Нилл подарил режиссерам, писателям и художникам архитектуру, которую можно создавать прямо по инженерным чертежам.
Уже в 1979 году японцы практически без изменений перенесли «Остров Три» в аниме Mobile Suit Gundam. Их космические колонии представляли собой те самые спаренные цилиндры с гигантскими продольными окнами и зеркалами.
Концепция десятки лет вдохновляла авторов. Создатели сериала «Вавилон-5» скопировали форму вращающейся трубы, но без второго цилиндра. А разработчики видеоигры Mass Effect для своей Цитадели взяли только основу. Обитаемые секторы гигантской космической станции также вращаются и создают гравитацию, но при этом открыты прямо в космос, а воздух удерживается за счет силовых полей.
Космическая станция Цитадель из видеоигры Mass Effect
Electronic Arts
Кадр со сценой игры в бейсбол на искусственной космической станции Купер из фильма «Интерстеллар»
Warner Bros.
Настоящий триумф идей О’Нилла случился в 2014 году в фильме «Интерстеллар», когда Кристофер Нолан показал станцию «Купер» с загородными домами, полями и дорогами, которые изгибаются над головой и замыкаются в кольцо. Режиссер просто наложил дорогую графику на концепт, просчитанный Джерардом О’Ниллом за 40 лет до этого.
Джерард О’Нилл умер в 1992-м, но его идеи продолжают жить. Миллиардер Джефф Безос, который в студенческие годы лично слушал лекции физика в Принстоне, сегодня активно инвестирует в это будущее. Он считает, что нужно превратить Землю в заповедник, а в космосе построить колонии с идеальным климатом и гравитацией.
