Своды из кирпича

В серии статей, опубликованных в конце 1980-х годов, инженер Брюс Маккензи подробно осветил эту тему и пришел к выводу, что оптимальный местный материал для строительства первых крупных сооружений на Марсе – кирпич [28]. Простая идея на первый взгляд может показаться несколько неожиданной, но на самом деле у предложения Маккензи много достоинств. Изготовление кирпичей – довольно простой процесс. Вот почему первые города на Земле возводились из кирпича, и по той же самой причине этот материал можно будет использовать для строительства первого поселения людей на Марсе. Для производства кирпича достаточно взять сильно измельченный грунт, увлажнить его, поместить его в форму под умеренном давлением, высушить, а затем обжечь. Высокие температуры для этого не требуются – много где до сих пор используется сырцовый кирпич, – при температуре печи 300 °C можно делать довольно качественные строительные блоки, особенно если замешать в материал что-нибудь вроде обрезков парашютного шелка, чтобы увеличить прочность. (Можно вспомнить, как в Библии описывается создание кирпичей египтянами: они смешивали грязь и солому. Это хороший инженерный ход, ранний пример производства композитных материалов.) На Марсе легко можно получить температуру в 900 °C, как в печи для обжига, чтобы сделать первоклассные современные кирпичи, используя либо печь с солнечными отражателями, либо тепло от ядерного реактора базы. Правда, понадобится вода, но, если печь сконструирована правильно, необходимое количество влаги даст пар, полученный при сушке кирпича при температуре 200 °C перед обжигом. На Марсе прекрасный материал для производства строительных блоков доступен почти повсеместно – это тонкая, богатая железом пыль вроде сухой глины, которая покрывает большую часть планеты слоем минимум в несколько сантиметров. При смешивании с водой та же красная пыль может быть использована для получения строительного раствора, который потребуется для укладки кирпичей. В самом деле, в экспериментах с имитацией марсианской почвы, проведенных в «Мартин Мариетта» в конце 1980-х годов, химик Роберт Бойд показал, что, просто смачивая и высушивая марсианскую почву, можно создать материал – он был назван дюрикрет (duricrete), – который схватывается почти так же хорошо, как земной бетон [29]. Результаты миссии «Викинг» показали, что марсианская почва содержит очень высокое количество кальция (около 5 %) и серы (2,9 %), в то время как анализ SNC-метеоритов, которые прилетели на Землю с Марса, показал, что названные химические элементы присутствуют на Красной планете в виде гипса (CaSO₄ ? 2Н₂O). На Земле гипс используют для изготовления штукатурки, а если подвергнуть ее термической обработке, она станет известью. При добавлении извести к строительному раствору получается особо крепкий портландцемент.

Строительные материалы имеют различные степени прочности при растяжении и сжатии. Веревка или трос обладают большой прочностью при растяжении, но не наоборот. Стальная балка имеет большой запас обоих видов прочности. Кирпичные стены и колонны демонстрируют прочность при сжатии, но почти не выдерживают растяжения. Их очень трудно разрушить, но они оказываются почти бесполезны, если попытаться ими что-то скрепить. Тем не менее здания из блоков и цементного раствора, построенные три тысячи лет назад в Древнем Египте, стоят и сегодня. Строения из кирпича могут оказаться такими же прочными и на Марсе при условии, что их проектировщики будут придерживаться основного правила практически всей древней архитектуры: строения должны находиться под давлением.

Чтобы построить на Марсе кирпичное здание под давлением, придется выкопать траншею, а затем в ней – в римском стиле – построить катакомбы, или, еще лучше, несколько сводчатых строений, или даже атриум, как показано на рис. 7.1. Своды нужно будет засыпать грунтом, чтобы обеспечить нагрузку на конструкцию, и только потом заполнить помещения воздухом, пригодным для дыхания (произведенным либо с помощью химических модулей для получения кислорода, описанных в главе 6, либо в теплицах, которые будут описаны далее в этой главе). Количество грунта для покрытия конструкции зависит от того, сколько закачанного под давлением воздуха мы собираемся использовать. Если мы будем придерживаться предложенного ранее марсианского стандарта 5 фунтов на квадратный дюйм (3,5 фунта кислорода и 1,5 фунта азота, как в «Скайлэб»), своды помещения будет распирать направленное вверх давление около 3,5 тонн на квадратный метр. Если предположить, что марсианский грунт имеет в среднем плотность, в четыре раза превышающую плотность воды, получается, что слоя толщиной около 2,5 метра над сводами было бы достаточно, чтобы строение оставалось под давлением (помните, что сила тяжести на Марсе составляет всего 0,38 от таковой на Земле, где мы бы обошлись слоем в один метр). Такое количество грунта также обеспечит хорошую защиту от радиации, уменьшив ее примерно до земного уровня, а также отличную теплоизоляцию, так что суточные колебания температуры на поверхности Марса будут незаметны для живущих под сводами и появится возможность значительно сократить затраты энергии на обогрев жилого модуля. Строение из кирпича и грунта, вероятно, будет пропускать наружу воздух, хотя и очень медленно. Избежать утечки позволит тонкий слой пластикового герметика, либо распыленного на стены, либо нанесенного на них в виде обоев. Впрочем, со временем даже небольшие утечки прекратятся, поскольку относительно влажный воздух, выходящий из здания, приводит к образованию в диффузных путях в окружающем грунте льда. Как показано на рис. 7.1, с использованием этих относительно простых, главным образом старинных методов на Марсе можно строить здания размером с современные торговые центры.

Рис. 7.1. Катакомбы в римском стиле по отдельности или серией (а) могут быть использованы для строительства большого герметичного жилого модуля под поверхностью Марса, включающего даже просторные атриумы (б) (рисунки Маккензи, 1987)