Под куполом как дома

Жизнь в помещении размером с торговый центр под поверхностью Марса – большой шаг вперед по сравнению с обитанием в похожем на консервную банку модуле миссии «Марс Директ» (моя дочь Рейчел, наверное, не упустила бы шанса пожить в торговом центре), но в дальнейшем мы можем устроиться на Марсе и еще лучше. Нет необходимости укрываться под поверхностью планеты от радиации (как это было бы на Луне), потому что атмосфера Марса достаточно плотная, чтобы защитить людей от солнечных вспышек. Просторы планеты будут открыты для нас, и даже во время строительства базы мы легко сможем развернуть большие надувные конструкции из прозрачного пластика, защищенные тонкостенными износоустойчивыми геодезическими куполами, не пропускающими ультрафиолетовое излучение, – так мы создадим обширные площадки для проживания и для возможного выращивания урожая. Замечу, что на Луне такие простые прозрачные структуры на поверхности – даже при отсутствии проблем, связанных с солнечными вспышками, и суточном цикле длиной в месяц – были бы бесполезны, так как воздух внутри них нагревался бы до невыносимо высоких температур. На Марсе ситуация другая: внутри куполов будет создаваться нужный температурный режим.

Во время строительства базы можно развернуть купола до 50 метров в диаметре и закачать в них воздух под давлением 5 фунтов на квадратный дюйм, чтобы создать условия для жизни людей. Если купола сделать из высокопрочных пластмасс, например из кевлара (предел текучести волокна у которого 200 тысяч фунтов на квадратный дюйм, то есть он в два раза прочнее стали), при толщине стенки в один миллиметр они будут обладать тройным запасом прочности и весить всего около 8 тонн (считая вместе с нижним полушарием), плюс потребуется негерметичная защита из оргстекла весом в 4 тонны. (Конструкция из кевларового полотна, изготовленного по технологии рип-стоп,[27] вряд ли обвалится. Даже если кто-то прострелит купол диаметром 50 метров крупнокалиберной пулей, понадобится более двух недель, чтобы вышел весь воздух, то есть времени для ремонта хватит вполне.) В первые годы заселения планеты готовые купола можно будет привозить с Земли. Позже они, а также более крупные купола станут производиться на Марсе. (Масса герметизированного купола увеличивается пропорционально кубу его радиуса, а масса негерметизированного – пропорционально квадрату радиуса: 100-метровые купола будут весить 64 тонны, для них потребуется 16-тонная защита из оргстекла и т. д.)

Ключевая проблема в использовании куполов – их фундаменты. Предполагается, что естественная форма для находящейся под давлением гибкой емкости контейнера – это сфера, так как в ней нагрузка распределяется везде одинаково. Несмотря на то что такая форма проста и надежна, она способна повлечь за собой серьезные трудности, если использовать ее в качестве основы для купола убежища, потому что в таком случае придется очень много копать. Представьте надувной мяч, у которого нижняя половина зарыта в землю. Чтобы погрузить его в грунт, придется выкопать яму, равную по размерам нижней полусфере. Задача кажется пустячной, если вы развлекаетесь на пляже, а вот на Марсе, когда вы планируете построить 50-метровый купол, вам придется копать и копать. Мало того, вы сначала должны будете выкопать яму и положить в нее сферу, а потом засыпать только что вынутый грунт внутрь купола, чтобы заполнить его нижнюю половину. В результате вы получите грандиозное помещение 50 метров в поперечнике и высотой 25 метров от земляного пола до вершины (рис. 7.2а) – это красиво, но трудоемко, потому что вам придется поднять на поверхность, а затем засыпать обратно около 260 000 тонн грунта. Естественный кратер нужного размера дал бы вам большое преимущество, но очень маловероятно, что вы сможете отыскать такой, и уж тем более вы не найдете двух или большего количества подходящих естественных углублений, которые бы располагались на предполагаемом месте базы.

Рис. 7.2. Методы строительства куполов на поверхности Марса: а) закопана половина сферического купола; б) нижняя половина купола имеет радиус кривизны вдвое больше, чем верхняя; в) укрепление купола в виде шатра; г) сферический жилой комплекс с кевларовыми перекрытиями, полностью расположенный над поверхностью (рисунок Майкла Кэрролла)

Впрочем, можно обойти эту неприятность, если делать верхнюю и нижнюю половины купола с различным радиусом кривизны. Сравните две монеты разного достоинства, и вы поймете, что я имею в виду. Монета большего размера имеет больший радиус. Дуга, которую вы проведете вдоль ее края, будет гораздо более пологой, чем дуга вдоль монетки поменьше. Поэтому, чтобы долго не копаться в грунте, мы могли бы вместо целого полушария расположить под поверхностью секцию с большим радиусом кривизны, чем у верхней половины купола (рис. 7.26). Так, если конструкция над поверхностью почвы – это полноценное полушарие 50 метров в диаметре (с радиусом кривизны 25 метров), а внизу предполагается расположить секцию с радиусом кривизны 50 метров, то вместо полусферического котлована глубиной 25 метров достаточно будет выкопать яму глубиной всего 3,35 метра, а количество перемещаемой туда-обратно почвы с 260 000 тонн уменьшится до 6500. Последняя цифра делает предложенную идею весьма заманчивой. Если задействовать оборудование, способное извлекать один самосвал (20 кубических метров) почвы в час, работа над котлованом займет 48 часов.

Еще один вариант – использовать полусферический тент. Если в случае со сферическим куполом нужно погрузить в грунт его нижнюю половину, то в случае с тентом достаточно будет укрепить шатер на поверхности, закопав его кольцеобразный край («юбку») глубоко под землей (рис. 7.2в). Однако это по-прежнему потребует значительных экскаваторных работ, так как купол 50 метров в диаметре, заполненный атмосферой под давлением 5 фунтов на квадратный дюйм, будет испытывать направленную вверх силу в 6926 тонн, пытающуюся оторвать его от поверхности планеты. Это 44 тонны на метр окружности. Таким образом, если «юбку» купола закреплять на полосе шириной 3 метра вдоль всей окружности купола, то при плотности грунта в четыре раза больше, чем у воды, закапывать придется на глубину в 10 метров, иначе вся конструкция может улететь. Для этого нужно будет вырыть траншею шириной 3 метра, глубиной 10 метров и 157 метров в окружности, опустить туда «юбку» купола и засыпать ее, для чего придется переместить 18 800 тонн грунта. Впрочем, того же эффекта можно добиться, проделав значительно меньший объем работы: вырыть относительно узкий и мелкий круговой желоб (скажем, 1 метр в ширину и 3 метра в глубину – для этого придется переместить всего 1900 тонн грунта), уложить в него «юбку», а затем закрепить ее длинными, глубоко забитыми кольями. Если последние сделать полыми и пустить сквозь них горячий пар, они вмерзнут в массив льда и надежно закрепят купол на месте.

Четвертый вариант – взять опять же сферу, но не закапывать, а подвесить перекрытия на кевларовых кабелях, окружающих конструкцию, как параллели – глобус (рис. 7.2 т). Если использовать сферу 50-метрового диаметра, то первое перекрытие можно расположить на 4 метра выше основания сферы, следующее – на 7 метров, затем на 10, 13 и так далее через каждые 3 метра до пятнадцатого перекрытия, которое окажется на 46 метров над поверхностью. Общая жилая площадь рассматриваемой структуры будет огромной, около 21 000 квадратных метров. Из-за природы конструкции она не должна быть сильно нагружена, поэтому нужно использовать легкие перегородки, сделанные из материала вроде звукопоглощающего пенопласта, чтобы разделять этажи на квартиры, лаборатории, кафе, тренажерные залы, аудитории и т. п. Доступ внутрь помещения может осуществляться через туннель, ведущий к шлюзу в «южном полюсе» сферы. Укладка грунта вдоль ее основания поможет распределить нагрузки, создаваемые весом конструкции. Центральная колонна из кирпича увеличит несущую способность каждого перекрытия и позволит использовать лифт. Поскольку такая свободно стоящая сфера будет больше возвышаться над марсианской поверхностью, нежели другие рассмотренные нами варианты, для ее защиты понадобится куда больший негерметичный геодезический купол из оргстекла (впрочем, он будет весить всего около 16 тонн).

Мы видим, что создание крупных обитаемых куполов на поверхности Марса зависит от освоения новых методов гражданского строительства в новой среде. Так, первые марсианские строения могут сильно напоминать римскую архитектуру с преобладанием простых кирпичных сводов под поверхностью. Однако, как только удастся освоить необходимые технологии изготовления материалов и строительства, можно будет быстро произвести и развернуть сети куполов диаметром от 50 до 100 метров, тем самым сделав большие площади поверхности пригодными для жизни и сельскохозяйственных работ без использования скафандров. Внутри укрепленных на поверхности куполов (см. рис. 7.2) люди могли бы жить в домах более-менее привычных конструкций (за исключением того, что не будет надобности в крышах), изготовленных из, разумеется, кирпича. В случае с сельскохозяйственными участками купола получится сделать гораздо более легкими, так как растениям требуется атмосферное давление не больше 0,7 фунта на квадратный дюйм. Действительно, из-за более низких требований к давлению и надежности, вполне вероятно, марсианские купола впервые будут возведены для создания тепличного хозяйства и только потом станут использоваться для больших открытых поселений на поверхности.