Проект команды "Новые горизонты"

Материал из Wiki
Перейти к: навигация, поиск
Logo-baza.png

Космическая база

Введение

Ни для кого не секрет, что наша планета постоянно находится в опасности. При чем угрозу представляет, как сам космос [1], так и население земли. Природные катаклизмы, загрязнение окружающей среды, войны, голод и перенаселение [2] – все это вполне реально. Человечество всегда старалось справится с подобными проблемами средствами науки и дипломатии. И если политическая ситуация меняется каждые пару часов, то наука неуклонно движется вперед. В разработке находятся экологичные методы получения энергии [3], рождаются новые виды модифицированных организмов [4], появляются новые подходы к постройке жилья. Параллельно разрабатываются еще множество методов решения этих проблем, и один из них – освоение и колонизация других миров. В рамках проекта команде ставится задача «построить» космическую базу, определиться с расположением и выбрать материалы, подходящие к условиям окружения. Такими задачами занимаются ученые с многолетним опытом и огромным багажом знаний. Еще в 60-е годы у СССР существовали наработки по колонизации луны [5], по примерам которых возможно строительство базы в ближайшем будущем. Так же некоторые люди [6] считают, что вполне возможно осуществить терраформирование Марса и вернуть ему атмосферу. Это можно осуществить через пару сотен лет, что намного быстрее, чем лететь к другим звездам, где, возможно, находятся планеты, пригодные для жизни. Одним из недавних примеров является нахождение в системе Trappist-1 нескольких планет, теоретически пригодных для колонизации [7].

Подробное описание проекта

Titan1.png
Для начала нужно определиться, где будет находиться наша база. Если посмотреть на возможные варианты, то мезопланеты с условиями, похожими на земные были бы лучшим решением. Но, как говорилось ранее, полет до них займет достаточно много времени, даже если предположить, что в скором времени будет изобретен новый двигатель. Например, до ближайшей такой планеты - Глизе 667 C c [8] - примерно 22 световых года, даже если учитывать рекорд по скорости в космическом пространстве, установленный зондом «Гелиос-Б» (240 тыс. км\ч), то полет займет около 99 тыс. лет. Помимо того, они относительно мало изучены, и мы можем только догадываться о реальных условиях на поверхности планеты. Поэтому мы предлагаем сузить круг до границ солнечной системы.

Оригинальной и выгодной идеей нам показалось расположить базу на Титане – самом крупном спутнике Сатурна. Он примечателен тем, что имеет плотную атмосферу, на 98% состоящую из азота, что нехарактерно для этих небесных тел из-за их малой силы притяжения. Ускорение свободного падения на его поверхности в 7.5 раз меньше, чем на Земле (т.е. ≈1.3 м\с). Плотность самой атмосферы в 1.5 раза больше земной. Поверхность спутника представлена дюнами, горными цепями и равнинами. На Титане присутствует жидкость – тонкий замерзший слой воды на поверхности; под поверхностью предполагается расположение больших объемов водяного льда. Так же присутствуют реки, моря и океаны, но все они состоят из жидких углеводородов – преимущественно метана и этана (основных составляющих природного газа на Земле). В жидком состоянии они находятся из-за низкой температуры на спутнике: -180 °С. Это является большим плюсом, так как получать энергию от солнца и ветра в больших объемах не получится. Из-за плотной атмосферы и далекого расположения от Солнца Титан получает очень мало тепла и света. (Примерно 10% от того количества, которое получает Земля). Солнечная радиация тоже не представляет опасности, а скорость ветра в нормальных условиях предположительно от 2-х м\с, но могут происходить редкие пылевые бури.


Исходя из того, что на титане есть плотная атмосфера, достаточно спокойная окружающая среда (за исключением температуры), есть подходящие участки для постройки базы и огромное количество ресурсов, включая воду, этот спутник кажется очень перспективным решением поставленной проблемы.

Рис. 1. Пример модуля космической базы

Самое лучшее место для расположения космической базы будет, конечно же, ровная поверхность на экваторе. Это значительно упростит задачу отправки грузов с поверхности Титана. Благодаря центростремительной силе, образующийся из-за вращения планеты вокруг своей оси, запускать их будет гораздо легче. Вспомним, что проект все же научно-фантастический, поэтому мы могли бы сэкономить на топливе и других затратах, если бы использовали космический лифт как основную платформу для доставки грузов на орбиту, и их спуска к поверхности. Таким образом мы можем отказаться от ракет и космопорта, на которые потребуется намного больше персонала, и других ресурсов.

Так как сборка предполагается на относительно ровной поверхности, это немного облегчает задачу. Но на конструкцию все еще будет действовать большое давление. Общую нагрузку можно снизить, если использовать куполообразные сооружения. Каркасом для таких полусфер могут послужить сплавы на основе титана, либо бериллия, что выйдет дороже, но куда легче. Обшивку лучше сделать сегментированной – это облегчит доставку, установку и замену в случае ЧП. Таким образом, плиты треугольной формы отлично подойдут. Это так же дополнительно распределит нагрузку. Необходимо учесть, что потеря тепла недопустима, поэтому плиты должны быть многослойные, с теплоизоляцией. Внешний слой так же может быть бериллиевый либо титановый, что обеспечит прочность, слои теплоизоляции можно чередовать с карбоновыми композитными материалами. Это значительно облегчит конструкцию практически без ущерба по прочности. На иллюстрации можно наблюдать пример такого модуля (рис. 1).

Используя схожую конструкцию можно дополнительно упростить строительство, которое дешевле и безопаснее всего производить с помощью автоматических машин. Необходимо соорудить фундамент, воздвигнуть каркас и обшить его модульными плитами, соорудить переходы между модулями по схожей технологии. Внутреннее оформление будет отличаться в зависимости от назначения модуля.

Ниже представлена подробная схема базы.

NHScheme.png


Так как мы преследуем идею исследований и последующей колонизации, база будет не из маленьких. Во-первых, нужны жилые помещения для рабочих и ученых. Эту функцию выполняют жилые модули. Так как предполагается размещение большого количества персонала с перспективой расширения, нами было предусмотрено два таких модуля. Комнаты организованы по принципу корабельных кают среднего размера. Радиус внешней окружности конструкции будет равен 40 метрам, соответственно площадь основания будет составлять чуть более 5000 м2. Необходимо располагать помещения максимально плотно, это минимизирует потери тепла. Таким образом, за вычетом всех технических помещений, коридоров и систем жизнеобеспечения, полезная площадь сокращается до 13 000 м2, что можно представить как 650 жилых комнат.

Рис. 2. Исследовательский модуль

Основной модуль базы – исследовательский (рис. 2) – главное место для работы ученых. Его целесообразно поделить на несколько рабочих цехов, где каждая группа ученых работает над отдельным проектом. Так же для поддержания умственного и физического здоровья нами были предусмотрены модуль отдыха и медицинский модуль. Первый включает в себя столовую, комнаты и площадки для общения. Второй – тренажерные залы, отдельные палаты и операционные. Каждый из модулей снабжен аварийной системой жизнеобеспечения на случай ЧП. В нормальных условиях эту функцию выполняют технические модули. Они служат для распределения воды, воздуха и энергии, а также снабжены встроенными хранилищами этих ресурсов для надежности и бесперебойности системы.

Все данные, которыми оперирует станция, находятся на серверах в модуле управления. На нижнем уровне помещения находится непосредственно серверная с особым температурным режимом, выше находится оперативный центр, распоряжающейся всеми ресурсами, информацией и планирующий дальнейший ход исследований и развития базы в целом.

Чтобы обеспечивать строения энергией, необходимо позаботится об электростанции (1). Её конструкция слегка отличается от остальных модулей, каркас и обшивка должны быть армированы укрепленными листами, а внутри установлен поддерживающий каркас. Это нужно в первую очередь ради безопасности в случае ЧП, так как механизм получения энергии достаточно опасен, но при соблюдении норм все должно быть в порядке. Для начала нужно доставить углеводородное топливо на перерабатывающий модуль (2) по средствам трубопровода, либо наземным транспортом, что скорее всего потребует сооружения отдельного строения у океана. Далее топливо очистить и перегнать в метан, затем на электростанции метан будет подвергаться полному окислению, т.е. горению с образованием воды, углекислого газа и энергии. Дополнительно воду можно добывать из подземных льдов. И посредствам гидролиза получать водород и кислород. Кислород можно соединять с очищенным атмосферным воздухом (азотом), таким образом решается проблема дыхания. Как писалось ранее, доставка припасов будет осуществляться по средствам космического лифта (3), строение которого предусматривает наличие ангар-склада, но также присутствует и второе складское помещение (4), необходимое для распределения припасов и грузов (рис. 3).

Рис. 3. Промышленно-техническая зона
3D Модель космической базы

Заключение

Постройка подобной базы, на самом деле, не такая уж невыполнимая задача. Практически все, описанное нами, можно осуществить уже в наше время. Главной проблемой все еще остается доставка продовольствия и других необходимых человеку ресурсов. Все-таки скоростей наших кораблей не хватит, чтобы эффективно доставлять грузы. Но временным решением могут стать караваны из "космических грузовиков" (по типу конвейера), это существенно сократит время между поставками.

База может эффективно снабжать себя энергией, водой и кислородом, при этом вести исследовательскую деятельность. А такие направления научной работы как терраформирование, колонизация планет и разработка новых материалов в конце концов окупят весь этот проект и начнут приносить прибыль, особенно если учесть перспективу по расширению промышленной части. К сожалению, даже приблизительных цифр по стоимости или каких-либо точных характеристиках мы привести не можем, так как кроме базовых параметров существует еще огромное количество переменных, которые мы не в состоянии учесть.

Использованные источники:
  1. Изд. «Аргументы и факты», Возможные угрозы из космоса, 2013 г.
  2. С. П. Капица, Демографический рост населения, 2013 г.
  3. Ru.wikipedia.org, Альтернативные источники энергии, 2017 г.
  4. Gmoobzor.com, Виды и классификация ГМО, 2013 г.
  5. Анатолий Ализар, Проект лунной базы, 2016 г.
  6. Изд. «Lenta.ru», «Прощай, Земля!», 2016 г.
  7. Nasa.gov, Планеты в системе Trappist-1, 2017 г.
  8. Ru.wikipedia.org, Глизе 667 C c, 2016 г.
  9. А.В. Колтыпин, «Спутник Сатурна Титан - далекий двойник Земли», 2009 г.
  10. Л. В. Ксанфомалити, Экспедиция "Гюйгенс" к Титану, 2005 г.
  11. К. Э. Циолковский, «Основы реактивного движения», 1903 г.
  12. О. С. Габриелян, Химия, 2013 г.

На визитку команды

На список проектов всех команд

На страницу проекта Самара. Космос. Новый виток

На главную