Аннотация: Собственные измышления и предложения на заявленную тему.
Преобразование астероидов Солнечной системы в автономные космические станции (предварительные наброски)
В фантастической и научно-популярной литературе давно и регулярно фигурируют темы как создания гигантских искусственных станций-обиталищ, так и поселений, размещённых внутри или на поверхности астероида.
Написать эту статью с собственной версией меня подвигли три таких примера.
Первый - Пояс в популярном цикле книг и одноимённом сериале "The Expanse" ("Пространство").
Их считают одними из самых научно и технически обоснованных, реалистичных в устройстве мира произведений. Если не брать целый город на Церере, являющейся "грязным снежком", то есть внешние слои которой представляют собой смесь глины, льда и отложений из органических соединений и солей, то на прочих населённых телах искусственная гравитация вращением крайне низкая, лишь 25-30 процентов земной, по сюжету рождённые там люди вырастали высокими и худощавыми, с ломкими костями. Впрочем, их авторы ещё оптимисты - возможно, что даже вынашивание плода в таких условиях будет невозможно.
Ещё тогда, при поверхностном ознакомлении по чужим обзорам была мысль, что ускорение должно быть больше, минимум 2/3 или даже 0,7 "джи" для нормальной жизни (разница с земной не более чем в 1,5 раза).
Второй - проект трёхлетней давности, изложенный разными блогерами и журналистами немного по-разному.
В нём предполагался выброс сердцевины для раскрутки небольшого углеродного астероида с образованием пустого пространства внутри оставшейся массы, окутанной дополнительной внешней оболочкой в виде огромного полотна или густой сетки синтетического материала, предположительно углеродного волокна.
Меня этот вариант не устроил, он никуда не годится. Во-первых, слагающие внутреннюю часть астероида породы могут быть ценными в качестве источников полезных веществ и материалов, их можно использовать для обеспечения поселения, выбрасывать их - преступление. Во-вторых, явные дороговизна, громоздкость и неудобство дополнительного покрытия в сочетании с бесполезностью, ведь оно быстро испортится вследствие коррозии от солнечного ветра, зодиакальной пыли и, наконец, микрометеоритов.
Ну и третий пример, самый главный и самый известный - космический объект Рама из романа "Свидание с Рамой" А. Кларка, принятый поначалу за астероид и оказавшийся искусственной конструкцией, лишь выглядящей как астероид и содержащей внутри себя биосферу.
Но что, если это был настоящий, природный астероид, превращённый в орбитальную станцию?
Почему логично и реалистично использовать астероид для создания орбитальных жилищ?
Потому что есть две серьёзные проблемы, ставящие концепции типа стэнфордского тора в число нереализуемых, и непонятно, какая из них существеннее: защитного покрытия и вывода действительно крупных и массивных объектов.
Наглядный пример - МКС, которую собираются в ближайшее время свести с орбиты, и дело не только в техническом износе, но и в коррозии оболочки от пыли и микроскопического мусора.
Автор СамИздата с псевдонимом Злобный Ых в своей статье "Ошибки и ляпы в фантастике" дал обширный и по большей части меткий анализ. Рассуждения касательно проблем с размещением инфраструктуры на больших планетах с атмосферой из-за погоды и геологических процессов верны, но и орбитальные объекты находятся в какой-никакой, но среде... И от её уже упоминавшихся выше агрессивных элементов абсолютно надёжной защиты нет. Имеющиеся материалы, применяемые для корпусов зондов и кораблей, просто "разъест" в течение десятков лет.
И я ещё забыл ранее указать на вспышки, выбросы коронарной массы от Солнца и высокоэнергетические лучи из-за пределов нашей системы...
Подъём даже небольших по размеру и весу тел с поверхности Земли даже на низкую орбиту требует большого расхода топлива.
Самая большая конструируемая ракета - "Старшип" 3-й версии - имеет высоту до 150 при ширине только 9 метров. Более того - километровый небоскрёб в Эмиратах является технологическим чудом, да и Останкинская телебашня с её 550 метрами длины была пределом возможностей своего времени.
Конечно, можно запускать сегментированные модули и собирать из них действительно крупные конструкции...
Углеродные астероиды - в жилые космические острова и корабли-ковчеги типа цилиндра О'Нила
Прежде всего, определимся с типом поселения и подходящим ему астероида.
Если говорить об относительно самостоятельных в хозяйственно-экономическом плане, постоянных населённых пунктах, то размещать их логичнее всего внутри углеродных астероидов.
Некоторые углеродные астероиды, в целом обозначаемые спектральным классом С и представляющие собой по большей части смесь пропитанных водой пород - силикатов, оксидов и сульфидов - и различных органических соединений с микроскопическими вкраплениями различных элементов, отличаются наиболее богатым химическим составом; наибольшим разнообразием и содержанием редких металлов обладают хондриты подклассов СО, CК и CR [1]. Впрочем, в эксперименте по выращиванию растений четырёхлетней давности использовался симулятор грунта хондрита CI-типа как наиболее богатого нутриентами - прежде всего калием и фосфором [2] - и вообще похожего на кероген.
Для начала следует упрочить корпус - многие астероиды представляют собой так называемую "кучу щебня", а нам нужно "раскрутить" его до значительных скоростей, учитывая, что ось вращения будет совпадать с самой длинной осью астероида. Проложить под поверхностью вдоль оси арматуру - вряд ли обычные железные балки, скорее стержни из специального сплава или керамического композита, вдоль которых залить раствор такого состава, чтобы при реакции с веществом астероида получалось подходящее склеивающее соединение, как в клейстере. Впрочем, требующие объёмы раствора тоже могут оказаться чрезмерно огромными, дополнением или полноценной альтернативой видится нагрев или спекание пород за счёт подключения стержней к источнику высокого электрического напряжения.
Этот каркас из аналога железобетона будет служить также опорой и корпусом для прочей инфраструктуры колонии, прежде всего служебных технических помещений.
Глубина залегания относительно поверхности стержней, а также, конечно, жилого слоя, должна быть достаточно для экранирования технических устройств и живых существ от радиации и ударов микрометеоритов. Кстати говоря, эту металлокерамическую решётку можно применить, подключив к сети переменного тока, для генерации электромагнитного поля земных параметров внутри и намного более мощного снаружи...
Ещё один существенный момент, связанный с поддержанием ориентации, направления и скорости вращения - нивелирование эффекта Ярковского; наилучший вариант - если он достаточно мал для оказания существенного влияния на временных интервалах в сотни миллионов и миллиарды лет.
И, наконец, третий первостепенный фактор - объём местных ресурсов, доступных помещаемой внутри колонии. Их должно хватить на несколько тысяч человек в течение тех же сотен миллионов или даже миллиардов лет.
Эти факторы налагают нижний предел на размеры подлежащего применению процедуры малого небесного тела. Оно должно быть не менее километра в самой узкой части, а лучше превышать несколько километров, тогда средний диаметр должен быть свыше десятка-полтора километров.
Главное ограничение сверху будет задавать количество энергии, необходимой для разворота астероида и достижения подходящей угловой скорости вращения; скорее всего, речь идёт о размерах не более пятидесяти километров, максимальный радиус не более сотни.
Между жилым слоем и эрзац-бетонным каркасом разместится слой систем жизнеобеспечения - прежде всего, жилищно-коммунальных услуг. В обитаемом цилиндрическом кольце разместятся соединённые туннелями-дорогами рукотворные полости-долины с поселениями, городами и фермерскими угодьями. Источником компонентов воздуха, удобрений и сырья для промышленности будет служить центральная часть астероида с её более низкой силой тяжести вращения.
Да, такая колония будет напоминать зародыш, птенца в яйце, под скорлупой. А почему нет? Это лучше обитания внутри марсианских пещер со сравнением с жизнью первобытных людей.
Как и возможные будущие городские агломерации внутри лунных вулканических трубок с высотой и шириной до километра и протяжённостью в десятки километров.
Часть первейших городов были пещерными: Меса-Верде в Америке, Каймаклы, Деринкую и Невшехир в Каппадокии (Турция)... Почему и некоторым городам будущего не быть пещерными?
Возможно, предложенный мной вариант всё равно окажется очень энергозатратным.
Потенциально дешёвая и более полная альтернатива - пробить полость в каменном астероиде вдоль оси вращения со стороны полюса и "размазать внутри него" намного меньший углеродный, заставив его "лопнуть". Соединения азота, обычно соли азотной кислоты, то есть нитраты используются в качестве компонентов взрывчатки; они могут быть и в составе астероида. Каменная оболочка послужит прочным корпусом, надежной опорой для построек и даже, возможно, источником металлов, а содержимое углеродного астероида послужит основой для создания почвы и первичной атмосферы. Внешний проём размером в десятки или скорее сотни метров в длину и ширину нужно будет "заделать", использовать "заплатку" можно будет как транспортный шлюз, солнечную электростанцию или систему передачи света теплицам.
Есть подобные моему проекты и от более серьёзных людей, эрудированных популяризаторов науки и инженеров.
В сборник 2010 года "Космонавтика XXI века. Попытка прогноза развития до 2101 года", составленного под редакцией академика РАН Б.Е. Чертока, входит работа Первушина "Полдень космической эры. Научно-фантастический очерк"; в главе "Этап 5. Стрела познания" он предложил в качестве кораблей Первой межзвёздной экспедиции применить отколотые от Цереры глыбы льда, которые будут приводиться в движение ядерными испарителями.
А в сентябре 2025-го на Архиве электронных препринтов выложили статью [3] с проектом транспортировки комет из пояса Койпера в качестве запасов летучих веществ для терраформирования Марса с реактивной тягой от разогрева участка поверхности концентрированными солнечными лучами; они также рассматривали возможность использования этих небесных тел в качестве межзвёздных кораблей поколений.
Впрочем, на мой взгляд, тогда лучшим вариантом для кораблей-ковчегов были бы бывшие, "тёмные" кометы из внешней части Главного пояса астероидов, со скрытыми слоем грязи запасами водяного льда; полноценные кометы будут менее управляемыми из-за цельной легковозгоняемой оболочки, да и в качестве движителей можно было бы использовать развёрнутые солнечные паруса...
Каменные астероиды - в энергостанции роя Дайсона
Ещё в апреле 2025-го вышла публикация [4] на тему динамической нестабильности сферы Дайсона, даже в формате роя из нескольких слоёв.
Сразу у меня возникли возражения к этой схеме - а зачем размещать элементы вплотную друг другу? Например, внутри орбиты Меркурия и между орбитами Земли и Марса есть области стабильных в длительной временной протяжённости (гипотетические пояса вулканоидов и Земля-Марс, Earth-Mars belt) траекторий, с поправкой на эффект Пойнтинга-Робертсона в первом случае и Ярковского в обоих случаях, конечно. Согласно одной из статей [5], во второй зоне устойчивость положения на протяжении 4,5 миллиардов лет у тел крупнее 40 км в среднем, при определённых сочетаниях ориентации оси вращения и общей формы объекта даже лишь крупнее 10 км. Причём первый потенциальный элемент для такого роя уже есть - это (433) Эрос, чью орбиту осталось лишь "скруглить".
Второе соображение по достижению долговечности - зачем размещать искусственные станции с покрытием из фотоэлементов? Последние довольно быстро выйдут из строя по тем же причинам: солнечный ветер, пыль и метеориты... Так, солнечные батареи на МКС уже дважды заменяли, каждый раз примерно через десятилетие после установки предыдущих экземпляров.
И на самом деле такие, искусственные элементы роя разрушатся раньше, первые из них - вследствие коррозии в агрессивной околозвёздной или межпланетной среды, а за ними из-за их обломков каскадом и все остальные...
Используя связки тяжёлых ракет (таких как "Старшип" Маска) или специальных аппаратов, космических буксиров, перетащить каменные астероиды соответствующего размера (10-30 км), без полезных минералов или с крайне ценными, в эти зоны Солнечной системы.
Теоретически, в их составе могут быть природные кристаллы, являющиеся термоэлектрическими генераторами, но более реалистичен вариант закопать синтезированные пластины оптимального состава с подключением к блоку аккумуляторных батарей во выдолбленных внутри полостях; для создания электрических накопителей можно использовать обнаруженные на Меркурии залежи солей щелочных металлов и графита или соединения тех же щелочных металлов и серы со спутника Юпитера Ио.
Впрочем, термоэлектрические генераторы встречались ещё в старой советской довоенной фантастике, например, в романе "Тайна двух океанов", но так и не получили широкого применения в действительности.
Реальным альтернативным вариантом использования излучения Солнца является перевод тепла в механическую энергию и уже механической в электрическую; в качестве наглядного примера можно привести крупные солнечные тепловые электростанции Китая, сопоставимые и по занимаемой площади, и по генерируемой мощности с фотоэлектрическими.
Правда, остаётся не до конца изученным вопрос теплопроводности реголита; как у углеродных астероидов, так и у Луны прогрев ограничен несколькими десятками сантиметров. В такой ситуации временным - до формирования слоя заново - решением видится очистка поверхности от реголита...
Остаётся в любом случае и вопрос использования - куда и как передавать, для чего применить. Если нет местного назначения в виде добычи или обогащения руды, нужна транспортировка запасённой энергии. У полюсов, в углублении можно было бы разместить генератор с антенной-передатчиком микроволнового излучения или лазерную установку оптического диапазона с активизацией по достижению полного заряда или расположения аппарата-приёмника...
Последний подлежащий учёту аспект, конечно - отказоустойчивость оборудования разных типов и внесение противоаварийных схем...
В итоге получится не очень изящная система, и её энергетическая эффективность невысока. Зато дёшево, надёжно, основательно, на долгий срок.
Ссылки:
1. Assessing the metal and rare earth element mining potential of undifferentiated asteroids through the study of carbonaceous chondrites (https://arxiv.org/pdf/2510.27373)