ВВЕДЕНИЕ

В июле 1969 года вся планета с благоговением и гордостью наблюдала первую высадку человека на Луне. Техническое сообщество, что достигло таких результатов, сильно отличалось от современного. Ни факс еще не изобрели, ни карманный калькулятор, ни персональный компьютер с богатым обеспечением из САПРов, программ для аэродинамических исследований, не было оборудования для моделирования полётов, не было электронной почты и интернета, сотовых телефонов и сложных приборных панелей в кабинах самолётов. Луны достигли при помощи логарифмической линейки и канцелярских принадлежностей.

Сегодня, спустя десятки лет после лунных полётов и спустя столько же времени развития техники, у нас появились новые и более продвинутые инструменты, такие как развитые средства выведения и космические станции. Мы гораздо лучше оснащены для более амбициозных задач, таких как постоянное поселение на Луне или пилотируемый полёт на Марс. Но на этот раз мы должны работать, чтобы остаться там, создавая постоянные обитаемые базы, с которых мы сможем исследовать и развивать новые территории. Чтобы сделать это, мы должны создать экономичную и доступную космическую транспортную систему вместе со всей необходимой инфраструктурой, такой как орбитальные и поверхностные станции.

Как показала программа «Аполлон», самая трудная часть — это не первый полёт, это – новые и новые посещения, когда основные вызовы преодолены и все мероприятия становятся обычным делом. Постоянные полёты к планете являются главным условием и предпосылкой для успешной колонизации, и они должны подкрепляться обитаемой базой в рамках комплексного плана планетарного исследования и развития.

Есть несколько важных вопросов для создания постоянной базы на Марсе. Давайте рассмотрим некоторые из них:

С материально-технической точки зрения, производство продуктов питания, воздуха, воды, топлива и строительных материалов является необходимым требованием. Невозможно при современных технологиях привезти с Земли всё необходимое. Не только воздух и воду, но и еду и питьё. Нам нужно место для производства этого.

Без крыши над головой и оперативной базы никакая деятельность не может быть нормально выполнена. Тот факт, что мы находимся в двух годах перелёта туда-обратно, а не в нескольких днях, как на Луне, является ещё одним аргументом в пользу самообеспечения.

После долгого полёта с нехваткой жизненного пространства, отсутствием личной жизни, нехваткой воды для мытья, с однообразным питанием, непрерывным риском, а также напряжением в отношениях членов разнокультурного экипажа между собой, которое способно привести к раздору —  также, как и на подводной лодке, но без возможности всё бросить и уйти – при всём этом существует психологическая потребность иметь пространство, воспринимаемое как дом. Кроме того, каждый вид деятельности нуждается в начальной точке, откуда контролируются и выполняются последующие операции. Без правильного материально-технического обеспечения операции становятся обременительными и неэффективными.

База станет центральным и главным пунктом для планирования и управления любым марсианским начинанием. Она будет выполнять потребность в месте, куда можно отправиться после первой посадки, будет расти со вкладом каждого последующего пользователя.

 

ОСНАЩЕНИЕ БАЗЫ

Установив основные факторы строительства постоянной базы, давайте проанализируем её основное оснащение. Оно рассмотрено не для окончательного или первоначального вида базы, поскольку разные размеры могут рассматриваться для разных миссий. Теоретически, космический аппарат, снабжённый системами долговременного жизнеобеспечения для марсианского экипажа, можно считать космической станцией, так как он может выполнять большинство её функций. По причинам, перечисленным выше, спускаемый аппарат не должен быть основной станцией, хотя он может использоваться как резервная станция при чрезвычайной ситуации на основной.

Мы можем разделить основные функции и требования к постоянной базе на четыре группы.

А. Основные функции

База должна иметь индивидуальные и коллективные помещения для экипажа, что даст приемлемый уровень личной жизни, вместе со всеми средствами обеспечения, такими как общее и частное пространство приёма пищи и отдыха, места хранения и приготовления пищи, стирки и техобслуживания, личной гигиены, медицинской помощи и спорта. Для работы должны быть помещения управления и связи, исследовательское оборудование (на базе и за её пределами) для геологических, фотографических, медицинских, картографических, погодных и других научных мероприятий, в том числе соответствующая химическая лаборатория.

Б. Средства обеспечения

Эти средства должны включать станции производства жизненно важных расходных материалов, таких как воздух, вода и топливо, со всем необходимым для хранения этих материалов:

-Гараж для хранения, ремонта и обслуживания транспортных средств

-Установки для производства еды (для выращивания растений и разведения животных) и установки производства стройматериалов

— Мастерская с оборудованием для создания и хранения нужных вещей

В. Инфраструктура

— Космодром и связанные с ним объекты, включая станции дозаправки, ремонта и техобслуживания кораблей

— Станции производства и распределения энергии

— Системы переработки отходов

— Системы распределения и отведения воды

— Объекты связи

— Дороги и оборудованные площадки

Г. Снаряжение

Всё, что необходимо для работы вышеперечисленного

 

ПАРАМЕТРЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Для того, чтобы спроектировать и построить базу на далёком небесном теле, нужно рассматривать совершенно новый подход и совершенно иные параметры по сравнению с этой задачей на нашей планете.

Стоит проанализировать эти параметры по их видам.

А. Местонахождение

Выбор места, пожалуй, наиболее важный параметр, так как от местоположения будет зависеть общее устройство и необходимое оборудование планируемой базы:

— Местность будет определять расположение и физическую форму

— Энергозатраты ракет, связывающих космос и планетарную базу

— Климат на площадке, перепады температур, ветровые условия, доступность материалов будут формировать и определить свои необходимые требования, масштабы, оборудование и многие другие вопросы.

—  Упоминавшееся ранее наличие воды в окрестностях может быть основным фактором планирования, как наличие ресурсов, которые могут быть использованы в системах жизнеобеспечения для получения веществ, таких как воздух, топливо, строительные материалы или почва для растений.

Б. Сама база

Предполагаемая система должна быть максимально гибкой, чтобы использоваться в большинстве возможных ситуаций, позволять как можно больше вариантов упаковки с минимальным количеством компонентов. База должна быть модульной с возможностью простого соединения своих частей. База должна быть постоянной строительной площадкой. Строительные модули должны быть разработаны, чтобы обеспечить наилучшее присоединение компонентов в любом направлении. Безопасность и защита от радиации с наилучшим и наиболее безопасным использованием местных материалов, простота любых действий для пользователей системы и другие параметры необходимы для сравнения проектов. Необходимо учитывать окружающую обстановку и минимальную потребность в работе за пределами базы.

В. Изготавливаемые на Земле части

Изготовленные на Земле части должны поставляться в минимальных количествах из-за высокой стоимости транспортировки, небольшого доступного объёма и большого веса частей. Доставляемые части должны быть лёгкими, компактными и складываемыми, чтобы свести к минимуму объем, необходимый для перевозки.

Г. Сборка на Марсе

Для простотой обработки и быстрой сборки, модульные части или строительные блоки должны быть размерами и весом, позволяющими проводить сборку малыми усилиями, с минимальным количеством компонентов и соединений, наиболее быстрым способом.

 

ФОРМА БАЗЫ

Используя установленные параметры мы можем начать рассматривать различные формы базы, основанные на ранее высказанных предложениях.

1

А. Большие баллоны

Основные преимущества

— Модульная конструкция хорошего качества вся делается на Земле.

Основные недостатки:

— Требования перевозки, большой пустой объем, тяжесть и громоздкость, не более чем по одному баллону в каждом перелёте, в то время как нам нужно много таких даже для первой станции.

— Обслуживание, потребность в высокой грузоподъёмности и системах обслуживания, которые добавят требований к объёму и грузоподъёмности корабля.

— Количества и время. Со скоростью один баллон за перелёт база будет введена в эксплуатацию через несколько лет после начала работ с первым и последующими полётами.

Б. Купол (собранные такой формой части, ранее произведённые на Земле)

Основные преимущества

— Большое пространство для любой деятельности.

Основные недостатки

— Время. Потребуются годы, чтобы построить и собрать. Из-за единственной базы исследователям придётся жить там долгое время, когда они покинут спускаемый аппарат.

-Размеры слишком большие. Потребуется громоздкое оборудование для обслуживания и монтажа.

— Безопасность. Нет иных вариантов в случае аварий или чрезвычайных ситуаций.

Этот вариант может быть рекомендован для более поздней стадии, когда удастся закрепиться и время не будет играть роли.

В. Независимые и самодостаточные модульные блоки

Основные преимущества:

— Системе нужно лишь несколько форм с Земли и готовое оборудование. Основная часть компонентов будет марсианского производства, экономя время, перевозимый груз и деньги.

— Размеры: мелкие компоненты просты в обращении и не требуют тяжелого оборудования

— Модульность: небольшое число модульных компонентов может использоваться для строительства базы

— Гибкость, легкая достраиваемость, многоразовость, хорошая защита от радиации.

— Круговая форма, из-за самозамкнутости и необходимости только одного типа модулей с определённым числом соединений.

Главный недостаток:

— Частично нужно собирать на месте.

Последняя форма представляется наилучшей и подходит для рассмотрения.

 

СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ

Основными частями блоков малой модульной системы рекомендуемой конфигурации являются рабочая зона, порт и воздушный шлюз.

2

Блоки представляют собой небольшие, круглые и куполообразные здания 8 метров в диаметре, с максимальной высотой в центре около 3,5 метров, их площадь около 50-ти квадратных метров. Несмотря на их размер, они могут включать все функции, описанные выше, по отдельности или в сочетаниях между собой.

Первая станция должна быть построена двумя миссиями: беспилотной и последующей пилотируемой. Станции потребуются два блока: многоцелевой и обслуживающий, где будет располагаться гараж и связанные с ним объекты, включая воздушный шлюз.

Многоцелевой блок должен обеспечивать все жизненные функции, такие как сон и личное пространство, и обеспечивать соответствующие потребности, такие как приготовление и хранение пищи, физические упражнения, личная гигиена, а также обеспечивать основную работу средствами управления / дачи команд и средствами связи, а также химической лабораторией. Вместимость блока составит 6 членов экипажа.

Блок обслуживания будет содержать всё оборудование для укрытия и обслуживания наповерхностных транспортных средств, складские помещения для материалов, снаряжения и запчастей, оборудованную мастерскую, переходные установки для внешних мероприятий и дополнительный туалет. Эта часть будет связана со внешним миром при помощи воздушного шлюза.

3

В то время как тяжелые, защищающие от радиации блоки все марсианского производства, внутренняя часть обставляется изготовленными на Земле специальными самодостаточными модулями, содержащими всю мебель и прочие вещи, и обеспечивающими минимальное использование пространства для каждой функции.

Основные сделанные на Земле модули для жилых частей будут обеспечивать сон, работу и связь, будут включать в себя также ванную, туалет, душевые кабины, хранилища и оборудование оценки состояния для людей. При разработке этого модуля некоторые конкретные особенности необходимо учитывать, например безбумажный туалет и приборы оценки состояния, легко позволяющее ранним утром проверить медицинское состояние всех членов экипажа. Такое оборудование, автоматически подключаясь к ранним записям, должно сразу показывать какие-либо отклонения от средних показателей.

Специальные модули также могут быть разработаны для других функций, таких как работа и прочие функции, вроде хранения и готовки пищи, кафе, ремонтной мастерской и прачечной, общего склада и мест тренировок.

Модуль для приготовления пищи будет включать в себя автоматическую кухню, без огня и без кастрюль и сковородок, которая может получить и приготовить лиофилизированную пищу, либо другую пищу нестандартными способами. Небольшой участок в блоке может использоваться в качестве сада для производства растительной пищи. Эта зелёная зона может дать расслабление, позволит чувствовать знакомую обстановку и даст людям чувство сопричастности.

Полезности будут централизованно поставляться, но модули должны создаваться с учётом самодостаточности. Это означает, что вода, воздух, переработка и утилизация отходов, даже выработка электроэнергии должны обеспечиваться малым оборудованием, расположенным в блоке или вблизи него, но не должны зависеть от посторонних условий.

Станция будет комплектоваться двумя расширяемыми модулями производства пищи, один для выращивания овощей, а другой для животноводства. В более поздних миссиях целые блоки будут посвящены каждой из этих функций, они также будут допускать расширение.

 

4 5

Блоки будут связываться через «соединители» — пространства типа коридоров модульной конструкции, что гарантирует переход по всей станции, коридор будет полностью закрытым и герметичным, не требуя больших объемов воздуха. Будут учитываться два типа коридоров: главный (3,6 м в ширину) и дополнительный (2.4 м в ширину).

Главный коридор представляет собой жизненно важное соединительное звено базы, обслуживающее все блоки. Коридор будет нести все коммуникации, включая будущие транспортные системы на магнитной подушке, небольшие системы для посылок и большие для пассажиров. Коридор будет построен тем же способом, что и блоки, но с другим размером модулей и позволит в будущем расширяться в любом направлении. Связь и обслуживание будут для простоты доступны через стойки на полу или воздушные каналы.

Проход между станцией и поверхностью планеты будет обеспечиваться фильтрами или шлюзами — оборудованными проходами, гарантирующими герметичный переход и очистку людей и всего оборудования от марсианской пыли и других нежелательных веществ. Фильтр будет отдельной частью, расположенной, соответственно своей задаче, построенной с переходами и прикрепленной к блоку обслуживания, будет иметь точно определённую основную функцию: обеспечение безопасного перехода между внутренней частью базы и пространством снаружи. Это искусная деятельность, которая требует особых процедур и особого оборудования. Фильтр будет оснащен автоматически управляемыми проходами в двух направлениях, то есть на вход и на выход, зоной очистки через ламинарный поток газа, либо другими более сложными системами, фильтр также будет оснащён сборщиками пыли и песка, и оборудованием сброса под подогреваемым полом.

Шкафчики и туалеты завершат блок.

6

Главное преимущество такой системы состоит в том, что с помощью однотипных модулей создаётся каждый компонент, все функции могут выполняться без необходимости специального строительства отдельных блоков. Основные строительные модули будут полностью марсианского производства с использованием только форм, привезённых с Земли. Они будут собраны, соединены и закреплены между собой, чтобы сформировать блоки и соединители.

7

Полы блоков и коридоров будут из прессованного песка и камней, покрытого чем-то вроде линолеума, герметичной незакреплённой мембраной, с условиями для подпольного прокладывания инженерных коммуникаций, а также с прорезью фундамента для размещения строительных панелей на грунте и закрепления их для
устойчивости. В конце концов расширяемая структура может быть установлена первоначально, а затем покрыта защитой. Эти два основных метода вместе позволят получить наибольшую гибкость в строительстве и наибольшие возможности расширения в будущих миссиях.

 

 

МОДУЛЬНАЯ ВНЕЗЕМНАЯ КОНСТРУИРУЕМАЯ СИСТЕМА (МВКС)

Для сборки первого блока необходимо сначала изготовление модуля конструирования или строительных блоков. Мы можем разделить необходимые части на два вида: изготовленные на Земле и на Марсе.

Первый вид представляет собой модульную панельную систему двойного свойства, которая будет использоваться в качестве формы для строительных модулей, формирующих наружные стены, а внутри использоваться в качестве каркаса изменяемой формы, меняющегося по необходимости для требуемой функции. Панели будут компактными и чрезвычайно тонкими формованными металлическими конструкциями с покрытием, либо из композитного материала, легко укладываемые, чтобы уменьшить габариты и вес при перевозке. Соединённые панели смогут образовывать герметичный контейнер, заполняемый местным реголитом, который будет материалом модульной конструкции, а внутри реголит будет использован в качестве опоры для оборудования, устанавливаемого в соответствии с проектом. Важной особенностью панельной конструкции будет возможность изменить функцию путем удаления и замены частей. Такая возможность будет очень полезна со временем, поскольку может возникнуть необходимость приспособить существующие функциональные части к другим функциям, в соответствии требуемой компоновкой и планом.

8После того, как на Земле и Марсе путём испытаний и экспериментов выделят наиболее подходящие марсианские материалы, их можно использовать как наполнитель для изготовления строительных частей. Такой реголит или другой местный материал должен быть добыт с поверхности или из-под неё и перевезён в нужное место для обработки и формовки. В зоне хранения ковш с конвейерными лентами загрузит материал в формы. После этого блоки могут быть созданы и стыкованы между собой человеком с помощью небольшой подвижной многоцелевой установки, крана, экскаватора, валика и т.д., чтобы быть частью оборудования для первой пилотируемой посадки. Панели будут стоять и нести собственную нагрузку, но для обеспечения дополнительной безопасности они будут поддерживаться в центральной колонной центре блока. Уплотнение, герметизация и другая окончательная обработка специальным оборудованием также будут необходимы.

В будущих полетёх, в случае обнаружения местного материала с аналогичными бетону свойствами, панели могут использоваться в качестве многоразовых форм, для формовки сборных прочных панелей одинакового размера и формы. В этом случае появится огромная экономия времени и затрат, так как не будет необходимости везти дополнительные панели с Земли.

 

 

ПЛАН

Установив форму базы и способ строительства теперь мы можем обсудить возможный план строительства и его график. Общий план миссии, после завершения станции будет зависеть от необходимой инфраструктуры и транспортной системы Земля-Марс, которая должна дать надёжный и экономичный доступ к космосу в целом, и на Марс в частности.

Давайте рассмотрим предлагаемый план строительства первой марсианской станции, которая в дальнейшем может развиться в полноценную базу… Мы можем разделить план на три основных этапа.

А. Предварительный этап — мероприятия перед первой пилотируемой посадкой

Этап будет состоять из беспилотной миссии, которая сядет на выбранном участке и доставит необходимое для жизнеобеспечения (воздух, вода и топливо), доставит оборудование, в том числе системы связи, генераторы и все строительные системы. Системы должны автоматически начать работу по производству необходимых материалов и хранения их для дальнейшего использования. Часть посадочного аппарата должна быть способна стартовать от планеты до орбитального космического корабля

9

Б. Начальный этап: строительство после первой посадки

Первыми мероприятиями, запланированными для марсианских пионеров, будут контроль, ремонт и запуск в случае необходимости ранее установленных мощностей для производства жизненно важных материалов и компонентов, а также увеличение масштабов этого производства путем подключения и настройки всё нового оборудования. Марсианская транспортная техника и установки производства строительных материалов будут включены в эту миссию вместе с внутренними модулями для блоков, растениями и животными. После того как всё оборудование установлено, можно начинать строительство станции с закладки фундамента и расчистки площадок для дорог.

Далее стоит установить в обозначенных местах расширяемые объекты, блоки, коридоры и фильтры для укрытия и ремонта техники, настроить производство пищевых продуктов, подготовив почву, системы орошения, работы с отходами и рециркуляции. После того, как всё будет установлено необходимо приступить к производству.

Необходимо собрать и смонтировать с помощью МВКС и панелей земного производства два модульных блока — многоцелевой и гаражный с воздушным шлюзом, вместе с коридором. К концу первой миссии станция будет закончена и будет способна принять 6 человек.

10

В. Дальнейший этап: миссии

По мере увеличения числа миссий, станция продолжает свое запланированное расширение. Этап включает в себя все мероприятия, которые будут выполняться после завершения станции. После того, как станция будет введена в эксплуатацию ещё большие требования и расчетные параметры должны рассматриваться. После окончания запланированного расширения вся конструкция из станции и прочих установок может считаться базой.

11
Для завершения базы можно дополнить то, что уже установлено ещё другими системами. В этом случае системы усложнятся и потребуют больше времени, примером можно считать строительство больших объемов из сборных частей, таких как база вида Б (купол), описанная ранее, или использование сборных колонн и балочных конструкций для крупных растений.

12

Развитая база cможет разместить 50 человек. В то же время, согласно плану исследований, дополнительные станции могут быть построены и в других местах на Красной планете в рамках создания связанной сети баз. В отдалённом будущем расширение баз приведёт к первым марсианским поселениям.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Пятьсот лет назад, Джон Дэвис и Васко да Гама, королева Изабель и Колумб понимали, что решимость и могущество способны изменить мир. Пути к Индии и Америке были обнаружены и мир изменился. Сорок лет назад президент Кеннеди и фон Браун считали так же и Луна была достигнута. Но до сих пор мир не изменился, потому что ничего не последовало. Выигрышная комбинация требует лидера и мечтателя.

Причины и необходимость колонизации космоса выглядят более убедительными, чем когда-либо прежде. Нам нужен генеральный план реализации освоения космического пространства для нашего собственного выживания как вида.

Это длинный путь. Но даже самый длинный путь имеет начало. И время для начала — сейчас.

Мы должны исследовать, колонизировать и терраформировать Марс в качестве первого шага на пути распространения в Солнечной системе. Нам нужно оставить Солнечную систему, исследовать и поселиться в других звёздных системах. Звёзды должны быть нашим пунктом назначения.

Давайте оставим нашу колыбель и вперёд!

Джорджио Гавирахи (Giorgio Gaviraghi)