Проект МАИ: К Марсу Россия полетит «на бублике»

На научной конференции «Королёвские чтения» специалисты Московского авиационного института (МАИ) предложили создать в высшей степени оригинальный пилотируемый космический корабль для освоения дальнего космоса.

«Одним из ожидаемых направлений развития космонавтики является освоение человеком дальнего космоса. При этом важную роль играет проблема негативных последствий длительного воздействия невесомости на организм человека. Решением данной задачи может быть создание перспективного пилотируемого космического аппарата (ПКА) „ТОР“, представляющего собой свободно вращающийся тор диаметром 100 метров», — говорится в тезисах доклада.

Авторы научного проекта предлагают создать искусственную гравитацию, необходимую для нормального функционирования организма космонавтов за счет постоянного вращения тора, который геометрически напоминает бублик.

Разговоры о создании искусственной гравитации при сверхдальних космических полетах ведутся уже давно. Их начали писатели-фантасты задолго до того, как Гагарин открыл космическую эру. Собственно, родоначальником этой идеи стал Константин Эдуардович Циолковский, которого долго считали именно фантастом. Его наиболее радикальные прогнозы о заселении космоса «лучистым человечеством» (бесплотным) и сейчас считаются фантазиями «калужского чудака».

Циолковский вполне конкретно указал на то, что искусственная гравитация может создаваться за счет центробежных сил. То есть при вращении.

Решить задачу создания искусственной силы тяжести практически пытался Сергей Павлович Королёв. Лобовым путем — то есть раскруткой вокруг своей оси космического корабля — получить «силу тяжести» было невозможно из-за небольших размеров станции.

Королёв предложил провести в космосе эксперимент, в результате которого создавалась бы центробежная сила, эквивалентная гравитационной силе при нахождении на Луне. Предполагалось при помощи троса создать механическую систему, в которую вошли бы корабль «Восход-3», оснащенный специальной лебедкой, и последняя ступень ракеты-носителя. Эта система при помощи пороховых ускорителей должна была начать вращаться вокруг собственного центра масс.

На первом этапе эксперимента предполагалось получить центробежное ускорение равным 1/300 земного ускорения — g. На втором этапе эта величина должна была возрасти до лунной величины — 0,153 g.

Однако эксперимент не состоялся. В январе 1966 года в возрасте 59 лет умер Королёв. В марте корабль «Восход-3» был доставлен на Байконур. Но вскоре новый генеральный конструктор Василий Павлович Мишин приказал прекратить работы над всеми «Восходами».

В результате расчетов была найдена оптимальная форма корабля — тор, а также его рабочие характеристики, необходимые для комфортного длительного обитания на нем космонавтов при силе искусственной гравитации, равной четверти земной. Корабль радиусом в 1000 метров должен вращаться со скоростью 1 оборот в минуту. При этом ширина комфортной зоны составляет 30 метров, то есть это толщина «бублика». Комфортная зона — это такая часть вращающегося круга, где отклонения силы гравитации будут минимальными при перемещении космонавта в радиальном направлении.

Тема искусственной гравитации в настоящий момент разрабатывается в локальном виде. Для нового российского модуля, который может быть направлен к МКС в 2021—2022 году, создается центрифуга короткого радиуса. Этим проектом занимаются Институт медико-биологических проблем РАН и РКК «Энергия». Вполне понятно, что к созданию гравитационного поля на МКС это не имеет никакого отношения. Центрифуга нужна для исследования влияния на организм кратковременной «весовой» нагрузки в условиях длительного пребывания в условиях невесомости.

Вполне понятно, что до практической реализации тороидального космического корабля необходимых для создания искусственной гравитации размеров еще далеко. Поэтому он присутствует только в виде научных эскизов, снабженных математическими выкладками и необходимыми пояснениями.

Таких проектов с начала космической эры было создано немало. Одним из первых стал футуристический проект конструктора из Австро-Венгрии словенца Германа Поточника (1892−1929). В своей книге «Проблема преодоления космического пространства: Ракетный двигатель», вышедшей в 1928 году, он предложил несколько вариантов вращающихся космических станций, имеющих форму концентрических «тарелок». Кстати, Поточник предсказал появление геостационарных спутников Земли, вращающихся со скоростью планеты и постоянно висящих над поверхностью Земли.

Необходимо сказать, что невозможно однозначно сказать, кто первым пришел к идее реализации на космолете искусственной гравитации — Циолковский или Поточник. Решением этой задачи они занимались практически в одно и то же время независимо друг от друга.

Уже в космическую эпоху появился «Стенфордский тор», предложенный NASA в 1975 году студентами Стенфордского университета. Студенты в торе диаметром 1,8 км разместили 10 тыс. человек, заявив, что это наиболее оптимальный вариант построения космических колоний. Тор вращается со скоростью 1 оборот в минуту, создавая практически земную силу тяготения.

Проект детально проработан. В торе создана экосистема, позволяющая заниматься сельским хозяйством. В центре тора находится «втулка», в которой гравитационная сила равна нулю, благодаря чему она используется для стыковки подлетающих кораблей.

Через год этот проект еще более детально проработал конструктор «Фау-2» Вернер фон Браун, к тому моменту работавший на NASA.

Более реалистичным проектом оказалась космическая станция «подскока» Nautilus-X, спроектированная в NASA в 2011 году. Она должна стать перевалочной базой между Землей и Луной и Землей и Марсом. Причем один из элементов этого проекта — надувной модуль — был уже построен и два года проработал пристыкованным к МКС.

Наиболее интересная часть Nautilus-X — вращающийся тор 9-метрового диаметра, в котором создается искусственное гравитационное поле. Астронавты перемещаются в тор из других отсеков на время сна. Тор, вращаясь со скоростью в 10 об/мин, обеспечивает силу тяжести в 0,1−0,7 от земной величины.

Станция, основу которой составляют жесткий модуль для работы экипажа, «спальный» тор, двигательная установка, панели солнечных батарей и надувные модули, количество которых можно наращивать, считается перспективной, но отнюдь не концептом, не футуристическими фантазиями. Ее реализация отложена до того момента, когда она будет необходима агентству для совершения длительных пилотируемых полетов.

Надо сказать, что фантасты начали эксплуатировать научно-технические наработки по части перспективных звездолетов довольно давно. В 1957 году на студии «Леннаучфильм» был снят фильм, совмещающий элементы игрового кино и научпопа, в основу которого легли идеи, высказанные Циолковским. В нем была показана центрифуга, при помощи которой создавалась искусственная гравитация.

Фильм имел громкий международный успех — его закупили 28 стран мира. Режиссера фильма Павла Клушанцева считали своим заочным учителем Стэнли Кубрик («Космическая одиссея») и Джордж Лукас («Звездные войны»).

Впоследствии целый ряд не только фантастических, но и научно-популярных фильмов, снятых в Голливуде и на Би-Би-Си, эксплуатировали ставшую, можно сказать, канонической форму «межпланетного бублика». Также практически ни одна компьютерная игра на тему завоевания космоса не обходится без оцифровки тороидальных космолетов.

---

Космическая одиссея: Россия сходит с космической орбиты

Новости с орбиты: В России задумали построить флот дирижаблей для поддержки космических полетов