Китай хочет построить мегакосмический корабль длиной почти в милю

Китай изучает возможности создания сверхбольших космических кораблей длиной до 1 километра. Но насколько осуществима эта идея и в чем будет польза от такого массивного космического корабля?

Проект является частью более широкого конкурса исследовательских предложений от Национального фонда естественных наук Китая, финансирующего агентства, управляемого Министерством науки и технологий страны.

План исследования, размещенный на веб-сайте фонда, описывает такие огромные космические корабли как «главное стратегическое аэрокосмическое оборудование для будущего использования космических ресурсов, исследования тайн Вселенной и длительного пребывания на орбите». Фонд хочет, чтобы ученые провели исследования новых, легких методов проектирования, которые могут ограничить количество строительного материала, который необходимо вывести на орбиту, а также новых методов безопасной сборки таких массивных конструкций в космосе.

В случае финансирования технико-экономическое обоснование будет длиться пять лет и иметь бюджет в 15 миллионов юаней (2,3 миллиона долларов).

Проект может показаться научной фантастикой, но бывший главный технолог НАСА Мейсон Пек сказал, что идея не совсем удачная, и проблема больше связана с инженерией, чем с фундаментальной наукой. «Я думаю, что это вполне возможно», — сказал Пек, ныне профессор аэрокосмической техники в Корнельском университете.

«Я бы назвал проблемы здесь не непреодолимыми препятствиями, а скорее проблемами масштаба». По словам Пека, самой большой проблемой будет цена из-за огромной стоимости запуска объектов и материалов в космос.

По словам Пека, строительство Международной космической станции (МКС), ширина которой составляет всего 361 фут (110 метров) в самой широкой точке, по данным НАСА, обошлось примерно в 100 миллиардов долларов, поэтому строительство чего-то в 10 раз большего размера потребовало бы напряжения даже для самого щедрого национального космоса.

Однако многое зависит от того, какую структуру планируют построить китайцы. МКС укомплектована оборудованием и рассчитана на размещение людей, что значительно увеличивает ее массу. «Если мы говорим о чем-то, что просто длинном и не тяжелом, то это совсем другая история», — сказал Пек.

Строительные технологии также могут снизить стоимость запуска космического корабля-гиганта в космос. Традиционный подход заключался бы в создании компонентов на Земле, а затем их сборке, как Лего, на орбите, сказал Пек, но технология 3D-печати потенциально может превратить компактное сырье в структурные компоненты гораздо больших размеров в космосе.

По словам Пека, еще более привлекательным вариантом было бы получение сырья с Луны, которая имеет более низкую гравитацию по сравнению с Землей, а это означает, что запускать материалы с ее поверхности в космос будет намного проще. Тем не менее, для этого сначала требуется инфраструктура запуска на Луне, и поэтому в краткосрочной перспективе это не вариант.

Большой космический корабль, большие проблемы

Конструкция столь массивных размеров также столкнется с уникальными проблемами. Пек объяснил, что всякий раз, когда космический корабль подвергается воздействию сил, будь то маневрирование на орбите или стыковка с другим транспортным средством, движение передает энергию конструкции космического корабля, которая заставляет его вибрировать и изгибаться.

По его словам, с такой большой структурой эти колебания потребуют много времени, чтобы утихнуть, поэтому, вероятно, космическому кораблю потребуются амортизаторы или активный контроль, чтобы противодействовать этим колебаниям.

По словам Пека, дизайнерам также придется идти на осторожные компромиссы при принятии решения о том, на какой высоте космический корабль должен двигаться по орбите. На более низких высотах сопротивление внешней атмосферы замедляет транспортные средства, заставляя их постоянно возвращаться на стабильную орбиту.

Пек отметил, что это уже проблема для МКС, но для гораздо более крупной конструкции, которая имеет большее сопротивление и требует больше топлива, чтобы вернуться на место, это будет серьезной проблемой. С другой стороны, запуск на большую высоту намного дороже, а уровень радиации быстро увеличивается по мере удаления объекта от атмосферы Земли, что будет проблемой, если в космическом корабле есть люди.

Но хотя создание такой структуры может быть технически возможным, это невозможно в любом практическом смысле, сказал Майкл Лембек, профессор аэрокосмической техники в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн, который работал как над правительственными, так и над коммерческими космическими программами.

«Это похоже на то, как мы говорим о строительстве Starship Enterprise», — сказал он. «Это фантастично, невозможно и интересно думать, но не очень реалистично для нашего уровня технологий», — сказал он.

По словам Лембека, учитывая крошечный бюджет исследовательского проекта, он, вероятно, предназначен только для небольшого академического исследования, чтобы наметить самые ранние контуры такого проекта и выявить технологические пробелы. Для сравнения: на создание капсулы, которая доставит астронавтов на МКС, было выделено 3 миллиарда долларов.

«Таким образом, уровень усилий здесь чрезвычайно мал по сравнению с желаемыми результатами», — добавил он. Есть также вопросы о том, для чего можно было бы использовать такой большой космический корабль.

Лембек сказал, что возможности включают в себя космические производственные мощности, которые используют преимущества микрогравитации и обильной солнечной энергии для создания ценных продуктов, таких как полупроводники и оптическое оборудование, или долгосрочных сред обитания для жизни за пределами земного шара. Но оба потребуют огромных затрат на обслуживание.

«Космическая станция — это предприятие с доходом в 3 миллиарда долларов в год», — добавил Лембек. «Умножьте это на более крупные объекты, и быстро превратится в довольно крупное и дорогое предприятие».

Китай также выразил заинтересованность в создании огромных солнечных батарей на орбите и передаче энергии обратно на Землю с помощью микроволновых лучей, но Пек сказал, что экономичность такого проекта просто не складывается. Пек сделал некоторые предварительные расчеты и оценил, что это будет стоить около 1000 долларов за ватт, по сравнению с всего 2 долларами за ватт для энергии, вырабатываемой солнечными панелями на Земле.

По словам Пека, возможно, наиболее многообещающим применением такой большой космической конструкции было бы научное применение. Космический телескоп такого масштаба потенциально может увидеть детали на поверхности планет в других солнечных системах. «Это может изменить наше понимание внесолнечных планет и, возможно, жизни во Вселенной», — добавил он.