Заметки о космической фантастике

Как оно устроено

В фантастике довольно редко в подробностях описывается устройство космических кораблей. Причин тому много: во-первых, техническое порно выглядит скучным для многих читателей, во-вторых, писатели, как правило, имеют весьма смутное представление о предмете. Даже если — вот парадокс — они описывают не современный корабль, а какой-нибудь хренолёт будущего, который может быть устроен совсем по-другому, всё равно в лучшем случае там опишут общий концепт. У писателей просто не хватает фактического материала, чтобы на его основе придумать детали.

Между тем детализация далеко не бесполезна. Понятное дело, расписывать на пять страниц тонкости конструкции корабля не стоит, но куда лучше написать вместо «снаряд оставил в переборке дыру» что-то вроде «снаряд оставил в переборке разлохмаченную дыру…» — ну, это так, просто пример. Детали, пусть даже один-единственный эпитет, создают картинку. Лохматыми края дыры оказываются потому, что углепластик — это ткань, и при разрыве края её распушиваются. Где-нибудь в другом месте вы упомянете, что это углепластик, и что кабина наполнилась угольной пылью. Это — подробность, которая работает на образ писателя как человека знающего и эрудированного. Откуда дураку знать про углепластик?

В когнитивистике это зовётся эффектом ореола. Если писатель — известный профессор, то читатель без лишних сомнений легко поверит в правдивость описанных в книге концепций. А если хрен с горы, то уже нет: в самом деле, почему я должен верить Васе Пупкину? Кто он такой? Вот Уоттс — учёный, а Пупкин? Детализация исправляет положение: раз человек углубляется в детали, значит, он знает, что пишет. Даже если специалист будет читать его книгу сквозь фейспалм — пару раз я на такое уже натыкался — не-специалист такого не заметит, разве что совсем уж глупые ляпы.

Поэтому чтобы и рыбку съесть, и учёным стать, лучше всего соблюдать хотя бы общую правдоподобность. И проще всего достичь правдоподобия, посмотрев на реальные космические корабли. На их же основе можно придумать и массу новых интересных вещей.

Любой космический корабль начинается с каркаса. Примерно вот так это выглядит для советского «Бурана»:

Для удобства я выделил синим основные элементы:

1. Нервюры — рамы, повторяющие форму крыла. Они служат для восприятия нагрузок и соединяют части обшивки.

2. Лонжероны — балки, посредством которых крыло крепится к фюзеляжу. Это наиболее ответственные элементы — они передают всю нагрузку с крыла на фюзеляж, но это в атмосфере. В космосе нагрузка на них минимальна.

3. Стрингеры — относительно тонкие стержни, которые подкрепляют обшивку и увеличивают её жёсткость.

4. Шпангоуты — по сути те же нервюры, только не в крыле, а в самом корпусе.

Фактически любой каркас состоит из этих основных элементов, а если мы говорим о бескрылой Звезде смерти, то там вообще остаются только шпангоуты и стрингеры. Разумеется, есть ещё всякие бимсы и прочие страшные вещи, но так углубляться в конструкцию здесь, пожалуй, не стоит.

Всё это дело скрепляется между собой либо заклёпками, либо сваркой (для металлов), либо клеем (для композитов). Раньше для изготовления таких деталей применяли сталь и алюминий, сейчас всё больше внимания уделяется композитным материалам. Причина популярности композитов очень проста: у них высокий параметр удельной прочности, превосходящий даже хвалёный титан. Удельная прочность — это отношение прочности материала к его весу. Для легированных высокопрочных сталей это примерно 20–22 10е5 см (да, странная размерность), для алюминия 20–21 (алюминий менее прочен, чем сталь, но при этом гораздо легче её), для титановых сплавов — 30–40, а для простеньких стеклопластиков — 38–50. Для более прочных углепластиков этот параметр ещё выше.

Поэтому, на мой взгляд, корабли будущего будут в основном сделаны именно из композитов. К сожалению, в фантастике внимания им уделяется очень мало: если даже писатель с упоением расписывает многослойную броню, та всё равно сверкает металлом. Ну и ладно.

В большинстве случаев писатели почему-то считают, что обшивка состоит из однородного материала, грубо говоря, из металлической пластины. Если снаряд влетает в такую обшивку, оно примерно так и описывается. Это не только скучно — это нереально.

На самом деле корпус состоит из целого ряда слоёв разных материалов, каждый из которых выполняет свою определённую функцию. И по порядку:

1. Теплозащита. Если наш корабль предназначен для кукования в доках Звезды Смерти и на планеты не садится, то ему, понятное дело, никакая теплозащита не нужна. Однако если нет, то без неё никуда. Более того, к теплозащите предъявляются максимальные требования надёжности: из-за повреждения панельки размером 40×40 см потерпел катастрофу шаттл «Колумбия».

Вариантов реализации постоянной защиты много, но все они так или иначе определяются четырьмя требованиями к материалу: он должен обладать очень большой теплоёмкостью (тогда на повышение его температуры потребуется больше тепловой энергии), маленькой теплопроводностью (тогда жар не пойдёт дальше защитных плиток), очень маленьким коэффициентом теплового расширения (для его компенсации между плитками устанавливается небольшой зазор) и, разумеется, очень высокой термостойкостью. При этом надо понимать, что входящий в атмосферу корабль хоть и нагревается, но очень неравномерно. Вот, например, схема распределения температур для «Шаттла» (слева) и «Бурана» (справа):

И, разумеется, соответствующим образом распределяется масса и тип теплозащиты (RCC, HRSJ — это типы материалов). Очевидно, что самые горячие зоны — это нос и кромки крыльев, а также щели в конструкциях оперения (туда затекают раскалённые газы). Для них использовались чёрные плитки из углеткани, пропитанной фенольными смолами и покрытыми антиокислительным покрытием. Менее нагруженные зоны покрывались плитками из сверхтонкого стекловолокна. Все они очень лёгкие (по весу вдвое-втрое меньше аналогичной по размерам липовой дощечки) и весьма хрупкие — в их задачи не входят держать механические нагрузки, только тепловые.

Альтернативный вариант теплозащиты, в основном для одноразовых кораблей — абляционный. В этом случае поверхность корабля покрывается слоем вещества, который постепенно испаряется при входе в атмосферу (главное, чтобы он не испарился весь до приземления). Именно этот вид защиты стоял на всех возвращаемых аппаратах, кроме многоразовых «Шаттлов» и «Бурана». Но если мы говорим о космоопере, вряд ли там будут использовать подобное. Ну представьте себе, вы — пират, сели на планету дозаправиться, и тут вашу личность раскрывают. Вы со всех ног бежите к космодрому, а там… кораблю нужно заменить теплозащиту. Нет, можно взлететь и без неё, но вот посадить корабль уже не удастся. Остаётся только лететь в Туманность Чёрного Мешка, где расположена всем известная пиратская база и можно будет восстановить защиту…

Погорячился я, наверное. Тут можно целую драму развернуть.

Всё перечисленное выше — это физическая защита. Существуют, однако, концепты и защиты магической — с помощью магнитного поля, окружённого тонким слоем плазмы. Соль в том, что нагревается аппарат от трения о воздух, тогда как такая конструкция «принимает удар на себя», и обшивка корабля остаётся при своих. Разумеется, определённая термозащита на ней всё равно должна быть, однако это уже гораздо проще, чем описанные ранее плитки.

2. Несущая обшивка. Одна из наиболее популярных сегодня и, думаю, в ближайшие пару тысячелетий — это сэндвич-панель. Суть её элементарна: это две пластины из прочного материала, между которыми расположена прослойка — чаще всего это соты или очень лёгкий материал вроде пенопласта (не того, в который упаковывают телевизоры и прочую технику, а другого, технического). Получается, что при почти той же массе панель становится гораздо толще и, соответственно, более жёсткой и прочной на изгиб.

Изнутри к ней крепятся стрингеры, связи и прочая ерунда, так что одной только сэндвич-панелью не отделаться. Кроме того, сама панель тоже может быть двуслойной: например, командные модули «Аполлонов» имели внешнюю стенку из стали, потому что алюминий имеет меньшую температуру плавления, чем сталь, а при возвращении на Землю аппарат сильно нагревается об атмосферу. Стенка же самой кабины была сделана из алюминиевых сотовых панелей, а между ними располагался слой теплоизолирующего волокна.

На фоне этого крайне забавно смотрятся пассажи лунных конспиролухов про «тонкие, как фольга» стенки «Аполлонов».

3. Противометеоритная защита. Для «Шаттла» или «Бурана» она не особо нужна, а вот Звезде Смерти ещё как пригодилась бы. Но тут есть загвоздка: от крупных объектов МКС защищается манёврами, Звезда Смерти такое не совершит — она слишком большая и тяжёлая. Скорее всего, удобней будет сбивать такие объекты на подлёте, изменяя их траекторию. А вот мелкие… Противометеоритная защита МКС сделана из всё тех же композитных материалов, однако она может не защитить уже от объектов размером с фасолину, а более крупные метеориты почти гарантированно пробьют её. Усилить защиту ещё парой слоёв — решение спорное, в первую очередь потому, что это утяжелит конструкцию, а эффективность не гарантируется. Другими словами, Звезда Смерти будет очень уязвима для обычных кинетических снарядов — достаточно разогнаться до скорости 10–12 км/сек относительно станции и высыпать в космос ведро гаек, чтобы на корпус обрушился град пуль, перед которым крупнокалиберные пулемёты типа «Утёса» — жалкая пневматика.

Разумеется, исследования в этом направлении не прекращаются. Однако большого прогресса пока не видно.

4. Противорадиационная защита. Тут надо сначала определиться, от чего мы защищаемся. Радиационные пояса Земли состоят из альфа- и бета-частиц, которые обладают высокой энергией, но плохого проникают сквозь вещество. Если заглянуть в документ NASA, где описана противорадиационная защита «Аполлонов», то выяснится, что американцы не особо парились по поводу каких-то дополнительных мер в этом направлении — они пролетали по самому краю основных «горячих» зон поясов, а описанная выше обшивка более чем эффективно защищает от тяжёлых частиц. Любимый авторами свинец нужен для защита от гамма-излучения, то есть космических лучей. В коротких полётах на него можно не обращать внимания (хотя дозы экипаж всё равно получит весьма заметные), а вот в длительных уже приходится. И тут возникает определённая сложность — экранировать гамма-излучение очень трудно. Во время мощных вспышек на Солнце экипаж МКС укрывается у емкостей с водой, которая неплохо задерживает радиацию, однако оснастить весь корабль дополнительной прослойкой водяной защиты — это нечто совсем уже фантастическое.

Хотя в отношении Звезды Смерти, где люди живут постоянно, а масса уже не играет большую роль, не так уж и совсем. Чтобы сделать защиту, аналогичную земной атмосфере, потребовалось бы создать прослойку воды толщиной 10 метров — если мы говорим о станции диаметром в километр, это не так уж много.

Кроме того, можно создать магнитное поле. Об этом думали ещё во время первых полётов, но затея оказалась слишком уж фантастичной. Однако сейчас уже не очень: учёные додумались использовать не просто магнитное поле, а комбинацию из плазменного слоя, электрического и магнитного полей, так что в результате корабль окружается магнитоплазменным пузырём, поглощающим заряженные частицы. Примерно так:

Обшивкой назвать эту конструкцию сложно, но в любом случае она — такая же часть корабля.

В 99 % случаев схема космического истребителя (да и дредноута тоже) напоминает схему классического реактивного самолёта, то есть двигатель расположен в хвосте и обладает только одним вектором направления тяги — вперёд. Вместо тысячи слов:

Возникает очевидный вопрос — а как, простите, эта штука управляется? Ладно ещё в атмосфере, там можно использовать аэродинамические поверхности, но в космосе воздуха нет и рули бесполезны. Поворачивать там в локальном масштабе нужно маневровыми двигателями, коих на артах обычно не наблюдается. Либо, если мы говорим об X-wings, такой вариант: снижать тягу на правых двигателях и повышать на левых, по аналогии с танком. Однако обеспечить маленький радиус разворота такой метод неспособен.

Давайте представим себе истребитель, который должен взорвать Звезду Смерти. Вот он подлетает к ней (предположим, операторы зенитных орудий поголовно маются похмельем и не замечают опасности) и должен повернуть, чтобы не врезаться в обшивку вражеского дредноута. Самолёт в такой ситуации ляжет набок и изменит угол тангажа с помощью рулей высоты, у космолёта же есть три варианта:

1. Активировать на короткое (строго определённое) время боковой двигатель, придав кораблю вращение. Двигатель должен быть не убогим ионником, а чем-нибудь помощнее — от него требуется сообщить максимум импульса за минимум времени.

Когда же космолёт достигнет нужного угла, нужно активировать второй боковой двигатель, с другой стороны, чтобы погасить вращательный момент и выйти на новую траекторию.

2. Повернуть вектор тяги основного (маршевого) двигателя. Принцип тот же самый — сначала повернуть, сообщив вращение, потом повернуть в другую сторону, погасив это вращение. Обычно делается это с помощью сопла с изменяемой геометрией, как у самолётов с вертикальным взлётом.

3. Если у него два и больше двигателей, то по описанному выше методу — распределить тягу асимметрично и создать крутящий момент, которые повернёт аппарат.

В остальном, однако, авиационная компоновка вполне нормальна для космоплана, неважно, летает ли он в атмосфере или нет.

Поддержание постоянной температуры в изолированном пространстве — задача достаточно нетривиальная, в первую очередь потому, что у космических кораблей большие проблемы с охлаждением. Да, вот такая фигня: несмотря на уж-жасный космический холод, корабль склонен скорее перегреваться, чем остывать.

Куда сбрасывать лишнее тепло и как? На Земле можно использовать естественный теплоноситель — воздух. Энергия передаётся ему через контакт с поверхностью (поэтому радиаторы должны иметь как можно большую площадь), а атмосферная циркуляция уносит прочь нагретый воздух, нагоняя взамен холодный. Однако в космосе воздуха нет, теплообмена, соответственно, тоже, и охлаждаться корабль может только собственным излучением по закону Стефана-Больцмана, а это далеко не самый эффективный способ остыть.

Но выбирать не приходится, так что радиаторы конструируются именно под охлаждение излучением. Вот, например, эти устройства на МКС:

Стоит отметить, что если солнечные батареи всегда направлены перпендикулярно потоку солнечного света, то радиаторы нужно направлять параллельно ему — чтобы они не перегревались.

Равновесная температура на земной орбите, то есть баланс между получаемым от солнца теплом и собственным излучением, равна примерно 279 К, или 6 С (для абсолютно чёрного тела, т. е. такого, которое поглощает всё получаемое тепло и ничего не отражает). Но это в случае, если мы рассматриваем какой-нибудь камень или мёртвую тушку космонавта, в которых не происходит никаких экзотермических процессов, на корабле же имеется тысяча и один источник тепла — живые тушки космонавтов, энергоустановка, электросистемы и так далее. В конечном итоге КПД всей этой системы едва достигает 25 % — это означает, что из четырёх закинутых в топку биг-маков лишь один используется для освещения, разгона, электропитания компьютеров и так далее, а остальные превращаются в тепло и нагревают корабль. Как перегнать это тепло в радиаторы? Использовать хладагент, вещество-теплоноситель.

В сущности, вся МКС — это один большой холодильник, где вода во внутреннем контуре охлаждается аммиаком во внешнем, после чего нагретый аммиак отправляется в радиаторы. Те, в свою очередь, пронизаны множеством трубочек, по которым он циркулирует, отдавая тепло внешней оболочке, а уже оттуда оно рассеивается в космос. Температура радиаторов составляет примерно 100–13 °C.

Совершенно очевидно, что в случае Звезды Смерти потребуются огромные площади охлаждающих панелей, и ещё более очевидно, что панели эти будут очень уязвимы перед нападением подлого врага. Ну в самом деле, одна ракета в основание — и целый пласт радиаторов улетает в космос. Да что там в основание, можно тем же ведром гаек продырявить панели, рассечь трубочки, и хладагент потечёт наружу. Он же ещё и под давлением, причём на МКС давление аммиака — 10 атмосфер. Если шальная пуля пробьёт трубопровод, фонтан будет знатный.

Помните, какая жара стояла в помещении для Заряжающих из «Билл, герой галактики»? То-то же.

Решение этой проблемы лежит во всё том же законе Стефана-Больцмана. Интенсивность потери тепла излучением зависит от температуры, причём в четвёртой степени. Поэтому можно оставить радиаторы той же площади, но увеличить температуру хладагента — и мощность повысится в разы, а кроме того, охлаждающие панели начнут красиво светиться в космосе багровым цветом. Конечно, аммиак для этих целей уже не будет годиться, да и разогреть эту конструкцию до тысяч градусов сложновато, но вполне можно придумать хреноптаниум. Выглядеть это может примерно так:

Охлаждение при этом требуется не только МКС и Звезде смерти: шаттлы, например, в космосе всегда летали с открытыми створками грузовых отсеков — там находились радиаторы. Однако в целом для маленького корабля в условиях отсутствия мощных тепловыделяющих систем на борту эта проблема стоит куда менее остро, особенно где-нибудь на орбите Юпитера, где солнце жарит не так сильно.

К сожалению, в фантастике понятие «радиатор» отсутствует полностью. Фактически я могу припомнить радиаторы только у Кларка в «Космической Одиссее» (мистер Кларк был тем ещё заклёпочником), да и то в фильме Кубрик их потерял, и в «Аватаре» Кэмерона (именно оттуда взята картинка выше). Зато сейчас в космофантастике очень часто пишут про тот самый космический холод — я встречал рассказы, где сюжетообразующим элементом было мгновенное промерзание корабля из-за разгерметизации. Ну що тут можна сказати ¯\_(ツ)_/¯

Забавно, но в фантастике практически всегда на кораблях существует искусственная гравитация, причём в 99 % случаев она создаётся неведомой фигнёй — вещь эта настолько тривиальная, что об источнике гравитации многие авторы космоопер даже не упоминают. Есть и есть, какая разница? Книга-то о другом.

Если не рассматривать всякие чисто фантастические штуки, вариант тут один-единственный — использовать вместо гравитации центробежную силу инерции, то есть заставить корабль вращаться. Как несложно догадаться, вектор будет всегда направлен от центра вовне, причём чем ближе к оси вращения, тем меньше будет искусственная гравитация. Крайне кошерно это описано у Хайнлайна в «Пасынках вселенной», где на верхних палубах корабля поколений (на самом деле они внутренние, просто жители поднимаются к ним супротив силы тяжести) царит невесомость. Сам корабль представляет из себя вращающийся цилиндр, и большинство народу живёт ближе к ободу. При этом, по сути, на саму идею это никак не влияет, но до чего же круто смотрится!

Естественно, в таком случае гравитация будет постепенно ослабевать от обода к оси (как и описано у Хайнлайна). поэтому для рациональности стоит сделать корабль не цилиндром, а тором, т. е. бубликом, примерно так:

Тогда убивается сразу целый зоопарк зайцев: в центр уезжают опасные для экипажа системы вроде АЭС, термоядерного двигателя и так далее, а хомо сапиенс живут в условиях более-менее постоянной силы тяжести.

С какой скоростью должен вращаться тор? Тут стоит сделать отступление в сторону теоретической механики: создаваемое вращением ускорение (сила тяжести) зависит от квадрата угловой скорости и от радиуса. Соответственно, бублик радиусом 1 км нужно закрутить со скоростью примерно 0,9 оборота в минуту. Линейная скорость обода не имеет значения — аборигены её всё равно ощущать не будут. Разумеется, если обод внезапно не остановится.

Об этом тоже в фантастике никто не задумывается (пожалуй, хватит уже повторять эту фразу). В лучшем случае там упоминается что-то вроде «Дорогая, становится жарковато, пойди, выключи ядерный реактор», и всё. Ну да оно и понятно — смысл описывать энергосистемы имеется только в том случае, когда это нужно для взрыва Звезды Смерти. Напомню, там подлый Скайуокер уничтожил шедевр инженерной мысли, поразив реактор протонной торпедой. Естественно, энергетическая установка — самое уязвимое место корабля, даже если она не склонна взрываться.

Это Кларк мог позволить себе описывать в «Космической одиссее» весь космический корабль как он есть, ну да на то он и классик. Впрочем, и сегодня всё зависит от жанра и структуры книги. В космоопере пофиг, где корабль берёт энергию для своих систем, в научно-фантастическом хорроре, где на этом же корабле завёлся Чужой или некроморфы — уже нет. Более того, устройство корабля можно и нужно гармонично вплетать в сюжет — например, в Dead Space протагонист мотается по всему кораблю, и действительно создаётся иллюзия присутствия, особенно учитывая выходы на поверхность, в разгерметизированные отсеки и так далее.

Итак, по порядку:

1. Солнечные батареи. Наиболее популярный на сегодня источник питания для КК, потому что халява. Солнечные батареи не требуют расходников, в космосе свет не поглощается атмосферой, благодать, в общем.

Минус — низкая мощность: конечно, техника не стоит на месте и КПД постоянно растёт, но даже с фантастическим КПД в 50 % (нынче рекорды — около 30 %) потребуются целые поля, чтобы обеспечить энергией Звезду смерти. Вот, например, относительные размеры панелей на МКС (плохо заметные пластины в центре — это радиаторы:

Эти поля, разумеется, будут очень уязвимы для космического мусора и подлых врагов. Кроме того, уже за орбитой Марса толку от солнечных батарей становится немного: эффективность их падает пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Уехали вдвое дальше — энергии получаете вчетверо меньше.

Кроме того, панели уязвимы для космической пыли и термических нагрузок — последнее справедливо для околоземных орбит, где аппарат попеременно летает то в тени, то на солнце. Из-за изменений температуры его конструкции расширяются и сжимаются, что постепенно приводит к разрушению. Кроме того, при перегреве эффективность фотоэлементов падает.

3. Топливные элементы. В сущности, это обычный генератор, разве что работает он всё-таки не на бензине, а обычно на водороде. Для небольших кораблей наряду с аккумуляторами — самое то.

2. Радиоизотопные источники электричества. Не уступает по популярности солнечным батареям, но используется для полётов в дальний космос, то есть там, где солнечные батареи бесполезны. «New Horizons», «Пионеры», «Вояджеры» — все эти зонды использовали радиоизотопные термоэлектрические генераторы (есть, впрочем, и другие виды, помимо термоэлектрических). В отличие от АЭС, это устройство использует энергию не цепной реакции, а естественного деления ядер. Как результат — низкая мощность и большое время работы, по сравнению с которым даже аккумулятор Nokia 3310 годится в айфоны. Для автоматических зондов, впрочем, мощности хватает, тем более что установка вполне компактна. Взорваться РИТЭГ не может, а вот порадовать экипаж серьёзной дозой радиации при разрушении корпуса — ещё как.

3. Ядерный реактор. Тут надо понимать, что стандартный ядерный реактор, вообще говоря, получает электричество тем же самым путём, что и любая ТЭЦ, то есть разогревает воду до состояния пара и крутит этим паром турбины. В космосе это малоприменимо из-за описанных выше проблем с охлаждением: на Земле можно построить градирню (это те самые огромные башни АЭС, из которых валит «страшный дым», который на самом деле пар) или использовать водоёмы, в космосе — извините. Поэтому применяют термоэлектрические преобразователи — фактически то же самое, что и в РИТЭГах, только мощность выше.

Естественно, есть концепты и даже реальные прототипы АЭС относительно небольших размеров. Более того, экспериментальные ядерные реакторы — например, SNAP-10A или советский «Бук» — уже выводились на орбиту и нормально там работали, а сейчас в США разрабатывается реактор Kilopower для работы на Марсе. Смысл они имеют в основном в случае энергообеспечения Звёзд смерти и баз на пыльных тропинках далёких планет, особенно того же Марса, где нет ни нефти, ни угля, да и воды тоже нет. Для небольших кораблей это всё равно что гоняться с кувалдой за тараканами.

Это целый комплекс самых разных устройств. Назначение у них у всех, как сообщает капитан Очевидность, заключается в поддержании определённых условий внутри корабля, чтобы тушки космонавтов долетели до цели в более-менее живом состоянии, и опционально не испытывали в ходе полёта неприятных ощущений. Для этого у нас есть целый ГОСТ 28040-89 (да, всё стандартизированно). Ну и по порядку:

1. Системы обеспечения газового состава атмосферы. Это не только регенерация кислорода: это удаление из воздуха углекислого газа и пыли, контроль утечек, контроль примесей, например, дыма, и так далее. На одного человека требуется в среднем 0,96 кг кислорода в день.

Вариантов его пополнения на борту несколько. Первый и самый очевидный — это баллоны со сжиженным кислородом, привозимые с Земли. Именно на этом строились системы жизнеобеспечения практически на всех пилотируемых кораблях. Кроме того, в любом случае всё равно запас кислорода следует держать на борту — на случай отказа других систем. Второй способ, применяемый ныне на МКС — это электролиз воды, которая разлагается на водород и кислород. Он достаточно эффективен и несложен, хотя требует затрат электроэнергии.

Третий — это полностью замкнутый цикл, но о нём чуть позже.

Помимо углекислого газа, воздух может загрязняться микропримесями — метаном, угарным газом, углеводородами, аммиаком, озоном и так далее. Всё это удаляется с помощью сорбционно-каталитических процессов (просто выбросить грязный воздух в форточку не выйдет), т. е. воздух прогоняется через фильтр, заполненный химпоглотителем и катализатором, после чего возвращается обратно в комнаты, а фильтрующие вещества после отработки ресурса выбрасываются в космос. Люди — они такие, мусорят везде, где могут.

2. Системы климат-контроля. О терморегуляции всего корабля я уже писал, ну а эти приборы обеспечивают приемлемую температуру, давление и влажность воздуха.

3. Система контроля микрофлоры. Ну и фауны, конечно. Весь летящий на МКС груз (впрочем, как и вообще все космические корабли) по понятным причинам всегда проходит полную дезинфекцию, однако убить абсолютно все микроорганизмы в нём невозможно. В любом случае все эти колонии начнут плодиться и размножаться, так что однажды придётся почесать репу и заняться очисткой. Делается это сейчас с помощью электростатических фильтров: воздух прогоняется сквозь мощное электрическое поле, которое уничтожает вирусы, бактерии, споры плесени и тому подобную дрянь.

Исследования показывают, что в отсутствие обеззараживающих устройств в замкнутом пространстве МКС начинают размножаться плесневые грибки, в том числе аллергические, и бактерии — анализы в японском модуле «Кибо» обнаружили даже легионеллу. Большинство незваных гостей являлись обычными для человеческого организма и были занесены экипажем, но не легионелла. Однако в любом случае воздух и поверхности космической станции сопоставимы по уровню чистоты с операционной, так что даже в случае полного отказа систем микробиологического контроля у экипажа будет достаточно времени, чтобы их наладить.

Стоит также отметить, что в наши дни существует такое понятие, как планетарная защита. Заключается оно в том, что нельзя загрязнять небесные тела земными микроорганизмами, в особенности те, где по идее могут существовать собственные виды. Эксперименты показали (и показывают), что споры и бациллы могут сохранять жизнеспособность в космическом пространстве очень долго (год и более), более того, эти мелкие падлы ещё и пытаются приспособиться к изменению условий. Так что занесение на Землю жизни из космоса вполне вероятно.

4. Система утилизации отходов (да, космонавты тоже какают). Из мочи полностью удаляется вода, после чего все твёрдые отходы тоже отправляются летать в околоземное пространство. Люди загаживают орбиту в прямом смысле этого слова, а будь высушенные человеческие какашки потвёрже, и возникла бы неиллюзорная опасность получить пробой в обшивке из-за столкновения с ними.

5. Регенерация воды. Так как каждый грамм поставок на борт МКС стоит дорого, приходится уподобляться персонажам «Дюны» и собирать всю лишнюю воду. Моча, как уже было сказано выше, испаряется, атмосферная влага конденсируется, и так далее. Норма расхода воды — 3–4 литра в день на человека, однако из них лишь небольшая часть теряется безвозвратно, всё остальное (93 % на сегодня) возвращается в цикл. Кроме того, питьевая вода йодируется — для обеззараживания. Болеть в космосе нельзя.

Что там в фантастике? Э-э, ну-у-у… как бы, это… всё тлен, короче.

На сегодня полностью замкнутый цикл на практике пока не используется — МКС по-прежнему зависит от поставок с Земли, в первую очередь это касается еды. Однако экспериментальные проекты уже разрабатывались и достигли некоторых успехов.

Советский эксперимент «БИОС-3» включал в себя помещения общим объёмом 315 кубических метров, как неплохая квартира. Регенерация кислорода и удаление углекислого газа в атмосфере производились с помощью хлореллы — микроскопических водорослей, кроме того, зэки… простите, экспериментаторы выращивали гидропонном методом целый список высших растений — для еды. Естественно, если мы говорим о будущем, все подобные овощи будут ГМО: их потребуется максимально адаптировать для космических условий, что включает в себя повышение калорийности, неприхотливость, снижение доли несъедобной биомассы и так далее.

Тут стоит сделать отступление: гидропоника, как следует из названия, означает выращивание растений не в грунте, а в питательных растворах. Почему-то многие об этом забывают и описывают внутри кораблей настоящие поля, хотя это гораздо сложнее, ненадёжно и по сути бессмысленно.

Полной замкнутости вообще во всём, скорее всего, достичь не удастся: для этого потребуются дополнительные объёмы пространства и мощности, а иногда слишком сложные циклы, так что в итоге всё равно придётся поставлять что-то с Земли. Однако если мы говорим о корабле поколений, то теоретически обеспечить минимальные нужды его жителей — в воздухе, еде, витаминах и микроэлементах — вполне возможно. Во всяком случае, на МКС уже выращивали салат, и сейчас идут разработки по созданию систем оранжерей в условиях микрогравитации, читай — невесомости. То есть прокормиться можно.

Космический скафандр в целом предназначен для одной-единственной вещи: не дать человеку откинуть копыта в безвоздушном пространстве. Всё остальное — опционально. Удобства в том числе, так что скафандр — это отнюдь не лёгкая одежда для развлечений. Можно посмотреть, например, видеосъёмки поведения американских астронавтов на Луне: даже при пониженной гравитации они двигаются весьма неуклюже и осторожно. Из-за низкого давления снаружи скафандр раздувается (это при том, что в самом скафандре — 0,4 атмосферы), что при его массе создаёт серьёзные неудобства — рыцари в доспехах двигаются куда ловчее и быстрее, чем космонавт. Немало весит и ранец СЖО (систем жизнеобеспечения).

Естественно, структура костюма зависит от целей. Например, лунные скафандры экипажей «Аполлонов» состояли из внутреннего костюма с системой охлаждения на водной основе, основной оболочки из тринадцати слоев материала (нейлон с неопреном, алюминиевый майлар, дакрон, полиамидная ткань и внешний огнестойкий слой) и внешнего покрытия. Скафандры для выхода в открытый космос, наподобие советского «Орлана», выглядят уже иначе — они менее громоздки, хотя, к примеру, нынешний российский «Орлан-МК» весит 120 кг. А есть и скафандры для работы в самом корабле, например, американский оранжевый Advanced Crew Escape Suit — именно в нём позируют астронавты, летавшие на «Шаттлах», или советский «Сокол», в котором после прекращения эксплуатации шаттлов спускаются на бренную землю члены экипажа МКС. Они служат для обеспечения защиты человека в случае разгерметизации и прочих нехороших вещей, и носятся только во время полёта, стыковки и расстыковки. К слову, судя по внешнему виду, в эту же категорию относится гламурный скафандр SpaceX.

Всем известны сцены в некоторых фильмах, где космонавт-астронавт разбивает стекло гермошлема и потом красиво задыхается, или вдруг обнаруживает, что дышать можно, или ещё что-нибудь такое. Канонический пример — «Чужой», разумеется. Так вот, это ерунда: стёкла шлемов делаются из поликарбоната лексана, то есть из натурального бронестекла. Никакой лицехват при всём желании не смог бы его пробить, да и взрослый Чужой тоже. С другой стороны, а как тогда можно было бы обосновать его приземление на лицо любопытного землянина?..

Не стоит забывать и о светофильтре. Обычные шлемы лётчиков имеют затенение в виде покрытия поверхности стекла слоем серебра, однако в космосе интенсивность излучения гораздо выше, поэтому стёкла скафандров покрывают чистым золотом. И это далеко не самая дорогая часть снаряжения, если что.

Скорее всего, в будущем скафандры сохранят свои основные недостатки, т. е. громоздкость, неудобный ранец системы жизнеобеспечения и так далее. Однако если мы говорим о фантастике, то там внешний вид и сюжетные надобности гораздо более важны, чем достоверность (тем более если речь идёт о будущем). Так что, на мой взгляд, можно смело описывать гламурные костюмчики а-ля SpaceX и не париться. Разве что ранец СЖО забывать не стоит.

Тема анабиоза изъезжена в фантастике вдоль и поперёк. В девяти случаях из десяти при этом используется старая добрая заморозка, а иногда авторы выкручиваются и пишут «гипносон» или прочую фигню в том же духе. Оставив гипносон гипносистам, давайте посмотрим на реальность.

Естественно, речь идёт об анабиозе человека. Более простым существам и в анабиоз впадать проще, собственно, на факте его существования строится гипотеза о возможности замедления жизнедеятельности человека.

Зачем нужно именно замораживать? Всё очень просто: скорость любой химической реакции зависит от температуры. При её снижении реакция замедляется, а значит, замедляются и биохимические процессы в холодной тушке хомо сапиенс. В гипотермическом диапазоне, т. е. температуре тела выше нуля, уже проводились эксперименты на кошкахсвиньях и даже почти успешно — для этого кровь частично заменяли охлаждённым физиологическим раствором. Однако неизвестно, какие последствия для мозга и сознания человека это повлечёт. Как фантдоп, впрочем, оно вполне годится, но на коротких отрезках — жизнедеятельность замедляется, но не останавливается.

Другое дело — криогеника. Здесь возникает опасность некроза тканей: при замораживании грани кристаллов льда (а в тушке хомо сапиенс, напомню, немало воды) разрывают клетки, приводя к их гибели. Надёжных способов перевести жидкость в аморфное состояние, не убив при этом человека, сегодня не существует. Но, в принципе, право на жизнь эта идея имеет.

Ещё один вариант — это химический анабиоз. Такой описан у Уоттса в «Ложной слепоте», основан он на химических ингибиторах, замедляющих физиологические процессы. Конкретно это сероводород: опыты на мышах показали, что присутствие в воздухе крошечной дозы сероводорода приводит к гибернации, после которой мыши полностью восстанавливались. Правда, опыты на крупных млекопитающих закончились ничем, но кто знает, что будет дальше?

В пределах Солнечной системы навигация предельно проста: все возможные цели полёта находятся в поле зрения, так что вопрос, куда и как лететь, лежит скорее в области выбора оптимальной траектории, и не более того. А вот в случае межзвёздного полёта всё несколько сложнее.

Ориентироваться, разумеется, можно только по звёздам и квазарам. Других вариантов в нашей реальности попросту нет.

Представьте себе, что вы оказались в любой точке космоса в пределах, скажем, 200 световых лет от Земли. У вас есть корабль, позволяющий мгновенно перемещаться (прыгать в варпе) на расстояния от нуля до, скажем, 20 световых в любом направлении. Энергетические затраты и всё остальное во внимание не принимаем. Как определить, где вы находитесь и куда лететь?

Для этого нужно вооружиться радиотелескопом, сенсором, позволяющим точно определить светимость объекта на небе, и звёздным каталогом. Ну и калькулятором, разумеется. Далее действия навигатора выглядят так:

1) определить с помощью радиотелескопа положение квазаров. Так как квазары находятся на расстоянии сотен миллионов световых лет от Земли, у них практически отсутствует параллакс, т. е. из любой точки в нашей Галактике они будут видны практически под одним и тем же углом друг относительно друга. Это позволяет использовать их в качестве опорных точек для последующих измерений.

2) определить спектр наиболее ярких звёзд. Спектр — это своеобразный паспорт звезды, позволяющий с высокой точностью её идентифицировать путём сравнения с каталогом и ближайшим звёздным окружением. Таким образом, не нужны никакие радиомаяки, которые часто описываются у фантастов, эту роль берут на себя звёзды и квазары.

3) далее по параллаксу звёзд относительно квазаров и с помощью радиоизлучения этих квазаров можно определить точное положение корабля (относительное, разумеется), после чего определить, где должна находиться искомая звёздная система. Зная видимую величину и подсмотрев в каталоге абсолютную, можно с помощью обычного инженерного калькулятора легко определить расстояние до звезды и полететь к ней. Прыжков, однако, потребуется по меньше мере два: один длинный, основной, и один корректирующий, так как вряд ли у вас получится строго выдержать направление и угадать расстояние с должной точностью, учитывая собственное движение звезды, ограниченность скорости света и так далее. Впрочем, это меньшее из зол.

К сожалению, звёздная навигация редко упоминается в НФ и в космоопере, а если упоминается, то часто там пишут такую вот ахинею:

Звучит наукообразно, непонятно, а значит — круто. На самом деле проблемы книжных аборигенов по поиску Земли смотрятся откровенно смешно, учитывая, что они могли посещать Землю через гиперпереходы. Это ведь так просто — измерить спектроскопом излучение Солнца, или тупо посмотреть его в земных справочниках, определить спектр ближайших звёзд, а потом вооружиться мощным телескопом и найти Солнце уже на своём небе. После этого достижение цели не должно представлять особой проблемы. Впрочем, это далеко не единственная претензия к логике книги, кроме того, вспоминаем старое правило: читатель редко обращает внимание на такие мелочи.