её упускают. Но если жизненного пространства в избытке, чего же может показаться мало?
Базовые потребности
Материал для строительства, энергия для работы, а также все наукоёмкие биологические, механические, электронные и прочие высокотехнологичные производства определяют возможность любого освоения космоса.
Для полноценной жизни требуется космический объект с полноценной биосферой, техносферой, средствами отвода мусорного тепла и эффективным космическим транспортом.
Его «узкое место» вполне очевидно.
Ключевые проблемы
Тепло и гравитация – пара основных физических ограничений космического строительства. Эффективными оказываются сравнительно малые (относительно планет), но крайне многочисленные космические города в составе роя Дайсона.
Они эффективно поглощают солнечную энергию, а потом столь же эффективно излучают мусорное тепло в космическую пустоту. Это главная причина высокой жизнеспособности роя Дайсона как технического решения.
Мошка в зенице господней
Облако из космических городов, бескрайних полей солнечных электростанций, лазерных массивов и прочих объектов искусственной техносферы в долгосрочной перспективе освоения Солнечной выигрывает у всего.
Даже орбиталища Бэнкса и мир-кольцо – больше стильные решения, чем практичные, они созданы правилом крутизны в противовес трезвомыслию и расчёту хотя бы в первом из приближений.
Вершина эволюции
Полноценный рой Дайсона видится логичной вершиной эволюции любой звёздной системы, пригодной к долгосрочному обитанию технологической цивилизации.
Именно поэтому разница между типами цивилизации по Кардашеву заключается в основном том, какой процент солнечной энергии доступен цивилизации на базе уже построенных индивидуальных единиц роя – от примерно всего земного на первом типе, до всего солнечного на втором и всего галактического на третьем.
В начале было облако
На заре творения Солнечная формировалась из газопылевого облака. Преимущественно водорода и гелия, но более плотные материалы сбивались в комки достаточно большого размера, чтобы обзавестись заметной гравитационной силой.
Это притяжение ускоряло формирование и рост комков материи. Они буквально вычищали орбиты – словно огромные гравитационные пылесосы.
Самый большой и тяжёлый кластер подобных объектов в какой-то момент вспыхнул Солнцем. Остальные либо упали в него, либо обрели долговременную стабильность на орбитах – как планеты, луны, кометы и астероиды.
Цена материи
Для подъёма из гравитационного колодца планеты или Солнца нужно затратить энергию. Чем больше объект, тем больше энергии отдала материя на его формирование, и тем больше нужно заплатить, чтобы оторвать килограмм обратно в космос.
Наше Солнце получило столько энергии в форме гравитации, что солнечная шахта потребует энергоёмкую и высокотехнологичную мегаструктуру только для того, чтобы начать работать.
Гравитационный разогрев
Сжатые взаимным притяжением материи планеты стремительно раскаляются. Это главная причина того, почему даже у сравнительно давно сформировавшейся Земли есть горячее до стадии жидкого расплава ядро.
Кинетическая энергия падения новых частей материи в гравитационный колодец становится тепловой.
Сила тяжести
Энергия гравитационных связей массивного объекта растёт согласно квадрату его массы. Ослабевает она с ростом его радиуса. Поскольку с увеличением радиуса масса растёт согласно его кубу, планета вдвое большего радиуса обладает восьмикратно большей массой.
Из чего простое следствие.
Шахта на поверхности
Лучшая космическая шахта – на поверхности. Астероиды и малые луны позволяют буквально стрелять в космос из электромагнитной катапульты добытой с них материей.
Их транспортная связность заведомо выигрывает у любых сравнительно массивных объектов. И чем физически больше объект – тем больше выигрыш.
На многие порядки больше!
Оплата счетов
Даже космический полёт за счёт электричества имеет свою цену. У сравнительно малого космического тела – сравнительно малое притяжение. Для отлёта достаточно низкой тяги, а значит – и очень слабого лазерного паруса с постоянным ускорением.
То есть, космический город-миллионник позволяет себе абсолютно земные условия в жилом объёме, но чудовищно меньшие затраты на транспортную связность – как с ближними, так и с дальними соседями.
Наглядная иллюстрация
В зависимости от модели, энергия притяжения Земли исчисляется как 2 на 10 с 32 нулями джоулей. Это в триллион раз больше энергопотребления современной человеческой цивилизации или в полмиллиона раз больше секундной выдачи солнечной энергии.
Так что, когда вам показывают, как Звезда смерти разносит Альдераан на куски – именно такой порядок энергии улетает в работу за время уничтожения планеты на экране.
Ярче полумиллиона солнц
Даже построенная специально для военных нужд часть роя Дайсона, чтобы испарить планету, должна вваливать энергию точно в цель на протяжении недели.
Поскольку же любое оружие в космосе – разновидность двигателя, чисто логистические проблемы работы с планетарной материей в конечном итоге те же самые – плюс дополнительные затраты на малую эффективность процесса и его физическую длительность. Гравитационная помеха взлёту из планетарного колодца притяжения определяется в том числе временем этого взлёта.
Мусорное тепло
Ракетные двигатели, электромагнитные фонтаны и другие средства доставки материи в космос выделяют мусорное тепло. Эффективность его рассеивания планетой тоже ниже, чем у выделенного космического радиатора.
Большое количество мусорного тепла напрямую влияет на качество жизни в местных условиях. Иными словами, это ещё один аргумент в пользу жизни в космосе вместо планет.
Время теплоотвода
Процесс демонтажа землеподобной планеты без сильного роста местной температуры займёт буквально миллионы лет – при естественном излучении тепла в космос.
Поскольку испарённую планету довольно затруднительно улавливать для обработки, проще учесть в проекте траты на принудительное охлаждение и дополнительные средства рассеивания тепла. Например, за счёт большой системы орбитальных колец и электромагнитных фонтанов.
Демонтаж Юпитера
Планета в 300 раз массивнее Земли, хотя значительно менее плотная и куда большая по линейным размерам требует в 10 000 раз больше энергии. То есть, эквивалент 200 лет полной выдачи солнечной энергии. Цена за килограмм материи превысит земную в 30 раз.
А теперь посмотрим, сколько десятков тысяч юаней стоит один килограмм на околоземной низкой орбите по современным рыночным ценам – и прикинем разницу затрат в современной нам валюте.
Обратная сторона гравитации
Но есть и хорошие новости. Земная Луна формально числится в списке из 20 самых массивных объектов Солнечной. Это верхние позиции списка из буквально миллионов известных достаточно крупных тел на стабильных орбитах.
Энергетическая цена подъёма килограмма с поверхности в 20 раз дешевле земной. Или в 700 раз дешевле, чем с Юпитера.
Абсолютные тяжеловесы
Наше Солнце обладает гравитационной энергией примерно в миллиард раз выше земной. На то, чтобы демонтировать Солнце нужна примерно 1/500 всей его энергии за всё предполагаемое время существования звезды.
Для белых карликов и нейтроннных звёзд эти цифры ещё хуже. Ну и разумеется, чёрная дыра успешно проламывает верхнюю границу энергозатрат. Современная нам физика исключает возможность её демонтажа полностью.
Типичные легковесы
Астероид на 6-7 километров радиуса, типичный привлекательный центр большой космической стройки, обладает массой в миллиард раз меньше земной. Для его разборки потребуется одна миллионная часть одной миллиардной части цены демонтажа Земли. Цена за килограмм в миллион раз меньше земной.
Нужно ли после такого лишний раз уточнять, почему для полноценного освоения и заселения космоса астероиды настолько привлекательны?
Природное ограничение
Масса пояса астероидов в тысячу раз меньше земной. Основная часть этой массы находится в составе Цереры и примерно десятка прочих крупных астероидов.
Остальное размазано очень тонким слоем по миллиону других астероидов.
Процесс освоения
Разумеется, экономический процесс освоения Солнечной начинается самыми дешёвыми и доступными материалами. Это луны и астероиды. Но они – только начало.
Процесс заселения системы диктует потребность двигаться и дальше. Разбирать всё более массивные планеты. И, в какой-то момент, начать поднимать солнечную материю. Правда, есть пара оговорок.
Мелким шрифтом
Нюанс первый – энергетическая цена подъёма и денежная цена – две разных цены. Умножать что-то на современную цену за килограмм – значит, бессмысленно жонглировать цифрами. Учесть дополнительные расходы на технику, рабочие часы и проектирование систем можно лишь очень грубо и очень приблизительно.
Нюанс второй – доступность энергии. Добыча солнечной материи с поверхности Солнца, наверное, самая выгодная по доступности энергии деятельность подобного рода. Да, энергии нужна прорва, но эту самую энергию производит Солнце под боком.
Относительные цены
Запустить массу в форме ракеты на орбиту энергетически сложнее и дороже, чем выплавить из руды на Земле материалы той же массы, что и полезная нагрузка этой ракеты. На лунах это меняется. Цена плавки, очистки материала и обработки становится заметно выше местных космических транспортных расходов.
Даже огромная по меркам пояса астероидов Церера обладает скромным полукилометром в секунду скорости убегания. Это кинетическая энергия в 125 000 джоулей за килограмм. В 500 раз ниже кинетической энергии убегания с Земли.