От О том как благоустроить быт человека, работающего в условиях космического пространства, задумывались еще на заре космонавтики. Так, в научно-популярном журнале «Наука и жизнь» №10 за 1964 г. авторы статьи, будучи профессиональными архитекторами, довольно серьезно подошли к вопросу о том, как сделать максимально комфортным пребывание человека в космосе.
Обычно, когда говорят об архитектуре, подразумевают строительство зданий в земных условиях с проработкой экстерьера и интерьера. Но по мере дальнейшего освоения космоса, нарастает понимание того, что и там необходима грамотная организация жилого пространства.
Ведь задача архитектуры— в широком и правильном смысле этого слова — создание искусственной пространственной среды для деятельности человека, материальная организация пространства.
Архитекторы Б. Зайончковский, Л. Лавренов, В. Тарасевич в указанной выше статье прекрасно понимали, что со временем будет происходить рост размеров космических сооружений и дифференциация внутренних помещений: выделятся спальные места, санитарные узлы, кухня, рабочие и вспомогательные помещения (что уже заметно на примере МКС и предыдущей станции «Мир»). И без помощи архитекторов здесь уже не обойтись.
Конечно же, космическое пространство имеет свою специфику, которую необходимо учитывать при конструировании обитаемых сооружений.
Полеты в космос подтвердили, что человек может жить и работать в условиях невесомости.
Но при длительном пребывании человека в космосе желательно создать для него привычную, похожую на земную обстановку, мир, в котором есть и верх и низ. В этом могли бы помочь технологии создания искусственной силы тяжести.
Т.к. природа гравитации достаточно еще не изучена, то силу земного притяжения может заменить центробежная сила, ибо по биологическому действию инерциальные и гравитационные силы не отличаются друг от друга.
Величина центробежной силы зависит от скорости вращения и радиуса. Исходя из этого, можно подумать, что идеальной формой для космического объекта было бы тело, имеющее форму тора (или «бублика», знакомого многим по многочисленным фильмам и компьютерным играм).
Если космическая станция такой формы вращается вокруг собственной оси, то все ее помещения находятся в зоне, где искусственная сила тяжести имеет наибольшую величину.
Однако, при более детальном анализе выясняется, что тороидальная форма весьма далека от идеала. При незначительных размерах космической станции нагрузка на различные части тела космонавта будет неодинаковой. Известно, что центробежная сила, имитирующая силу тяжести, зависит от радиуса вращения. К примеру, внешний радиус тора, включающий и пол, на котором стоят ноги космонавта, равен 10 метрам. Пусть достигнута определенная скорость вращения станции, при которой ноги будут испытывать центробежное ускорение, равное 0,5 земного ускорения силы тяжести. При этом голова космонавта, с учетом его роста, будет находиться на окружности меньшего радиуса, т.е.10 метров минус рост человека. В итоге получается, что голова человека будет испытывать ускорение равное лишь 0,42 земного. Разница между весом ног и головы будет составлять 17%. Что довольно существенно! Если космонавт присядет или ляжет в постель, то голова будет становиться тяжелее, а этот фактор, в свою очередь, может оказать негативное влияние на здоровье члена экипажа.
Дабы избежать подобных неблагоприятных последствий, авторы статьи предложили строить модульные космические станции иных форм. К примеру, собирая цилиндрические модули в рамы или крестовины (см. изображение ниже).
В конструкциях подобных форм также имеются недостатки (не все помещения находятся в зоне максимальной величины искусственной силы тяжести). Однако, в каждой «перекладине» рамки человек сможет перемещаться в параллельном оси вращения направлении. В этом случае вестибулярные нарушения будут наименьшими. Но связь между жилыми отсеками должна осуществляться по самому неприятному направлению — радиальному.
Также, встает вопрос о способах связи между отсеками станции. Например, возникают трудности с расчетом размера лестниц — какие ступени должна иметь лестница? Обычная ступенька «земной» лестницы имеет размер 15X30 см.
Соотношение ширины и высоты ступени для любой лестницы определяется обычно по эмпирической формуле, которая учитывает такие факторы, как средний размер стопы, усилия человека при подъеме на определенную высоту, ширина шага, координация движений.
Но другое дело, когда величина силы тяжести в половину или даже в несколько раз меньше, чем на Земле.
Размер стопы, понятно, не изменится. А три остальных фактора — как отразится на них уменьшение силы тяжести? Во всяком случае, длина лестничного марша наверняка может быть большей.
А какие ступени будут лучше, когда сила тяжести по мере подъема по лестнице убывает, — одинаковые или разные?
Также, возникают вопросы и при расчете габаритов жилых помещений в условиях необычной силы тяжести.
Всемирно известный французский архитектор Шарль Ле Корбюзье, исходя из анализа пропорций человеческого тела, утверждал, что минимальный размер помещения, в котором может нормально чувствовать себя человек,— куб размером 2,28X2,28X2,28 м. Но сохранятся ли размеры этого куба при изменившейся силе тяжести? Например, если эта сила втрое меньше земной? Ведь характер движений человека изменится. Привычный толчок ноги, необходимый для того, чтобы сделать шаг на Земле, окажется достаточным для прыжка.
Свои требования к форме и конструкции космических станций предъявляет также и механика вращения.
Перемещения человека из одного отсека в другой сказываются на характере вращения станции, т.к. отсек, где находится космонавт, становится немного тяжелее. Что в свою очередь, изменяет положение центра тяжести всей конструкции. Причем, подобные эффекты будут наблюдаться и на станциях тороидальной формы и на станциях-«рамках». Поэтому с точки зрения механики выгодно, чтобы основная масса была вблизи оси вращения, то есть там, где центробежная сила близка к нулю.
Другими словами, жилые отсеки должны располагаться на периферии (у наружного края, где центробежная сила наиболее сильна), а тяжелое оборудование напротив — в центре вращения.
В следующей части статьи будет рассмотрен вопрос строительства лунных поселений.
