Корабль тороидальной формы — один из самых распространённых вариантов обитаемой космической станции на 10 000 жителей и больше. Такие станции есть в «Стартреке» и других произведениях НФ. Форма тора идеально подходит для создания искусственной гравитации 1G и комфортной жизни большого города.
Первым такую конструкцию предложил Константин Циолковский в 1895 году, но описал её достаточно условно. В начале 20 века конструкция была тщательно доработана немецкими инженерами, а сейчас есть уже несколько почти официальных проектов, созданных при участии НАСА.
Колонизация космоса
Идея колонизации космоса уходит корнями в мифы и легенды древних цивилизаций. Но первое реальное упоминание космической колонии в литературе датируется 1869 годом, в романе Эдварда Хейла «Кирпичная луна». Там колония в космосе возникла случайно:
Кирпичную сферу планировали запустить на орбиту пустой параллельно меридиану как ориентир для навигации мореплавателей (по плану были четыре таких «маячка» на земной орбите), но она слишком рано скатилась на катапульту — и полетела в космос вместе с множеством рабочих внутри. К счастью, у рабочих оказалось достаточно еды, кислорода и запасов (даже несколько куриц), так что они решили навсегда остаться жить в космосе, поддерживая связь с Землёй с помощью азбуки Морзе. В конечном итоге обитатели спутника были довольны жизнью, свободной от тягот цивилизации.
Следующие описания космических колоний можно найти в романах Жюля Верна «Гектор Сервадак» в 1878 году и Курда Лассвитца «На двух планетах» в 1897 году.
По сюжету первого романа французский капитан Гектор Сервадак и его денщик, проходящие службу в Алжире, неожиданно теряют сознание от сильного сотрясения почвы. Придя в себя, они оказываются в совершенно новом мире, где солнце встаёт на западе, сутки сократились вдвое, а сила притяжения уменьшилась в шесть раз. Оказалось, что комета столкнулась с Землёй и унесла с собой её осколок.
В романе Лассвитца трое немецких учёных отправились на воздушном шаре к Северному полюсу, где заметили здание странной формы. Затем шар попал в действие антигравитационного поля, между зданием и кольцевой станцией на околоземной орбите точно над полюсом. Как выяснилось, станцию ещё в 1850-е гг. построили марсиане, чтобы внедрить на Земле новые технологии и подтянуть местных жителей до своего уровня развития, чем они и занимались полвека...
Первое серьёзное описание космической станции датируется 1895 годом и принадлежит перу учёного и изобретателя Константина Циолковского. В фантастическом очерке «Грёзы о земле и небе» он описывает туземцев, которые живут на астероидах в Солнечной системе (в поясе астероидов). Вокруг каждого обитаемого астероида вращается кольцо, получающее энергию от Солнца:
«Вокруг этой, так же точно, как и вокруг меньшей планеты, вертится живое кольцо, получающее от Солнца энергию, достаточную для поддержания существования 20 миллиардов жителей. Его население превышает население планеты в 25 раз, а поверхность только в 6 раз. Плоскость кольца также всегда обращена «лицом» к Солнцу, и элементы его, значит, меняют своё движение по мере обращения своего вокруг светила. Диаметр диска раз в 5 больше диаметра планеты; его обитатели имеют постоянное общение с обитателями планеты».
Идея медленно разв��валась в течение следующих пятидесяти лет. В 1923 году Герман Оберт в монографии «Ракета в космическое пространство» рассмотрел потенциальные использования космических станций, отметив, что они могут служить платформами для научных исследований, астрономических наблюдений и наблюдения за Землёй. Он описал аппараты, которые можно вывести на орбиту вокруг Земли и использовать для передачи сигналов связи, наблюдения и установки больших зеркал для отражения света на Землю ночью, чтобы освещать города и регулировать погоду.
В 1928 году австрийский инженер Гвидо фон Пирке рассматривал систему из трёх станций: одна в ближней орбите, одна более удалённая и транзитная станция на промежуточной эллиптической орбите для связи между двумя другими. Он предположил, что они могут служить в качестве топливных депо для полётов в глубокий космос.
Интересно, что первая советская ракета на Венеру в точности скопировала траекторию, которую предложил Пирке в 1928 году:
Космические города-бублики
Концепцию станции в форме колеса изложил в 1929 году австро-венгерский офицер Герман Поточник, пишущий под именем Герман Нордунг и входящий в немецкое общество космических путешествий VfR (Verein für Raumschiffahrt). Станцию диаметром 30 м «Wohnrad» («Живое колесо») он предложил разместить на геосинхронной орбите. Наверное, это первый в мире серьёзный проект станции тороидальной формы, с детальным техническим описанием и иллюстрациями.
Жилой модуль «Wohnrad» («Живое колесо») был частью колонии из трёх станций, включая «Машинный дом» (Maschinenhaus) и обсерваторию (Observatorium):
Во время 2МВ космические станции изучались в Третьем рейхе в качестве потенциального оружия, а потом идея возродилась в 1949 году в виде концепции Гарри Росса — это была станция на геосинхронной орбите, которая соединяла вращающийся жилой отсек с невращающейся стрелой и космическим шаттлом (статья «Орбитальные станции», Journal of the British Interplanetary Society, Vol.8, pp.1-19, 1949).
Идею космической станции в США популяризовал инженер и ракетостроитель Вернер фон Браун, тоже бывший член VfR. В 1952 году он обновил колесо Нордунга, увеличил диаметр до 76 м и предложил орбиту на высоте 1730 км:
Примерно в то же время в 1952 году Артур Кларк опубликовал роман «Острова в небе», в котором речь идёт о более крупных станциях.
В 1961 году Кларк в другом романе «Лунная пыль» предложил размещать крупные станции в точках Лагранжа, где они сохранят фиксированное положение относительно Земли и Луны.
Стэнфордский тор
В 1975 году НАСА организовала конкурс в Стэнфордском университете, предложив студентам подумать над возможным дизайном космического города для будущих человеческих колоний в Солнечной системе и за её пределами. Среди предложенных вариантов были цилиндры, сферы Бернала и станции в форме тора.
Конструкция в форме тора затем более подробно описана в книге «Космические поселения» Джонсона и Холброу в 1977 году, и с тех пор она известна как стэнфордский тор. Это конструкция диаметром 1,6 км и толщиной 150 м, которая вмещает 10 тыс. поселенцев. Вращение тора создаёт в нём близкую к земной гравитацию.
На конкурсе НАСА в 1975 году было предложено детальное описание, как выглядит колония изнутри, как устроены различные помещения, сколько места занимает каждый модуль и сколько он весит, производительность сельскохозяйственных площадей и др.
Физиологические критерии:
Площадь общественного пространства по функциональным зонам:
Рацион питания станции рассчитан на 10 000 жителей средним весом 60 кг, по 2450 ккалорий (470 г углеводов и жиров и 100 г белка) и 21 л воды в день.
Спустя годы после оригинального проекта 1975 года различные художники сделали несколько рисунков стэнфордского тора. Также было предложено ещё несколько аналогичных проектов:
Экстерьер стэнфордского тора от Дона Дэвиса из НАСА:
Вот страница Википедии с чертежами стэнфордского тора из книги 1977 года:
В 1994 году под руководством д-ра Родни Гэлловэя при участии научных сотрудников и лаборантов Лаборатории Филлипса и Лаборатории Сандия, исследовательских центров ВВС США и Космического исследовательского центра Аризонского университета, было составлено объёмное руководство для проектирования космических поселений в форме тора (Galloway, Rodney G. ; Lokaj, Stanley. «Engineering, construction, and operations in space» (Proceedings of Space 94). Albuquerque, New Mexico: American Society of Civil Engineers, 1994, том I, стр. 249-569).
К сожалению, нам не удалось найти этот журнал в открытом доступе.
Борьба за точки Лагранжа
Ключевые точки в космосе для размещения городов, космических баз и других объектов — это точки Лагранжа. В динамической системе из двух массивных тел есть пять точек, в которых третье тело с пренебрежимо малой массой может свободно левитировать, то есть размещаться неподвижно. В этих пяти точках сумма гравитационных сил и центробежной силы, действующих на третье тело, равна нулю.
Космические корабли могут долго оставаться в этих зонах, практически не затрачивая топлива для корректировки положения, обеспечивая непрерывный обзор Земли и Луны.
Около Земли стратегический интерес представляют L1 и L2, за которые уже сейчас ведут борьбу США и Китай. Отсутствие атмосферных помех и близость к Луне делают точки Лагранжа удобной парковкой космических кораблей. Кто контролирует эти точки, тот имеет значительное преимущество в области космических исследований, связи и наблюдения.
L2 находится в 1,5 млн км за Землёй, примерно в четыре раза дальше Луны. Это идеальное место для чувствительных телескопов, таких как JWST. Китай уже отправил на L2 ретрансляторный спутник «Цюэцяо» для связи с луноходом «Чанъэ-4», который приземлился на обратной стороне Луны:
США также намерены отправить несколько миссий на L2, в том числе основать там обитаемую базу Gateway в конце 2020-х.
НАСА и Министерство войны США зафиксировали в официальных документах, что точки Лагранжа — часть соперничества между их США и Коммунистической партией Китая за «космическую инфраструктуру». Штаты стремятся стать первой страной, которая разместит постоянные объекты на всех точках Лагранжа, начиная с L2:
Хотя такое противостояние выглядит немного надуманным, ведь «точки» Лагранжа — это не точки, а огромные пространства в тысячи и миллионы квадратных километров, которые не являются стабильными, то есть постоянно перемещаются в пространстве. Места там много, а всем станциям всё равно придётся сжигать топливо для маневрирования:
Например, на телескоп «Джеймс Уэбб» было заправлено 168 кг гидразина и 133 кг тетраоксида диазота (окислитель). Когда в 2040-е годы топливо закончится, он уйдёт из зоны L2 примерно за 30 дней.
Возможно, вышеупомянутый документ для комитета Сената США составляли специалисты, далёкие от физики и космонавтики.
Города-бублики в точках L1−L5
Если планировать большие обитаемые базы по образцу стэнфордского тора, точки Лагранжа в Солнечной системе — самые логичные места для размещения таких объектов.
Эти города позволят сохранить образцы человеческой цивилизации на случай, если жизнь на Земле будет закончена. До этого момента города помогут выполнять различные вспомогательные миссии, которые невозможно выполнить с земной орбиты, например:
Большие космические корабли огромной лучше строить в космосе, потому что огромную массу корабля очень сложно поднять с Земли на орбиту, даже по частям.
Ловушки для пролетающих мимо астероидов с ценными минералами (миллионы тонн железа, золота, алмазов). Сюда же на точки L1−L5 можно буксировать пойманные астероиды.
Это отправные точки для исследования глубокого космоса, в том числе для будущих миссий на Марс и далее.
Другие страны тоже проявляют интерес к точкам Лагранжа, в том числе Европейское космическое агентство разрабатывают собственные миссии к этим стратегическим локациям. Уже сейчас там довольно оживлённо: см. список объектов в точках Лагранжа.
По мнению некоторых авторов, у обитаемой космической станции (например, в форме тора) есть ряд преимуществ по сравнению с колонизацией планет. Во-первых, на планетах слишком некомфортные условия: там нет магнитного поля, атмосферы, слишком холодно (Марс) или жарко (Венера, Меркурий), слишком низкая гравитация (Луна). Во-вторых, посадка на планету и старт с неё требуют больших энергетических и экономических затрат.
Колонию в открытом космосе и на орбите можно строить с использованием материала астероидов. Жизнь в городе-бублике должна быть комфортнее, чем на поверхности любой необитаемой планеты.
Остаётся подождать немного, когда самообучаемые космические ИИ-роботы научатся подтягивать и майнить астероиды, чтобы быстро строить такие объекты в космосе.
© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»
