Пневмопочта на Марс
технологический прорыв XXI века

Пневмопочта. Первая линия пневматической почты появилась в Лондоне в 1853 году, а уже в 1898 году с её помощью в разных европейских городах доставлялись миллионы отправлений в год. Колоссальный объём, по тем временам. Активно развивавшаяся до середины XX века технология позже оказалась незаслуженно забыта. Мы хотим возродить её на совершенно новом уровне, с космическим размахом:

пневматическая почта на Марс - станет новым шагом в освоении Солнечной системы

На первый взгляд, проект кажется совершенно фантастическим. Да, он такой и есть. Это действительно фантастика, которая должна превратиться в реальность в ближайшие десятилетия.

Пневматическая почта на Марс - или Марсианская Воздушая Труба (МВТ) - позволит с минимальными затратами доставлять на Красную планету самые разнообразные грузы, полностью решая проблему колонизации.

Универсальность

Конечно, в эпоху развитых средств беспроводной электросвязи, информационные сообщения доставляются через радиоэфир, в том числе, и на Марс, где их получают роботы, отправленные землянами. Но попробуйте доставить по радио продукты питания или строительные материалы! Проблема! Даже на современном уровне развития технологий это - невозможно. А пневматическая почта успешно справляется с таким задачами, с её помощью можно пересылать самые разннобразные грузы: яблоки, комплекты монтажных болтов, чугунные молотки, рулоны ткани, а не только распечатки договоров и письма. В этом - одно из ключевых преимуществ технологии.

Простая основа

Вспомним базовые физические принципы, лежащие в основе работы пневматической почты. Транспортной артерией служит особая труба, внутри которой силой воздушного давления перемещается капсула с полезным грузом. Первые системы пневмопочты имели короткие трубы, однако физических ограничений на длину трубы нет - пневмопочта работает на огромных расстояниях, что уже доказано на практике. Так, в августе 2009 года пневмопосылка успешно преодолела расстояние около 1300 километров внутри газопровода. Газопровод не является специализированной пневмопочтовой трубой, тем не менее, отправление было успешно доставлено за пять дней. Это только подчёркивает перспективы, возникающие после воскрешения технологии пневмопочты.

Синтез технологий

Основные идеи, стоящие за пневмопочтой, были известны ещё древним грекам. В середине 19 века пневмопочта бурно развивалась, несмотря на то, что использовала отсталый, по сравнению с современностью, технический базис. Во втором десятилетии XXI века появилось большое количество новых технологий производства, принципиально новых материалов и методов проектирования - сто лет назад о таких возможностях инженеры даже не мечтали.

Сверхсовременные технологии, которые мы планируем положить в основу проекта марсианской трубы, позволят воплотить идею с максимальной эффективностью:

  • конструкционные метаматериалы, специально разработанные для марсианской пневмопочты, придадут трубе необходимую прочность и заданные свойства (см. ниже);
  • новейшие методы проектирования, использующие современное программное обеспечение и облачные суперкомпьютеры, позволят точно рассчитать всю конструкцию (см. ниже);
  • полностью автоматизированное производство - практически гарантирует непрерывный процесс строительства трубы в течение всего многолетнего (см. ниже) срока штурма межпланетного пространства;
  • перспективные математические алгоритмы моделирования сложных систем помогут осуществлять управление трубой, введённой в эксплуатацию;
  • мы отдельно не упоминаем нанотехнологии, которые уже стали настолько обыденным явлением, что, естественно, используются при возведении трубы и дальнейшем её обслуживании повсеместно, как нечто само собой разумеющееся.

Устройство

Обзор технологии

Пневмопочта на Марс представляет собой универсальную трубу, полезным диаметром 7 метров (внешний диаметр составляет около 7,5 метров, что обусловлено достаточной толщиной стенок). Труба соединяет Землю и Марс. Концы трубы расположены в полярных областях Земли и Марса - такой выбор обусловлен необходимостью компенсации собственного вращения планет: при размещении в более низких широтах станции пневмопочты вынуждены были бы двигаться с большой скоростью относительно поверхности. Длина трубы составляет всего около 200 млн км, что позволяет сообщаться с Марсом в течение большей части земного года, когда трубе не мешает Солнце.

Для перемещения грузов марсианская пневмопочта использует естественные, возобновляемые источники энергии - наш проект экологичен, мы заботимся об окружающей среде и Земли, и Марса. Физическая основа, предоставляющая движушую силу грузам, достаточно проста. На Марсе и Земле отличаются значения атмосферного давления - на Земле оно выше почти в сто раз: 110 кПа против 1,15 кПа на Марсе. Таким образом, в пневмопочтовой трубе образуется естественный поток воздуха в направлении Марса.

Сборка трубы будет производиться с использованием отрезков, имеющих длину 17 метров. Проектируемый сборочный блок (см. ниже) обладает пиковой частотой возведения 12 Гц (то есть, 12 отрезков трубы в секунду). При удачном раскладе, на возведение самой трубы уйдёт от 30 до 40 лет: планируемый временной горизонт запуска пневмопочты на Марс - 2055 год.

После того, как труба будет закончена, появится возможность очень дешево отправлять на Марс грузы, упакованные в цилиндрические контейнеры диаметром 7 и длиной 15 метров. Согласно нашим расчётам, благодаря сверхвысокой, для пневматических технологий, скорости доставки - время груза в пути не превысит четырёх месяцев.

Детали

Отдельные отрезки трубы обладают рядом технологических особенностей, позволяющих решить проблему сборки конструкции межпланетного масштаба. Труба строится методом самосборки. То есть, новые сегменты доставляются по уже построенному отрезку трубы. Механизм следующий. Стенки каждого сегмента трубы замыкаются через специальный гибкий отрезок (продольный), изготовленный из метаматериала с особыми свойствами. Этот отрезок обладает гибкостью, что позволяет уменьшить диаметр сегмента трубы, как бы сложить его (см. схему). Таким образом оказывается возможным разместить новый сегмент внутри уже построенной трубы. На конце каждого сегмента находится герметичная крышка, благодаря чему после размещения внутри пневмотрубы сегмент начинает движение, автоматически отправляясь на марсианский конец.

Новые сегменты содержат внутри мощные керамопластиковые пружины. Достигнув конца трубы - сегмент, благодаря силам инерции, выскакивает наружу и распремляется, таким образом его диаметр сравнивается с рабочим диаметром трубы. Ближайший к Земле край каждого сегмента трубы содержит набор замков, который совместим с набором защёлок, расположенных на дальнем от Земли крае. Замки нового элемента трубы и защёлки предыдущего элемента входят в зацепление, надёжно фиксируя сегмент на предназначенном ему месте. Труба разворачивается последовательно. При этом, новые сегменты отправляются на строительство один за одним, что существенно сокращает сроки возведения.

Для строительства трубы будет использовано несколько типов сегментов:

  • базовые сегменты - основное число сегментов, обеспечивают проведение контейнеров с грузами;
  • сегменты ретрансляции - для обеспечения связи и контроля прохождения контейнеров, вдоль всей трубы проложены линии передачи данных, сегменты ретрансляции содержат оборудование, усиливающее сигналы в этих линиях, что необходимо при такой протяжённости;
  • сегменты-теплообменники - одной из проблем, с которой столкнётся космическая пневмотруба, станет нагрев стенок, вызванный трением. Теплообменники преобразуют отводимое со стенок тепло в электричество, используемое для связи и управления трубой, часть тепла также рассеивается в окружающее пространство через специальные ионные излучатели;
  • ремонтные сегменты - ремонтные сегменты представляют собой хранилища запасных сегментов, которые могут быть быстро доставлены к месту аварийного прорыва трубы;
  • трансформационные сегменты - космический масштаб трубы требует от неё особенной гибкости: конструкция должна без разрушений реагировать на космические воздействия, в том числе, изменять свою форму, согласуя её с текущей конфигурацией планет. Эту задачу решают трансформационные сегменты, представляющие собой особые шарнирно-демпфирующие комплексы. Трансформационные сегменты изготавливаются из других, нежели иные сегменты, материалов.

Сборочный блок

Длина трубы велика (см. выше). Среди основных технологических достижений, запланированных проектом пневмопочты, - метод скоростного возведения трубы, который обеспечивает особый сборочный блок.

После выхода на проектную мощность скорость возведения трубы составит 204 м/сек. Такое число получается, если умножить 17 метров длины одного сегмента трубы на 12 - число сегментов, отправляемых в космос ежесекундно. То есть, труба прирастает со скоростью, близкой к скорости звука. Достижение таких результатов требует решения большого числа инженерных задач. Например, как мы узнали выше, сегменты отправляются в космос через уже построенную часть трубы, один за одним. Это означает, что каждый новый сегмент должен максимально быстро достичь скорости 204 м/сек., чтобы не задерживать другие сегменты. К сожалению, мгновенный разгон до такой скорости невозможен силами пневматики. Поэтому сборочный блок функционирует в режиме параллельного разгона большого числа сегментов!

Сборочный блок представляет собой звездообразную структуру, включающую в себя (12*4)=48 разгонных труб, длиной около 7 километров, сходящихся к основной, космической трубе, и примыкающих к ней в определённой последовательности. Производственные цеха (полностью автоматизированные) находятся у входного отверстия каждой из разгонных труб. Только что произведённые сегменты, прямо со сборочного конвейера попадают в разгонную трубу, где ускоряются до проектной скорости. В строгой последовательности, котролируемой автоматическими пневмошлюзами, сегменты с равной скоростью поступают из множества разгонных труб в одну космическую, с гулом уносясь в направлении Марса.

Огромный сборочный блок, являющийся источником трубы на Марс, планируется возвести в полярном регионе нашей планеты. Это творение инженерной мысли способно стать одним из чудес Света, привлекающим сотни тысяч туристов в год. Взимание небольшой платы за экскурсию, а также торговля сувенирами - одни из доходных статей нашего проекта, которые помогут в будущем поддерживать исправное состояние трубы в межсезонье, когда доставка на Марс не работает.

Часто задаваемые вопросы

Возможно ли вообще осуществление столь масштабного проекта?

Вполне вероятно, что проект осуществим в обозримом будущем (но не раньше 2055 года). К счастью, жизнь полна неожиданностей, поэтому ни про один "столь масштабный проект" нельзя сказать абсолютно точно, что он будет завершён в указанные сроки или что он вообще осуществим. Гарантировать мы готовы лишь одно: время, когда можно было бы с уверенностью утверждать, что проект принципиально невозможно реализовать в следующие сорок лет, не наступит. Этот факт окрыляет фантазию.

Ракетные технологии удобнее. Почему вы пытаетесь с ними конкурировать?

Мы не пытаемся конкурировать с реактивным движением и ракетными технологиями, признавая всё их совершенство и удобство. Однако пневмопочта на Марс предоставляет необходимое дополнение для ракетных технологий и дешевый канал доставки грузов, пусть и имеющий некоторые ограничения. Например, ракетой очень сложно доставить на Марс топливо, необходимое для полёта обратно. Пневмопочта решает эту проблему: просто отправьте топливо заранее, почтой!

Доставка легковоспламеняющихся веществ почтой запрещена! Что за ерунда?

Во-первых, это не так: опасные вещества тоже доставляются почтой, просто это специальная почта. Во-вторых, топливо доставляется в виде составляющих веществ, сами по себе они безопасны.

Вы устраиваете трубу, по которой, из-за разности давлений, на Марс утечёт вся земная атмосфера! Мы задохнёмся! Может быть, уже пора прекратить?

Вся атмосфера на Марс утечь не может по фундаментальным причинам: переток газов в трубе прекратится, как только давление на двух концах сравняется. Кроме того, наши расчёты показывают, что расход воздуха в трубе марсианской пневмопочты составляет лишь малую часть от объёмов возобновления атмосферы, генерируемых, в том числе, в результате вулканической деятельности. Тем не менее, так как мы заботимся об окружающей среде, в рамках проекта запланировано проведение регулярных скринига и мониторинга расхода воздуха и степени насыщения газами земной атмосферы. После успешного запуска трубы мы планируем пустить часть заработанных средств на создание двух новых постоянно действующих вулканов в малозаселённых регионах нашей планеты - их деятельность полностью компенсирует отток воздуха через трубу.

На вашем сайте нет ни одной картинки, правда?

У нас есть внутренняя документация. В настоящий момент мы готовим компьютерные модели и чертежи для публикации на сайте. Масштабность проекта позволяет нам спокойно и последовательно подойти к решению этой небольшой проблемы. Но основной эскиз мы уже готовы показать, тем более, что он удачно заполнит подвал этой веб-страницы.