Какие же это факторы?
Вот основные. Сила тяжести на Луне в 6 раз меньше земной. На Луне нет атмосферы, и значит, полностью отсутствуют ветровые и снеговые нагрузки. Далее: все помещения лунных сооружений, в которых будут находиться люди, должны быть заполнены потребным для дыхания воздухом. Конструируя эти сооружения, нужно будет учитывать внутреннее давление воздуха. Наконец, имеется острая необходимость защиты от резких перепадов температур (особенно во время затмений Солнца), от метеоритных дождей и от опасных излучений.
Можно полагать, что метеоритная опасность не так уж велика. Из всей массы выведенных в настоящее время космических объектов только два американских спутника получили повреждения от удара метеоритов. Американские ученые подсчитали, что стальная сферическая оболочка диаметром в 3 м и толщиной в 1 мм будет пробиваться лишь один раз в два года. Тан как Луна закрывает собой половину пространства, из которого угрожает удар метеорита, то не ее поверхности метеоритная опасность будет вдвое меньше, чем в «открытом» космосе. Но опасность мала лишь для малых объектов. Если же поверхность достаточно велика, то попадание метеорита становится вполне реальным. Еще более опасны солнечные вспышки, при которых вырываются в космос потоки «горячих» частиц с чрезвычайно высокой энергией.
Все это надо учитывать. Но не все лунные объекты следует защищать одинаково. Для сооружений, в которых люди будут находиться лишь кратковременно, окажутся достаточными «зонты» и навесы. Полную безопасность следует обеспечить там, где люди будут пребывать постоянно: в жилых и производственных помещениях, в лабораториях. Самое лучшее — убрать эти сооружения в глубь лунной поверхности.
Мы так привыкли к атмосферному давлению, что как-то не особенно обращаем внимание на тот факт, что на каждый квадратный метр земной поверхности давит десятитонный столб воздуха. На Луне стоит обратить внимание на это обстоятельство, Все помещения, где живут и работают люди, должны быть наполнены воздухом, пригодным для дыхания. И даже если его давление будет равно половине атмосферного, то на внешнюю оболочку сооружений изнутри будет давить нагрузка в 5 тонн на один квадратный метр. Эту нагрузку должна будет принять на себя конструкция сооружения.
Как это ни странно, но Луна, несмотря на грозные ливни космических частиц, космический холод и палящую жару, является в определенном отношении мечтой для архитектора и инженера-строителя. Дело в том, что растяжение — это тот вид работы материала, при котором наиболее полно используются его прочностные свойства. Особенно хорошо работают на растяжение волокнистые материалы, имеющие ориентированную структуру, например, стекловолокно. Есть такое понятие — «разрывная длина», то есть длина стержня, при которой он обрывается под действием собственного веса. Так вот, для стали марки «Ст-3» она равна 3,2 км, а для стекловолокна —120 км. Полностью использовать прочностные свойства материалов при сжатии не удается: мешает продольный изгиб. Кроме того, материалы с ориентированной структурой, выдерживающие при растяжении огромные усилия, плохо работают на сжатие.
Инженеры стараются использовать лучшую работу материалов на растяжение. Широко известны висячие мосты, вантовые перекрытия больших пролетов и т. д. Но растягивающие усилия надо куда-то передавать. И появляются мощные сжатые опорные пилоны, сжатые опорные кольца, рамы. Очень перспективны появившиеся в последнее время «надувные» конструкции. В них роль сжатого элемента выполняет воздух. Но у них есть два недостатка: во-первых, они плохо воспринимают ветер и неравномерную снеговую нагрузку. Во-вторых, необходимость поддерживать в них давление затрудняет вход и выход.
На Луне нет ни ветра, ни снега. Выходить наружу особенно часто не придется, а кроме того, для выхода все равно нужны будут специальные шлюзы. Хотим мы или нет, а конструкция внешней оболочки работает у нас самым правильным образом — на растяжение. И если мы позволим воздуху придать ей необходимую форму, то других усилий возникать не будет. Более того, растягивающее напряжение с внешней оболочки можно передать на внутренние конструкции. Можно так разработать их геометрию, что они все или почти все окажутся растянутыми, то есть материал будет использован полностью, — то, чего на Земле мы сделать не можем.
Стоит сказать несколько добрых слов и о вакууме. Он абсолютно незвукопроводен. Тепло может передаваться в вакуум только в виде излучения. Следовательно, панели, заполненные вакуумом, по своим звуко- и теплоизоляционным свойствам не будут иметь себе равных.
Еще одно свойство вакуума — возможность холодной сварки. Жировые пленки, покрывающие металлы и препятствующие их «слипанию» друг с другом, в вакууме легко испаряются, тем более под дождем космических излучений. Поэтому металлические детали можно будет соединять, просто стыкуя гладко отшлифованные поверхности. Это значительно облегчит сборку. Но это же может причинить и неприятности. Рисуя на эскизе лунной станции наружную дверь, стоит подумать: откроется ли она? Не «сварятся» ли между собой подвижные части дверных петель и навесок? И чем их смазывать: ведь любую смазку «съест» вакуум.
Попробуем представить себе, как будут выглядеть поселения на Луне.
Сначала, наверное, на поверхность нашего древнего спутника будут выгружены небольшие «опорные» сооружения, предназначенные для размещения нескольких человек экипажа. Их сразу же следует упрятать на небольшую глубину под грунтом Луны. Удобнее всего, если такое помещение имеет в плане не круг или прямоугольник, а шестигранник. В ходе дальнейшего строительства к нему легче присоединять другие помещения. Если грунт не позволяет заглубиться — например, если в данном районе на поверхность выходят скальные породы, — то над станцией можно поставить «зонт» от метеоритов и космического излучения. Может быть, это будет купол, опирающийся на воздух. Для того, чтобы он мог стоять, вполне достаточно 0,01 атмосферного давления. Такими куполами с минимальной затратой материала можно перекрывать очень большие площади. Оболочка купола обязательно должна быть многослойной, иначе ее очень быстро разрушит совместное действие метеоритов, космических излучений, вакуума и солнечной радиации. Наружный слой ее следует, наверное, делать в виде алюминиевой чешуи, прикрепленной к последующим слоям. Можно пойти и по другому пути: пространство между эластичными оболочками разделить на соты, которые следует заполнить лунной породой.
Кстати, на Земле мы рассматриваем купол как классический пример сжатой конструкции, А лунные аэростатические купола будут растянутыми — купола наоборот!
Если заполнить пространство под куполами воздухом, пригодным для дыхания, то люди смогут работать здесь без громоздких скафандров. С одной стороны, купола желательно делать как можно большими: в случае пробоины воздух будет выходить долго и люди успеют уйти в надежные подлунные этажи. Кроме того, будет время на заделку пробоины, если она не затянется сама, как это делается в бескамерных шинах автомобилей. От небольшой потери воздуха купол не потеряет устойчивости; собственный вес конструкции столь мал, что достаточно остаться под куполом лишь 1/10 всего воздуха, и он все еще будет растянутым. С другой стороны, при давлении в 0,5 атмосферы в большом куполе будут возникать огромные напряжения.
Надо ли весь лунный поселок перекрывать одним куполом? Наверное, нет. Можно применить, например, «слипшиеся» вместе купола, каждый метров 20—30 в диаметре. Можно вводить промежуточные растянутые опоры, чтобы увеличить кривизну оболочки и тем самым уменьшить усилия в ней. Необычное зрелище будет представлять зал с такими опорами—сводчатый потолок, из которого плавно вырастают тянущиеся к полу «сталактиты» из высокопрочного стекловолокна в защитной «одежде» из металлизированной пленки.
Для нижних — подлунных — этажей можно тоже использовать надувные конструкции. Если мы надуем уложенные вплотную друг к другу шары, то получим помещения с плоскими стенами и полом, закругленными окажутся только углы.
Об освещении. Можно предположить, что лунные поселки не будут освещаться прямым солнечным светом. Прямой свет Солнца — это прямой поток опасных излучений. Лучше свет вводить по световодам, а затем направлять на своды куполов и оболочек, создавая эффект светлого неба.
Об отоплении особенно заботиться не придется: лунная порода очень плохо проводит тепло, вакуум абсолютно нетеплопроводен, а передачу тепла через излучение можно регулировать, выбирая соответствующие отражательные характеристики поверхностей.
Особый отпечаток на внешний облик лунных поселков наложат оранжереи. В них будет установлен специальный температурно-влажностный режим, и для них понадобятся особые помещения совершенно специфической формы. Особенно целесообразно будет строить оранжереи в полярных районах, где Солнце всегда вблизи горизонта. Их не придется здесь освещать искусственным светом в течение двухнедельной ночи. Нужно только поднять строения как можно выше над лунными горами, чтобы на них всегда падали лучи Солнца. А высотные сооружения на Луне не проблема: вес их мал, ветра и снега здесь нет...
Итак, можно предполагать, что особенности лунной архитектуры — это зарытые в грунт жилые и рабочие помещения, подземные — вернее, подлунные — залы с серебристыми сводами, переходящими в неестественно тонкие колонны, легкие металлические зонты и навесы над входами и площадками для транспорта, огромные, сияющие на солнце спины аэростатических конструкций над строительными площадками и горными выработками, необычные формы оранжерей, тончайшие и высокие мачты радиосвязи, Таким представляется облик лунных поселений.
