lion_rat (lion_rat) wrote,
lion_rat
lion_rat

Categories:

Города и транспорт будущего. Часть третья: города в небесах

Как видно из предыдущей части, есть резон поднять города целиком над Землёй, чтобы в как можно большей степени избавить авиационный транспорт от необходимости проходить через наиболее опасные и расточительные этапы полёта - взлёт и посадку. Но есть и другие причины сделать так.

Современные города растут в основном вширь, захватывая всё большую поверхность планеты и даже отвоёвывая её у океана. Но поверхность у планеты конечная, и кроме городов, на ней ещё много чего нужно разместить - в первую очередь, систему жизнеобеспечения - биосферу. А рост городов уже сегодня порождает проблемы - пробки, длительность путешествия с одного края города на другой, нехватка земли, особенно на островах и полуостровах, где как раз лучше всего и живётся цивилизации... неудивительно, что архитекторы давно уже посматривают в сторону третьего измерения, то есть высоты, предлагая проекты всё более высотных зданий. Самые высокие небоскрёбы сегодня уже достигают 600-800 метров и 100-150 этажей, а в ближайшие несколько лет ожидается завершение строительства зданий высотой более километра, с числом этажей около 200. Преимущества небоскрёбов очевидны - они позволяют на относительно небольшом участке поверхности разместить большую площадь для использования её человеком. Наиболее продвинутые проекты предполагают размещение в высотных зданиях ветровых и солнечных электростанций и внушительного покрова из растений, садить которые предполагается даже на стенах, в специальных сотовых конструкциях ("зелёная стена", "вертикальный сад").

Естественное развитие идеи небоскрёба - в высокой башне следует размещать друг над другом не просто этажи здания, а целые куски города. Таким образом, башня высотой 1-4 километра превращается, по сути, в город-здание, занимающий гораздо меньше места, чем обычный город той же жилой площади и вместимости. А поскольку части города размещены в трёх измерениях, то добираться из одной части города становится проще, так как они теперь связаны не только по горизонтали, но и по высоте, с помощью лифтов. Примеры таких городов-башен: Tokyo’s Sky City, Ultima Tower, X-Seed 4000.

Если же развивать эту идею дальше, то, поднимая большие участки поверхности Земли в несколько этажей, можно существенно увеличить площадь для жизни людей и для биосферы. Можно произвести несложный рассчёт. Города сегодня занимают около 1% суши, или 0.25% земной поверхности. Судя по проекту Tokyo’s Sky City, в километровой башне с почти отвесными стенами можно разместить 14 этажей размером с городской район, высотой 54 метра, с несколькими метрами расстояния между ними для доступа света и снижения ветровой нагрузки. Застроив такими башнями около 7.2% земной поверхности, или 29% суши, можно практически удвоить площадь для размещения людей и биосферы - без строительства колоний на других планетах и больших космических станций, на основе существующих технологий. Для сравнения, ледники, пустыни и земли, разрушенные неправильным использованием, занимают около 31% суши.

Проект башни-города X-Seed 4000 показывает, что высоту можно довести до четырёх километров, а строить можно не только на суше, но и на воде - по проекту, башня стоит на искусственном острове из понтонов. Увеличение высоты в четыре раза даёт очевидное преимущество - можно увеличить площадь этажей для людей и биосферы, или занять меньшую часть поверхности Земли, или сделать больше высоту этажей, или всё это сразу. Но, к сожалению, чем выше башня, тем серьёзнее проблема обеспечения её устойчивости. Поэтому уже очень высокие "просто" небоскрёбы, как и Tokyo’s Sky City, заметно сужаются кверху, тогда как проекты башен-городов высотой 3-4 километра и вовсе напоминают перевёрнутую воронку. Получается, что увеличение высоты башни не приносит существенного прироста площади её этажей. Необходимость обеспечивать устойчивость высотного сооружения и сама логика подъёма больших кусков земной поверхности во много этажей требует объёктов, которые внешне гораздо больше похожи на плато, чем на башню, то есть значительно больше в длину и ширину, чем в высоту, и с отвесными, или почти отвесными стенами - чтобы площадь верхних этажей была лишь ненамного меньше площади нижних.

В природе существуют похожие объекты. Это знаменитые "небесные острова" тепуи, расположеные в Южной Америке на Гвианском Нагорье, по большей части на территории Венесуэлы. Посмотреть на описания и фотографии этого чуда природы можно здесь, здесь и здесь. Из зелёного моря джунглей на высоту 1-3 километра отвесно поднимаются огромные плато. Крупнейшее из таких образований, Ауянтепуи, поднимается почти на 3 километра вверх, его площадь составляет около 650 квадратных километров, что эквивалентно кругу диаметром 29 километров. Именно отчёт о путешествии в этот район вдохновил Артура Конан Дойла написать "Затерянный мир". Есть ли какое-нибудь сооружение, которое позволяет искусственно реализовать нечто подобное? Да, есть. Это мост.

Представим себе, что поблизости стоят семь башен Tokyo’s Sky City - одна в центре, и шесть по углам правильного шестиугольника, так, что расстояние между соседними составляет около 400 метров - такова арка одного из крупнейших арочных мостов в мире, железнодорожного Zhijing River Bridge в Китае. И пусть все эти башни соединены такими мостами на каждом из этажей. Причём каждое соединение выполняется не одним-единственным мостом, а несколькими, установленными рядом, бок о бок, и перекрытыми единой площадкой, настолько широкой, что можно устроить улицу из домов. Получится шестиугольная в плане конструкция из 14 этажей по 12 улиц на каждом, высотой в километр и почти столько же в поперечнике, с почти отвесными стенами. Такими шестиугольными "призмами" можно замостить площадь целого мегаполиса, получив искомое искусственное плато. И это не самое совершенное, что можно сделать. Например, заменив массивные башни, по существу, небоскрёбы, на лёгкие ферменные конструкции высотой в километры, вроде гиперболоидной башни Никитина-Травуша 4000, и арочные мосты - на подвесные, вроде моста Акаси-Кайкё, можно ещё больше увеличить высоту и ширину плато.

Подобные идеи приходили в голову разным людям в разное время. Были проекты аэропортов-мостов, расположеных над рекой или прямо над городом. Был проект архитектора по имени Raymond Hood, предлагавшего соединить остров Манхеттен с остальным Нью-Йорком с помощью многочисленных монументальных мостов, каждый из которых состоял из многоэтажных жилых зданий. Их авторы стремились прибавить к существующим городам большую полезную площадь, которая при этом не занимала бы дополнительного места. Логично было разместить её на искусственно созданном "втором этаже", висящем над рекой или уже существующими улицами.

Велимир Хлебников пошёл дальше, и в своеобразной манере описал город, целиком расположеный на пересекающихся мостах, соединяющих высокие башни. Но не только в этом заключалась особенность города будущего по Хлебникову. Собственно башни и мосты - только каркас из ячеек, в которые вставляются с помощью подъёмников индивидуальные жилища, "ящики из гнутого стекла", способные перемещаться на колёсах. Таким образом, человек, отправляясь в путешествие, мог не выходить из собственного дома, а двигался внутри него, и законом за ним закреплялось право на "парковочное место" в любом городе. Улицы города - это пролёты мостов, они же крыши, поднятые высоко над землёй, подальше от грязи и пыли, которые падали вниз, а не скапливались под ногами, как у жителей городов обычных.

Дальнейшее развитие идеи поднятой над поверхностью Земли стационарной структуры в несколько этажей, заполняемой "зданиями" в виде отдельных модулей - летающий город Георгия Крутикова и "пространственный город" Ионы Фридмана. Крутиков предлагал использовать силу Архимеда для подъёма несущей структуры города в воздух. Такой подход позволяет здорово облегчить конструкции города, поскольку они разгружаются подъёмной силой газа в баллонетах. Но не только. Он открывает возможность использовать для строительства многоэтажных мостов-решёток Фридмана метод самосборки из модулей, напоминающих по конструкции жёсткие дирижабли, цеппелины. В самом деле, такие дирижабли - ажурные ферменные конструкции с баллонетами внутри, крупнейшие из них достигали четверти километра в длину, а рекорд высоты полёта превышал семь километров. По сути, цеппелин - это самоходная секция моста или башни, длиной (высотой) в четверть километра. Но поскольку летать такой секции нужно только во время установки на место (или снятия с места - для ремонта и замены), то нет нужды в том, чтобы всю подъёмную силу создавал газ. Часть её могут создавать и пропеллеры, и корпус, как у гибридных дирижаблей. Это снижает требования к подъёмному газу. Им может служить воздух, нагретый Солнцем и теплом, отводимым от оборудования города. После установки секции на место, её газ разгружает всю конструкцию, её пропеллеры с электродвигателями могут служить ветряками, а в случае необходимости использоваться для динамического поддержания жёсткости конструкции, противостоя нагрузкам от ветра и сейсмической активности.

Если уж использовать для строительства городов в небесах силу Архимеда и самосборку из жёстких дирижаблей, то никак нельзя пройти мимо Бакминстера Фуллера и его летающих городов внутри геодезических сфер, "Cloud Nine". Фуллер - тот человек, с подачи которого геодезические купола получили некоторую популярность и практическое применение. Менее известно, что Фуллер придумал конструкцию компактных туалетов, применяемую в гражданской авиации и на железных дорогах. Но кроме этих конструкций, применяемых на практике, Фуллер гораздо больше придумал для будущего. По его рассчётам, геодезическая сфера диаметром 800-1600 метров (0.5-1 миля) весила бы в тысячи раз меньше воздуха, содержащегося в ней. И этот воздух, нагретый всего на градус Фаренгейта солнечным светом или теплом людей внутри сферы, оторвал бы её от Земли вместе с целым человеческим поселением.

Геодезические купола и сферы отличаются относительно небольшим количеством материала для своей постройки и малым весом при больших размерах. Также, геодезические конструкции при увеличении размеров становятся прочнее, а благодаря действию закона куба-квадрата, чем больше "Cloud Nine", тем больше она поднимает, и тем ниже требования к температуре и плотности газа внутри неё. Поскольку геодезическая сфера составляется из одинаковых правильных многоугольников, для её строительства годится метод самосборки, предложеный выше. Каждая панель такой сферы может быть выполнена в виде плоского беспилотного дирижабля, нечто вроде современного радиоуправляемого квадрокоптера, на каркас которого натянули оболочку. Такие панели могут быть приспособлены для массового выпуска на конвейерах - это позволит снизить затраты на строительство. Стая из этих летающих панелей взлетает и стыкуется вместе в геодезическую сферу. Затем она заплняется стандартными модулями с жильём и оборудованием, воздух внутри неё нагревается - и она взлетает. С помощью пропеллеров составляющих её панелей она устанавливается на место в конструкции города. Часть подъёмной силы может создаваться с помощью пропеллеров, благодаря чему размеры сферы и подъёмная сила воздуха могут быть меньше, чем необходимо для полёта только за счёт силы Архимеда. Кроме того, каркас элементов оболочки может быть выполнен механизированым, способным изменять свои размеры, что позволяет при необходимости менять размеры и объём как элементов сферы, так и её самой.

В качестве элемента города такая сфера может быть устроена следующим образом: на внутренней поверхности нижней половины сферы выполняются террасы для жилья, по диаметру сферы вертикально устанавливается гиперболоидная башня, в которой устанавливаются лифты и различные коммуникации. Внутри терасс могут быть установлены супермаховики для запасения энергии, они же будут придавать сфере и башне из сфер устойчивость, действуя как гироскопы. Сферы устанавливаются одна над другой, так, что их центральные башни стыкуются в одну единую. Если диаметр сферы 500 метров, то из десяти штук получается башня высотой пять километров. Семь таких, поставленых рядом (одна в центре, шесть вокруг) связываются между собой цилиндрическими переходами-"цеппелинами". Получившимися шестигранными призмами можно замостить большую поверхность, создавая ажурное многоэтажное плато, поднятое над землёй и водой. Впрочем, установка сфер в призмах, составляющих плато, может быть и более сложной. Например, по двойной спирали вокруг общей вертикальной оси - это позволит проредить конструкцию и увеличить просветы между сферами.

Могут использоваться прочные материалы с маленькой плотностью, такие как аэрогель, аэрографит, пенометаллы. Они сами по себе пористые, поэтому для их производства требуется мало собственно вещества. А окружив деталь из такого материала герметичной оболочкой, можно накачать внутрь подъёмный газ, нагреть воздух внутри, или, напротив, откачать его до вакуума - и тем самым придать детали подъёмную силу. Для нагрева воздуха внутри сфер могут использоваться не только Солнце и тепло человеческих тел, но также тепло, отводимое от оборудования в процессе его охлаждения.

Рекорд высоты для теплового аэростата был установлен индийцем Vijaypat Singhania в 2005 году и составил 21 километр. Фёдор Конюхов намерен подняться на 30 километров, используя аэростат вдвое большего объёма. Эти цифры говорят о том, какой высоты в принципе может достигать плато из геодезических сфер с тёплым воздухом внутри. Объём пятисотметровой сферы более чем в 650 раз превышает объём оболочки аэростата Конюхова, в составе плато её подпирают нижние этажи, а сферы верхних этажей могут оснащаться дополнительными ёмкостями с гелием, водородом или даже вакуумированные, для увеличения подъёмной силы.

Можно грубо прикинуть вместимость плато из пятисотметровых сфер "Cloud Nine". Итак, объём такой сферы в 650 раз больше, чем у аэростата Конюхова, то есть, чисто за счёт подъёмной силы тёплого воздуха (без учёта поддержки нижних этажей, эффекта масштаба, аэрогеля, наддутого подъёмным газом и.т.п.) она могла бы поднять на 30 километров 650 человек в персональных гондолах с системой жизнеобеспечения. За населяемую площадь принимается площадь круга диаметром 500 метров (по диаметру сферы), на человека в таком случсе будет приходиться по 302 квадратных метра. Башня высотой 30 километров из 60 таких сфер, лежащих друг на друге, будет содержать 39000 человек. Пусть такие башни расставлены по квадрату с длиной основания 46.5 километров (его площадь - как у Токио, одного из крупнейших городов Земли) и соединяются друг с другом переходами по 500 метров длиной, формируя квадратную в плане решётку (гексагональная плотнее, но для простоты рассчёта примем квадратную). Тогда на площади Токио поместятся 47 х 47 = 2209 башен, содержащих 86.151.000 человек. Население Токио - чуть больше 13.000.000 человек. Разница в 6.6 раз в пользу плато. То есть, даже если население плато принять втрое меньше, увеличив площадь на человека в три раза и заселив её зеленью и живностью, всё равно достигается более чем двукратное увеличение количество жителей.
Tags: spaceship earth, Города будущего, Транспорт будущего
Subscribe

  • Девочки и пушки

    Как известно, женщины давно и успешно осваивают профессии, которые считались или до сих пор считаются чисто мужскими. Похоже что теперь очередь дошла…

  • Когда пишут историю войн - логика страдает.

    Как известно, сомнения в описаниях войн прошлого у людей возникают, когда они начинают задавать очевидные, в общем-то, вопросы, которые, однако,…

  • "Брат-1" как пропаганда

    Когда я был намного моложе и зеленее, фильмы вроде этого заходили на ура. Потом стало не до них, и вообще не до кино. Однако со временем приходит…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments