Сериал «Укрытие» (Silo), основанный на книгах Хью Хауи, помещает остатки человечества в гигантский подземный комплекс. Около 10 тыс. человек живут в вертикальном бункере, состоящем из 144 уровней. Они не знают, что произошло с внешним миром, а попытка покинуть убежище заканчивается «чисткой». Снаружи человека ждут токсичная атмосфера и безжизненный ландшафт.
На этом строится главная интрига сериала, но одновременно возникает другой вопрос. Насколько вообще правдоподобна такая система? Можно ли построить сооружение подобного масштаба, обеспечить его энергией и едой, а затем поддерживать жизнь нескольких тысяч человек на протяжении поколений?
«Компьютерра» разобралась, насколько реалистичен мир «Укрытия» с точки зрения современной науки. Мы изучили реальные подземные лаборатории, эксперименты с замкнутыми экосистемами, геотермальную энергетику и технологии выращивания растений без солнечного света. Заодно выяснили, что в сериале выглядит вполне правдоподобно, а какие элементы его мира потребовали бы гораздо больше ресурсов, чем показывают создатели сериала.
Подземный город построить можно
Сам масштаб «Укрытия» не выглядит физически невозможным — люди давно строят объекты на глубинах, сопоставимых с показанными в сериале. Например, канадская лаборатория SNOLAB находится примерно на двухкилометровой глубине в шахте Creighton Mine. Подземный комплекс занимает около 5000 кв. м и используется для экспериментов, которым необходимо защититься от космического излучения.
Это, конечно, не означает, что можно просто выкопать яму глубиной два километра и поселить в ней 10 тыс. человек. Подземное строительство сталкивается с ростом температуры, давлением горных пород, грунтовыми водами, вентиляцией и необходимостью постоянно контролировать состояние конструкций. Но сама глубина не является фантастикой.
Куда сложнее выглядит устройство «Укрытия» как единого гигантского сооружения. Чем глубже находится объект, тем больше инженерных систем приходится поддерживать. Нужны водоотлив, вентиляция, пожарная безопасность, канализация, системы охлаждения и постоянный контроль состояния конструкций.
В сериале большая часть этой инфраструктуры остается за кадром. Для сюжета это удобно, но именно она определяла бы способность бункера пережить несколько поколений.
Лестница выглядит правдоподобнее, чем кажется
Центральная лестница — одна из наиболее необычных деталей «Укрытия». Она связывает практически весь комплекс и одновременно создает серьезную проблему для его жителей.
Отказ от лифтов можно объяснить надежностью. Лестница не требует электродвигателя, тросов, тормозных механизмов и большого количества запасных деталей. В автономном поселении это действительно преимущество.
Но превращать лестницу в основной способ перемещения между 144 уровнями было бы крайне неудобно. Расстояние между этажами в сериале неодинаково, а общественные пространства заметно выше обычных жилых помещений. В результате некоторые жители должны преодолевать сотни метров по вертикали, чтобы попасть на другой уровень.
Это могло бы стать не только бытовой, но и социальной проблемой. Нижние уровни оказались бы фактически изолированы от верхних, а физическая близость к важным объектам стала бы дополнительным социальным ресурсом.
При этом утверждать, что такая система обязательно привела бы к определенным физиологическим изменениям или повышенной смертности, оснований нет. Регулярная ходьба действительно влияет на физическую форму, но жители бункера не обязаны каждый день подниматься на десятки этажей. Большинство людей могли бы работать и жить в пределах одного или нескольких уровней.
Позднее сериал показывает, что внутри бункера существует и скрытый подъемник, доступный ограниченному кругу людей.
Генератор может работать, но не вечно без обслуживания
Энергетическая система «Укрытия» выглядит гораздо интереснее. В нижней части комплекса находится огромная установка, которую обслуживают механики. По логике мира она обеспечивает бункер энергией и связана с использованием подземного тепла и пара.
Геотермальная энергетика сама по себе вполне реальна. Современные геотермальные электростанции используют горячую воду или пар из подземных резервуаров для получения электроэнергии. Существуют установки на сухом паре, установки с преобразованием горячей воды в пар и станции бинарного цикла. В последних тепло подземной жидкости передается вторичному рабочему телу, которое приводит в движение турбину.
Геотермальный генератор мог бы работать при наличии подходящего подземного источника тепла, достаточного количества воды и системы отвода отработанного тепла. Однако километровая глубина сама по себе такой возможности не гарантирует. Например, в канадской лаборатории SNOLAB на глубине около 2 км температура окружающей породы составляет примерно 42 °C.
Любая электростанция состоит из большого количества деталей, которые изнашиваются — подшипники, уплотнения, клапаны, насосы, генераторы и системы управления требуют ремонта и замены. Даже если основная турбина рассчитана на десятилетия эксплуатации, нельзя рассчитывать, что одна и та же установка без капитального ремонта переживет множество поколений.
Здесь «Укрытие» делает важное допущение. Оно предполагает, что у жителей на некоторые года вперед сохранились детали, материалы, инструменты и знания, необходимые для ремонта энергетической системы.
Это возможно, но тогда автономность бункера означает не просто наличие генератора. Внутри должен существовать полноценный промышленный цикл, способный производить хотя бы наиболее критичные детали. Именно промышленность становится одним из слабых мест концепции.
Главная проблема находится не в стенах, а на фермах
Подземное поселение можно построить, но намного сложнее его прокормить. Сериал показывает сельскохозяйственные уровни, однако их общая площадь и производительность остаются неизвестными. Поэтому невозможно точно установить, способны ли такие фермы прокормить 10 тысяч человек.
NASA десятилетиями изучает замкнутые системы жизнеобеспечения для космических миссий. В таких системах растения рассматриваются сразу в нескольких ролях. Они могут производить пищу и кислород, а также поглощать углекислый газ. При этом исследователи отдельно рассчитывают необходимую площадь посадок, освещение, воду и энергию.
По оценке NASA, для производства кислорода и пищи на одного человека при благоприятных условиях может потребоваться около 40–50 кв. м выращиваемых культур. Для 10 тысяч жителей это соответствует примерно 400–500 тыс. кв. м посадок, или 40–50 га. При многоярусном размещении площадь помещений может быть меньше, но потребность в освещении, воде и энергии сохраняется.
Вертикальное сельское хозяйство позволяет размещать несколько ярусов растений друг над другом, поэтому площадь пола и площадь посадок не совпадают. Однако за это приходится платить энергией.
В условиях «Укрытия» солнечного света нет. Если растения получают свет от ламп, электричество превращается в свет, свет в процессе фотосинтеза — в химическую энергию растения, а затем эта энергия должна попасть в рацион человека. Но каждый этап сопровождается потерями.
Главный вопрос заключается не в том, существуют ли вертикальные фермы — они существуют. Вопрос в том, располагает ли «Укрытие» достаточной площадью и энергетической мощностью для их работы. И судя по показанным помещениям, все это выглядит спорно.
«Биосфера-2» уже показала, насколько все сложно
Самый убедительный реальный эксперимент для сравнения с «Укрытием» — американская «Биосфера-2». В 1991 году восемь человек вошли в герметичный комплекс площадью около 1,3 га. Внутри находились искусственные экосистемы, сельскохозяйственные зоны, вода, почва и различные виды животных и растений. Эксперимент должен был показать, насколько долго человек сможет существовать в замкнутой экологической системе.
Система столкнулась с серьезными проблемами гораздо раньше, чем закончился первый двухлетний эксперимент. Концентрация кислорода снизилась примерно с 21% до 14%. Исследователи связали это прежде всего с активностью микроорганизмов в почве и реакциями углекислого газа с бетоном конструкции.
Это особенно важно для «Укрытия». Бетонные стены сами по себе не являются нейтральной оболочкой. В замкнутой системе строительные материалы участвуют в химических процессах, которые могут влиять на состав атмосферы.
При этом «Биосфера-2» не была полностью автономной — комплекс получал солнечный свет и внешнюю энергию, а при снижении концентрации кислорода участникам потребовалась дополнительная подача воздуха. Для подземного города задача оказалась бы сложнее, поскольку естественного освещения внутри нет.
Опыт «Биосферы-2» не доказывает, что подземный город невозможен. Он показывает, что замкнутую экосистему нельзя спроектировать по принципу «растения производят кислород, люди производят углекислый газ, поэтому все сбалансируется». Реальная система намного сложнее.
Азот, фосфор, углерод, вода и микроэлементы должны постоянно циркулировать. Отходы человека необходимо возвращать в производственный цикл. Потери неизбежны, поэтому их нужно компенсировать запасами или переработкой. В «Укрытии» такая инфраструктура почти не показана.
Животные делают систему еще менее реалистичной
Мясное животноводство в закрытом поселении — роскошь с точки зрения энергетики и площади, поэтому в сериале не сильно акцентировали на этом внимание. Сериал подтверждает существование сельскохозяйственных животных, однако их количество и состав животноводческого хозяйства остаются неизвестными. В первом сезоне появляется, например, больной кролик, которого фермер передает Ханне.
Чтобы получить мясо, сначала нужно вырастить корм. Затем животное должно потратить часть энергии на собственный обмен веществ, рост и поддержание организма. В результате количество энергии, которое возвращается человеку в виде мяса, значительно меньше энергии, вложенной в производство корма.
По этой причине в автономном подземном поселении рацион, скорее всего, строился бы вокруг растений, зерновых, клубней, бобовых и других культур с высокой отдачей с единицы площади. Животные могли бы использоваться для получения молока, яиц или мяса, но их содержание потребовало бы дополнительных ресурсов.
Особенно плохо выглядит идея поддерживать крупный рогатый скот. Для коровы нужны корм, вода, пространство и система удаления отходов. В условиях ограниченной площади каждый такой ресурс конкурирует с потребностями людей.
Если «Укрытие» действительно кормит 10 тысяч человек полноценным рационом и при этом содержит заметное количество сельскохозяйственных животных, его аграрная система должна быть гораздо масштабнее показанной на экране.
Сколько поколений выдержит замкнутая система
Здесь появляется еще одна проблема. Даже если первый год прошел успешно, это ничего не говорит о следующем столетии. В обычной цивилизации неисправный насос можно заменить новым. Если закончился металл, его добывают в шахте, если сломался станок, его ремонтируют на другом предприятии, если урожай погиб, продукты привозят из соседнего региона.
В «Укрытии» существуют шахты, где добывают железную руду, поэтому жители располагают хотя бы частью собственной сырьевой базы. Однако сериал почти не объясняет, как комплекс обеспечивает себя другими металлами, промышленной химией, полимерами, лекарствами и электронными компонентами.
Замкнутая система должна постоянно воспроизводить саму себя. Это касается не только генератора. Нужны производство металлов, стекла, пластмасс, химических веществ, лекарств, электронных компонентов, инструментов и средств измерения.
Особенно уязвимой становится электроника. Система управления сложным оборудованием требует датчиков, контроллеров и других компонентов. Даже при большом запасе готовых устройств срок их хранения ограничен, а технологии производства микросхем невозможно поддерживать силами небольшой группы людей без огромной промышленной базы.
Поэтому главный враг «Укрытия» — не недостаток одной конкретной технологии. Это постепенное накопление небольших потерь.
Почему система «Укрытия» переживает восстания
Социальная система сериала выглядит менее научной, но здесь тоже стоит избегать слишком простых выводов. В «Укрытии» существует жесткая система правил. Государство контролирует информацию, ограничивает доступ к технологиям прошлого, регулирует рождаемость и отправляет нарушителей на «чистку».
Можно предположить, что постоянный стресс приведет к массовым психическим расстройствам и социальному взрыву. Однако экспериментальных данных, позволяющих предсказать поведение человеческого общества на основании условий «Укрытия», нет.
Часто в этом контексте вспоминают эксперимент Джона Кэлхуна Universe 25. В конце 1960-х годов исследователь создал для мышей пространство с неограниченным доступом к еде и воде. По мере роста численности животных возникали изменения в социальном поведении, после чего популяция пришла к упадку.
Но переносить эти результаты непосредственно на людей нельзя. Эксперимент Джона Кэлхуна показал, как при определенных условиях менялось поведение ограниченной популяции мышей. Однако особенности этой модели не позволяют напрямую переносить ее результаты на человеческое общество, где действуют культура, социальные институты, экономические отношения и осознанное регулирование поведения.
История «Укрытия» показывает, что подземное общество регулярно сталкивается с сопротивлением. Одно крупное восстание произошло примерно 140 лет назад, другое развивается уже на глазах зрителя. Устойчивость системы объясняется сочетанием контроля над информацией, ограничений передвижения, зависимости жителей от инфраструктуры и механизмов подавления коллективной памяти.
Десять тысяч жителей снижают генетические риски, но не устраняют их
С генетической точки зрения численность населения «Укрытия» выглядит куда менее проблемной. В популяционной генетике используется понятие эффективной численности популяции — она не совпадает с фактическим количеством жителей. На нее влияют соотношение мужчин и женщин, различия в количестве потомков, структура браков и другие факторы.
Классическое правило 50/500 предполагает, что эффективная численность порядка 50 особей может снижать риск быстрого инбридинга, а значение около 500 исторически рассматривалось как ориентир для сохранения эволюционного потенциала на более длительном промежутке.
При этом современные исследования показывают, что эти цифры нельзя воспринимать как универсальный закон. Для разных видов и условий необходимые значения отличаются, а фактическая эффективная численность обычно значительно меньше общей.
Тем не менее десять тысяч человек сами по себе не выглядят критически маленькой популяцией. Проблема сериала заключается скорее в контроле рождаемости. Если государство десятилетиями определяет, кто имеет право заводить детей, реальная структура популяции может сильно отличаться от случайного воспроизводства. Но и здесь система не обречена автоматически.
Что на самом деле угрожает внешнему миру
Поначалу внешний мир «Укрытия» напоминает привычный постапокалиптический пейзаж, поэтому его легко принять за последствия ядерной войны. После ядерной войны действительно возможны масштабные изменения климата. Еще в 1983 году группа исследователей во главе с Ричардом Турко и Карлом Саганом опубликовала работу о последствиях так называемой ядерной зимы. Модели показывали, что массовые пожары и выброс сажи способны существенно изменить климат и уменьшить количество солнечного света, достигающего поверхности.
Продолжительность и сила такого эффекта зависят от сценария конфликта. Нельзя назвать одну универсальную цифру, после которой планета гарантированно возвращается к норме.
Чернобыль также показывает, насколько быстро природа способна занимать территории после ухода человека. Исследования зоны отчуждения демонстрируют сложную картину с одновременным воздействием радиации и отсутствием интенсивной человеческой деятельности. Поэтому без дополнительных условий версия о том, что через 350+ лет вся поверхность Земли остается смертельной пустыней, требует объяснения.
Однако дальнейшее развитие сюжета показывает, что происхождение угрозы связано с более сложным технологическим сценарием. В третьем сезоне создатели связывают строительство комплекса с опасениями вокруг военных нанотехнологий.
Визор действительно может обманывать человека
Одна из наиболее интересных деталей «Укрытия» — изображение внешнего мира, которое жители видят через шлем после выхода на «чистку». Технически подобная система вполне возможна.
Шлем в «Укрытии» показывает пользователю искусственно сформированное изображение вместо достоверного вида окружающего мира. Подобную систему можно представить как сочетание камер, дисплеев, датчиков положения и заранее подготовленной визуальной модели. Вопрос снова упирается в производство и обслуживание.
Если оборудование было изготовлено до катастрофы, его можно хранить в резерве. Но рассчитывать, что сложная электроника будет исправно работать спустя десятки или сотни лет без замены аккумуляторов, дисплеев и электронных компонентов, уже значительно сложнее.
Сам принцип здесь научно состоятельный. Проблема находится не в физике изображения, а в долговечности всей системы.
Что в «Укрытии» действительно работает с точки зрения науки
Если убрать сюжетные тайны, мир сериала оказывается довольно интересным набором инженерных допущений:
- Подземное сооружение на глубине порядка 1,6 км вполне возможно. Реальные научные комплексы работают глубже.
- Геотермальная энергия подходит для автономного получения электричества и тепла. Современные станции используют именно такие принципы.
- Вертикальное сельское хозяйство способно выращивать растения без естественного грунта и солнечного света. Такие системы десятилетиями исследуются, в том числе NASA.
- Частичная переработка воды и воздуха уже применяется в космических системах жизнеобеспечения. Однако полностью автономная инфраструктура, способная столетиями обеспечивать тысячи людей пищей, кислородом и материалами без внешних поставок, пока остается инженерной гипотезой.
Слабое место находится на уровне всей системы. «Укрытие» должно одновременно быть шахтой, электростанцией, сельскохозяйственным комплексом, очистным сооружением, заводом, больницей, городом и замкнутой экосистемой. Причем все это должно сохранять работоспособность без внешней помощи на протяжении нескольких поколений. Именно здесь фантастика начинает заметно расходиться с инженерной реальностью.
Вердикт науки
«Укрытие» нельзя назвать антинаучным сериалом. Напротив, его мир построен на целом наборе технологий, которые существуют сегодня или находятся в пределах современной инженерии. Проблема заключается в масштабе и длительности.
Построить подземный комплекс на глубине одной мили возможно. Получать тепло из недр возможно. Выращивать растения без солнечного света возможно. Создавать замкнутые системы жизнеобеспечения возможно. Создать все это одновременно и заставить работать без внешних ресурсов сотни лет значительно сложнее.
Опыт «Биосферы-2» показывает, насколько легко нарушается химическое равновесие даже в специально спроектированной замкнутой экосистеме. Исследования NASA показывают, что производство пищи в подобных системах требует серьезного расчета площади и энергозатрат. Геотермальная энергетика решает проблему источника энергии, но не отменяет необходимость ремонта оборудования.
Можно ли построить такой бункер? Скорее да. Можно ли прожить в нем несколько поколений? Тоже да, при наличии достаточно развитой промышленности и тщательно спроектированных циклов воды, воздуха, энергии и продовольствия. А вот способен ли такой город самостоятельно поддерживать себя на протяжении нескольких сотен лет, почти не имея доступа к внешнему миру, — уже гораздо более серьезная проблема.
В этом смысле «Укрытие» оказывается не прогнозом будущего, а инженерной мысленной моделью. Сериал показывает, что человечество способно построить убежище от катастрофы. Наука заставляет задать следующий вопрос, который гораздо менее оптимистичен. Хватит ли людям ресурсов и технологий, чтобы это убежище однажды не превратилось в собственную катастрофу?