Колония на Венере

Это не так надуманно, как вы думаете.

Прекрасная картина Венеры с японского космического корабля Акацуки.

Почему Венера?

Каждый энтузиаст космической колонизации спешит рассказать о возможностях поселиться на Марсе. У него есть период вращения, похожий на Землю, несколько земные температуры и, возможно, даже очень земная история. Марс также привлекателен из-за его большого количества подземного водяного льда, как для потребления человеком, так и для возможности расщепления его на кислород и водород для использования в качестве источника топлива. Марс также обеспечивает достаточное количество СО2 для жизнедеятельности растений и поверхностных кратеров для элементной защиты марсианских оснований.

Когда мы бросаем взгляд на злого близнеца Земли, Венера оказывается последним местом, которое человечество должно рассмотреть в качестве постоянного форпоста. Его атмосфера токсична и плотна, ее поверхность расплавлена ​​и засушлива, а ее отсутствие магнитосферы не помогает против смертельного потока заряженных частиц и ультрафиолетового излучения от солнца. Температуры на Венере утверждают, что синяя лента является самой высокой в ​​Солнечной системе из-за безудержного безудержного парникового эффекта планеты, и атмосферное давление на поверхности эквивалентно тому, чтобы быть на километре под водой на Земле.

Фактическое изображение поверхности Венеры, сделанное русским посадочным аппаратом «Венера 13», с разбитой крышкой объектива на переднем плане. Забавный факт: атмосфера Венеры настолько плотная, что она фактически изгибает поступающий свет, похожий на взгляд через резервуар с водой, поэтому все изображения поверхности Венеры выглядят «изогнутыми».

Но Венера получает жизненно важный ресурс, которого не хватает Марсу: солнечный свет. Для питания межпланетной колонии требуется огромное количество энергии. РИТЭГ с делением громоздки и опасны для пилотируемых космических применений, а мощность термоядерного синтеза может оказаться непрактичной или невозможной для поддержания в межпланетном масштабе, но солнечная энергия оказалась дешевой и надежной для широкого спектра космических применений. Более того, солнечная энергия увеличивается с приближением к солнцу, что делает колонизацию Венеры еще более практичной.

Венера также имеет другие преимущества колонизации, которые Марс не может требовать. Гравитация Венеры на 90% ниже земной, что достаточно для борьбы с последствиями дегенерации костей и мышц, с которыми столкнутся марсианские колонисты. Кроме того, транзитное время, чтобы добраться до Венеры, почти в два раза короче, чем транзитное время до Марса, и у Венеры есть в два раза больше стартовых окон, чтобы добраться туда. Наконец, атмосфера Венеры с высоким содержанием СО2 и интенсивность солнечного излучения идеальны для создания заполненных растениями биологических куполов для производства пищи и кислорода для колонистов.

Концепт

Поверхность Венеры может быть невозможна для освоения с помощью технологии ближайшего будущего, но может быть и другой способ установить постоянное поселение на Венере, не ступая на расплавленный ад ниже. Точно так же, как дирижабль остается в воздухе в атмосфере Земли, венерианская колония может работать по аналогичным принципам, дрейфуя вдоль атмосферных течений высоко над поверхностью, где условия более похожи на земные. Такая колония будет иметь доступ к солнечному потоку, обеспечивающему энергию сверху, избегая огромных температур и давлений намного ниже.

Художественная концепция плавающего солнечного венерианского поселения.

Плавающая межпланетная колония предлагает некоторые интригующие преимущества, которые фиксированная база может не предложить. В то время как фиксированное поселение привязано к определенному набору координат, движение плавучего поселения будет регулироваться движением атмосферы. Это означает, что даже без учета тяги колония парения будет охватывать большую площадь земли для исследований, чем фиксированное поселение с определенными временными рамками. Парящий поселок также мог бы легко маневрировать в различных местах, как для целей научных исследований, так и для предотвращения опасности. Наконец, зависший поселок будет не только иметь возможность исследовать оси «X» и «Y» своего окружения, но также будет иметь возможность изменять свою высоту в направлении «Z». Колония на Марсе не имела бы такой роскоши.

Дизайн

Первым шагом в проектировании плавающей колонии на Венере является решение, где в атмосфере ее разместить. Мы хотим быть достаточно высокими, чтобы получать надлежащий солнечный свет через атмосферу, но все же достаточно низкими, чтобы внешние давления и температуры были управляемыми, чтобы корпус и подсистемы нашего корабля могли противостоять. В 50 километрах атмосфера Венеры имеет поразительно земные условия с давлением и температурой около 1 атмосферы и 70 ° C (158 ° F) соответственно. Несмотря на то, что плавающая колония на этой высоте все еще окутана атмосферной дымкой, она получит около 500 Вт / м², что сопоставимо с интенсивностью солнечного излучения, передаваемой на Землю в основном в солнечный день.

Температуры и давления в атмосфере Венеры. Черная линия обозначает температуру и давление на данной высоте.

Чтобы объект оставался в воздухе во флюиде без изменения высоты, его средняя плотность должна быть такой же, как у флюида, в котором он находится под водой. Например, подводная лодка, которая хочет погрузиться под воду на Земле, должна достичь средней плотности 1 г / г. cm³; плотность океанской воды. Подводные лодки спроектированы со средней плотностью ниже, чем у океанской воды, когда они находятся на поверхности и наполнены воздухом. Однако, используя камеры, предназначенные для приема воды, эти сосуды способны набирать массу без изменения их объемов, эффективно повышая их плотность, достаточную для погружения под поверхность.

Хотя атмосфера Венеры довольно плотная, она гораздо менее заметна, чем океанская вода. Требуется очень большая структура, заполненная земным воздухом, чтобы оставаться в облаках Венеры, которую было бы трудно транспортировать и строить. Вместо этого мы можем спроектировать наш корабль-колонию больше как дирижабль с отдельным надувным компонентом, заполненным водородом. В отличие от Земли, атмосфера Венеры не содержит кислорода, поэтому заполненная водородом структура представляет небольшую угрозу для пожаров или взрывов. Кроме того, водород легко доступен в атмосфере Венеры. Эта структура, заполненная водородом, добавила бы к кораблю огромный объем с очень небольшой массой, уменьшив общую плотность, чтобы соответствовать плотности атмосферы Венеры на 50 км.

Гипотетическая венерианская колония, удерживаемая водородным тором.

Венерианское поселение на 100 человек потребует огромного количества ресурсов, чтобы поддержать его жителей. Такая колония должна быть самодостаточной, способной обеспечивать своих обитателей водой, кислородом, пищей, энергией и жизненным пространством, не полагаясь на поддержку Земли. Облака Венеры состоят из серной кислоты, состоящей из водорода, кислорода и серы. Выполняя электролиз этой токсичной молекулы, мы можем разделить ее на эти менее вредные компоненты. Атомы кислорода и водорода могут быть рекомбинированы с образованием воды, тогда как отработанная сера будет возвращаться в атмосферу.

Кислород и пища могут быть обеспечены растениями, которые могут выживать за счет солнечного света, отходов жизнедеятельности человека и нашей производственной воды. В одной из моих предыдущих статей «Наши первые марсианские растения» я обсуждал, что нужно сделать, чтобы обеспечить колонию из 100 человек на Марсе растениями. Изменив эти уравнения, чтобы учесть интенсивность солнечного света Венеры, я пришел к выводу, что потребуется прозрачный купол диаметром 50 метров, чтобы снабдить 100 венерианских колонистов достаточным количеством растений для удовлетворения всех их потребностей в кислороде и пище.

Теперь колонистам нужна власть. Средний человек в США сегодня откачивает 897 киловатт-часов в месяц, чтобы удовлетворить свои потребности в электроэнергии. Для базы, зависящей от солнечной энергии, наши панели должны будут собирать минимум 307 Вт на колониста или около 31 киловатта, чтобы удовлетворить эту потребность. База на самом деле потребует больше энергии, чем эта, как для обычных операций на судне, так и для научных исследований, но, пока корабль достигает этой потребности в мощности, база может выдержать себя. Для солнечных панелей, которые на 40% эффективнее получают солнечный свет через атмосферу Венеры, нашей базе потребуется не менее 241 м² солнечных панелей; немного больше, чем размеры теннисного корта.

Солнечная батарея Fraunhofer ISE; первый в своем роде, чтобы сломать 40% эффективности. Хотя эти солнечные элементы все еще дороги, они демонстрируют большой потенциал на ближайшее будущее.

В жилых помещениях каждый колонист мог проживать в небольших комнатах площадью около 25 м². Размер скромной однокомнатной квартиры. Эти помещения будут существовать в отдельном модуле экипажа, выполненном в виде цилиндра и установленном под биов куполом станции, чтобы поддерживать тяжелое дно сосуда, чтобы оно не перевернулось в турбулентной атмосфере Венеры.

Мои (очень предварительные) проекты. Модуль жилья показан в «лицевом» и «верхнем» видах соответственно.

Выше мой дизайн для 100 человек, на солнечной энергии, плавающая венерианская колония. Водородный тор, если он составлен из углеродного волокна, обладает структурной целостностью для перемещения между высотами от 46 до 54 км до взрыва или взрыва из-за перепадов давления. Два гребных пропеллера обеспечивают ловкость маневрирования корабля в любом направлении вдоль плоскости «X-Y», перемещения в направлении «Z» путем вдоха или выдоха плотной атмосферы Венеры в специализированные камеры. Максимальная мощность судна составляет 160 киловатт, что почти в 6 раз превышает нашу минимальную потребляемую мощность. Это может быть необходимо, однако, учитывая, что атмосфера планеты вращается вокруг поверхности один раз каждые 8 ​​дней, вызывая 4-дневные периоды ночи для плавающей колонии. Для поддержания питания в течение этих периодов в колонии должно быть установлено надлежащее аккумуляторное оборудование.

Потенциальные проблемы

Сильные ветры отравляют верхнюю венерианскую атмосферу. Эти ветры могут быть сведены к минимуму путем стратегического полета вдоль экваториальной области, где встречаются две клетки Хэдли планеты. Однако другие явления, такие как порывы и штормы, не так предсказуемы. Технология прогнозирования погоды, такая как радар, будет необходима для предупреждения колонии о вторжении погодных явлений, чтобы она могла соответствующим образом маневрировать.

Вырез атмосферы Венеры, подчеркивая атмосферную циркуляцию планеты. Экватор обладает значительно меньшей атмосферной активностью, чем остальная часть планеты, сродни атмосферным «долдромам» на Земле.

Другая потенциальная проблема - облака токсичной серной кислоты Венеры. Хотя серная кислота полезна для извлечения воды из нее, она обладает высокой коррозионной активностью и представляет серьезную угрозу для внешних компонентов венерианской колонии. Специальные кислотостойкие покрытия, такие как политетрафторэтилен (ПТФЭ), могут быть использованы для защиты этих компонентов от коррозии.

В атмосфере Венеры было бы чрезвычайно трудно найти такое сырье, как металлы. Хотя известно, что поверхность содержит определенные полезные минералы, добыча и очистка этих материалов будет затруднена в окружающей среде Венеры. Колония может быть самоподдерживающейся при работе, но может потребоваться доставка с Земли запасных частей, когда повреждены большие подсистемы.

Наконец, отсутствие магнитосферы на Венере создает небольшую проблему увеличения солнечного ветра, которая может быть преодолена путем стратегического экранирования жилых помещений и компьютерных компонентов. Если это окажется неэффективным, искусственная магнитосфера может быть построена на высокой орбите Венеры.

Заключение

В ста миллионах километров планета, не сильно отличающаяся от Земли, вращается вокруг той же звезды, что мы открываем жалюзи каждое утро. Хотя поверхность Венеры обжигающая и адская, ее атмосфера обеспечивает подходящее место для постоянного присутствия человека, независимого от ресурсов Земли. Такое урегулирование может предложить безграничный доступ к научным исследованиям нашего ближайшего соседа по планете, о теле, о котором мы в настоящее время так мало знаем. Эти плавающие колонии могут быть расширены в огромные города, чтобы помочь распространению нашего населения вокруг солнечной системы, чтобы избежать уничтожения нашего вида. Во многих отношениях атмосфера Венеры может быть даже более подходящей для колонизации, чем холодные пустыни Марса.

Только время покажет, где наш вид будет размножаться в последующие десятилетия. Мы можем оказаться в облаках Венеры, в каньонах Марса, на ледяных равнинах Европы или в гейзерах Энцелада. Но одно несомненно; мы устремлены вверх, а атмосфера Венеры настолько высока, насколько мы можем!