Колония на Венера

Това не е толкова нагледно, колкото може би си мислите.

Прекрасна снимка на Венера от японския космически кораб Акацуки.

Защо Венера?

Всеки ентусиаст на космическа колонизация бърза да разкрие възможностите за установяване на Марс. Той има период на въртене, подобен на Земята, донякъде подобни на Земята температури и вероятно дори много подобна на Земята история. Марс е привлекателен и поради голямото си изобилие от подземен воден лед, както за консумация от човека, така и поради потенциала да го раздели на кислород и водород, за да се използва като източник на гориво. Марс също осигурява изобилие от CO2 за живот на растенията, както и повърхностни кратери за елементарна защита на марсианските бази.

Когато хвърляме поглед към злия близнак на Земята, Венера се оказва последното място, което човечеството трябва да помисли за постоянен пост. Атмосферата му е токсична и плътна, повърхността й е разтопена и суха, а липсата на магнитосфера не помага срещу смъртоносния душ на заредени частици и ултравиолетовата светлина, очистваща от слънцето. Температурите на Венера твърдят, че синята лента е най-висока в Слънчевата система поради разяждащия се парников ефект на планетата, а атмосферното налягане върху повърхността е еквивалентно на километър под вода на Земята.

Действително изображение на повърхността на Венера, направено от руския земя Венера 13, нейната счупена капачка на лещата на преден план. Забавен факт: Венеразийската атмосфера е толкова гъста, че всъщност огъва входящата светлина, подобна на гледането през резервоар с вода, поради което всички изображения на повърхността на Венера изглеждат „извити“.

Но Венера получава жизненоважен ресурс, от който на Марс липсва: слънчева светлина. За захранването на междупланетна колония са необходими огромни количества енергия. Делещите RTG устройства са обемни и опасни за космически приложения, а мощността на термоядрен синтез може да се окаже непрактична или невъзможна за поддържане в междупланетен мащаб, но слънчевата енергия се оказа евтина и надеждна за огромен набор от космически приложения. Нещо повече - слънчевата енергия се увеличава с близостта до слънцето, което прави колонизацията на Венера още по-практична.

Венера се гордее и с други предимства на колонизацията, за които Марс не може да претендира. Гравитацията на Венера е 90% от тази на Земята, която е достатъчно силна, за да се бори с ефекта на костната и мускулната дегенерация, с която биха се изправили марсианските колонисти. Освен това времето за транзит до Венера е близо два пъти по-кратко от времето за транзит до Марс, а Венера има два пъти повече прозорци за изстрелване, за да стигне до там. И накрая, силно наситената атмосфера на Венера на Венера и високите нива на слънчева интензивност са идеални за създаване на пълни с растения био куполи за производство на храна и кислород за колонистите.

Концепцията

Повърхността на Венера може да бъде невъзможно да се уреди с технологията в близко бъдеще, но може да има друг начин да се издигне постоянно селище на Венера, без да се стъпва върху разтопения ад долу. По същия начин, по който дирижабълът остава на височина в атмосферата на Земята, Венезийска колония може да е в състояние да работи по подобни принципи, движейки се по атмосферните течения високо над повърхността, където условията са по-подобни на Земята. Такава колония би имала достъп до захранващия слънчев поток отгоре, като се избягват огромните температури и налягания далеч отдолу.

Концепцията на художника за плаващо слънчево селище на Венера.

Плаваща междупланетна колония предлага някои интригуващи предимства, които фиксираната база може да не предлага. Докато фиксираното селище е обвързано с конкретен набор от координати, движението на плаващото селище ще се управлява от движението на атмосферата. Това означава, че дори и без принос на тяга, висящата колония ще покрие повече земна площ за изследване, отколкото фиксирано селище, като се има предвид определен период от време. Висящото населено място също ще има възможност за лесно маневриране на различни места, както за научноизследователски цели, така и за избягване на опасности. И накрая, висящото селище не само ще има възможност да изследва осите „X“ и „Y“ на неговата околност, но и ще поддържа възможността да променя височината си в посока „Z“. Колония на Марс нямаше да има такива луксове.

Дизайнът

Първата стъпка при проектирането на плаваща колония на Венера е да решите къде в атмосферата да я поставите. Искаме да бъдем достатъчно високи, за да получаваме подходяща слънчева светлина през атмосферата, но все пак достатъчно ниска, че външните налягания и температури са управляеми, за да издържат корпуса и подсистемите на нашия занаят. На 50 километра атмосферата на Венера има поразително земни условия, с налягания и температури съответно около 1 атмосфера и 70 ° C (158 ° F). Въпреки че все още е обвита в атмосферна мъгла, плаваща колония на тази надморска височина ще получи около 500 вата / м², сравнима със слънчевата интензивност, предоставена на Земята в предимно слънчев ден.

Температури и налягания в атмосферата на Венера. Черната линия обозначава температурата и налягането на дадена височина.

За да остане обект надвиснал във флуид, без да променя височината, средната му плътност трябва да е същата като течността, в която е потопена. Например, подводница, която желае да се гмурка под вода на Земята, трябва да постигне средна плътност 1 g / cm³; плътността на океанската вода. Подводните лодки са проектирани със средна плътност, по-ниска от тази на океанската вода, когато са на повърхността и пълни с въздух. Въпреки това, използвайки камери, предназначени за поемане на вода, тези съдове имат способността да натрупват маса, без да променят обемите си, като ефективно увеличават плътността си достатъчно, за да се гмуркат под повърхността.

Макар и доста плътна, атмосферата на Венера е далеч по-слаба от океанската вода. Ще е необходима много голяма структура, пълна със земния въздух, за да остане на височина в облаците на Венера, което би било трудно да се транспортира до там и да се изгради. Вместо това можем да проектираме нашия кораб от колонии по-скоро като дирижабъл, с отделен надуваем компонент, напълнен с водород. За разлика от Земята атмосферата на Венера не съдържа кислород, така че напълнената с водород структура представлява малка заплаха за пожари или експлозии. Освен това водородът е лесно достъпен в атмосферата на Венера. Тази структура, напълнена с водород, би добавила огромен обем към плавателния съд с много малка маса, като понижи общата плътност, за да съответства на тази на атмосферата на Венера на 50 км.

Хипотетична венезийска колония, държана на височина от торус, изпълнен с водород.

Венезийското селище от 100 души ще изисква набор от ресурси, за да поддържа жителите му живи. Такава колония трябва да бъде самодостатъчна и да има способността да осигурява на жителите си вода, кислород, храна, жизнено пространство и жизнено пространство, без да разчита на Земята за подкрепа. Облаците на Венера са съставени от сярна киселина, състояща се от водород, кислород и сяра. Извършвайки електролиза на тази токсична молекула, можем да я разделим на тези по-малко вредни компоненти. Кислородните и водородните атоми могат да се рекомбинират, за да образуват вода, докато отпадната сяра ще бъде върната в атмосферата.

Кислородът и храната могат да се осигуряват от растения, които биха могли да оцелеят извън слънчевата светлина, човешките отпадни продукти и произведената от нас вода. В една от предишните ми статии, „Нашите първи марсиански растения“, обсъдих какво ще е необходимо, за да подкрепя колония от 100 души на Марс с растения. Променяйки тези уравнения, за да отчита интензитета на слънчевата светлина на Венера, стигнах до извода, че ще е необходим прозрачен купол с диаметър 50 метра, за да снабди 100 венериански колонисти с достатъчно растения, за да посрещнат всичките им нужди от кислород и храна.

Сега колонистите изискват власт. Средният човек в САЩ днес сифонира 897 киловатчаса на месец, за да задоволи нуждите си от енергия. За база, зависима от слънчевата енергия, нашите панели ще трябва да събират минимум 307 вата на колонист или около 31 киловата, за да задоволят тази нужда. Базата всъщност ще изисква повече мощност от тази както за редовни операции на кораби, така и за научни изследвания, но докато корабът достигне това изискване за мощност, базата може да се поддържа. За слънчеви панели, които са 40% ефективни, получаващи слънчева светлина през атмосферата на Венера, нашата база ще изисква поне 241 м² слънчеви панели; малко по-големи от размерите на тенис корт.

Соларна клетка Fraunhofer ISE; първият по рода си счупи 40% ефективност. Макар и все още скъпи, тези слънчеви клетки показват голям потенциал в близко бъдеще.

За жилищни помещения всеки колонист може да пребивава в малки помещения с площ от около 25 м² (270 фута); размерът на скромен студио апартамент. Тези помещения биха съществували в отделен модул за екипаж, проектиран като цилиндър и инсталиран под растителния био купол, за да поддържа тежкия дъно на съда, за да се гарантира, че той не се преобръща в бурната венерианска атмосфера.

Моите (много предварителни) проекти. Модулът за обитаване се показва съответно от изглед „отпред“ и „отгоре“.

По-горе е моят дизайн за 100 човека, слънчева, плаваща венезийска колония. Водородният торус, ако е съставен от въглеродни влакна, има структурната цялост да се движи между надморската височина от 46 км и 54 км, преди да имплантира или експлодира поради разликите в налягането. Двата гребни витла предлагат сръчността да маневрира кораба във всяка посока по равнината "X-Y", пътувайки в посока "Z" чрез вдишване или издишване на плътната венерианска атмосфера в специализирани камери. Съдът дърпа с максимум 160 киловата, надхвърляйки нашите минимални изисквания за мощност с близо 6 пъти. Това може да е необходимо, като се има предвид, че атмосферата на планетата се върти около повърхността веднъж на 8 дни, причинявайки 4-дневни периоди на нощ за плаваща колония. Трябва да се постави подходящо съхранение на батерията в колонията, за да се поддържа мощност през тези периоди.

Потенциални проблеми

Силните ветрове пораждат горната Венерианска атмосфера. Тези ветрове биха могли да бъдат сведени до минимум, ако летят стратегически по екваториалния регион, където се срещат двете клетки на Хадли на планетата. Други явления като пориви и бури обаче не са толкова предвидими. Технологията за прогнозиране на времето като радар ще бъде необходима, за да предупреди колонията за посегателства върху метеорологичните събития, за да може тя да се управлява съответно.

Изрязване на атмосферата на Венера, подчертаваща атмосферната циркулация на планетата. Екваторът има значително по-малко атмосферна активност в сравнение с останалата част от планетата, подобен на атмосферните „одухотворения” на Земята.

Друг потенциален проблем са токсичните облаци на серната киселина на Венера. Макар и полезна за извличане на вода от, сярната киселина е силно корозивна и би представлявала страхотна заплаха за външните компоненти на венезийска колония. Специални киселинно устойчиви покрития, като политетрафлуоретилен (PTFE), могат да бъдат използвани за защита на тези компоненти от корозия.

Суровините като металите биха били изключително трудни за влизане в атмосферата на Венера. Макар че е известно, че повърхността съдържа някои полезни сурови минерали, извличането и рафинирането на тези материали би било трудно да се извърши в околната среда на Венера. Колонията може да е самоподдържаща се по време на работа, но може да изисква пратки от Земята за резервни части, когато големи подсистеми са повредени.

И накрая, липсата на магнитосфера на Венера поставя малкия проблем със засиления слънчев вятър, който може да бъде преодолян чрез стратегическо екраниране на жилищните помещения и компютърните компоненти. Ако това се окаже неефективно, може да се изгради изкуствена магнитосфера в орбита с висока Венера.

заключение

На сто милиона километра една планета, която не е толкова различна от Земята, обикаля около една и съща звезда, че всяка сутрин отваряме щорите. Макар че повърхността на Венера е лющеща се и адска, нейната атмосфера осигурява подходящо място за установяване на постоянно човешко присъствие, независимо от ресурсите на Земята. Такова споразумение може да предложи неограничен достъп до научното проучване на най-близката ни планетарна съседка - орган, за който в момента знаем толкова малко. Тези плаващи колонии имат потенциал да бъдат разширени в огромни градове, за да подпомогнат разпространението на нашето население около Слънчевата система, за да се избегне унищожаването на нашите видове. В много отношения атмосферата на Венера може би е по-подходяща за колонизация от студените пустини на Марс.

Само времето ще покаже къде ще се размножава нашият вид през следващите десетилетия. Може да се озовем в облаците на Венера, каньоните на Марс, ледените равнини на Европа или гейзерите на Енцелад. Но едно е сигурно; ние сме обвързани нагоре и атмосферата на Венера е приблизително толкова висока, колкото бихме могли да стигнем!