Kolonia na Wenus

To nie jest tak daleko idące, jak mogłoby się wydawać.

Śliczne zdjęcie Wenus z japońskiego statku kosmicznego Akatsuki.

Dlaczego Wenus

Każdy entuzjasta kolonizacji kosmosu szybko odkrywa możliwości osiedlenia się na Marsie. Ma podobny do Ziemi okres obrotowy, nieco ziemskie temperatury, a być może nawet bardzo podobną do Ziemi historię. Mars jest również atrakcyjny ze względu na dużą obfitość podpowierzchniowego lodu wodnego, zarówno do spożycia przez ludzi, jak i potencjał jego podziału na tlen i wodór, które mogą być wykorzystane jako źródło paliwa. Mars zapewnia również dużo CO2 do życia roślin, a także kraterów powierzchniowych do ochrony pierwiastkowej dla baz marsjańskich.

Kiedy spoglądamy na złego bliźniaka Ziemi, Wenus wydaje się ostatnim miejscem, które ludzkość powinna rozważyć dla stałej placówki. Jego atmosfera jest toksyczna i gęsta, powierzchnia jest stopiona i sucha, a brak magnetosfery nie pomaga w walce ze śmiertelnym deszczem naładowanych cząstek i promieniowaniem UV promieni słonecznych. Temperatury na Wenus twierdzą, że niebieska wstążka jest najwyższa w Układzie Słonecznym z powodu szalejącego efektu niekontrolowanej cieplarnianej planety, a ciśnienie atmosferyczne na powierzchni jest równoważne z odległością kilometra pod wodą na Ziemi.

Rzeczywisty obraz powierzchni Wenus zrobiony przez rosyjski lądownik Venera 13, z połamaną pokrywką obiektywu na pierwszym planie. Ciekawostka: wenusjańska atmosfera jest tak gęsta, że ​​faktycznie pochyla przychodzące światło podobne do patrzenia przez zbiornik wody, dlatego wszystkie obrazy powierzchni Wenus wyglądają „zakrzywione”.

Ale Wenus otrzymuje niezbędne zasoby, których brakuje Marsowi: światło słoneczne. Zasilanie kolonii międzyplanetarnej wymaga ogromnej ilości mocy. RTG rozszczepialne są nieporęczne i niebezpieczne dla załogowych zastosowań kosmicznych, a moc syntezy jądrowej może okazać się niepraktyczna lub niemożliwa do utrzymania w skali międzyplanetarnej, ale energia słoneczna okazała się tania i niezawodna w szerokim zakresie zastosowań kosmicznych. Co więcej, energia słoneczna rośnie wraz z bliskością Słońca, dzięki czemu kolonizacja Wenus jest jeszcze bardziej praktyczna.

Wenus oferuje również inne korzyści związane z kolonizacją, których Mars nie może się ubiegać. Grawitacja Wenus wynosi 90% grawitacji Ziemi, która jest wystarczająco silna, aby zwalczyć skutki degeneracji kości i mięśni, na które natrafiliby marsjańscy koloniści. Ponadto czas transportu na Wenus jest prawie dwa razy krótszy niż czas transportu na Marsa, a Wenus ma dwa razy więcej okien startowych, aby się tam dostać. Wreszcie, wysoce nasycona CO2 atmosfera Wenus i wysoki poziom intensywności słońca są idealne do zakładania wypełnionych roślinami bio-kopuł do produkcji żywności i tlenu dla kolonistów.

Koncepcja

Powierzchnia Wenus może być niemożliwa do osiedlenia się w niedalekiej przyszłości, ale może istnieć inny sposób wzniesienia stałej osady na Wenus bez postawienia stopy na stopionym piekle poniżej. W taki sam sposób, w jaki sterowiec pozostaje w powietrzu w atmosferze Ziemi, kolonia wenusjańska może być w stanie działać na podobnych zasadach, dryfując wzdłuż prądów atmosferycznych wysoko nad powierzchnią, gdzie warunki są bardziej podobne do Ziemi. Taka kolonia miałaby dostęp do dostarczającego energię strumienia słonecznego z góry, unikając jednocześnie ogromnych temperatur i ciśnień znacznie poniżej.

Artystyczna koncepcja pływającej, zasilanej energią słoneczną osady wenusjańskiej.

Pływająca kolonia międzyplanetarna oferuje pewne intrygujące korzyści, których stała baza może nie zaoferować. Podczas gdy ustalona osada jest powiązana z określonym zestawem współrzędnych, ruch pływającej osady byłby regulowany przez ruch atmosfery. Oznacza to, że nawet bez wkładu ciągu, unosząca się kolonia zajmowałaby więcej powierzchni lądu do badań niż ustalona osada w określonych ramach czasowych. Unosząca się osada miałaby również możliwość łatwego manewrowania w różne miejsca, zarówno do celów badań naukowych, jak i do unikania zagrożeń. Wreszcie unosząca się osada miałaby nie tylko możliwość eksploracji osi „X” i „Y” swojego otoczenia, ale także zachowałaby opcję zmiany wysokości w kierunku „Z”. Kolonia na Marsie nie miałaby takich luksusów.

Projektowanie

Pierwszym krokiem w projektowaniu pływającej kolonii na Wenus jest podjęcie decyzji, gdzie w atmosferze ją umieścić. Chcemy być na tyle wysoko, aby otrzymywać odpowiednie światło słoneczne przez atmosferę, ale wciąż na tyle nisko, aby można było kontrolować ciśnienia i temperatury zewnętrzne, aby kadłub i podsystemy naszego statku były w stanie wytrzymać. Na 50 kilometrach wenusjańska atmosfera ma uderzająco ziemskie warunki, przy ciśnieniach i temperaturach odpowiednio około 1 atmosfery i 70⁰ C (158⁰ F). Choć wciąż spowita mgiełką atmosferyczną, pływająca kolonia na tej wysokości otrzymywałaby około 500 watów / m², co jest porównywalne z intensywnością promieniowania słonecznego nadawanego Ziemi w przeważnie słoneczny dzień.

Temperatury i ciśnienia w atmosferze Wenus. Czarna linia oznacza temperaturę i ciśnienie na danej wysokości.

Aby obiekt pozostał w powietrzu w płynie bez zmiany wysokości, jego średnia gęstość musi być taka sama jak płynu, w którym jest zanurzony. Na przykład okręt podwodny, który chce nurkować pod wodą na Ziemi, musi osiągnąć średnią gęstość 1 g / cm³; gęstość wody oceanicznej. Okręty podwodne są projektowane ze średnią gęstością niższą niż woda oceaniczna, gdy są na powierzchni i pełne powietrza. Jednak za pomocą komór przeznaczonych do wchłaniania wody naczynia te mają zdolność do uzyskiwania masy bez zmiany objętości skutecznie zwiększając gęstość wystarczającą do nurkowania pod powierzchnią.

Mimo dość gęstej atmosfery Wenus jest znacznie słabsza niż woda oceaniczna. Utrzymanie wysoko w chmurach Wenus wymagałoby bardzo dużej struktury wypełnionej ziemskim powietrzem, którą trudno byłoby tam przetransportować i zbudować. Zamiast tego możemy zaprojektować nasz statek koloniowy bardziej jak sterowiec, z osobnym nadmuchiwanym komponentem wypełnionym wodorem. W przeciwieństwie do Ziemi, atmosfera Wenus nie zawiera tlenu, więc struktura wypełniona wodorem stanowi niewielkie zagrożenie dla pożarów lub wybuchów. Ponadto wodór jest łatwo dostępny w atmosferze Wenus. Ta struktura wypełniona wodorem zwiększyłaby ogromną objętość jednostki o bardzo małej masie, zmniejszając ogólną gęstość, aby dopasować ją do atmosfery Wenus na 50 km.

Hipotetyczna wenusjańska kolonia utrzymywana w górze przez wypełniony wodorem torus.

Osiedle wenusjańskie liczące 100 osób będzie wymagało dużej ilości zasobów, aby utrzymać mieszkańców przy życiu. Taka kolonia musi być samowystarczalna, zdolna do zapewnienia swoim mieszkańcom wody, tlenu, jedzenia, energii i przestrzeni życiowej, nie licząc na wsparcie Ziemi. Chmury Wenus składają się z kwasu siarkowego, złożonego z wodoru, tlenu i siarki. Wykonując elektrolizę tej toksycznej cząsteczki, możemy podzielić ją na te mniej szkodliwe składniki. Atomy tlenu i wodoru można połączyć ponownie, tworząc wodę, a odpadowa siarka zawróci do atmosfery.

Tlen i żywność mogą być dostarczane zarówno przez rośliny, które mogłyby przetrwać przed światłem słonecznym, odpadami ludzkimi i produkowaną przez nas wodą. W jednym z moich poprzednich artykułów „Nasze pierwsze rośliny marsjańskie” omówiłem, co trzeba zrobić, aby utrzymać kolonię 100 ludzi na Marsie za pomocą roślin. Zmieniając te równania w celu uwzględnienia natężenia światła słonecznego Wenus, doszedłem do wniosku, że zajmie to przezroczystą kopułę o średnicy 50 metrów, aby zaopatrzyć 100 wenusjańskich kolonistów w wystarczającą ilość roślin, aby zaspokoić całe ich zapotrzebowanie na tlen i żywność.

Teraz koloniści potrzebują mocy. Przeciętny człowiek w USA dzisiaj wypija 897 kilowatogodzin miesięcznie, aby zaspokoić swoje zapotrzebowanie na energię. W przypadku bazy zależnej od energii słonecznej nasze panele będą musiały zebrać minimum 307 watów na kolonistę lub około 31 kilowatów, aby zaspokoić tę potrzebę. Baza będzie faktycznie wymagać więcej mocy zarówno do regularnych operacji na statku, jak i do badań naukowych, ale dopóki statek osiągnie to zapotrzebowanie na moc, baza może się utrzymać. W przypadku paneli słonecznych, które są w 40% wydajne i odbierają światło słoneczne w atmosferze Wenus, nasza baza będzie wymagała co najmniej 241 m² paneli słonecznych; nieco większy niż wymiary kortu tenisowego.

Ogniwo słoneczne ISE Fraunhofera; pierwszy tego rodzaju, który przełamuje 40% wydajności. Choć nadal są drogie, te ogniwa słoneczne wykazują ogromny potencjał w najbliższej przyszłości.

W przypadku pomieszczeń mieszkalnych każdy kolonista mógł mieszkać w małych pokojach o powierzchni około 25 m² (270 stóp kwadratowych); wielkość skromnego apartamentu typu studio. Pomieszczenia te istniałyby w osobnym module załogi, zaprojektowanym jako cylinder i zainstalowanym poniżej bio-kopuły rośliny, aby utrzymać ciężkie dno statku, aby nie przewróciło się w burzliwej atmosferze Wenus.

Moje (bardzo wstępne) projekty. Moduł siedliska jest pokazany odpowiednio z widoku „z przodu” i „z góry”.

Powyżej jest mój projekt dla 100 osobowej, pływającej kolonii Wenus, zasilanej energią słoneczną. Torus wodoru, jeśli składa się z włókna węglowego, ma strukturalną integralność do przemieszczania się między wysokościami 46 km i 54 km przed implodowaniem lub wybuchem z powodu różnic ciśnienia. Dwa śmigła kulkowe zapewniają zręczność manewrowania jednostką w dowolnym kierunku wzdłuż płaszczyzny „X-Y”, przemieszczając się w kierunku „Z” poprzez wdychanie lub wydychanie gęstej wenusjańskiej atmosfery do wyspecjalizowanych komór. Statek wciąga maksymalnie 160 kilowatów, przekraczając nasze minimalne zapotrzebowanie mocy prawie 6 razy. Może to być jednak konieczne, biorąc pod uwagę, że atmosfera planety obraca się wokół powierzchni raz na 8 dni, powodując 4-dniowe okresy nocy dla pływającej kolonii. Aby utrzymać energię przez te okresy, należałoby wyposażyć kolonię w odpowiednie miejsce do przechowywania baterii.

Potencjalne problemy

Silny wiatr nęka górną atmosferę Wenus. Wiatry te można zminimalizować, latając strategicznie wzdłuż równikowego regionu, w którym spotykają się dwie komórki Hadleya planety. Jednak inne zjawiska, takie jak podmuchy i burze, nie są tak przewidywalne. Konieczna będzie technologia prognozowania pogody, taka jak radar, aby ostrzec kolonię przed zbliżającymi się wydarzeniami pogodowymi, aby mogła odpowiednio manewrować.

Odcięcie atmosfery Wenus, podkreślające cyrkulację atmosferyczną planety. Równik ma znacznie mniejszą aktywność atmosferyczną niż reszta planety, podobnie jak atmosferyczne „doldromy” na Ziemi.

Innym potencjalnym problemem są toksyczne chmury kwasu siarkowego Wenus. Chociaż kwas siarkowy jest przydatny do wydobywania wody, jest wysoce żrący i stanowiłby poważne zagrożenie dla zewnętrznych składników kolonii wenusjańskiej. Do ochrony tych elementów przed korozją można zastosować specjalne powłoki kwasoodporne, takie jak politetrafluoroetylen (PTFE).

Surowce takie jak metale byłyby niezwykle trudne do zdobycia w atmosferze Wenus. Chociaż wiadomo, że powierzchnia zawiera pewne użyteczne surowe minerały, wydobycie i rafinacja tych materiałów byłaby trudna w środowisku Wenus. Kolonia może być samowystarczalna podczas pracy, ale może wymagać wysyłek z Ziemi na części zamienne w przypadku uszkodzenia dużych podsystemów.

Wreszcie brak magnetosfery Wenus stanowi niewielki problem zwiększonego wiatru słonecznego, który można rozwiązać poprzez strategiczne ekranowanie pomieszczeń mieszkalnych i komponentów komputerowych. Jeśli okaże się to nieskuteczne, sztuczna magnetosfera mogłaby zostać zbudowana na wysokiej orbicie Wenus.

Wniosek

Sto milionów kilometrów dalej, planeta nie różniąca się tak bardzo od Ziemi, krąży wokół tej samej gwiazdy, na którą każdego ranka otwieramy żaluzje. Chociaż powierzchnia Wenus jest oparzona i piekielna, jej atmosfera zapewnia odpowiednie miejsce do ustanowienia stałej obecności człowieka, niezależnie od zasobów Ziemi. Taka osada mogłaby oferować nieograniczony dostęp do badań naukowych naszego najbliższego sąsiada planetarnego, ciała, o którym tak mało wiemy. Te pływające kolonie mogą zostać powiększone do ogromnych miast, aby pomóc w rozprzestrzenianiu naszej populacji wokół Układu Słonecznego, aby uniknąć anihilacji naszego gatunku. Pod wieloma względami atmosfera Wenus może być jeszcze bardziej odpowiednia do kolonizacji niż zimne pustynie Marsa.

Tylko czas pokaże, gdzie będą się rozmnażać nasze gatunki w następnych dziesięcioleciach. Możemy skończyć w chmurach Wenus, kanionach Marsa, lodowych równinach Europy lub gejzerach Enceladus. Ale jedno jest pewne; jesteśmy związani w górę, a atmosfera Wenus jest tak wysoko, jak to możliwe!