En koloni på Venus

Det er ikke så langsigtet, som du måske tror.

Et dejligt billede af Venus fra det japanske Akatsuki-rumfartøj.

Hvorfor Venus?

Hver entusiast til rumskolonisering er hurtig til at få mulighederne for at slå sig ned på Mars. Det har en jordlignende rotationsperiode, noget jordlignende temperaturer og muligvis endda en meget jordlignende historie. Mars tiltrækker også på grund af sin store overflod af vandis under jorden, både til konsum og potentialet ved at opdele den i ilt og brint til brug som brændstofskilde. Mars leverer også masser af CO2 til plantelivet samt overfladekrater til elementær beskyttelse af Marsbaser.

Når vi kaster blikket mod Jordens onde tvilling, ser Venus ud til at være det sidste sted, som menneskeheden skal overveje for en permanent udpost. Det er atmosfæren er giftig og tæt, dens overflade er smeltet og tør, og den manglende magnetosfære hjælper ikke mod det dødbringende brusebad af ladede partikler og UV-lys, der plejer fra solen. Temperaturer på Venus hævder det blå bånd for det højeste i solsystemet på grund af planetens frodige løbende drivhuseffekt, og det atmosfæriske tryk på overfladen svarer til at være en kilometer under vand på Jorden.

Et faktisk billede af Venus 'overflade taget af den russiske Venera 13 lander, dets ødelagte linsehætte i forgrunden. Sjov kendsgerning: den venusiske atmosfære er så tæt, at den faktisk bøjer indgående lys, der svarer til at kigge gennem en tank med vand, og det er grunden til, at alle billederne af Venus 'overflade ser “buede”.

Men Venus får en vital ressource, som Mars mangler: sollys. At drive en interplanetær koloni kræver enorme mængder magt. Fission RTG'er er voluminøse og farlige for bemandede rumanvendelser, og fusionskraft kan vise sig at være upraktisk eller umulig at vedligeholde i interplanetær skala, men solenergi har vist sig at være billig og pålidelig til en lang række rumapplikationer. Hvad mere er, at solenergi øges i nærheden af ​​solen, hvilket gør den venusiske kolonisering endnu mere praktisk.

Venus kan også prale af andre fordele ved kolonisering, som Mars ikke kan kræve. Venus 'tyngdekraft er 90% af Jordens, som er stærk nok til at bekæmpe virkningerne af knogler og muskeldegenerering, som ville blive konfronteret af Martiske kolonister. Desuden er transittiden for at komme til Venus næsten to gange kortere end transittiden til Mars, og Venus har to gange så mange lanceringsvinduer for at komme dertil. Endelig er Venus 'meget CO2-mættede atmosfære og høje niveauer af solintensitet ideel til at oprette plantefyldte biokupler til produktion af mad og ilt til kolonister.

Konceptet

Venus 'overflade kan være umulig at slå sig ned med nær fremtidsteknologi, men der kan være en anden måde at oprette en permanent bosættelse på Venus uden at sætte foden på det smeltede helvede nedenfor. På samme måde som en dirigerbar forbliver højt i atmosfæren på Jorden, kan en venusisk koloni muligvis arbejde på lignende principper og drive langs atmosfæriske strømme højt over overfladen, hvor forholdene er mere jordlignende. En sådan koloni ville have adgang til den strømforsyende solflux ovenfra og samtidig undgå de enorme temperaturer og tryk langt under.

Kunstnerens opfattelse af en flydende, solenergi drevet venusisk bygning.

En flydende interplanetær koloni tilbyder nogle spændende fordele, som en fast base muligvis ikke tilbyder. Mens en fast bosættelse er bundet til et specifikt sæt koordinater, ville en flydende bebyggelses bevægelse styres af atmosfærens bevægelse. Dette betyder, at selv uden trykindgang ville en svævende koloni dække mere landområde til forskning end en fast bosættelse i en bestemt tidsramme. En svævende bosættelse vil også have evnen til at manøvrere let til forskellige steder, både til videnskabelig forskningsformål såvel som risikoforebyggelse. Endelig ville en svævende bygning ikke kun have evnen til at udforske 'X' og 'Y' akserne i dens omgivelser, men ville også opretholde muligheden for at ændre dens højde i 'Z' retning. En koloni på Mars ville ikke have sådan luksus.

Designet

Det første trin i at designe en flydende koloni på Venus er at beslutte, hvor i atmosfæren det skal sættes. Vi ønsker at være høje nok til at modtage ordentligt sollys gennem atmosfæren, men stadig lavt nok til, at det eksterne tryk og temperaturer er håndterbare for, at vores håndværks skrog og undersystemer kan modstå. På 50 kilometer har den venusiske atmosfære slående jordlignende forhold med tryk og temperaturer på henholdsvis 1 atmosfære og 70 ° C (158 ° F). Skønt der stadig er indhyllet i atmosfærisk uklarhed, ville en flydende koloni i denne højde modtage ca. 500 watt / m², svarende til den solintensitet, der blev tildelt jorden en mest solskinsdag.

Temperaturer og tryk i Venus 'atmosfære. Den sorte linje angiver temperaturen og trykket i en given højde.

For at et objekt skal forblive højt i en væske uden at ændre højde, skal dens gennemsnitlige massefylde være den samme som væsken, som den er nedsænket i. For eksempel skal en ubåd, der ønsker at dykke under vand på Jorden, opnå en gennemsnitlig massefylde på 1 g / cm³; havets vandtæthed. Ubåde er designet med en gennemsnitlig densitet, der er lavere end havvandet, når de dukker op og er fulde af luft. Imidlertid bruger disse kamre, der er designet til at tage vand, disse fartøjer evnen til at få masse uden at ændre deres volumener effektivt at hæve deres densiteter nok til at dykke under overfladen.

Selvom det er temmelig tæt, er den venusiske atmosfære langt mere spændende end havvand. Det ville kræve en meget stor struktur fuld af jordluft for at forblive højt oppe i skyerne i Venus, hvilket ville være vanskeligt at transportere der og konstruere. I stedet kan vi designe vores kolonibåd mere som en dirigerbar med en separat oppustelig komponent fyldt med brint. I modsætning til på Jorden indeholder Venus 'atmosfære intet ilt, så en brintfyldt struktur udgør en lille trussel for brand eller eksplosioner. Endvidere er brint let tilgængeligt i Venus 'atmosfære. Denne brintfyldte struktur ville tilføje et enormt volumen til fartøjet med meget lille masse og sænke den samlede tæthed for at matche den i Venus 'atmosfære på 50 km.

En hypotetisk venusisk koloni holdt højt op af en brintfyldt torus.

En venusisk bosættelse på 100 mennesker kræver en masse ressourcer for at holde dens indbyggere i live. En sådan koloni skal være selvforsynende og have evnen til at give sine indbyggere vand, ilt, mad, strøm og opholdsareal uden at stole på Jorden for støtte. Venus 'skyer består af svovlsyre, der består af brint, ilt og svovl. Ved at udføre elektrolyse på dette giftige molekyle kan vi opdele det i disse mindre skadelige komponenter. Oxygen og brintatomerne kunne rekombineres til dannelse af vand, mens affaldssvovlet ville blive returneret til atmosfæren.

Oxygen og mad kan begge leveres af planter, der kan overleve fra sollys, menneskeligt affald og vores fremstillede vand. I en af ​​mine tidligere artikler, "Vores første Martian Plants", diskuterede jeg, hvad det skulle til for at støtte en koloni på 100 mennesker på Mars med planter. Ved at ændre disse ligninger for at tage højde for Venus 'sollysintensitet, kom jeg til den konklusion, at det ville tage en gennemsigtig kuppel, 50 meter i diameter, for at forsyne 100 venusiske kolonister med nok planter til at imødekomme alle deres ilt- og madbehov.

Nu kræver kolonisterne magt. Den gennemsnitlige person i USA siger i dag 897 kilowatt-timer om måneden for at imødekomme deres strømbehov. For en base, der er afhængig af solenergi, bliver vores paneler nødt til at samle et gennemsnit på mindst 307 watt pr. Kolonist, eller ca. 31 kilowatt, for at imødekomme dette behov. Basen vil faktisk kræve mere kraft end dette til både regelmæssige fartøjsoperationer såvel som videnskabelig forskning, men så længe fartøjet når dette kraftbehov kan basen opretholde sig selv. For solcellepaneler, der er 40% effektive modtagende sollys gennem Venus 'atmosfære, kræver vores base mindst 241 m² solcellepaneler; lidt større end dimensionerne på en tennisbane.

En Fraunhofer ISE solcelle; den første af sin art, der bryder 40% effektivitet. Selvom de stadig er dyre, viser disse solceller et stort potentiale i den nærmeste fremtid.

I opholdsrum kunne hver kolonist opholde sig i små værelser med ca. 25 m² gulvareal; størrelsen på en beskeden studiolejlighed. Disse værelser findes i et separat besætningsmodul, designet som en cylinder og installeret under plantens bio-kuppel for at holde fartøjets bund tung for at sikre, at det ikke vipper over i den turbulente venusiske atmosfære.

Mine (meget foreløbige) designs. Boligmodulet vises fra henholdsvis 'front' og 'top'.

Ovenfor er mit design til en 100-personers, solcelledrevet, flydende venusisk koloni. Hydrogen torus, hvis den består af kulfiber, har den strukturelle integritet til at køre mellem højderne på 46 km og 54 km før implodation eller eksplodering på grund af trykforskelle. De to gimballing-propeller tilbyder fingerfærdighed til at manøvrere håndværket i en hvilken som helst retning langs 'X-Y' -planet og rejse i 'Z' -retningen ved at indånde eller udånde den tætte venusiske atmosfære i specialkamre. Skibet trækker ind maksimalt 160 kilowatt og overskrider næsten 6 gange vores minimale effektbehov. Dette kan dog være nødvendigt, i betragtning af at planetens atmosfære roterer rundt på overfladen en gang hver 8. dag, hvilket forårsager 4-dages perioder om natten for en flydende koloni. Korrekt batterilagring skulle være udstyret i kolonien for at opretholde strøm gennem disse perioder.

Potentielle problemer

Stærk vind plager den øvre venusiske atmosfære. Disse vinde kunne minimeres ved at flyve strategisk langs det ækvatoriale område, hvor planetens to Hadley-celler mødes. Andre fænomener som vindstød og storme er imidlertid ikke så forudsigelige. Vejrprædiktiv teknologi som radar vil være nødvendig for at advare kolonien om indgreb i vejrhændelser, så den kan manøvrere sig selv i overensstemmelse hermed.

Cutaway of Venus 'atmosfære, der fremhæver planetens atmosfæriske cirkulation. Ækvator har væsentligt mindre atmosfærisk aktivitet end resten af ​​planeten i lighed med de atmosfæriske

Et andet potentielt problem er Venus 'giftige svovlsyreskyer. Selvom svovlsyre er nyttig til ekstraktion af vand fra, er den stærkt ætsende og ville udgøre en stærk trussel mod eksterne komponenter i en venusisk koloni. Specielle syrebestandige belægninger, såsom polytetrafluoroethylen (PTFE), kunne bruges til at beskytte disse komponenter mod korrosion.

Råmaterialer som metaller ville være ekstremt vanskelige at få i Venus 'atmosfære. Selvom overfladen vides at indeholde visse nyttige råmineraler, ville ekstraktion og raffinering af disse materialer være vanskelige at gennemføre i Venus 'miljø. Kolonien kan være selvbærende, når den er i drift, men den kan kræve forsendelser fra Jorden til reservedele, når store delsystemer er beskadiget.

Endelig udgør Venus 'mangel på magnetosfære det lille spørgsmål om øget solvind, som kunne overvindes ved strategisk afskærmning af opholdsrum og computerkomponenter. Hvis dette viser sig at være ineffektivt, kan en kunstig magnetosfære konstrueres i en høj-Venus bane.

Konklusion

Hundrede millioner kilometer væk, en planet, der ikke er så forskellig fra Jorden, kredser om den samme stjerne, som vi åbner persiennerne hver morgen. Selvom Venus 'overflade er skoldende og helvede, giver dens atmosfære et passende sted at etablere en permanent menneskelig tilstedeværelse, uafhængig af jordens ressourcer. En sådan løsning kunne tilbyde en ubegrænset adgang til den videnskabelige undersøgelse af vores nærmeste planetariske nabo, et organ, som vi i øjeblikket kender så lidt til. Disse flydende kolonier har potentialet til at blive udvidet til enorme byer for at hjælpe med at sprede vores befolkning om solsystemet for at undgå vores arts udryddelse. I mange henseender kan Venus 'atmosfære være endnu mere velegnet til kolonisering end de kolde ørkener fra Mars.

Kun tiden vil vise, hvor vores arter vil udbrede sig i de efterfølgende årtier. Vi havner muligvis i skyerne i Venus, Mars-canyonerne, Europas isflader eller Enceladus-gejsere. Men en ting er bestemt; vi er opad bundet, og Venus 'atmosfære er omtrent så højt op som vi kunne få!