Venus
Waarom Venus?
Elke enthousiaste ruimtecollectie brengt snel de mogelijkheden om zich op Mars te vestigen naar voren. Het heeft een aardachtige rotatieperiode, enigszins aardachtige temperaturen en mogelijk zelfs een zeer aardachtige geschiedenis. Mars is ook aantrekkelijk vanwege zijn grote hoeveelheid ondergronds waterijs, zowel voor menselijke consumptie als het vermogen om het op te splitsen in zuurstof en waterstof om als brandstofbron te gebruiken. Mars biedt ook voldoende CO2 voor het plantenleven, evenals oppervlaktekraters voor elementaire bescherming voor Mars-bases.
Wanneer we onze blik richten op de boze tweeling van de aarde, lijkt Venus de laatste plaats te zijn waar de mensheid rekening mee moet houden voor een permanente buitenpost. De atmosfeer is giftig en dicht, het oppervlak is gesmolten en dor, en het gebrek aan magnetosfeer helpt niet tegen de dodelijke regen van geladen deeltjes en UV-licht dat uit de zon stroomt. Temperaturen op Venus claimen het blauwe lint voor het hoogste in het zonnestelsel vanwege het ongebreidelde op hol geslagen broeikaseffect van de planeet en de atmosferische druk op het oppervlak is gelijk aan een kilometer onder water op aarde.
Maar Venus ontvangt een belangrijke hulpbron waar Mars tekortschiet: zonlicht. Het aandrijven van een interplanetaire kolonie vereist enorme hoeveelheden kracht. Fission RTG’s zijn omvangrijk en gevaarlijk voor bemande ruimtetoepassingen, en fusievermogen kan op interplanetaire schaal onpraktisch of onmogelijk blijken te zijn, maar zonne-energie heeft bewezen goedkoop en betrouwbaar te zijn voor een breed scala aan ruimtetoepassingen. Wat meer is, is dat de zonne-energie toeneemt met de nabijheid van de zon, waardoor de Venusiaanse kolonisatie nog praktischer wordt.
Venus heeft ook andere kolonisatie-voordelen die Mars niet kan claimen. De zwaartekracht van Venus is 90% groter dan die van de aarde, die sterk genoeg is om de effecten van bot- en spierdegeneratie tegen te gaan die door kolonisten van Mars zouden worden geconfronteerd. Verder is de transittijd om naar Venus te gaan bijna twee keer korter dan de transittijd naar Mars, en Venus heeft twee keer zoveel lanceringsramen om daar te komen. Ten slotte zijn de zeer CO2-verzadigde atmosfeer en de hoge zonne-intensiteit van Venus ideaal voor het opzetten van met planten gevulde biokoepels voor de productie van voedsel en zuurstof voor kolonisten.
Het concept
Het oppervlak van Venus is misschien niet te vestigen met de technologie van de nabije toekomst, maar er kan een andere manier zijn om een permanente nederzetting op Venus te vestigen zonder voet op de gesmolten hel hieronder te zetten. Op dezelfde manier dat een luchtschip boven in de atmosfeer van de Aarde hangt, kan een Venusische kolonie op vergelijkbare principes kunnen opereren, drijvend langs atmosferische stromingen hoog boven het oppervlak waar de omstandigheden meer op de aarde lijken. Een dergelijke kolonie zou van bovenaf toegang hebben tot de stroomvoorziening van de zonneflux, terwijl de immense temperaturen en drukken ver daaronder worden vermeden.
Een zwevende interplanetaire kolonie biedt enkele intrigerende voordelen die een vaste basis mogelijk niet biedt. Terwijl een vaste nederzetting is gebonden aan een specifieke set coördinaten, zou de beweging van een zwevende nederzetting worden bepaald door de beweging van de atmosfeer. Dit betekent dat zelfs als er geen duwinvoer is, een zwevende kolonie meer landoppervlakte voor onderzoek zou beslaan dan een vaste nederzetting die een bepaald tijdsbestek wordt gegeven. Een zwevende nederzetting zou ook de mogelijkheid hebben om gemakkelijk naar verschillende locaties te manoeuvreren, zowel voor wetenschappelijke onderzoeksdoeleinden als voor het vermijden van gevaren. Ten slotte zou een zwevende nederzetting niet alleen de mogelijkheid hebben om de ‘X’- en’ Y’-assen van zijn omgeving te verkennen, maar zou hij ook de mogelijkheid behouden om de hoogte in de ‘Z’-richting te wijzigen. Een kolonie op Mars zou zulke luxe niet hebben.
Het ontwerp
De eerste stap bij het ontwerpen van een drijvende kolonie op Venus bepaalt waar in de atmosfeer het moet worden gezegd. We willen hoog genoeg zijn om voldoende zonlicht door de atmosfeer te ontvangen, maar nog steeds zo laag dat externe druk en temperatuur beheersbaar zijn voor de romp en subsystemen van ons vaartuig om te weerstaan. Op 50 kilometer heeft de Venusische atmosfeer opvallend aardachtige condities, met drukken en temperaturen rond respectievelijk 1 atmosfeer en 70 ° C (158 ° F). Hoewel nog steeds gehuld in een atmosferische waas, zou een drijvende kolonie op deze hoogte ongeveer 500 watt / m² ontvangen, vergelijkbaar met de zonne-intensiteit die op aarde op een overwegend zonnige dag is meegegeven.
Om een object omhoog te laten in een vloeistof zonder hoogte te veranderen, moet de gemiddelde dichtheid hetzelfde zijn als de vloeistof waarin het is ondergedompeld. Een onderzeeër die onderwater op aarde wil duiken, moet bijvoorbeeld een gemiddelde dichtheid van 1 g bereiken. cm³; de dichtheid van oceaanwater. Onderzeeërs zijn ontworpen met gemiddelde dichtheden lager dan die van oceaanwater wanneer ze opgedoken en vol met lucht zijn. Door gebruik te maken van kamers die zijn ontworpen om water op te nemen, hebben deze schepen echter het vermogen om massa te verkrijgen zonder hun volumes te veranderen, waardoor hun dichtheid voldoende wordt verhoogd om onder het oppervlak te duiken.
Hoewel tamelijk dicht, is de Venusische atmosfeer veel onstabieler dan oceaanwater. Het zou een zeer grote structuur vol aardse lucht nodig hebben om omhoog te blijven in de wolken van Venus, die daar moeilijk te transporteren en te construeren zou zijn. In plaats daarvan kunnen we ons kolonie schip meer als een luchtschip ontwerpen, met een afzonderlijk opblaasbaar onderdeel gevuld met waterstof. In tegenstelling tot op aarde bevat de atmosfeer van Venus geen zuurstof, dus een met waterstof gevulde structuur vormt een kleine bedreiging voor branden of explosies. Bovendien is waterstof gemakkelijk verkrijgbaar in de atmosfeer van Venus. Deze met waterstof gevulde structuur zou een enorm volume aan het vaartuig toevoegen met heel weinig massa, waardoor de algehele dichtheid daalt naar die van de atmosfeer van Venus op 50 km.
Een Venusiaanse nederzetting van 100 mensen zal een hoop middelen nodig hebben om zijn inwoners in leven te houden. Zo’n kolonie moet zelfvoorzienend zijn en in staat zijn om zijn inwoners water, zuurstof, voedsel, kracht en leefruimte te bieden zonder te vertrouwen op de Aarde voor steun. De wolken van Venus zijn samengesteld uit zwavelzuur, bestaande uit waterstof, zuurstof en zwavel. Door elektrolyse uit te voeren op dit toxische molecuul, kunnen we het splitsen in deze minder schadelijke componenten. De zuurstof- en waterstofatomen zouden opnieuw kunnen worden gecombineerd om water te vormen, terwijl de afvalzwavel zou worden teruggevoerd naar de atmosfeer.
Zuurstof en voedsel kunnen beide worden geleverd door planten, die kunnen overleven tegen zonlicht, menselijke afvalproducten en ons geproduceerde water. In een van mijn vorige artikelen, “Our First Martian Plants”, besprak ik wat het zou kosten om een kolonie van 100 mensen op Mars met planten te ondersteunen. Door deze vergelijkingen aan te passen aan de zonlichtintensiteit van Venus, kwam ik tot de conclusie dat er een doorzichtige koepel met een diameter van 50 meter nodig was om 100 Venusische kolonisten voldoende planten te geven om aan al hun zuurstof- en voedselbehoeften te voldoen.
Nu hebben de kolonisten macht nodig. De gemiddelde persoon in de VS hevel vandaag 897 kilowattuur per maand om aan zijn stroombehoeften te voldoen. Voor een basis die afhankelijk is van zonne-energie, moeten onze panelen minimaal 307 watt per kolonist of ongeveer 31 kilowatt verzamelen om aan deze behoefte te voldoen. De basis zal eigenlijk meer kracht nodig hebben dan deze voor zowel reguliere operaties van schepen als wetenschappelijk onderzoek, maar zolang het vaartuig deze vermogensbehoefte bereikt, kan de basis zichzelf onderhouden. Voor zonnepanelen die 40% efficiënt zonlicht ontvangen door de atmosfeer van Venus, heeft onze basis minimaal 241 m² zonnepanelen nodig; iets groter dan de afmetingen van een tennisbaan.
Voor woonruimten zou elke kolonist kunnen verblijven in kleine kamers met ongeveer 25 m² (270 ft²) vloeroppervlak; de grootte van een bescheiden studio-appartement. Deze ruimtes zouden bestaan in een afzonderlijke bemanningsmodule, ontworpen als een cilinder en onder de bio-koepel van de installatie geïnstalleerd om de bodem van het vat zwaar te houden om ervoor te zorgen dat deze niet omvalt in de turbulente Venusische atmosfeer.
Hierboven zie ik mijn ontwerp voor een 100-persoons, op zonne-energie aangedreven, zwevende Venusische kolonie. De waterstoftorus, indien samengesteld uit koolstofvezel, heeft de structurele integriteit om te reizen tussen de hoogten van 46 km en 54 km vóór imploderen of exploderen als gevolg van drukverschillen. De twee cardanische propellers bieden de behendigheid om het vaartuig in elke richting langs het ‘X-Y’-vlak te manoeuvreren, in de richting’ Z ’te reizen door de dichte Venusische atmosfeer in speciale kamers in te ademen of uit te ademen. Het schip trekt maximaal 160 kilowatt in en overschrijdt bijna 9 keer onze minimale vermogensbehoefte. Dit kan echter nodig zijn, omdat de atmosfeer van de planeet eens in de 8 dagen rond het oppervlak roteert, waardoor perioden van 4 dagen voor een zwevende kolonie worden veroorzaakt. Een juiste batterijopslag zou in de kolonie moeten worden ingebouwd om de stroom door deze perioden te behouden.
Potentiële problemen
Sterke winden pest de bovenste Venusische atmosfeer. Deze wind kan worden geminimaliseerd door strategisch te vliegen langs het equatoriale gebied waar de twee Hadley-cellen van de planeet samenkomen. Andere fenomenen zoals windstoten en stormen zijn echter niet zo voorspelbaar. Weersvoorspellende technologie zoals radar zal nodig zijn om de kolonie van naderende weersgebeurtenissen te waarschuwen, zodat deze zichzelf dienovereenkomstig kan manoeuvreren.
Een ander potentieel probleem is de giftige zwavelzuurwolken van Venus. Hoewel nuttig voor het extraheren van water, zwavelzuur is zeer corrosief en zou een grote bedreiging vormen voor externe componenten van een Venusische kolonie. Speciale zuurbestendige coatings, zoals polytetrafluorethyleen (PTFE), zouden kunnen worden gebruikt om deze componenten te beschermen tegen corrosie.
Grondstoffen zoals metalen zouden extreem moeilijk te verkrijgen zijn in de atmosfeer van Venus. Hoewel bekend is dat het oppervlak bepaalde bruikbare ruwe mineralen bevat, zou het extraheren en zuiveren van deze materialen moeilijk zijn in de omgeving van Venus. De kolonie kan zichzelf onderhoudend zijn tijdens het werken, maar het kan zijn dat zendingen van de Aarde nodig zijn voor reserveonderdelen wanneer grote subsystemen beschadigd zijn.
Ten slotte vormt het gebrek aan magnetosfeer van Venus het kleine probleem van de toegenomen zonnewind, die kan worden overwonnen door de strategische afscherming van de woonvertrekken en computeronderdelen. Als dit niet effectief blijkt te zijn, kan een kunstmatige magnetosfeer in een hoge Venus-baan worden geconstrueerd.
Conclusie
Honderd miljoen kilometer verderop draait een planeet die niet zo verschillend is van de aarde om dezelfde ster heen dat we de blinds elke ochtend openen. Hoewel het oppervlak van Venus gloeiend en hel is, biedt zijn atmosfeer een geschikte locatie om een permanente menselijke aanwezigheid te vestigen, onafhankelijk van de hulpbronnen van de Aarde. Zo’n nederzetting zou een onbeperkte toegang kunnen bieden tot de wetenschappelijke studie van onze dichtstbijzijnde planetaire buur, een lichaam waar we momenteel zo weinig over weten. Deze drijvende kolonies hebben het potentieel om uit te breiden naar enorme steden om onze bevolking te helpen met het verspreiden van het zonnestelsel om de vernietiging van onze soort te voorkomen. In veel opzichten is de atmosfeer van Venus misschien nog meer geschikt voor kolonisatie dan de koude woestijnen van Mars.
Alleen de tijd zal uitwijzen waar onze soort zich in de volgende decennia zal verspreiden. We kunnen eindigen in de wolken van Venus, de canyons van Mars, de ijsvlaktes van Europa, of de geisers van Enceladus. Maar één ding is zeker; we zijn opwaarts gebonden en de atmosfeer van Venus is ongeveer zo hoog als we zouden kunnen krijgen!
