Eine Kolonie auf der Venus

Es ist nicht so weit hergeholt, wie Sie vielleicht denken.

Ein schönes Bild der Venus aus dem japanischen Raumschiff Akatsuki.

Warum Venus?

Jeder Weltraumkolonisationsbegeisterte spricht schnell die Möglichkeiten an, sich auf dem Mars niederzulassen. Es hat eine erdähnliche Rotationsperiode, etwas erdähnliche Temperaturen und möglicherweise sogar eine sehr erdähnliche Geschichte. Der Mars ist auch wegen seiner großen Menge an unterirdischem Wassereis attraktiv, sowohl für den menschlichen Verzehr als auch wegen des Potenzials, es in Sauerstoff und Wasserstoff aufzuspalten, um es als Brennstoffquelle zu verwenden. Der Mars liefert auch viel CO2 für das Pflanzenleben sowie Oberflächenkrater für den Elementarschutz der Marsbasen.

Wenn wir unseren Blick auf den bösen Zwilling der Erde richten, scheint die Venus der letzte Ort zu sein, den die Menschheit für einen dauerhaften Außenposten in Betracht ziehen sollte. Die Atmosphäre ist giftig und dicht, die Oberfläche ist geschmolzen und trocken, und der Mangel an Magnetosphäre hilft nicht gegen den tödlichen Schauer geladener Teilchen und das UV-Licht der Sonne. Die Temperaturen auf der Venus beanspruchen aufgrund des weit verbreiteten außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekts des Planeten das blaue Band für das höchste im Sonnensystem, und der atmosphärische Druck auf der Oberfläche entspricht einem Kilometer Unterwasser auf der Erde.

Ein aktuelles Bild der Oberfläche der Venus, aufgenommen vom russischen Lander Venera 13, dessen zerbrochener Objektivdeckel im Vordergrund steht. Unterhaltsame Tatsache: Die venusianische Atmosphäre ist so dicht, dass sie tatsächlich einfallendes Licht biegt, ähnlich wie durch einen Wassertank, weshalb alle Bilder der Venusoberfläche „gekrümmt“ aussehen.

Aber Venus erhält eine wichtige Ressource, die dem Mars fehlt: Sonnenlicht. Die Stromversorgung einer interplanetaren Kolonie erfordert enorme Mengen an Energie. Spalt-RTGs sind sperrig und gefährlich für bemannte Weltraumanwendungen, und Fusionsleistung kann sich als unpraktisch oder im interplanetaren Maßstab nicht aufrechtzuerhalten erweisen. Solarenergie hat sich jedoch für eine Vielzahl von Weltraumanwendungen als billig und zuverlässig erwiesen. Darüber hinaus nimmt die Sonnenenergie mit der Nähe zur Sonne zu, was die Besiedlung der Venus noch praktischer macht.

Venus bietet auch andere Vorteile der Kolonisierung, die der Mars nicht beanspruchen kann. Die Schwerkraft der Venus beträgt 90% der der Erde, was stark genug ist, um die Auswirkungen der Knochen- und Muskelentartung zu bekämpfen, denen Mars-Kolonisten ausgesetzt wären. Darüber hinaus ist die Transitzeit zur Venus fast zweimal kürzer als die Transitzeit zum Mars, und Venus hat doppelt so viele Startfenster, um dorthin zu gelangen. Schließlich sind die stark CO2-gesättigte Atmosphäre der Venus und die hohe Sonnenintensität ideal, um pflanzengefüllte Biokuppeln für die Produktion von Nahrung und Sauerstoff für Kolonisten aufzubauen.

Das Konzept

Es mag unmöglich sein, die Oberfläche der Venus mit Technologie der nahen Zukunft zu besiedeln, aber es kann auch eine andere Möglichkeit geben, eine dauerhafte Besiedlung der Venus zu errichten, ohne die geschmolzene Hölle darunter zu betreten. So wie ein Luftschiff in der Erdatmosphäre in der Luft bleibt, kann eine venusianische Kolonie nach ähnlichen Prinzipien arbeiten und entlang atmosphärischer Strömungen hoch über der Oberfläche treiben, wo die Bedingungen erdähnlicher sind. Eine solche Kolonie hätte von oben Zugang zum stromversorgenden Sonnenfluss, während die immensen Temperaturen und Drücke weit unten vermieden würden.

Künstlerische Vorstellung einer schwimmenden, solarbetriebenen venusianischen Siedlung.

Eine schwimmende interplanetare Kolonie bietet einige faszinierende Vorteile, die eine feste Basis möglicherweise nicht bietet. Während eine feste Siedlung an einen bestimmten Satz von Koordinaten gebunden ist, würde die Bewegung einer schwimmenden Siedlung von der Bewegung der Atmosphäre bestimmt. Dies bedeutet, dass eine schwebende Kolonie auch ohne Schubkraft mehr Landfläche für Forschungszwecke abdecken würde als eine feste Siedlung in einem bestimmten Zeitrahmen. Eine schwebende Siedlung hätte auch die Möglichkeit, leicht zu verschiedenen Orten zu manövrieren, sowohl zu wissenschaftlichen Forschungszwecken als auch zur Vermeidung von Gefahren. Schließlich hätte eine schwebende Siedlung nicht nur die Möglichkeit, die X- und Y-Achse ihrer Umgebung zu erkunden, sondern auch die Möglichkeit, ihre Höhe in Z-Richtung zu ändern. Eine Kolonie auf dem Mars hätte keinen solchen Luxus.

Das Design

Der erste Schritt beim Entwurf einer schwimmenden Kolonie auf der Venus besteht darin, zu entscheiden, wo in der Atmosphäre sie platziert werden soll. Wir möchten hoch genug sein, um angemessenes Sonnenlicht durch die Atmosphäre zu erhalten, aber immer noch niedrig genug, damit die äußeren Drücke und Temperaturen für den Rumpf und die Subsysteme unseres Fahrzeugs beherrschbar sind. Bei 50 Kilometern herrscht in der venusianischen Atmosphäre auffallend erdähnliche Bedingungen mit Drücken und Temperaturen um 1 Atmosphäre bzw. 70 ° C (158 ° F). Obwohl eine schwimmende Kolonie in dieser Höhe immer noch in atmosphärischen Dunst gehüllt ist, würde sie etwa 500 Watt / m² erhalten, vergleichbar mit der Sonnenintensität, die an einem meist sonnigen Tag auf der Erde herrscht.

Temperaturen und Drücke in der Atmosphäre der Venus. Die schwarze Linie zeigt die Temperatur und den Druck in einer bestimmten Höhe an.

Damit ein Objekt in einer Flüssigkeit in der Luft bleibt, ohne die Höhe zu ändern, muss seine durchschnittliche Dichte mit der Flüssigkeit übereinstimmen, in die es getaucht ist. Beispielsweise muss ein U-Boot, das auf der Erde unter Wasser tauchen möchte, eine durchschnittliche Dichte von 1 g / erreichen cm³; die Dichte des Meerwassers. U-Boote sind mit einer durchschnittlichen Dichte ausgelegt, die niedriger ist als die des Meerwassers, wenn sie aufgetaucht und voller Luft sind. Unter Verwendung von Kammern, die Wasser aufnehmen sollen, können diese Gefäße jedoch an Masse zunehmen, ohne ihre Volumina zu verändern, wodurch ihre Dichte effektiv genug erhöht wird, um unter die Oberfläche zu tauchen.

Obwohl ziemlich dicht, ist die venusianische Atmosphäre weitaus schwächer als das Meerwasser. Es würde eine sehr große Struktur voller Erdluft erfordern, um in den Wolken der Venus in der Luft zu bleiben, was schwierig zu transportieren und zu konstruieren wäre. Stattdessen können wir unser Kolonieschiff eher wie ein Luftschiff mit einer separaten aufblasbaren Komponente gestalten, die mit Wasserstoff gefüllt ist. Anders als auf der Erde enthält die Atmosphäre der Venus keinen Sauerstoff, so dass eine mit Wasserstoff gefüllte Struktur kaum eine Gefahr für Brände oder Explosionen darstellt. Darüber hinaus ist Wasserstoff in der Atmosphäre der Venus leicht verfügbar. Diese mit Wasserstoff gefüllte Struktur würde dem Fahrzeug mit sehr geringer Masse ein riesiges Volumen hinzufügen und die Gesamtdichte verringern, um der Atmosphäre der Venus bei 50 km zu entsprechen.

Eine hypothetische venusianische Kolonie, die von einem mit Wasserstoff gefüllten Torus hochgehalten wird.

Eine venusianische Siedlung mit 100 Einwohnern wird eine Menge Ressourcen benötigen, um ihre Bewohner am Leben zu erhalten. Eine solche Kolonie muss autark sein und die Fähigkeit haben, ihre Bewohner mit Wasser, Sauerstoff, Nahrung, Energie und Lebensraum zu versorgen, ohne sich auf die Unterstützung der Erde verlassen zu müssen. Venuswolken bestehen aus Schwefelsäure, die aus Wasserstoff, Sauerstoff und Schwefel besteht. Durch Elektrolyse dieses toxischen Moleküls können wir es in diese weniger schädlichen Komponenten aufteilen. Die Sauerstoff- und Wasserstoffatome könnten zu Wasser rekombiniert werden, während der Abfallschwefel in die Atmosphäre zurückgeführt würde.

Sauerstoff und Nahrung können beide von Pflanzen geliefert werden, die vor Sonnenlicht, menschlichen Abfallprodukten und unserem hergestellten Wasser überleben können. In einem meiner vorherigen Artikel, „Unsere ersten Marspflanzen“, habe ich besprochen, was nötig ist, um eine Kolonie von 100 Menschen auf dem Mars mit Pflanzen zu unterstützen. Durch Modifizieren dieser Gleichungen, um die Sonnenlichtintensität der Venus zu berücksichtigen, kam ich zu dem Schluss, dass eine transparente Kuppel mit einem Durchmesser von 50 Metern erforderlich wäre, um 100 venusische Kolonisten mit genügend Pflanzen zu versorgen, um ihren gesamten Sauerstoff- und Nahrungsbedarf zu decken.

Jetzt brauchen die Kolonisten Macht. Die durchschnittliche Person in den USA saugt heute 897 Kilowattstunden pro Monat ab, um ihren Strombedarf zu decken. Für eine Basis, die von Solarenergie abhängig ist, müssen unsere Module mindestens 307 Watt pro Kolonist oder etwa 31 Kilowatt sammeln, um diesen Bedarf zu decken. Die Basis benötigt tatsächlich mehr Leistung als diese, sowohl für den regulären Schiffsbetrieb als auch für die wissenschaftliche Forschung. Solange das Fahrzeug diesen Leistungsbedarf erreicht, kann sich die Basis selbst tragen. Für Sonnenkollektoren, die zu 40% effizient Sonnenlicht durch die Atmosphäre der Venus empfangen, benötigt unsere Basis mindestens 241 m² Sonnenkollektoren. etwas größer als die Abmessungen eines Tennisplatzes.

Eine Fraunhofer ISE Solarzelle; der erste seiner Art, der einen Wirkungsgrad von 40% erreicht. Obwohl diese Solarzellen immer noch teuer sind, bieten sie ein großes Potenzial für die nahe Zukunft.

Für Wohnräume könnte jeder Kolonist in kleinen Räumen mit einer Grundfläche von etwa 25 m² wohnen. die Größe eines bescheidenen Studio-Apartments. Diese Räume würden in einem separaten Besatzungsmodul existieren, das als Zylinder konzipiert und unter der Biokuppel der Anlage installiert ist, um den Schiffsboden schwer zu halten und sicherzustellen, dass er in der turbulenten venusianischen Atmosphäre nicht umkippt.

Meine (sehr vorläufigen) Entwürfe. Das Wohnmodul wird in der Vorderansicht bzw. in der Draufsicht angezeigt.

Oben ist mein Entwurf für eine solarbetriebene schwimmende Venuskolonie mit 100 Personen. Der Wasserstofftorus hat, wenn er aus Kohlenstofffasern besteht, die strukturelle Integrität, um sich zwischen den Höhen von 46 km und 54 km zu bewegen, bevor er aufgrund von Druckunterschieden implodiert oder explodiert. Die beiden kardanischen Propeller bieten die Geschicklichkeit, das Fahrzeug in jede Richtung entlang der X-Y-Ebene zu manövrieren und in die Z-Richtung zu fahren, indem die dichte venusianische Atmosphäre in Spezialkammern ein- oder ausgeatmet wird. Das Schiff zieht maximal 160 Kilowatt ein und übertrifft unseren Mindestleistungsbedarf um fast das Sechsfache. Dies kann jedoch notwendig sein, wenn man bedenkt, dass sich die Atmosphäre des Planeten alle 8 Tage um die Oberfläche dreht, was für eine schwimmende Kolonie 4-tägige Nachtperioden verursacht. Ein ordnungsgemäßer Batteriespeicher müsste in die Kolonie eingebaut werden, um die Stromversorgung über diese Zeiträume aufrechtzuerhalten.

Mögliche Probleme

Starke Winde plagen die obere venusianische Atmosphäre. Diese Winde könnten minimiert werden, indem strategisch entlang der Äquatorregion geflogen wird, in der sich die beiden Hadley-Zellen des Planeten treffen. Andere Phänomene wie Böen und Stürme sind jedoch nicht so vorhersehbar. Wettervorhersagetechnologien wie Radar sind erforderlich, um die Kolonie vor eingreifenden Wetterereignissen zu warnen, damit sie sich entsprechend manövrieren kann.

Ausschnitt aus der Atmosphäre der Venus, der die atmosphärische Zirkulation des Planeten hervorhebt. Der Äquator hat eine wesentlich geringere atmosphärische Aktivität als der Rest des Planeten, ähnlich den atmosphärischen „Doldromen“ auf der Erde.

Ein weiteres potenzielles Problem sind die giftigen Schwefelsäurewolken der Venus. Schwefelsäure ist zwar nützlich für die Gewinnung von Wasser, aber stark ätzend und würde die äußeren Bestandteile einer venusianischen Kolonie stark gefährden. Spezielle säurebeständige Beschichtungen wie Polytetrafluorethylen (PTFE) könnten verwendet werden, um diese Komponenten vor Korrosion zu schützen.

Rohstoffe wie Metalle wären in der Atmosphäre der Venus äußerst schwer zu beschaffen. Obwohl bekannt ist, dass die Oberfläche bestimmte nützliche Rohmineralien enthält, wäre die Gewinnung und Raffination dieser Materialien in der Umgebung der Venus schwierig. Die Kolonie kann sich im Arbeitsbetrieb selbst ernähren, erfordert jedoch möglicherweise Lieferungen von der Erde für Ersatzteile, wenn große Teilsysteme beschädigt sind.

Schließlich wirft der Mangel an Magnetosphäre auf der Venus das kleine Problem eines erhöhten Sonnenwinds auf, der durch eine strategische Abschirmung der Wohnräume und Computerkomponenten überwunden werden könnte. Sollte sich dies als unwirksam herausstellen, könnte eine künstliche Magnetosphäre in einer Umlaufbahn mit hoher Venus konstruiert werden.

Fazit

Hundert Millionen Kilometer entfernt umkreist ein Planet, der sich nicht so stark von der Erde unterscheidet, denselben Stern, für den wir jeden Morgen die Jalousien öffnen. Obwohl die Oberfläche der Venus brühend und höllisch ist, bietet ihre Atmosphäre einen geeigneten Ort, um eine dauerhafte menschliche Präsenz aufzubauen, unabhängig von den Ressourcen der Erde. Eine solche Siedlung könnte einen unbegrenzten Zugang zur wissenschaftlichen Untersuchung unseres nächsten planetarischen Nachbarn bieten, eines Körpers, über den wir derzeit so wenig wissen. Diese schwimmenden Kolonien haben das Potenzial, in riesige Städte ausgedehnt zu werden, um die Verbreitung unserer Bevölkerung über das Sonnensystem zu unterstützen und die Vernichtung unserer Spezies zu vermeiden. In vielerlei Hinsicht ist die Atmosphäre der Venus möglicherweise noch besser für die Kolonisierung geeignet als die kalten Wüsten des Mars.

Nur die Zeit wird zeigen, wohin sich unsere Spezies in den folgenden Jahrzehnten vermehren wird. Wir könnten in den Wolken der Venus, den Schluchten des Mars, den Eisebenen Europas oder den Geysiren von Enceladus landen. Eines ist jedoch sicher; Wir sind nach oben gebunden und die Atmosphäre der Venus ist so hoch wie möglich!