Колонизация Венеры была предметом многих произведений научной фантастики еще до появления космических полетов и до сих пор обсуждается как с художественной, так и с научной точки зрения. Однако с открытием чрезвычайно враждебной поверхностной среды Венеры внимание в значительной степени переключилось на колонизацию Луны и Марса , при этом предложения по Венере были сосредоточены на средах обитания, плавающих в верхних слоях средней атмосферы [1] и на терраформировании .
Колонизация космоса — это шаг за рамки освоения космоса и подразумевает постоянное или долгосрочное присутствие людей за пределами Земли . Стивен Хокинг утверждал, что колонизация космоса — лучший способ обеспечить выживание человека как вида. [2] Другие причины колонизации космоса включают экономические интересы, долгосрочные научные исследования, которые лучше всего проводить людьми, а не роботизированными зондами, и чистое любопытство. Венера — вторая по величине планета земной группы и ближайший сосед Земли, что делает ее потенциальной целью.
Венера имеет определенное сходство с Землей , что, если бы не враждебные условия, во многих отношениях могло бы облегчить колонизацию по сравнению с другими возможными местами назначения. Эти сходства и ее близость позволили Венере называться «сестрой планетой» Земли.
В настоящее время не установлено, будет ли гравитация Марса , составляющая 0,38 земной, достаточной, чтобы избежать декальцинации костей и потери мышечного тонуса, с которыми сталкиваются астронавты, живущие в среде микроперегрузки . Напротив, Венера близка по размеру и массе к Земле, что приводит к аналогичной поверхностной гравитации (0,904 г ), которой, вероятно, будет достаточно для предотвращения проблем со здоровьем, связанных с невесомостью . Большинство других планов освоения космоса и колонизации сталкиваются с опасениями по поводу разрушительного воздействия длительного воздействия дробной перегрузки или невесомости на опорно-двигательный аппарат человека .
Относительная близость Венеры облегчает транспортировку и связь, чем в большинстве других мест Солнечной системы . При нынешних двигательных установках окна запуска на Венеру происходят каждые 584 дня [3] по сравнению с 780 днями для Марса. [4] Время полета также несколько короче; Зонд «Венера-Экспресс» , прибывший к Венере в апреле 2006 года, провел в пути чуть больше пяти месяцев, по сравнению с почти шестью месяцами для « Марс-Экспресс» . Это связано с тем, что при максимальном сближении Венера находится на расстоянии 40 миллионов км (25 миллионов миль) от Земли (приблизительно перигелий Земли минус афелий Венеры) по сравнению с 55 миллионами км (34 миллиона миль) для Марса (приблизительно перигелий Марса минус афелий). Земли), что делает Венеру ближайшей к Земле планетой.
Атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа. Поскольку азот и кислород легче углекислого газа, воздушные шары, наполненные пригодным для дыхания воздухом, будут плавать на высоте около 50 км (31 миль). На этой высоте температура составляет 75 ° C (348 K; 167 ° F). На высоте 5 км (3,1 мили) выше умеренная температура 27 ° C (300 K; 81 ° F) (см. Атмосфера Венеры § Тропосфера ).
Атмосфера также обеспечивает различные элементы, необходимые для жизни человека и сельского хозяйства: углерод, водород, кислород, азот и серу. [5]
Кроме того, верхние слои атмосферы могут обеспечить защиту от вредного солнечного излучения , сравнимую с защитой, обеспечиваемой атмосферой Земли . Атмосфера Марса , как и Луны, не обеспечивает такой защиты. [6] [7] [8]
Венера также представляет собой несколько серьезных проблем для человеческой колонизации. С условиями на поверхности Венеры трудно справиться: средняя температура составляет около 464 °C (737 K; 867 °F), [9] выше, чем температура плавления свинца , которая составляет 327 °C. Атмосферное давление на поверхности также как минимум в девяносто раз выше, чем на Земле, что эквивалентно давлению, испытываемому под километром воды. Эти условия привели к тому, что миссии на поверхность были чрезвычайно короткими: советские зонды «Венера-5» и «Венера-6» были раздавлены высоким давлением, находясь еще на высоте 18 км над поверхностью. Последующие спускаемые аппараты, такие как «Венера-7» и «Венера-8» , сумели передать данные после достижения поверхности, но эти миссии также были короткими: они продержались на поверхности не более одного часа.
Более того, на Венере почти полностью отсутствует вода в любой форме. Атмосфера лишена молекулярного кислорода и состоит в основном из углекислого газа . Кроме того, видимые облака состоят из агрессивной серной кислоты и паров диоксида серы .
С 1962 года Венеру посетило более 20 успешных космических миссий. Последним европейским зондом был аппарат ЕКА «Венера-Экспресс» , который находился на полярной орбите вокруг планеты с 2006 по 2014 год. Японский зонд « Акацуки » потерпел неудачу в своей первой попытке выйти на орбиту Венеры. но успешно вернулся на орбиту 7 декабря 2015 года. Были предложены другие недорогие миссии для дальнейшего исследования атмосферы планеты, поскольку область на высоте 50 км (31 миль) над поверхностью, где давление газа находится на том же уровне, что и на Земле, еще не еще тщательно исследованы.
По крайней мере, еще в 1971 году [10] советские ученые предположили, что вместо того, чтобы пытаться заселить враждебную поверхность Венеры, люди могли бы попытаться заселить венерианскую атмосферу . Джеффри А. Лэндис из Исследовательского центра Гленна НАСА резюмировал предполагаемые трудности колонизации Венеры просто из предположения, что колония должна базироваться на поверхности планеты:
Однако, если посмотреть с другой точки зрения, проблема Венеры заключается всего лишь в том, что уровень земли находится слишком далеко ниже уровня одной атмосферы. На уровне облаков Венера — райская планета.
Лэндис предложил среду обитания в виде аэростатов , а затем плавучие города , основываясь на концепции, что пригодный для дыхания воздух (смесь кислорода и азота в соотношении 21:79) представляет собой подъемный газ в плотной атмосфере углекислого газа , обладающий более 60% подъемной силы, которую имеет гелий на Земле. . [11] Фактически, воздушный шар , наполненный воздухом, пригодным для дыхания человека, будет поддерживать себя и дополнительный вес (например, колонию) в воздухе. На высоте 50 километров (31 миль) над поверхностью Венеры окружающая среда наиболее похожа на земную в Солнечной системе за пределами самой Земли - давление примерно 1 атм или 1000 гПа и температура от 0 до 50 ° C ( Диапазон температур от 273 до 323 К; от 32 до 122 °F). Защита от космического излучения будет обеспечиваться атмосферой наверху с защитной массой, эквивалентной земной. [12]
В верхней части облаков скорость ветра на Венере достигает 95 м/с (340 км/ч; 210 миль в час), облетая планету примерно каждые четыре земных дня в явлении, известном как «супервращение». [13] Таким образом, по сравнению с венерианским солнечным днем , составляющим 118 земных дней, колонии, свободно плавающие в этом регионе, могут иметь гораздо более короткий цикл дня и ночи. Разрешение колонии свободно передвигаться также уменьшит структурное напряжение от ветра, которое они испытают, если будут привязаны к земле.
В крайнем случае, вся Венера может быть покрыта аэростатами, образующими искусственную планетарную поверхность. Этому будет способствовать сжимающаяся под ним атмосфера. [14]
Поскольку между внутренней и внешней частью воздушного шара нет значительной разницы давлений, любые разрывы или разрывы приведут к диффузии газов с нормальной скоростью смешивания в атмосфере, а не к взрывной декомпрессии , давая время на устранение любых таких повреждений. [11] Кроме того, людям не потребуются герметичные костюмы на улице, а только воздух для дыхания, защита от кислотных дождей и, в некоторых случаях, слабая защита от жары. В качестве альтернативы, купола, состоящие из двух частей, могут содержать подъемный газ, такой как водород или гелий (извлекаемый из атмосферы), чтобы обеспечить более высокую плотность массы. [15] Поэтому надевать и снимать костюмы для работы на открытом воздухе было бы проще. Работа вне автомобиля в негермокостюмах также будет проще. [16]
Структурные и промышленные материалы будет трудно добыть с поверхности, а доставлять с Земли/астероидов будет дорого. Серная кислота сама по себе представляет собой еще одну проблему, поскольку колонию придется строить или покрывать материалами, устойчивыми к кислотной коррозии, такими как ПТФЭ (соединение, полностью состоящее из углерода и фтора).
В 2015 году НАСА разработало концепцию эксплуатации высотной Венеры (HAVOC) для изучения возможности организации миссии с экипажем в атмосфере. [17] Также планируется создание гипотетической плавучей небесной станции с ключевыми материалами и средствами связи. [18]
Венера была предметом ряда предложений по терраформированию . [19] [5] Предложения направлены на удаление или преобразование плотной атмосферы из углекислого газа, снижение температуры поверхности Венеры 450 ° C (723 K; 842 ° F) и установление светового цикла дня и ночи, более близкого к земному.
Многие предложения предполагают размещение солнечного навеса или системы орбитальных зеркал с целью уменьшения инсоляции и освещения темной стороны Венеры. Другая общая черта большинства предложений предполагает введение больших количеств водорода или воды . Предложения также включают либо замораживание большей части атмосферного CO 2 Венеры , либо преобразование его в карбонаты , [ 20 ] мочевину или другие формы . [ нужна цитата ]