Kolonisering av Titan

Titan , Saturnus  största måne , är en av kandidaterna för kolonisering i det yttre solsystemet [1] . En av anledningarna till intresset för koloniseringen av satelliten är närvaron av kolväten på den , på vilken det mesta av jordens teknik för närvarande verkar. I processen att kolonisera Titan bör möjligheten av flytande organiska föreningar och till och med icke-syrehaltigt liv också beaktas [2] . De nuvarande planerna för NASA :s flaggskeppsprogram ( Outer Planet Flagship ) bekräftar att Titan, tillsammans med Enceladus , är de högsta prioriterade målen för ytterligare ett spaningsuppdrag (preliminärt i mitten av 2020 -talet ), följt av en potentiellt möjlig flygning av en mänsklig besättning [3] .

Uppskattningar av utsikterna för koloniseringen av Titan

European Space Agency har uppskattat att det finns hundratals gånger mer flytande kolväten på Titans yta än olja och naturgas på jorden. De bevisade reserverna av naturgas på jorden är cirka 130 miljarder ton, vilket räcker för att tillhandahålla el till hela USA för uppvärmning, kylning och belysningssystem för hushåll i 300 år. Detta motsvarar mängden bränsle i var och en av de dussintals metan-etansjöarna på Titan [4] .

Som Michael Anisimov, futurist och grundare av Accelerating Future- rörelsen, konstaterar , har Titan alla de grundläggande elementen som behövs för livet - kol , väte , kväve och syre . Dess kolossala kolvätereserver skulle fungera som en utmärkt energikälla för blivande kolonister som inte skulle behöva oroa sig för kosmiska strålar tack vare den täta atmosfären. Strålningen från Saturnus strålningsbälte är mycket mjukare än Jupiters . Titans atmosfär är så tät att flygning över Titan kommer att bli det huvudsakliga färdsättet. Dess tryck är lika med det som dykare upplever på ett djup av 5 meter under vatten. Tillsammans med hennes temperatur kräver detta användning av rymddräkter . Ett annat problem är närvaron av vätecyanid i den , som kan döda en person på några minuter även vid så låga koncentrationer. Detta hindrar dock inte Titan från att anses vara det mest lovande koloniseringsmålet i det yttre solsystemet [5] .

Den vetenskapliga recensionen The Space Monitor noterar att Titan är en idealisk plats för mänsklig överlevnad. Vattnet och metanet som finns på Titan kan användas både som bränsle för raketer och för att stödja kolonins liv. Kväve , metan och ammoniak kan användas som en källa till gödningsmedel för att odla mat. Vatten kan användas för att dricka och generera syre. I ljuset av ändligheten hos jordens oljereserver och oundvikligheten att hitta en annan energikälla, kan Titan bli huvudmålet för den framtida världsekonomin . Om ett genombrott inom fusionskraft någonsin görs kommer mänskligheten att behöva två saker som är knappa på jorden: helium-3 och deuterium . Saturnus har relativt stora mängder av dessa resurser, och Titan kan fungera som en mellanliggande punkt för start av produktion och vidare transport av helium-3 och deuterium från Saturnus [6] .

Amerikansk vetenskapsman, Dr. Robert Bussard beräknade att ett 400-mannauppdrag till Titan, syftade till att etablera en koloni där med 24 tusen ton nyttolast ombord (inklusive alla nödvändiga bostadsmoduler och resurser som behövs för livsuppehållande, förutsatt att de sjösattes genom att använda QED -teknik ), och att förse denna koloni med fordon och bränsle för dem kommer att kosta den amerikanska budgeten cirka 16,21 miljarder dollar per år [7] . Men eftersom Bassard fortsätter i ett annat arbete, för att uppdraget ska slutföras även inom en tioårsperiod, behövs kraftfullare jetmotorer som kan nå Titan inom veckor eller månader, inte år [8] .

Utsikterna för koloniseringen av Titan övervägs av amerikanska forskare oupplösligt med koloniseringen av en annan satellit av Saturnus  - Enceladus , eftersom både Titan och Enceladus har enorm potential för kolonisering och tusentals platser för att skapa bosättningar som kan bli en permanent livsmiljö för kolonister. För dessa ändamål kommer TSSM att lanseras  - ett uppdrag för att studera utsikterna för koloniseringen av både Titan och Enceladus [9] . The Scientific Council of the NASA Institute of Astrobiology inkluderade i sin resolution av den 22 september 2008 Titan i listan över de högst prioriterade astrobiologiska objekten i solsystemet , och rekommenderade att den federala regeringen finansierar Titan-Enceladus-uppdraget under nästa decennium, och den vetenskapliga och tekniska utvecklingen för dess organisation bör börja redan nu [9] . Som noterat av Julian Nott kommer flygningen av en mänsklig besättning med största sannolikhet att föregås av en robotbesättning, för att bättre undersöka möjligheten att skapa bebodda bosättningar [10] .

Likhet med jorden

Tack vare forskningen av rymdteleskopet Hubble och flygningarna av AMS Pioneer , Voyager och särskilt Cassini med Huygens- sonden landning på Titan , har betydande data om Titan erhållits. Titan liknar jorden på vissa sätt : [2] [11]

• den har en tät atmosfär, huvudsakligen bestående av kväve (cirka 95%); [12] . Titans atmosfär är den bästa typen av atmosfär för syntes av prebiotiska föreningar. Organiska föreningar som innehåller kväve är utgångsmaterialet för syntes av prebiotiska organiska föreningar. Titan är en unik kropp i solsystemet, vars prebiotiska kemi kännetecknas av frånvaron av en flytande fas [13] [14] .
• På dess yta finns sjöar av flytande etan och metan. [11] [15]
• Metankondensering skapar självexcitation av klimatet och Titans hydrologiska cykel, med en kaotisk samling av olika metan- och etanmoln och regn, liknande jordens vattenkretslopp, men med extremt långa, katastrofala skyfall framkallade av århundraden av torka .[ förtydliga ] . En annan likhet mellan Titans och jordens atmosfärer är Titans stratosfär, där specifika lokala förhållanden skapar något som jordens ozonskikt , som bildar dessa karakteristiska moln och dimma på Titan [16] .
• Tyngdkraften på Titan är bara 1/7 av jordens, vilket avsevärt kan bidra till kolonisering genom att öka antalet och massan av bärbar utrustning med 7 gånger [10] .
• Atmosfäriskt tryck på Titans yta är 1,45 atmosfärer , vilket i sin tur eliminerar behovet av dyra och skrymmande rymddräkter [10] .
• Möjligheten att använda supraledare i "kolonins vardag" - på grund av den låga omgivningstemperaturen kommer vissa högtemperaturledare inte att kräva ytterligare kylning.

Naturresurser

Enligt Cassini , som sändes 2008, finns det hundratals gånger mer flytande kolväten på Titan än alla kända reserver av olja och naturgas på jorden. Dessa kolväten faller som regn och bildar sjöar. [fyra]

Radarbilder tagna 21 juli 2006 visar att Titan har sjöar av flytande kolväten (som metan och etan ) på nordliga breddgrader [17] [18] . Dessa är för närvarande de enda kända utomjordiska ytsjöarna. Deras storlek når hundra kilometer .

Eftersom kolväten på Titan faller som regn och samlas på dess yta i hela reservoarer [17] [18] [19] kommer deras utvinning avsevärt förenklas, eftersom detta inte kommer att kräva konstruktion av speciella borranordningar eller gruvor. Men idag är deras transport till jorden inte genomförbar av ekonomiska skäl.

Svårigheter med kolonisering

Det finns flera skäl som kan komplicera koloniseringen av Titan [20] :

• Titan har en mycket låg gravitation (cirka 7 gånger mindre än jordens), [ 21] vilket kan orsaka muskelsjukdomar och kalciumavlagringar i människokroppen .
• Titans mycket låga temperatur (minus 170–180 °C) [1] [22] tillåter inte en att vara på den utan en skyddsdräkt . Atmosfärens höga densitet och det ökade trycket komplicerar uppgiften med värmeisolering i hypotetiska rymddräkter.
• Man bör ta hänsyn till närvaron av en giftig atmosfär på satelliten, som är mer massiv och tät än jordens atmosfär [21] .
• Det är viktigt att notera den fullständiga frånvaron av flytande vatten och den nästan fullständiga frånvaron av syre i Titans atmosfär. Utvinningen av dessa resurser från vattenis kommer att kräva en betydande energiförbrukning, vilket sannolikt kommer att kräva ett stort antal kärnreaktorer ( NPP ).
• Rymdforskningsdata vittnar om kryovulkanism , instabilitet och annan geologisk aktivitet hos Titans unga yta [11] .

Flyga på Titan

Luftballong

Ett av de tidigaste designprojekten för ett flygplan för Titans atmosfär är en luftballong . Ritningar av enskilda prover började dyka upp redan på 1970 -talet . Så provet som föreslogs av NASA- forskare 1976 (se den schematiska skissen ovan) hade en flygvikt på 29 kg med en diameter på 9,7 m och en bollvolym på 482 m³, det var planerat att använda dikvävetetroxid som bränsle . Det är dock värt att notera att detta tidiga projekt inte var avsett för långa flygningar - dess flygtid borde enligt beräkningar inte ha överskridit 2 timmar 30 minuter [23] . I dagsläget har konceptet inte förlorat sin relevans. Bland skälen till att en luftballong accepteras för flygningar på Titan är följande [24] :

• Titans atmosfär har en relativt hög densitet (5 kg/m³ vid ytan mot 1 kg/m³ på jorden) och en låg temperatur, så effekten av temperaturskillnaden kommer att öka avsevärt jämfört med jorden;
• solstrålningen är svag (10 −2 av värdet på jorden) och följaktligen är det inte så stor skillnad mellan dag och natt. Frånvaron av en cyklisk förändring i anordningens flytförmåga leder till möjligheten för mycket längre flygningar på grund av en minskning av belastningen på material;
• på grund av det speciella med atmosfärstrycket på Titan (höjdskala) är processen att pumpa ballongen med gas under uppstigningen mycket långsammare, till exempel kan den startas med en uppstigningshastighet av 5 m/s på en höjd av 30 km (tryck 20 mbar) och fortsätt i flera timmar med en flyghastighet på 30 m/s[ förtydliga ] .

Zeppelin

Den mycket höga densiteten i Titans atmosfär [25] tyder på att storleken på vingar för flygplan bör vara mindre än på jorden. Redan 2005 genomförde anställda vid NASA Research Center en jämförande teoretisk analys av de atmosfäriska indikatorerna för Titan och jorden och kom till slutsatsen att designen av moderna flygplan för Titans atmosfär inte är lämplig. De föreslog ett fordon under arbetstiteln Titan Explorer  - ett zeppelin- liknande flygplan med en total massa på 378,2 kg (med en maxlast på 490,6 kg). Fartyget är tänkt att fjärrstyras, men på grund av svårigheterna att sända en radiosignal i Titans atmosfär ser de mest realistiska forskarna en förutbestämd rutt som kommer att ges till bilen innan flygningen börjar. Navigationsutrustning installerad ombord kommer att tillåta fartyget att korrigera flygriktningen för att förhindra eventuella avvikelser från rutten vid oförutsedda omständigheter, samt bibehålla en konstant höjd (den maximala flyghöjden på Titan är cirka 5 km). Den maximala hastigheten för enheten under flygning, enligt forskare, kommer inte att överstiga 4 m/s, men kraftreserven gör att den kan flyga runt hela satelliten [26] .

Koloniseringen av Titan i science fiction

Koloniseringen av Titan är ett ganska populärt ämne inom litterär, filmisk science fiction, såväl som i datorspel. De första verken i denna genre dök upp på 1930-1940  - talet . Några av dem förutsåg bokstavligen efterföljande vetenskapliga upptäckter. Till exempel förutspådde Stanley Weinbaum 1935 att Titans atmosfär var kall, och Isaac Asimov förutsåg i sin roman The First Law, publicerad redan 1956, frånvaron av ett magnetfält på Titan.

Anteckningar

Källor

1. ↑ 1 2 Galetich Y. Kolonisering av titan . Astronomi för amatörer (7 mars 2011). Hämtad 11 augusti 2011. Arkiverad från originalet 15 augusti 2012. (obestämd)
2. ↑ 1 2 Forskare har upptäckt tecken på liv på Titan . Rosbalt (5 juni 2010). Hämtad 11 augusti 2011. Arkiverad från originalet 15 augusti 2012. (ryska)
3. ↑ McKinnon, William B. Utforskningsstrategi för de yttre planeterna 2013-2022: Mål och prioriteringar   ( HTML). Planetary Science Decadal Survey . NASA . Outer Planet Assessment Group (15 september 2009). Hämtad 13 oktober 2011. Arkiverad från originalet 15 augusti 2012. (obestämd)
4. ↑ 1 2 Titans organiska ytor överträffar oljereserverna på jorden   (engelska) (HTML). Europeiska rymdorganisationen (13 februari 2008). Hämtad 8 augusti 2011. Arkiverad från originalet 15 augusti 2012. (obestämd)
5. ↑ Anissimov, Michael. Vilka är utsikterna för att kolonisera Titan?  (engelska) . WiseGEEK . Hämtad 8 augusti 2011. Arkiverad från originalet 15 augusti 2012. (obestämd)
6. ↑ Kolonisering av Titan - Den framtida Persiska viken? . The Space Monitor (15 juli 2007). Hämtad 8 augusti 2011. Arkiverad från originalet 15 augusti 2012. (obestämd)
7. ↑ Bussard, Robert W. Titankoloniuppdrag // System Tekniska och ekonomiska egenskaper hos QED-Engine Driven Space   Transportation . — Revision av 1997 års upplaga. - Seattle, WA: Joint Propulsion Conference, 2009. - P. 10. - 11 sid. Arkiverad kopia (inte tillgänglig länk) . Hämtad 12 augusti 2011. Arkiverad från originalet 4 september 2012. (obestämd) 
8. ↑ Bussard, Robert W. Titan Colony Mission // Ett avancerat fusionsenergisystem för framdrivning av yttre planeten . — Revision av 2002 års upplaga. - Albuquerque, New Mexico: STAIF-2002, 2009. - Vol. 608. - P. 9. - 11 sid. - (Space Technology and Applications International Forum).  (inte tillgänglig länk)
9. ↑ 1 2 Hand, Kevin P.; Beauchamp, Patricia M.; Des Marais, David; Grinspoon, David; Meech, Karen J.; Raymond, Sean N.; Pilcher, Carl B. The Saturn System // Astrobiologi Priorities for Planetary Science Flight Missions (DOC). Planetary Science Decadal Survey . NASA Astrobiology Institute, NASA Ames Research Center (2009). — S.5. Hämtad 10 oktober 2011. Arkiverad från originalet 15 augusti 2012. (obestämd)
10. ↑ 1 2 3 Nott, Julian. Titans unika attraktion: det är en idealisk destination för människor . Planetary Science Decadal Survey . Santa Barbara, Kalifornien: National Academy of Sciences (15 september 2009). Hämtad 13 oktober 2011. Arkiverad från originalet 15 augusti 2012. (obestämd)
11. ↑ 1 2 3 Om Saturnus och dess månar. Titan . NASA. Hämtad 8 augusti 2011. Arkiverad från originalet 15 augusti 2012. (obestämd)
12. ↑ Titan skapade atmosfären under ett kometbombardement (HTML). Lenta.ru . Publicerad av Rambler Media Group (9 maj 2011). Hämtad 11 augusti 2011. Arkiverad från originalet 20 augusti 2011. (obestämd)
13. ↑ Raulin F., Bossard A. (1984 ) Organiska synteser i gasfas och kemisk utveckling i planetariska atmosfärer   Framsteg inom rymdforskning IV , No 12, P.75-82
14. ↑ Allmänna frågor om astronomi: Planeter och deras satelliter // State Committee for Science and Technology, USSR Academy of Sciences Astronomy: Abstract Journal / Editor - N. P. Slovokhotova. - M .: All-Union Institute of Scientific and Technical Information , 1986. - Issue. 1 . - S. 32. Upplaga - 862 exemplar .
15. ↑ Astronomer har bestämt den kemiska sammansättningen av sjöar på Titan (HTML). Lenta.ru . Publicerad av Rambler Media Group (12 november 2009). Hämtad 11 augusti 2011. Arkiverad från originalet 11 oktober 2011. (obestämd)
16. ↑ Proceedings of the International Space Technology and Applications Forum   ( STAIF 2008). 6:e internationella rymdkoloniseringssymposium. Melville, New York: American Institute of Physics , 2008. - s. 381 - 1174 s. ISBN 978-0-735400-528
17. ↑ 1 2 Vorobieva V. Titan . planetsystem. Hämtad 11 augusti 2011. Arkiverad från originalet 23 juni 2012. (obestämd)
18. ↑ 1 2 Saturnus satelliter - Titan. Intrikat relief och yta av Titan . Utforskningsprojekt för solsystemet. Hämtad 11 augusti 2011. Arkiverad från originalet 6 juli 2012. (obestämd)
19. ↑ Martinez, Carolina. Mission News: Cassini Images Mammoth Cloud uppslukar Titans nordpol   (engelska) (HTML). NASA (2 januari 2007). Hämtad 11 augusti 2011. Arkiverad från originalet 15 augusti 2012. (obestämd)
20. ↑ Dr. Marianne Rudisill. NASA Destination Tomorrow - Avsnitt 15 (MPEG) [Dokumentär]. Hampton, Virginia: NASA LaRC Office of Education. (1 juni 2005).
21. ↑ 1 2 Kuskov O. L., Dorofeeva V. A., Kronrod V. A., Makalkin A. B. Förord ​​// Systems of Jupiter and Saturn: Formation, composite and internal structure of large satellites / M. Ya. Marov . - M. : LKI, 2009. - 576 sid. - ISBN 978-5-382-00986-5 .
22. ↑ Titan är en mystisk måne av Saturnus (HTML). WorldmMystery - Världens hemligheter. Hämtad 11 augusti 2011. Arkiverad från originalet 15 augusti 2012. (obestämd)
23. ↑ Carroll, PC; Hollenbeck, G.R.; Tobey, WH En Titan-utforskningsstudie: Alternativ för vetenskap, teknik och uppdragsplanering. Vol. 2   (engelska) . teknisk rapport . NASA (maj 1976). — Sida III-76. Hämtad 13 oktober 2011. Arkiverad från originalet 15 augusti 2012. (obestämd)
24. ↑ Coustenis, Athena. Framtida in situ ballongutforskning av Titans atmosfär och yta   (engelska) (HTML). Planetary Science Decadal Survey. NASA Techdocs . NASA (2009). Hämtad 13 oktober 2011. Arkiverad från originalet 15 augusti 2012. (obestämd)
25. ↑ Kalanov V. Saturnus satelliter. Titan (HTML). Kunskap är makt (webbplats). Hämtad 11 augusti 2011. Arkiverad från originalet 22 september 2012. (obestämd)
26. ↑ Gasbarre, Joseph F.; Wright, Henry S.; Lewis, Mark J. A Design Comparison of Atmospheric Flight Vehicles for the Exploration of Titan   (engelska) (HTML). NASA Techdocs . NASA , Langley Research Center (2005). Hämtad 10 oktober 2011. Arkiverad från originalet 15 augusti 2012. (obestämd)

Länkar

• NASA. Mål: I morgon (avsnitt 15  )

Rymdkolonisering
Kolonisering av solsystemet	Merkurius Venus Måne Lagrange poäng Mars asteroider Ceres gasjättar Jupiters månar Europa Ganymedes Callisto Saturnus satelliter Titan Enceladus Neptunus månar Triton Uranus månar Objekt i det yttre solsystemet Pluto och trans-neptuniska objekt Oort moln
Terraformning	Terraformande Mars Terraformande Venus
Kolonisering utanför solsystemet	interstellär flygning Livskraftiga planeter lista Planet habitability index Jordlikhetsindex
Rymdbosättningar	Rymden och överlevnad Astrotekniska strukturer Dyson sfär Bernal sfär O'Neill koloni Stanford torus Toroid
Resurser och energi	Industriell utveckling av asteroider rymdenergi Rymdekonomi Rymdpolicy