Stellen Sie sich einen Planeten vor, der Mustafar (aus dem Star Wars-Franchise) ähnelt. Die Umgebungstemperaturen und -drücke betragen fast 400 Grad Celsius und 80 ATM. Die Geschichte besagt, dass einer überlebenden Besatzung normaler Menschen die Ressourcen ausgehen und sie gezwungen ist, hier zu landen. Es ist eine „ Million-zu-Eins-Chance “-Trope und ich muss mein Handwerk „bequem vorbereitet“ dafür haben.
Ich stelle diese Frage, weil noch niemand eine gepostet hat. Eine ähnliche Frage wurde hier zu einer Venusbasis gestellt , die sich leider nicht mit den Arten in der Kolonie befasst - es könnten Außerirdische sein. Diese Frage hilft auch nicht bei der Beantwortung der Ressourcenfrage – sie fragt insbesondere danach, wie fortgeschritten diese Spezies sein muss und welche Technologien sie benötigen würden.
Da ich mich nur mit menschlicher Physiologie und aktueller Technologie befasse, ist dies eine neue Frage. Ich möchte wirklich eine menschliche Antwort bekommen und außerirdische Arten und fiktive Technologien vermeiden.
Sie können einen kontrollierten Abstieg durchführen und sich an Druckänderungen anpassen, wenn sie langsam (über Tage oder Monate?) entweder gleiten oder nach unten schweben, haben aber keine unbegrenzten Energieressourcen an Bord. Sie müssen sich irgendwie anpassen, um die nahezu unbegrenzte geothermische Energie dieses neuen Zuhauses nutzen zu können. Sie müssen ihren eigenen Sauerstoff aus einer Schwefel-, Stickstoff- und CO2-Atmosphäre schrubben oder elektrolysieren und eine langfristige Klimatisierungslösung entwickeln. Sie müssen sich zunächst erneuern, aber schließlich eine Art Landwirtschaft in einer Art geschlossener Gehege schaffen.
Ein paar Punkte:
Eine gute Antwort identifiziert in zwei Listen die Elemente, die absolut notwendig sind, um den Übergang von ihrem nahezu autarken Raumschiff mit einer schwindenden Energiequelle zu einer blühenden oberflächengebundenen Gemeinschaft in einer künstlichen Biosphäre zu schaffen, die nur rohe mineralische Ressourcen, aber grenzenlose Energie hat. Die erste Liste enthält Dinge, die unbedingt an Bord ihres Schiffes gewesen sein müssen, um zu überleben und den Übergang zu vollziehen. Die zweite Liste sind Elemente, Verbindungen oder Bedingungen, die auf dem heißen Planeten unbedingt vorhanden sein müssen, um ihren neuen Lebensraum unter Nutzung der enormen verfügbaren geothermischen Energie zu schaffen.
Druck
80 Atmosphären entsprechen 8,12 MPa Oberflächendruck. Viele Baumaterialien können diesen Druck (bei 15 °C) aushalten, wobei die Dicke davon abhängt, wie viel stärker das Material ist. Zinnwände (9 MPa Streckgrenze) müssten an allen Stellen 1 Meter (3,2 Fuß) dick sein.
Sie können jedoch das Innere Ihrer Strukturen unter Druck setzen.
Mit einer Trimix- Luftmischung können Menschen Tauchtiefen von bis zu 318 Metern tolerieren . Der Druck in dieser Tiefe beträgt 53 Atmosphären. Durch die Druckbeaufschlagung des Inneren von bewohnbaren Bereichen werden dem Gehäuse 5,4 MPa Spannung entzogen.
Blechwände müssten dann nur 0,3 Meter / 1 Fuß dick sein. Stahlwände (250 MPa) müssen nur 1 cm dick sein.
Die Festigkeit der meisten Materialien lässt jedoch mit steigender Temperatur nach.
Stahl hat die Eigenschaft, dass er mit steigender Temperatur stärker wird, bevor er zu schwächen beginnt. Bei 400 C beträgt die Festigkeit von Stahl ungefähr 100 % seiner Kaltfestigkeit (21 C).
Diese Wände müssten mit einem Material beschichtet werden, das verhindert, dass die Luftchemie den Stahl chemisch wegätzt. Diese Abdeckung müsste stark genug sein, um gelegentlich herunterfallenden Schmutz, Kratzer und die Außentemperatur zu bewältigen.
Temperatur
Typische Menschen können nicht in viel heißerem Wetter als 21 ° C leben. Eine Isolierung ist unerlässlich, um die Erwärmung aus der Umgebung in die Unterstände zu reduzieren. Und eine aktive Kühlung muss immer laufen, um die Wärme, die eindringt, sowie die eigene Abwärme der Unterstände abzupumpen.
Aerogel wäre wahrscheinlich der Kandidat für die Wanddämmung. Aerogel ist konzeptionell ein gefriergetrockneter Schaum, den Ihre dem Untergang geweihte Besatzung möglicherweise im Anflug in großen Mengen herstellen kann.
Bei 400 C hat Aerogel eine Wärmeleitfähigkeit von 20 . Diese wird mit der belichteten Fläche multipliziert. . In diesem Fall sind 7.600 mW = 7,6 W pro Meter Dämmstärke und pro Quadratmeter Kontaktfläche zwischen heiß und kalt.
Eine typische moderne Lufteinheit (keine Zukunftswissenschaft) kann 18.000 BTU pro Stunde nach außen bewegen. Sie müssten eine spezielle Lufteinheit entwickeln, die das sehr heiße "heiße" Reservoir handhabt. Angenommen, solche Designs stehen Ihrer Crew zur Verfügung und sie erreichen eine Leistung von 18.000 , das sind 5.275 Watt aktive Kühlung.
Mit 1 Meter (3,2 Fuß) dicken Wänden aus Aerogel-Isolierung könnte jede Kühleinheit nur 694 Quadratmeter Schutzwände versorgen. Bei einer typischen 3 Meter hohen / 1-stöckigen Struktur wäre das ein quadratisches Gebäude mit einer Breite von 57 m (189 Fuß) pro Luftkühleinheit. Und Sie möchten wahrscheinlich einen Ersatz für den Fall von Pannen.
Leider kann Aerogel nur einem Druck von 2 MPa standhalten, bevor es zusammenbricht. Stahlwände müssen möglicherweise Kerne mit niedrigerem Druck haben, damit die Isolierung innen angebracht werden kann.
Gedeihen
Merriam-Webster definiert Gedeihen : kräftig wachsen, gedeihen.
Ich denke, es wäre unmöglich, eine Siedlung als florierend zu bezeichnen, wenn ihre Bewohner in Notunterkünften eingeschlossen sind. Sie brauchen einen Ausweg.
Da der Innenraum bis zu 53 Atmosphären unter Druck steht, muss der Anzug möglicherweise nicht so dick und stark sein. Wenn ein gegen Umwelteinflüsse abgedichtetes Modell konstruiert werden kann, das nur wenige Millimeter dick ist, könnte es eine vollständige Bewegungsfreiheit ermöglichen.
Die Kühlungsherausforderungen von früher werden jedoch erneut aufgeworfen. Ein Mensch hat eine Körperoberfläche von 1,5 bis 2 Metern . Eine 1 cm dicke Isolierung lässt einen Bediener etwa 91 Minuten lang arbeiten, bevor die Erwärmung stark wird (+20 C). 6 cm Isolierung würden 9 Stunden Arbeit im Freien ermöglichen, bevor Sie für kühle Luft (und Essen + Wasser) hereinkommen müssen.
Siedler sind möglicherweise in unmittelbarer Nähe von Fahrzeugen angebunden, die eine dickere Isolierung und schwerere Kühleinheiten montieren können. Aber sie können immer noch nach draußen gehen.
Nahrung: Ich bin mir nicht sicher, ob irgendjemand erforscht hat, wie sich Pflanzen unter hohem Druck verhalten. Der Trimix, der für Menschen gut funktioniert, kann für einige Pflanzenarten giftig sein.
Chemie
Industrielle Chemie für Fertigung und Infrastruktur. Die Chemie der Erde basiert auf Kohlenstoffchemie – insbesondere Chemie, die in der Nähe oder bei 1 Atmosphäre und 21 ° C stattfindet.
Sie müssen jeden chemischen Prozess neu erfinden. Der Schmutz wird mehr als steril sein, er kann für von der Erde gebrachte Mikroben giftig sein. Bei der Entdeckung der Chemie wird es eine erhebliche Menge an Try-fail geben. Bis sie ihren Bedarf decken können, befindet sich die Siedlung in einem langsamen Niedergang.
Viel Rechenleistung kann die Simulation von Bedingungen schneller als in Echtzeit ermöglichen. Dadurch verringert sich die Zeit, die mit der Suche nach Dingen verbracht wird. Darüber hinaus sind viele Ersatzmaterialien unerlässlich, um Kleinserien-Experimente einzurichten, die alle scheitern könnten, dann alles abzureißen und es erneut zu versuchen.
Muss auf dem Schiff sein:
Auf dem Planeten:
Ich glaube nicht, dass dies mit einem vernünftig großen Fahrzeug auf einem einigermaßen fortgeschrittenen technologischen Niveau möglich wäre.
Selbst wenn Sie die Terraformation irgendwie von Hand bewegen könnten (ein RIESIGES Projekt, das voraussichtlich mindestens Jahrzehnte, möglicherweise Jahrtausende dauern wird), verfügt ein "normales" Raumschiff nicht über die Werkzeuge / Materialien / Kenntnisse / irgendetwas, das für die Kolonisierung erforderlich ist, auch nicht für die Produktion vor Ort von alles andere als das, was sie im Flug verdienen würden. Sie könnten ziemlich schnell auf einem angenehmeren Planeten wie dem Mars oder sogar an etwas feindlichen Orten auf der Erde ziemlich schnell sterben ("Ausgehen der Ressourcen")! Wenn sie diese Art von Planeten spüren, würden sie wahrscheinlich einfach weiter durch den Weltraum treiben und hoffen, dass jemand ihr Notsignal empfängt.
Ich nehme an, Sie möchten das Innere des Schiffes auf etwas Ähnliches wie die äußeren 80 atm unter Druck setzen. um es davor zu schützen, durch den Unterschied gebrochen zu werden. Ich denke, es wäre möglich, es mit einem ausreichend niedrigen Sauerstoffgehalt zu überleben ( https://cdn.mos.cms.futurecdn.net/Gu9APTXv293FqfjwbW2zWf-650-80.jpg). Es gibt jedoch zwei Probleme. Erstens, selbst wenn Sie im Orbit mindestens die Hälfte des Zieldrucks unter Druck setzen, wird der Unterschied WESENTLICH größer sein als das, was jedes menschliche Schiff aushalten würde. Normalerweise wäre Ihre Differenz +1 (= erdähnlich zu weltraumähnlich), und Ihr Schiff könnte so ausgelegt sein, dass es etwas mehr aushält, aber Sie verlangen mindestens +40 (in der Umlaufbahn vor dem Abstieg) oder mindestens -40 (gelandet). Zweitens gehen Ihnen "die Ressourcen aus", wie wollen Sie Monate damit verbringen, den Druck schrittweise zu erhöhen? Sie könnten daran denken, durch die dichte Atmosphäre zu gleiten und langsam an Höhe zu verlieren, aber Ihre Crew kann sich das wahrscheinlich auch nicht leisten, weil ihnen die Ressourcen ausgehen.
Die einzige Möglichkeit, die ich sehen kann, ist ein riesiges Schiff mit einem geschlossenen nachhaltigen Ökosystem und einer Bevölkerung (= auf unbestimmte Zeit im Weltraum existierend) und mit einem großen Arsenal an Werkzeugen, die für den Bergbau und den Bau verwendbar oder anpassbar sind. Stellen Sie sich vor, dass das Schiff, wenn sie sich dafür entscheiden, so lange in der Umlaufbahn bleiben könnte, wie sie wollen, aber ihnen ging das Unobtainium aus, das ihnen eine FTL-Reise aus dem Sonnensystem ermöglichen würde. Nach ein paar Jahren im Orbit entscheiden sie, dass niemand kommen wird, um sie zu retten, und dass es nicht viel zu verlieren gibt, und landen. Solche "Kolonisierer" könnten einfach im Schiff sitzen (vorausgesetzt, es kann sich selbst abkühlen, was eine Herausforderung sein könnte) und langsam (über Jahre oder Jahrzehnte) expandieren - zuerst könnten sie anfangen, einige nahe gelegene Mineralien abzubauen, dann vielleicht ein paar bauen „isolierte“ Gebäude, die über versiegelte Wege mit dem Schiff verbunden sind,
Kurz gesagt, warum machen sie sich überhaupt die Mühe zu landen? Nach dem, was Sie gesagt haben, ist der Planet Venus 2.0. Bei 70 ATM bedeutet dies, dass Sie einen Druck von etwa 70 Bar auf der Oberfläche haben, was etwas weniger ist als die 93 Bar der Venus. Tut mir leid, aber es gibt keine Möglichkeit, einfach auf der Venus zu landen und zu überleben. Auch „nur“ 70 ATM sind viel zu viel. Das entspricht etwa dem Druck eines 900 Meter tiefen Ozeans. Die meisten U-Boote können nicht so tief gehen. Und selbst ein Raumschiff, das für diese Art von Stress ausgelegt ist, wird es nicht allzu lange geben.
All dies ignoriert die Tatsache, dass die Schicht der Oberflächenatmosphäre auch keinen Spaß macht. Wenn es nicht für den sauren Regen ist, dann werden die herumfliegenden Trümmer von Vulkanen oder nur Blitze herauskommen.
Was würde also passieren?
Nun, sie würden landen und in ihrem Schiff gefangen sein. Ich bezweifle sehr, dass sie überhaupt die Türen öffnen konnten. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, eine Autotür unter Wasser zu öffnen, aber das Wasser hat die 70-fache Kraft. Spaß haben! Das Schiff würde sich aufheizen, das Kühlsystem innerhalb von vielleicht Tagen überfordern und dann würden alle sterben.
Entschuldigung für das Englisch, ich bin Deutscher.
Ich kenne die genauen Anteile der verschiedenen von Ihnen aufgeführten Gase nicht, aber wenn man annimmt, dass CO2 am häufigsten vorkommt, sind es bei dieser Temperatur und diesem Druck etwa 63 kg pro m ^ 3. Wenn das Gewicht Ihres Schiffs geteilt durch sein Volumen größer als 63 ist, schwimmt es in der Atmosphäre, irgendwo im Druckgradienten, abhängig vom genauen Verhältnis.
Ein großer 40-Fuß-Stahlcontainer (Leergewicht 4200 kg) wird wie ein Heißluftballon auf diesem Planeten aufsteigen. (Die Containerdichte von Shippong beträgt 53 kg/m^3). Das Schiff schafft es nicht bis ganz nach unten, wenn es nicht ständig nach unten drückt. Wenn der Motor abschaltet, wird es steigen, ich schätze wahrscheinlich etwa 10 km über die Oberfläche.
Das Aufsteigen in die Atmosphäre bringt Vorteile wie Sonnenkollektoren für die Stromversorgung. Sie können eine blühende Kolonie bauen, die in Städten auf den Wolken schwebt, ähnlich wie wir die Venus kolonisieren würden.
Es wird dort oben auch kühler und weniger dicht sein. Viel überlebensfähiger.
Menschen in gewichteten Druckanzügen mit Kühlsystemen könnten zum Bergbau hinabsteigen, oder wir könnten Roboter schicken. Die Atmosphäre bietet uns jedoch einige ziemlich raffinierte Optionen. CO2 zu Sauerstoff über den Moxie-Prozess, aber interessanter ist, dass diese Atmosphäre veredelt werden kann, um uns einen Kunststoff zu geben ( https://phys.org/news/2019-02-scientists-plastics-sulfur.html ). Dieser Kunststoff könnte verwendet werden, um eine schwimmende Stadt zu bauen.
Wir müssten Ressourcen für die Herstellung und Umwandlung der Atmosphäre und den 3D-Druck daraus sowie genügend Lebensmittel, Wasser und Maschinen zum Recycling mitbringen. Alles andere, was auf einer Deep-Space-Mission benötigt wird, müssen wir beginnen. Also Medikamente, Kleidung, Ersatzteile, Computer usw.
Langfristig müsste die Kolonie Wasser (oder ein Mineral mit Wasserstoff) sowie Metalle austauschen oder abbauen.
Wenn ich Ihre Frage noch einmal durchlese, denke ich, dass ich eine Antwort für Sie habe. Sie wollen im Grunde einen heißen Mars.
Geben Sie die superdichte Atmosphäre auf, Sie können die Atmosphäre entweder etwas "stärker" als die der Erde oder etwas schwächer haben (vielleicht wie die des Mars, aber nicht dünner, denken Sie an Hitzeschildbremsung), aber nicht mehr als ein paar Balken, machen Sie es einfach Zusammensetzung schlecht genug, um selbst mit supermodernen Filtern weder atmungsaktiv noch für Verbrennungsmotoren verwendbar zu sein. Eine starke dauerhafte Wolkendecke kann das meiste Sonnenlicht stoppen (definitiv genug, um Solarenergie unbrauchbar zu machen). Sie können Ihre Atmosphärentemperaturen je nach Entfernung von ihrem Stern und Tag / Nacht-Variationen basierend auf der Atmosphärendichte optimieren, aber es sollte kühler sein als das, was Sie oben sagen. Lassen Sie einfach den Geldautomaten fallen. Druck und Temperatur und alle anderen Punkte können problemlos bleiben!
Wenn ich "heißer Mars" sage, meine ich jedoch nicht die Atmosphäre. Sie wollen einen sehr heißen Kern und viel tektonische Aktivität. Das würde Ihnen Ihre "unbegrenzte Kraftquelle" geben. Wenn Sie Details darüber wollen, wie die Kolonie vorgehen könnte, schauen Sie einfach bei Zubrin nach The Case for Mars
und ersetzen Sie "nuklear" durch "geothermisch"!
Herr Anderson
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