Допустим, где-то есть обитаемая планета, покрытая очень глубоким океаном с прохладной водой. Под очень глубокой я подразумеваю тысячи километров, но точные цифры на самом деле не имеют значения.
Согласно фазовой диаграмме воды , при 0,6 ГПа и 0 o C или 1 ГПа и комнатной температуре более плотный, чем водяной лед VI становится стабильным. Вода сильно соленая, и я понятия не имею, как это повлияет на образование льда. Скажем, это просто углубит границу. Также я не вижу причин, чтобы температура была далеко от 4 o C там, где вода наиболее плотная, по крайней мере, это то, что мы видим в Марианской впадине . Итак, скажем, где-то между 60 и 100 км глубиной есть ледяное дно океана, пока Титан или Нептун не будут фактически исследованы.
Теперь есть также слой плавучего органического вещества, покрывающий большую часть поверхности океана. На самом деле он достаточно толстый, чтобы на нем могла выжить небольшая колония людей. И эта колония отчаянно нуждается в металлах. Судя по составу океана, они думают, что где-то в отложениях на дне океана должны быть по крайней мере железо, медь и золото. Также там должно быть много липкой органической тины.
Итак, вопрос: как исследовать пол и принести образцы, не используя слишком много металла?
В колонии есть несколько портативных, надежных и эффективных термоядерных реакторов, способных использовать любое вещество, богатое водородом. Однако они не хотят рисковать ни одним из них, если в этом нет крайней необходимости. Также они могут добывать металлы и силикаты на близлежащих астероидах/спутниках, но это дорого, и опять же, они не хотят слишком рисковать единственным кораблем. Они могут напечатать на 3D-принтере любой доступный материал в любую вообразимую форму, скажем, большие кристаллы недосягаемы (например, подводная лодка из монокристалла алмаза). Робота, способного выполнять любую формализованную, нетворческую задачу, можно запрограммировать. В остальном, допустим, они находятся на уровне современного человечества. Вызов межзвездной помощи непомерно дорог, они уже в долгах, и они также потопили арендованный космический корабль.
Что я мог придумать:
Не стесняйтесь исправлять/критиковать мои предположения здесь, если вы чувствуете, что они неверны. Ссылки на существующие похожие миры также приветствуются.
Глубина Челленджера в Марианской впадине составляет 11 км, и это лишь малая часть глубины, которую вы хотите исследовать (все самые высокие горы на Земле находятся на высоте менее 9 км над уровнем моря), так что вам будет от трех до трех лет . в пять раз превышает общий диапазон высот на Земле. Это очень, очень глубоко.
Дноуглубительная система не будет работать
Даже кабель или цепь длиной от 60 до 100 км, тянущиеся от поверхности до дна, потребуют большого количества материала и большого веса, а также должны быть изготовлены из материала, который будет функционировать при любых сочетаниях давления и температуры от поверхности до дна. нижний. Это было бы того же порядка, что и кабель для космического лифта (низкая околоземная орбита находится на высоте около 100 км), и в принципе невозможно (Пуньо 2006) сделать это, даже с самыми современными материалами, технологиями и ресурсами. (одна оценка, приведенная в связанной статье, составляла 10 миллиардов долларов для подхода, который, как было установлено, не приблизится к работе), поэтому ваши люди никак не могли это построить.
А как насчет роботизированной горнодобывающей подводной лодки?
Как отмечено в комментариях, также нет разумной причины поддерживать часть подводной лодки с низким давлением для извлечения материалов с этой глубины, что делает инженерную проблему намного более серьезной, чем та, в которой несжимаемая жидкость внутри полостей в подводной лодке может уравновесить внешнее давление. Но вам все равно потребуется система управления (либо с дистанционным управлением по беспроводной связи - возможно, с ретрансляционными буями промежуточной глубины, либо с искусственным интеллектом), система питания, двигательная установка и что-то для просеивания осадка, чтобы отличить бесполезный материал от материалов. нужно (нетривиальная задача для материалов, которые нельзя схватить магнитом).
Добыча отложений будет очень сложной задачей
Любой осадок, который нужно просеять, будет плотно упакован и может очень быстро превратиться в песчаник при таком высоком давлении с минимальным песчаным слоем, и в этом случае вам нужно будет разбить песчаник. И, прежде чем вы доберетесь до песчаника, в котором могут быть минералы, вам, вероятно, придется очистить дно от слякоти, близкой ко льду, и органической грязи. Итак, вам понадобится лопата для сбора слякоти, затем устройство для перемещения/просеивания песка, затем дробилка песчаника, которая сделает частицы достаточно мелкими для анализа, а затем что-нибудь для анализа содержимого.
И вполне возможно и действительно вероятно, что металлы будут находиться на десятках или тысячах метров под морским дном, поэтому вам может понадобиться подземная добыча морского дна, чтобы добраться до хорошего материала.
Затем, как только вы отделите хорошие вещи, вам нужно будет как-то связать их и иметь достаточную тягу, чтобы поднять их обратно на поверхность (возможно, какой-то сжатый воздух мог бы отрегулировать бойкость и всплыть). Кроме того, хорошие вещи, по всей вероятности, не будут чистыми элементами. В лучшем случае это будут богатые руды или оксиды или что-то подобное, что потребует дальнейшей обработки после того, как вы их получите.
Материалы, которые вы использовали, должны были не подвергаться коррозии в холодной соленой воде, должны были выдерживать иногда сильные течения, должны были быть достаточно большими, чтобы нести значительное количество добытого материала плюс все, что вы принесли для его добычи, так что даже если вы занимаетесь добычей без участия человека субмарина едва больше экскаватора, прикрепленного к небольшой океанской подводной лодке, вам, вероятно, понадобится что-то порядка 10 000–100 000 кг как минимум. Воздушно-независимый двигатель, а не ядерный двигатель, вероятно, мог бы работать, поскольку общее пройденное расстояние между дозаправками не должно было быть очень большим.
Крупная инвестиционная подводная лодка для добычи полезных ископаемых концентрирует ограниченные ресурсы в нескольких проектах с высоким уровнем риска.
Но это по-прежнему серьезное инженерное мероприятие, и вы делаете только одну или две серьезные ошибки, и ваши усилия заканчиваются на дне немыслимо глубокого океана. Это большая проблема в среде, где неизбежно много неизвестных неизвестных.
Как насчет фильтрации воды на наличие микроэлементов?
В целом, просеивание малых концентраций веществ, растворенных в воде (возможно, с помощью насоса для получения воды из более глубоких частей океана, где концентрация минералов может быть выше), кажется лучшим планом.
Например, на Земле типичная морская вода содержит следующее:
Состав морской воды (по массе) (соленость = 3,5%)
Кислород 85,84
Водород 10,82
хлорид 1,94
Натрий 1,08
Магний 0,1292
Сера 0,091
Кальций 0,04
Калий 0,04
Бромид 0,0067
Углерод 0,0028
Ванадий 1,5 × 10–11 – 3,3 × 10–11
Всевозможные полезные вещества присутствуют в морской воде в более чем следовых концентрациях .
Фильтрация воды намного проще и распределяет риск по многим фильтрам
Система, которая отфильтровывает примеси из холодной воды под высоким давлением, будет иметь гораздо меньше движущихся частей, и ее будет проще собрать из нескольких небольших блоков, которые можно будет установить в линию и поместить на разную глубину для разных материалов.
При использовании стратегии фильтрации воды было бы не так важно размещать фильтры прямо там, где в отложениях были обнаружены богатые отложения, как это было бы, если бы вы копали их. Фильтр может иметь пять или десять контейнеров каждый, оснащенных воздушными шарами, которые надуваются чем-то менее плотным, чем окружающая вода, и всплывают на поверхность (или, по крайней мере, на приемлемую глубину извлечения, например, 1-5 км от поверхности). , что вернет собранный материал в том виде, в котором он был собран. Затем вся система фильтров всплывала, когда заканчивались топливные и извлекающие бункеры. Распределенный подход также сделал бы допустимым случайный отказ конкретной системы фильтрации или приемного бункера (даже скажем, 20%).
Морское дно может быть хорошим местом для простых систем фильтрации или нет
Действительно, возможно, вместо того, чтобы копаться в отложениях, вы устанавливаете фильтр осмоса на морском дне (по той же концепции, что и промышленный фильтр обратного осмоса для морской воды , за исключением того, что вы будете преследовать загрязняющие вещества, а не саму отфильтрованную воду) на дне моря. теория о том, что концентрация минералов выше на границе отложений и воды, а не при копании вообще.
Если бы вы хотели, вы могли бы даже намеренно заполнить область морского дна большим количеством загрязняющих веществ, сбрасывая бомбы на морское дно, чтобы превратить отложения в мелкозернистый мусор, а затем отфильтровать этот мусор.
Но на самом деле эта интуиция не так уж и здрава. Эмпирическим путем обнаруживаются всякие разные микроэлементы на разной глубине и в разных условиях. Многие элементы наиболее распространены у поверхности, железо, по-видимому, распространено на средних глубинах, а другие элементы (например, свинец) предпочитают дно океана.
Так что на самом деле вам понадобятся системы фильтрации на всех видах глубин после первого запуска зондов на разных глубинах и в разных местах, чтобы выяснить, где нужные вам элементы находятся в самых высоких концентрациях.
Вам не нужна подводная лодка, дистанционное дноуглубление сработает. Предполагать, что цепь, ведущая к дну океана, будет работать (и выходить из строя) как космический лифт, неверно. Если отдельные сегменты плавучие, вы можете съесть торт и съесть его. В этом случае предел прочности сегментов должен справляться только с динамическими нагрузками, и вы можете свести их к минимуму, двигаясь очень медленно.
Любые тяжелые элементы, которые у вас есть или вы получаете, могут быть использованы в обтекаемых ударных элементах (добавьте взрывчатку и двигатель по мере необходимости), которые устремляются на дно и перемешивают вещи, чтобы лучше их вычерпывать.
Если вы можете сэкономить немного техники, сегменты цепи можно сделать так, чтобы они контролировали собственную плавучесть, если нет, вам нужно будет напечатать их из органики, чтобы они поместились в какой-то определенный слот на схеме давления\плотности\глубины. Затем вы помещаете их туда с помощью имеющегося у вас устройства переменной плавучести или, если вы очень экономны, прикрепляя кристаллы соли, предназначенные для растворения в нужное время.
В зависимости от вашего бюджета и специфики вашего надземного жилища механизм дноуглубительных работ может варьироваться.
Если есть значительные течения, эта идея доберется до фермы на севере штата на космическом лифте...
buoyancy + weight + pull == 0уравнении. И я не думаю, что должны быть переменные токи за определенной глубиной (есть ли на Земле?)Публикую здесь ответ на свой вопрос, просто чтобы поделиться некоторыми мыслями о настройке.
Магния много в морской воде. Это также легкий, жесткий и твердый металл, хотя он подвержен коррозии и легко воспламеняется. Таким образом, в данной обстановке он станет предпочтительным структурным материалом колонии.
Магний также обладает хорошей проводимостью (хотя и не такой хорошей, как алюминий или медь).
Как указано в комментариях, роботы не должны бороться с давлением и вместо этого могут быть заполнены жидкостью (например, бензином). Я по-прежнему считаю, что полупроводникам может понадобиться корпус, но он будет небольшим и простым в изготовлении (например, малиновый пи, установленный внутри шара для боулинга).
Я «изобрел» гальванический элемент с натриевым анодом, медленно растворяющимся в органическом соединении, графитовым катодом во внешней соленой воде и полимерной мембраной, разделяющей их. Однако и Trieste, и Deepsea Challenger , похоже, используют обычные батареи.
Графитовая или стальная сфера с достаточно толстыми стенками выглядит способной выдержать давление, однако связь с внешним миром будет затруднена. В частности, не может быть и речи об эффективном теплообмене и, следовательно, о погружном термоядерном реакторе.
Как указано в комментариях, радио будет неэффективным в воде. Не уверен, что ультразвук можно использовать хотя бы для определения местоположения, сердцебиения и кратких приказов.
Как указано в другом ответе, подвесные провода не выдержат собственного веса. Однако металлические провода в толстом плавучем изоляторе могут быть самоподвешенными. Но профиль сжатия воды и изолятора, вероятно, будет отличаться, так как вода не совсем несжимаема на требуемых глубинах. Таким образом, дополнительные блоки балласта / поплавка должны быть прикреплены, чтобы сбалансировать все это.
Тревортни
Даллайлан
Лэндон Бойд
Даллайлан
Джон Мичем
МолбОрг
джеймскф
Даллайлан
Даллайлан