Какие полезные материалы можно извлечь из атмосферы Венеры?

Это довольно широкий вопрос, поэтому я постараюсь указать вам правильное направление, а не прямо ответить на него; Во- первых, атмосфера Венеры — очень динамичная и разнообразная среда как по составу, так и по внешнему давлению, температуре и даже погоде. Он образует множество отдельных слоев на разных высотах, а его тропосфера простирается примерно на 100 км (полагаю, в статье Википедии есть опечатка, и они имели в виду 65 миль, а не 65 км). Для удобства, вот диаграмма атмосферного давления на Венере из уже связанной статьи в Википедии:

Его состав в основном состоит из углекислого газа ($\require{mhchem}\ce{CO2}$96,5%) и меньшее количество азота ($\ce{N2}$3,5%), тогда как другие составляющие находятся в следовых количествах, но это не совсем исключает возможность их извлечения из атмосферы.

Например, в слоях облаков между ~ 50 и 70 км большие концентрации серной кислоты ($\ce{H2SO4}$) и меньшие концентрации сероводорода ($\ce{H2S}$) и из него можно было бы извлечь водород, серу и кислород электролизом и применением восстановительных катализаторов. Аналогичное можно сделать с углекислым газом для извлечения кислорода и углерода при двухстадийном электролизе атмосферы или фотосинтезе .

Одни только эти составные элементы уже дают вам любое количество молекулярных соединений, представляющих интерес, в том числе для воздуха для дыхания (азот и углекислый газ, как они есть, только в разных концентрациях, кислород и вода для контроля влажности окружающей среды), предполагая также разумные концентрации дейтерия к водороду. как питьевая вода, иначе атомы дейтерия и водорода могут быть разделены при электролизе или тяжелой воде ($\ce{D2O}$) из воды ($\ce{H2O}$) с дополнительным разделением по молекулярной массе. Азот и водород дают вам аммиак ($\ce{NH3}$), который можно использовать в качестве жидкого хладагента/хладагента, удобрения, топлива и т. д.

Углерод и водород также позволяют производить синтезированные или выращенные естественным образом углеводы и полиуглеводы в качестве питательных веществ, углеводные цепи и ароматические углеводы в виде пластмасс , например, винила , полиэтилена , которые вы можете узнать во многих продуктах по печатному знаку HDPE — полиэтилен высокой плотности или PE recycle или заделка и ПЭВП не подвергаются коррозии даже серной кислотой, поэтому их можно широко использовать в венерианской атмосфере для строительства. Кроме того, если вы можете извлечь хлор, который также присутствует чуть ниже облачного слоя, вы также можете производить ПВХ .

Температуры кипения некоторых металлов и металлических сплавов также ниже температуры поверхности Венеры ~ 462 ° C (например, кадмия, свинца, некоторых сплавов магния, ртути, фосфора, калия, селена и т. д.), поэтому они могут образовывать пары, которые будут транспортироваться. на большие высоты тепловыми ветрами , где они будут конденсироваться или рекомбинироваться в более тяжелые молекулы (последнее может быть верно для молекул, содержащих фосфор и калий) при понижении температуры и образовывать отложения металлических осадков. Можно было бы собирать некоторые из этих металлов из нижних слоев атмосферы на конденсирующих поверхностных аэростатах с малой высотой или даже собирать их снежные осадки с высокогорных поверхностей с помощью канатных кранов.

Но для любой серьезной колонии в венерианских облаках, где давление и температура сопоставимы с земной поверхностью, воздух для дыхания служит подъемным газом, и для такой колонии, которой не нужно импортировать материалы из других мест в Солнечной системе, вам все равно потребуется способность по крайней мере, срывайте камни и валуны с поверхности тросовыми кранами или подобными средствами, чтобы также обеспечить свою колонию кремнием, железом, медью и другими полезными элементами и соединениями. Например, для производства карбида кремния ($\ce{SiC}$) маломощная электроника, нитрид галлия ($\ce{GaN}$) транзисторы высокой мощности , диоды или фотогальванические элементы или фосфид галлия ($\ce{GaP}$), так как все эти материалы обладают хорошей устойчивостью к теплу и излучению.

Для дальнейшего справки я предлагаю выполнить поиск на сервере технических отчетов НАСА (NTRS) для работ Джеффри А. Лэндиса , возможно, глядя на «Колонизацию Венеры» (PDF), которая была опубликована для материалов Конференции 2003 года по исследованию космоса человеком и кратко представляет возможность создания аэростата. колонии в атмосфере Венеры и доступные им природные ресурсы.

Старая тема, но для тех, кто только появился:

1. Есть два основных кандидата на роль «неизвестного поглотителя УФ-излучения» в атмосфере Венеры, и, вероятно, наиболее вероятным ответом будет в некоторой степени и то, и другое. Одним из них является элементарная сера. Другой? Хлорид железа. Действительно, один из зондов «Венеры» обнаружил железо во время спуска. Все данные указывают на то, что в воздухе Венеры содержится небольшое количество железа.

2. "(например, кадмий, свинец, некоторые сплавы магния, ртуть, фосфор, калий, селен, ...)"

Тот факт, что что-то может выкипеть в той или иной форме, не означает, что это действительно произойдет на практике (в игру вступают химические реакции), или что это может быть перенесено на колоссальные 50 с лишним километров (на Земле это было бы на полпути к линии Кармана) через атмосферу, которая в основании составляет 90 атм, без осадков наружу. С другой стороны, мир не состоит из чистых элементов, есть всевозможные соединения, и многие из них имеют гораздо более низкую температуру кипения, чем их элементарные формы. Это усложняется.

Честно говоря, мы не знаем, какие второстепенные составляющие составляют венерианские облака. Еще в 1960-х годах предполагалось, что облака представляют собой широкий спектр соединений ртути. Теперь мы знаем, что ртуть не может быть ничем иным, как микроэлементом в облаках. Другой теоретический, который был довольно хорошо исключен, — это хлорид алюминия. Некоторые соединения сурьмы, соединения брома и соединения йода считаются возможными, если не вероятными, но только в небольших количествах.

Хорошо известно, что в атмосфере Венеры существует ряд химических веществ, которые обычно не указаны в списках компонентов атмосферы Венеры. Например, нижняя дымка и, возможно, большая часть нижнего слоя облаков богаты или преобладают фосфорной кислотой. В атмосфере Венеры также существует широкий спектр кислотных / агрессивных соединений хлора (в большинстве списков указан только HCl), в том числе такие, которые заставляют серную кислоту казаться ручным (например, считается, что хлорная кислота составляет небольшой компонент облачных частиц). Кстати, обратите внимание, что частицы облаков представляют собой тонкий туман, это не кислотная ванна... больше похоже на действительно плохой смог/вог, который имеет тенденцию разъедать вещи с течением времени. Есть некоторые доказательства, вопреки часто представляемой упрощенной картине, что могут быть даже «поверхностные туманы». - на последних 1-2 км спускаемые аппараты испытали некоторое затемнение, которое некоторые интерпретируют как дымку. Это будут интересные соединения.

Есть довольно веские доказательства того, что на поверхности Венеры есть экзотические морозы или снега, хотя состав до сих пор неизвестен. Поверхность Венеры, по-видимому, состоит из лавы, которая сама по себе, как правило, довольно богата интересными минералами (например, есть веские доказательства существования карбонатитов — посмотрите, с какими промышленными месторождениями полезных ископаемых они связаны на Земле). Но он также подвержен некоторым интенсивным химическим процессам выветривания, которые имеют тенденцию концентрировать определенные минералы в различных средах. Таким образом, поверхность Венеры, вероятно, является сокровищницей полезных ископаемых. Сложность доступа к поверхности легко переоценить; нет, это не прогулка в парке, но с другой стороны, это не намного сложнее, чем подводная лодка. Проблемы с температурой влияют только снаружи; внутренняя часть изолирована и в значительной степени зависит от тепловой инерции, чтобы поддерживать комфортную рабочую температуру. Советы посадили функциональные и боеспособные зонды с технологиями 1960-х годов. Советы так и не оторвались от поверхности и не поднялись обратно на облачную палубу, но мы знаем, как это сделать — это называется шар с фазовым переходом.

_{Нет, для извлечения кислорода из H 2} SO ₄ не нужно делать электролиз – достаточно его нагреть. H ₂ SO ₄ при высоких температурах разлагается до H ₂ O + SO ₃ , а SO ₃ восстанавливается до SO ₂ + O ₂ . Таким образом, вы получаете как H ₂ O, так и O _{2 .}из простого процесса. Конечно, детали усложняют задачу, потому что у вас есть другие смешанные соединения, вам нужно отделить кислые газы (многие из которых гигроскопичны) от потока воды и т. д. Но с другой стороны, атмосфера Венеры действительно дает один дар предоставления всех, кроме одной из основных промышленных кислот (всех, кроме азотной) в относительно легкой форме, а азотную относительно легко производить. Забавным побочным преимуществом Венеры является то, что многие основные промышленные процессы (процесс Габера, реакция Сабатье и т. д.) требуют повышенных температур и давлений для термодинамики. На Венере это означает только «спуститься». :)

Касательно пластика: нет никаких сомнений в том, что идеальным материалом для кожи является сополимер ПТФЭ с добавками, отражающими ИК-излучение. ПТФЭ почти идеально подходит для окружающей среды Венеры с точки зрения его удивительной химической стойкости, теплостойкости, устойчивости к ультрафиолетовому излучению, относительно простого производственного процесса и т. д. Он, конечно, должен быть соединен с рипстопом. Обычно на Земле мы использовали бы нейлон, но он не идеален для Венеры, производственные цепочки довольно длинные. UHMWPE (спектры), вероятно, гораздо лучший выбор; его мономер легко изготовить, он обладает невероятно высокой прочностью на растяжение (выше, чем у кевлара), очень легким (даже плавает в воде) и очень устойчивым к истиранию. Кроме того, как UHMWPE, так и PTFE, хотя ни один из них не любит прилипать к чему-либо, оба являются термопластами и, таким образом, могут быть термически связаны.

Обратите внимание, вопреки тому, что было сказано выше, HDPE не является долговременно стабильным с концентрированной H ₂ SO ₄ (около 80% в средней облачной палубе). Хотя это для жидкостей, а не туманов; в тумане может быть лучше. Но ключевой момент в том, что слой ПТФЭ — это то, что вы подвергаете воздействию облаков.

Я мог бы написать еще очень много по этой теме, но пока остановлюсь на этом. :)