Считайте себя лицом, принимающим решения в новом проекте космической инфраструктуры. Вам было поручено основать первые несколько внеземных колоний для вашего вида.
Какие аспекты спутников Солнечной системы делают их более (или менее) привлекательными, чем другие тела (например, кометы, астероиды и/или безвоздушные планеты)?
Есть ли какие-либо из этих доводов (причин, которые делают очевидным создание или избегание колоний на лунах)?
30.09.2015 правка/дополнение: Могу представить несколько причин и/или ограничений для космической колонии:
Как многие из вас уже поняли, некоторые из них пересекаются. Успешная колония в той или иной степени будет обладать несколькими их аспектами.
Но позвольте мне уточнить некоторые соображения.
Космические путешествия более жестко ограничены запасом топлива (дельта V), чем шкалой времени. Если не считать защиты от крупных солнечных явлений, одно место в космосе похоже на другое. Места, очень удаленные от Земли (Деймос, пересекающие Землю астероиды и т. д.), могут быть «очень близкими» с точки зрения бюджета дельты V, но при этом быть очень далекими от Земли.
Расстояние не является ограничением, дельта-V является ограничением
Вначале всем колониям потребуется обширное пополнение запасов с Земли. Однако колонии, расположенные в местах с необходимыми ресурсами, надеются стать самодостаточными для удовлетворения основных потребностей (топливо, вода, кислород и строительные материалы) в довольно короткие сроки.
Кроме того, постоянное поселение в большинстве мест Солнечной системы потребует защиты от радиации, а защита от радиации требует массы. Таким образом, рукотворное поселение на средней околоземной орбите, вероятно, не сможет конкурировать с другими идеями, если только астероид, пересекающий Землю, не будет выведен на орбиту и использован для материалов.
Некоторые ресурсы более ценны для колонии, чем другие. Новой колонии потребуется большое количество воды, кислорода, азота и водорода, чтобы начать экологию замкнутого цикла.
Самодостаточная колония требует ресурсов в большом количестве.
Очевидно, что первые попытки человечества создать колонию будут менее масштабными, чтобы мы могли учиться, не подвергая опасности жизни миллионов людей. Но количество людей, которых мы собираемся поселить, имеет огромное значение, на каких телах можно будет разместиться. Например, если цель состоит в том, чтобы переселить большую часть населения Земли, Марс должен быть основным местом колонии. Нигде больше в Солнечной системе нет такой «гостеприимной» недвижимости, как на Марсе.
Если колония будет создана за пределами марсианской орбиты, то она обязательно будет использовать ядерный реактор (если только мы не предположим, что к тому времени термоядерный синтез будет доступен). С точки зрения массы, для питания колонии с использованием солнечной энергии, вероятно, потребуется больше стартовой массы, чем деление (если не используется что-то вроде метода солнечного концентратора).
Чем дальше колония от Земли, тем медленнее будет связь (как по задержке, так и по пропускной способности).
В конечном итоге колония, пытающаяся стать жизнеспособным коммерческим предприятием, должна будет производить что-то для Земли и делать это более экономично, чем это можно сделать на Земле. Реальность такова, что он конкурирует с наземными рынками и обречен на провал. Единственное место, где у вашей колонии есть преимущество/барьер для конкуренции, — это космос.
Поэтому я думаю, что колония сначала будет строить и обслуживать спутники Земли. Наряду с этим, колония, имеющая доступ к большому количеству летучих веществ (например, воды), может быть нанята для очистки всего хлама с земной орбиты. Кстати, это обеспечит колонию кучей уже переработанных ценных материалов.
В качестве побочного бизнеса он будет заниматься многими другими вещами (например, строить фантастические астрономические объекты, выполнять полеты зондов, служить туристическим направлением и выполнять миссии по возвращению образцов на Землю), и это может быть очень прибыльным, но я не думаю о них как о бизнес с большими объемами.
Если нет веских причин, по которым разумнее делать это в космосе, чем на Земле, изначально колония не будет заниматься производственным бизнесом. Я понимаю, что некоторые процессы лучше работают в космосе (в космосе можно сделать более качественные шарикоподшипники - возможно, для очень дорогого высокоточного оборудования? Я слышал, что легче контролировать рост кристаллов), но первыми целями колонии будут поставлять собственные сыпучие материалы. Вещи с низкой массой, требующие большой инфраструктуры, появятся позже.
Я хочу место, которое обеспечивает:
К вашему сведению, мои любимые макгаффиты (причины полета в космос) — электрические сверхпроводники при комнатной температуре, чистый вакуум, необходимый для создания очень длинных (длиной в км) углеродных нанотрубок, и инопланетные артефакты.
Это зависит от ваших целей колонизации. Обратите внимание, что этот ответ относится к луне Земли (Луне). Я не вижу особого смысла в колонизации других лун.
Я собираюсь в основном противопоставить этой ссылке от НАСА, которую разместил Frostfyre. Я бы предпочел луну по следующим причинам:
Подводя итог (TLDR):
Орбитальные среды обитания слишком уязвимы для нападения и, вероятно, никогда не будут самодостаточными.
Луна находится достаточно близко к Земле, чтобы эффективно построить колонию, но имеет ресурсы и находится достаточно далеко, чтобы вы могли в конечном итоге стать независимыми.
Факторы в пользу лун над планетами:
Луны меньше по размеру, поэтому их легче терраформировать.
Большинство планет, которые мы обнаружили до сих пор, намного больше Земли. Это означает, что их гравитация слишком велика для нас (земных организмов). Луны меньшего размера не создают этой проблемы.
Безвоздушные луны легче заполнить атмосферой, потому что они меньше и нуждаются в меньшем количестве атмосферы, чтобы сформировать такое же атмосферное давление.
Точно так же луны нуждаются в меньших объемах воды, чтобы сформировать панлунный водоем (океан) для регулирования температуры.
Луны имеют меньшую вариацию рельефа, чем планеты, что облегчает абилитацию.
Планеты крупнее лун и, следовательно, имеют гораздо большее гравитационное притяжение. Это означает, что большинство приближающихся астероидов отклоняются к планетам, щадя луны.
Факторы, неблагоприятные для лун:
Большинство лун имеют слишком слабую гравитацию, поэтому движение намного сложнее, чем на планетах.
Большинство планет имеют сильное магнитное поле, в то время как их луны почти ничего не имеют (по сравнению с планетами), так что солнечный ветер опустошает луну, мало воздействуя на планету.
В то время как высокая гравитация планеты притягивает к себе большинство астероидов, ущерб от столкновения астероида с луной был бы в десятки раз больше, чем если бы этот астероид столкнулся с планетой.
Вихри и тайфуны гораздо более опасны для лун, чем для планет, из-за большей разницы температур и меньшей площади поверхности лун.
Луны редко когда-либо имеют достаточно высокое разнообразие элементов, чтобы поддерживать сложную жизнь. В то время как натрий, калий, кислород, азот, углерод, сера, кальций, фосфор и хлор абсолютно необходимы для земной сложной жизни, для здоровья также необходимы меньшие количества ванадия, титана, алюминия и магния и т. д. Такое большое разнообразие элементов крайне редко можно ожидать на луне, но вполне обычно для планет.
Приливный эффект соседней планеты вызовет огромные приливы в океанах, а также может постепенно лишить луну атмосферы.
«Как только вы выйдете на околоземную орбиту, вы окажетесь на полпути к любой точке Солнечной системы». ~ Роберт А. Хайнлайн
В начале колонизации решающими факторами в распространении ваших колоний будут орбитальная механика и источники топлива. Хотя на Земле есть невообразимое количество ресурсов, атмосфера и гравитация не позволяют этим ресурсам получить место. В частности, нецелесообразно получать ракетное топливо с поверхности Земли для долгосрочных проектов колонизации, потому что для подъема топлива требуется так много топлива, а для подъема топлива требуется больше топлива, и так далее. Это известно как тирания ракетного уравнения.
Одна из причин, по которой НАСА рассматривает Луну как ступеньку во Вселенную, заключается в том, что на ее полюсах есть лед, который может гидролизоваться в кислород и водород, образуя реакционную массу, которую можно легко перенести с поверхности Луны.
В идеале вам нужно твердое небесное тело с материалом, который можно использовать в качестве реактивной массы для ракетных двигателей, с небольшим количеством атмосферы или без нее, препятствующей запуску ракет, но с высокой гравитацией, чтобы космический корабль мог достигать низких и быстрых орбит. Причина, по которой вам нужны низкие и быстрые орбиты, заключается в эффективности. Энергия, запасенная в ракетном топливе, намного эффективнее преобразуется в полезное изменение скорости (дельта v), когда ракета движется на высоких скоростях. При выполнении межпланетных перелетов ракета должна выйти из гравитационной сферы влияния ближнего тела И должна иметь избыточную скорость, чтобы совершить путешествие к дальнему телу. Наличие высокой орбитальной скорости для начала облегчает достижение этих избыточных скоростей.
«Почему бы просто не взлететь с Марса?» Вы можете спросить. Марс на самом деле является довольно хорошим кандидатом из-за его тонкой атмосферы. Но Марс — это планета, а планетам чего-то не хватает: скорости. Преимущество лун в том, что космический корабль, взлетая с луны, уже движется вокруг планеты со скоростью этой луны. Для луны Земли , Луны, это составляет в среднем около 1 км/ с скорости бесплатно.
«Почему бы не использовать комету?» Кометы сошли с ума. Определяющей характеристикой кометы является то, что она имеет очень эксцентричную орбиту вокруг Солнца. Это чрезвычайно затрудняет доступ к кометам и от них, потому что изменения, которые вы должны внести в орбиту вашего космического корабля, требуют огромных изменений скорости. Как только вы доберетесь до кометы, вы в значительной степени закончите, потому что там все равно не так много материала.
"Астероиды?" Пояса астероидов плотны по космическим меркам, но на удивление разрежены с практической точки зрения. Отдельные астероиды довольно малы и находятся в миллионах и миллионах километров друг от друга. Это все еще не так уж плохо, если у вас есть топливо и время, чтобы перемещаться между ними. Но опять же, добраться до астероидов и от них сложно, потому что у них не так много гравитации, чтобы захватить приближающийся корабль.
Таким образом, луны — довольно хорошие места для старта, потому что они достаточно велики, чтобы захватить приближающиеся корабли, достаточно велики, чтобы эффективно совершать большие орбитальные изменения (быстрые орбиты), достаточно малы, чтобы иметь очень мало атмосферы, достаточно малы, чтобы не требовалось огромных усилий. количество топлива, чтобы выйти на поверхность, и достаточно большое, чтобы колонизировать и производить топливо в течение длительного времени.
Кратер Тихо возле южного полюса Луны теоретически считается хорошим местом для начала космической колонизации, потому что он находится рядом с ледяной шапкой, может получать солнечный свет круглый год, но имеет доступную тень из-за края кратера и обладает всеми орбитальными преимуществами. Я только что упомянул (за исключением того, что он находится вне орбитальной плоскости Земля-Луна, что немного увеличивает затраты на топливо).
Таким образом, если низкая околоземная орбита находится на полпути к чему-либо, пребывание на Луне составляет примерно три четверти.
Люди могут платить 200 000 долларов за ночь за номер в отеле, чтобы увидеть восхождение Земли под стеклянным биокуполом, освещенным звездами, страстно наслаждаясь 1/6 земной гравитацией с тем, кого они любят.
Лучшее место для постройки колонии — не на поверхности или внутри небесного тела, а на орбите. У НАСА есть хороший брифинг по основам космической колонизации . Вкратце из статьи:
Потому что орбита намного превосходит Луну и Марс для колонизации, а другие планеты и луны слишком горячие, слишком далеко и/или не имеют твердой поверхности.
Хотя мы могли бы строить объекты в других мирах, я подозреваю, что первый шаг к колонизации будет на орбите вокруг тела, а не непосредственно на теле. Существует целый ряд проблем, связанных с постройкой колонии на теле: сложность попадания в космос или из космоса, местная погода, местная атмосфера (или ее отсутствие), местная география, местная геология и т. д. Строительство в космосе имеет меньше переменных.
Примечание. Это очень обширная тема, и она не очень подходит для вопросов и ответов в SE. Для более глубокого изучения, пожалуйста, прочитайте связанный брифинг.
ТЖЛ