Колонизация Титана

Луна Сатурна Титан в своём естественном цвете

Титан — крупнейший спутник Сатурна, являющийся одним из кандидатов на возможную будущую колонизацию во внешней части Солнечной системы^[1]. Одной из причин возможной колонизации спутника является добыча углеводородов, на которых в настоящее время работает большая часть земной техники. В процессе колонизации Титана также следует учитывать возможность наличия жидких органических соединений и даже некислородной жизни^[2]. Текущие планы флагманской программы NASA (Outer Planet Flagship) подтверждают, что Титан наряду с Энцеладом являются наиболее приоритетными целями для дальнейшей разведывательной миссии (ориентировочно в сер. 2020-х), а следом за ней — перспективно возможного полёта человеческого экипажа^[3].

Оценки перспектив колонизации Титана

Художественное представление поверхности Титана, с дюнами, озерами, каналами и Сатурном на заднем плане

По оценке Европейского космического агентства, жидкие углеводороды на поверхности Титана по своему объёму в сотни раз превосходят запасы нефти и природного газа на Земле. Разведанные запасы природного газа на Земле составляют ок. 130 000 млн тонн, что достаточно для обеспечения электроэнергией всей территории Соединенных Штатов для бытовых систем отопления, охлаждения и освещения в течение 300 лет. Каждое из десятков озер Титана в форме метана и этана эквивалентно такому количеству энергии всего природного газа Земли. ^[4]

Как отмечает Майкл Анисимов, футуролог, основатель движения «За ускорение будущего» (Accelerating Future), Титан имеет все основные элементы, необходимые для жизни — углерод, водород, азот и кислород. Его колоссальные запасы углеводородов могли бы служить отличным источником энергии для потенциальных колонистов, которым не нужно будет беспокоиться о космическом излучении благодаря плотной атмосфере. Излучение же радиационного пояса Сатурна значительно мягче, чем Юпитера. Атмосфера Титана настолько плотная, что полёты над Титаном станут основым способом передвижения. Существующая на планете плотность атмосферы создаёт давление, эквивалентное тому, которое испытывают на себе дайверы на глубине 5 метров под водой, что не требует использования скафандров. Но проблема заключается в содержании цианита в атмосфере Титана, который может убить человека за несколько минут даже при таких низких концентрациях. Однако это не препятствует Титану считаться наиболее перспективной целью для колонизации во внешней солнечной системе. ^[5]

В научном обозрении The Space Monitor отмечается, что Титан являет собой идеальное месторасположение для выживания человека. Вода и метан, имеющиеся на Титане, могут быть использованы и как топливо для ракет, и для обеспечения жизнедеятельности колонии. Азот, метан и аммиак могут быть использованы как источник удобрений для выращивания продуктов питания. Вода может также, очевидно, использоваться для питья и для генерирования кислорода. В свете небесконечности запасов нефти на Земле и неизбежности поисков другого источника энергии, Титан может стать основной целью будущей мировой экономики. Если когда-нибудь будет сделан прорыв в термоядерной энергетике, человечеству понадобятся две вещи, которые недоступны на Земле: Гелий-3 и дейтерий. Сатурн имеет относительно высокие объёмы этих ресурсов, а Титан может послужить идеальным промежуточным пунктом для начала добычи и дальнейшей транспортировки гелия-3 и дейтерия с Сатурна. ^[6]

Американский учёный д-р Роберт Бассард подсчитал, что миссия на Титан в составе 400 человек, направленная для создания там колонии с 24 тыс. тонн полезного груза на борту (включая все необходимые жилые модули и структуры, необходимые для обеспечения жизнедеятельности, средства связи, медикаменты и т. д., при условии их запуска с применением технологии QED), и снабжение этой колонии средствами передвижения и топливом для них будет обходиться бюджету США ориентировочно в $ 16,21 млрд в год^[7]. Однако, как продолжает Бассард в другом своём труде, для того чтобы миссия была выполнена хотя бы в десятилетний срок, необходимы более мощные реактивные двигатели, способные достичь Титана в течение недель-месяцев, а не лет^[8].

Перспективы колонизации Титана рассматриваются американскими учёными неразрывно с колонизацией другого спутника Сатурна — Энцелада, так как и Титан, и Энцелад имеют колоссальный потенциал к колонизации и тысячи мест для создания поселений, которые впоследствии могут стать постоянным местом обитания колонистов. Для этих целей будет запущена TSSM — миссия по исследованию перспектив колонизации как Титана так и Энцелада^[9]. Научный совет Института астробиологии NASA в своей резолюции от 22 сентября 2008 включил Титан в список наиболее приоритетных астробиологических объектов в Солнечной системе, порекомендовав федеральному правительству профинансировать миссию Титан—Энцелад в течение ближайшего десятилетия, а научно-технические разработки по её организации начать уже сейчас^[9]. Как отмечает Джулиан Нотт, полёт человеческого экипажа будет вероятнее всего предварён роботоэкипажем, для лучшего изучения возможности создания обитаемых поселений^[10].

Сходство с Землей

На снимке слева: Озёра на северном полюсе Титана. Справа: Сравнение размеров моря Лигеи на Титане и земного озера Верхнего.

Благодаря исследованиям космического телескопа «Хаббл» и полётам АМС «Пионер», «Вояджер» и особенно «Кассини» с посадкой на Титан зонда «Гюйгенс», получены значительные данные о Титане. Титан в некотором смысле очень похож на Землю: ^{[2] [11]}

• Он имеет плотную атмосферу состоящую преимущественно из азота (примерно 95 %); ^[12]. Атмосфера Титана представляет собой наилучший тип атмосферы для синтеза пребиотических соединений. Органические соединения, содержащие Азот, являются исходным веществом для синтеза пребиотических органических соединений. Титан — уникальное тело Солнечной системы, для химии пребиотических соединений которого характерно отсутствие жидкой фазы^[13][14].
• На его поверхности есть жидкие озера этана и метана. ^{[11] [15]}
• Конденсация метана создаёт самовозбуждение климата и гидрологический цикл Титана, с хаотичным множеством различных метановых и этановых облаков и дождями, аналогичный водному циклу Земли, однако с крайне продолжительными, катастрофическими ливнями, спровоцированными вековыми засухами. Другой схожестью атмосферы Титана и Земли является стратосфера Титана, где специфические местные условия создают нечто наподобие земного озонового слоя, образующего эти характерные облака и туман на Титане^[16].
• Сила гравитации на Титане составляет всего лишь 14% от земной, что может существенно поспособствовать при колонизации, за счёт увеличения количества и массы носимого оборудования в соответствующее отношению сил гравитаций число раз^[10].
• Атмосферное давление на поверхности Титана составляет 1.45 атмосферы, что, в свою очередь, устраняет необходимость в создании дорогостоящих и громоздких скафандров^[10].
• Возможность использования сверхпроводников в "повседневной жизни колонии" - из-за низкой температуры окружающей среды некоторые высокотемпературные проводники не будут требовать дополнительного охлаждения.

Природные ресурсы

Ранние (1976 год) схематические зарисовки NASA (по часовой стрелке, начиная снизу): процесса мягкой посадки; атмосферного, лазерного и спектрального анализа; пробы грунтов; мощной метановой турбины; посадочного и беспосадочного модуля.

По данным Кассини которые были переданы в 2008 году, на Титане в сотни раз больше жидких углеводородов, чем всех известных запасов нефти и природного газа на Земле. Эти углеводороды выпадают в виде дождей и образуют озера. ^[4]

Радиолокационные изображения, полученные 21 июля 2006 показывают, что на Титане есть озера жидких углеводородов (таких как метан и этан) в северных широтах ^[17][18]. В настоящее время это первое открытие существования озер где-нибудь, кроме Земли. Озера имеют размер примерно от километра до ста километров.

Так как углеводороды на Титане выпадают в виде дождей и собираются на его поверхности в целые водоемы ^[17][18][19], их добыча будет значительно упрощена, поскольку для этого не понадобится строительство специальных буровых приспособлений или шахт. Однако, сегодня их транспортировка на Землю не целесообразна по экономическим причинам.

Трудности в колонизации

Есть несколько причин, которые могут осложнить колонизацию Титана^[20]:

• Титан имеет очень низкую гравитацию (примерно в 7 раз меньше земной), ^[21] что может вызвать болезни мышц и отложение кальция в организме человека;
• Очень низкая температура Титана (минус 170—180 °C) ^{[1] [22]} не позволит находиться на нем без защитного скафандра.
• Следует учитывать наличие на спутнике атмосферы, более массивной и плотной, чем атмосфера Земли. ^[21]
• Важно отметить полное отсутствие жидкой воды и почти полное отсутствие кислорода в атмосфере Титана. Это означает, что данные ресурсы, которые так необходимы для жизни человека, придется доставлять с Земли или из других мест. Водяной лед, однако, является самой распространенной породой^{[источник не указан 78 дней]}, и растопление его с последующим электролизом способно обеспечить колонистов водой и кислородом.
• Данные космических исследований свидетельствуют о криовулканизме, неустойчивости и прочей геологической активности молодой поверхности Титана. ^[11]

Полёты на Титане

Эскизная зарисовка монгольфьера для полётов и неподвижного зависания в атмосфере Титана (слева) и принцип применения видеокамер с высокой разрешающей способностью (справа)

Монгольфьер

Одним из наиболее ранних проектов конструкции летательного аппарата для атмосферы Титана является монгольфьер. Чертежи отдельных образцов стали появляться ещё в 1970-е. Так, образец предложенный учёными NASA в 1976 году (см. схематическую зарисовку выше) имел полётный вес 29 кг при диаметре 9.7 м и объёме шара 482 м³, в качестве топлива для него планировалось использовать азотный тетраоксид. Стоит, однако, заметить, что этот ранний проект не предназначался для длительных полётов — его время в полёте по расчётам не должно было превысить 2 часов 30 минут^[23]. В настоящее время, концепция не утратила своей актуальности. Cреди причин, по которым монгольфьер является приемлемым средством для осуществления полётов на Титане, называются следующие^[24]: 1) Атмосфера Титана имеет сравнительно высокую плотность (5 кг/м³ у поверхности, к 1 кг/м³ на Земле) и низкую температуру, таким образом эффект разности температур значительно возрастёт по сравнению с Землёй; 2) Относительно низкое значение солнечной радиации (10^-2 к тому же значению на Земле) нивелирует суточные колебания напряжения во внешних источниках энергии, создавая таким образом возможность осуществления гораздо более длительных полётов ввиду снижения нагрузки на материалы и отсутствия цикличного воздействия на атмосферную плавучесть аппарата; 3) Благодаря особенностям атмосферного давления на Титане (высотной шкале), процесс накачивания шара газом во время подъёма происходит значительно медленнее, так например, он может быть начат при скорости подъёма 5 м/с на высоте 30 км (давление 20 мбар) и продолжаться несколько часов при скорости полёта 30 м/с.

Чертежи разработанного американскими учёными из NASA проекта летательного аппарата для полётов на Титане (справа) и зарисовка его полёта в атмосфере Титана (слева).

Цеппелин

Очень высокий коэффициент плотности атмосферы на Титане ^[25] говорит о том, что размер крыльев для летательных аппаратов должен быть меньше чем на Земле. Сотрудники Исследовательского центра НАСА, ещё в 2005 году провели сравнительно-теоретический анализ атмосферных показателей Титана и Земли на основании которого предложили оптимальное транспортное средство для Титана под рабочим названием Titan Explorer — учёные пришли к выводу, что конструкция современных самолётов не подходит для атмосферы Титана, поэтому предлагаемый ими проект представляет собой цеппелиноподобный летательный аппарат общей массой 378.2 кг (при максимальной загрузке — 490.6 кг). Управление кораблём предполагается осуществлять дистанционно в связи с трудностями передачи радиосигнала в атмосфере Титана, наиболее реалистичным учёным видится заранее установленный маршрут, который будет запрограммирован машине до начала полёта, навигационное оборудование установленное на борту позволит кораблю корректировать направление полёта дабы предупредить возможные отклонения от маршрута при возникновении непредвиденных обстоятельств, а также поддерживать постоянную высоту (максимальная высота полёта на Титане, составляет ориентировочно 5 км). Максимальная скорость аппарата в полёте, по оценкам учёных не превысит 4 м/с, зато запас хода позволит ему облететь всю планету^[26].

Колонизация Титана в научной фантастике

Основная статья: Титан в произведениях научной фантастики и компьютерных играх

Колонизация Титана является достаточно популярной темой в литературной, кинематографической научной фантастике, а также в компьютерных играх. Первые произведения в этом жанре появились ещё в 1930-е — 40-е годы. Некоторые из них, буквально предвосхитили последующие научные открытия. Так, например, Стенли Вайнбаум предвещал в 1935 году что атмосфера Титана обещает быть холодной, а Айзек Азимов в своём романе «Первый закон», опубликованном ещё в 1956 году, предвидел отсутствие магнитного поля на Титане^{[Прим. 1]}.

Ссылки

• NASA. Цель: Завтрашний день (эпизод 15-й)  (англ.)

Примечания

1. ↑ Более подробно см. соответствующую статью, а также англоязычные: Титан в произведениях научной фантастики  (англ.) и сответствующую категорию  (англ.)

Источники

1. ↑ ^{1 2} Галетич Ю. Колонизация Титана (HTML). Астрономия для любителей (7 марта 2011). Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 11 августа 2011.
2. ↑ ^{1 2} Ученые обнаружили признаки жизни на Титане (HTML). Росбалт (05 июня 2010). Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 11 августа 2011.
3. ↑ McKinnon, William B. Exploration Strategy for the Outer Planets 2013-2022: Goals and Priorities  (англ.) (HTML). Planetary Science Decadal Survey. NASA. Outer Planet Assessment Group (Sept. 15, 2009). Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 13 октября 2011.
4. ↑ ^{1 2} Titan’s surface organics surpass oil reserves on Earth  (англ.) (HTML). European Space Agency (13 February 2008). Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 8 августа 2011.
5. ↑ Anissimov, Michael What are the Prospects for Colonizing Titan?  (англ.) (HTML). WiseGEEK. Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 8 августа 2011.
6. ↑ Colonization of Titan — The Future Persian Gulf?  (англ.) (HTML). The Space Monitor (July 15, 2007). Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 8 августа 2011.
7. ↑ Bussard, Robert W. Titan Colony Mission // System Technical and Economic Features of QED-Engine Driven Space Transportation  (англ.). — Revision of '1997 Edition. — Seattle, WA: Joint Propulsion Conference, 2009. — P. 10. — 11 p.
8. ↑ Bussard, Robert W. Titan Colony Mission // An Advanced Fusion Energy System For Outer-Planet Space Propulsion  (англ.). — Revision of '2002 Edition. — Albuquerque, New Mexico: STAIF-2002, 2009. — Vol. 608. — P. 9. — 11 p. — (Space Technology and Applications International Forum).
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 // Astrobiology Priorities for Planetary Science Flight Missions  (англ.) (DOC). Planetary Science Decadal Survey. NASA Astrobiology Institute, NASA Ames Research Center (2009). — P.5. Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 10 октября 2011.
10. ↑ ^{1 2 3} Nott, Julian Titan’s unique attraction: it is an ideal destination for humans  (англ.) (HTML). Planetary Science Decadal Survey. Santa Barbara, California: National Academy of Sciences (September 15, 2009). Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 13 октября 2011.
11. ↑ ^{1 2 3} О Сатурне и его спутниках. Титан (HTML). Сайт NASA. Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 8 августа 2011.
12. ↑ Титан породил атмосферу в ходе кометной бомбардировки (HTML). Lenta.ru. Издание Rambler Media Group (9 мая 2011). Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 11 августа 2011.
13. ↑ Raulin F., Bossard A. (1984) Organic syntheses in gas phase and chemical evolution in planetary atmospheres  (англ.) Advances in Space Research IV, No 12, P.75-82
14. ↑ Общие вопросы астрономии: Планеты и их спутники // Государственный комитет по науке и технике, Академия наук СССР Астрономия : Реферативный журнал / Редактор — Н. П. Словохотова. — М.: Всесоюзный институт научной и технической информации, 1986. — В. 1. — С. 32. Тираж — 862 экз.
15. ↑ Астрономы установили химический состав озер на Титане (HTML). Lenta.ru. Издание Rambler Media Group (12 ноября 2009). Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 11 августа 2011.
16. ↑ Материалы Международного форума космической техники и ее применения  (англ.) (STAIF 2008). 6-й Международный симпозиум колонизации космоса. Мелвиль, Нью-Йорк: Американский институт физики, 2008. — С.381 — 1174 с. ISBN 978-0-735400-528
17. ↑ ^{1 2} Воробьева В. Титан (HTML). Планетные системы. Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 11 августа 2011.
18. ↑ ^{1 2} Спутники Сатурна — Титан. Замысловатый рельеф и поверхность Титана (HTML). Проект "Исследование Солнечной системы". Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 11 августа 2011.
19. ↑ Martinez, Carolina Mission News: Cassini Images Mammoth Cloud Engulfing Titan’s North Pole  (англ.) (HTML). NASA (January 2, 2007). Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 11 августа 2011.
20. ↑ Dr. Marianne Rudisill. NASA Destination Tomorrow - Episode 15  (англ.) (MPEG) [Documentary]. Hampton , Virginia: NASA LaRC Office of Education. (June 1, 2005). Проверено 12 октября 2011.
21. ↑ ^{1 2} Кусков О. Л., Дорофеева В. А., Кронрод В. А., Макалкин А. Б. Предисловие // Системы Юпитера и Сатурна: Формирование, состав и внутреннее строение крупных спутников / Редактор — Академик М. Я. Маров. — М.: ЛКИ, 2009. — 576 p. — ISBN 978-5-382-00986-5
22. ↑ Титан — загадочный спутник Сатурна (HTML). WorldmMystery — Тайны мира. Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 11 августа 2011.
23. ↑ Carroll, P. C.; Hollenbeck, G. R.; Tobey, W. H. A Titan exploration study: Science, technology, and mission planning options. Vol. 2  (англ.) (HTML). Technical Report. NASA (May 1976). — Page III-76. Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 13 октября 2011.
24. ↑ Coustenis, Athena Future in situ balloon exploration of Titan's atmosphere and surface  (англ.) (HTML). Planetary Science Decadal Survey. NASA Techdocs. NASA (2009). Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 13 октября 2011.
25. ↑ Каланов В. Спутники Сатурна. Титан (HTML). Знание — сила (веб-сайт). Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 11 августа 2011.
26. ↑ Gasbarre, Joseph F.; Wright, Henry S.; Lewis, Mark J. A Design Comparison of Atmospheric Flight Vehicles for the Exploration of Titan  (англ.) (HTML). NASA Techdocs. NASA, Langley Research Center (2005). Архивировано из первоисточника 15 августа 2012. Проверено 10 октября 2011.