Освоение астероидов

[LonelyWanderer]

Для спутников гигантов было бы интересно, сколько энергии можно извлечь из радиации, радиоволн и градиентов магнитного поля...

Ну на низкие спутники в радиационном поясе, вроде Ио и Европы лучше не соваться

[LonelyWanderer]

И кстати важный момент по превращению Цереры и спутников планет-гагинтов в планеты-океаны.
Если вода, содержащаяся там содержит растворённый газ, и в состоянии близком, к насыщению, то растопление льдов и повышение температуры воды до 20 градусов цельсия приведёт к автоматической выработки атмосферы без необходимости её искусственного создания на начальном этапе - путём уменьшения растворимости газов.

Вот например, растворимость азота в воде (http://sernam.ru/book_phis_t1.php?id=263) при 0 градусов 0,0293 г/л, а при 20 градусах - 0,0164 г/л. Разность 0,0129 г/л. Или 12.9 г/м³.
В нормальных условиях плотность азота 1251 г/м³
Таким образом, 100 метровый столб воды произведёт столб 1 метр атмосферы.

Например, на Церере, имеющей 100-километровую мантию, мы получим атмосферу в 1 километр толщиной. В общем-то этого и достаточно для начала.
А на Ганимеде, имеющем мантию в 900-950 километров, можно рассчитывать на атмосферу в 9 километров толщиной.

И даже такие небольший снежные комки, как Гиперион (360×280×225 км, средняя плотность 0,567) можно терраформировать, если заключить его в оболочку, в маленькую ну не планету-океан, а в планету-озеро
Этот спутник обилен пустотами (40%), после растопления он превратится в шарик с диаметром примерно в 230 километров. Если во льду содержится газ, то это может привести к автоматическому созданию атмосферы порядка до 500 метров толщиной.
И, кстати, Гиперион благодаря его пористости очень легко "терраформировать". Проложить на нужной глубине (где-то в районе 1 километра) герметичную плёнку просто, т.к. эта работа в массе даже не льда, а снежной крошки. Затем расположить на поверхности солнечные концентраторы, или батареи или их симбиозы (ввиду ограниченности солнечной энергии) и подавать тепло вовнутрь. Кстати, этот шарик при солненой постоянной там в 15 ватт, получал бы около 623 ГВт солнечной энергии, из которых мы, допустим, 60 ГВт могли бы использовать, если располагать батареи только на поверхности, но в силу низкой гравитации мы этим не ограничены и вполне можно довести и до 1000 ГВт. Причём для начала желательно локально подавать тепло. В месте подачи тепла лёд будет таять, нагреваться и выделять газ. Этот газ будет распространяться вдоль оболочки  и начинать её поднимать, образуя пространство. И так, постепенно, планетка терраформируется а лёд постепенно весь полностью растает.

[crazy_terraformer]

Для спутников гигантов было бы интересно, сколько энергии можно извлечь из радиации, радиоволн и градиентов магнитного поля...

Ну на низкие спутники в радиационном поясе, вроде Ио и Европы лучше не соваться

Ио распотрошить и раскидать понемногу . Правда всё хозяйство должно быть очень мобильное.
Европу если нельзя защитить искусственным полем или тоже понемногу распотрошить,раскидать   или сдвинуть катапультами , или подводные колонии делать .

[crazy_terraformer]

И даже такие небольший снежные комки, как Гиперион (360×280×225 км, средняя плотность 0,567) можно терраформировать, если заключить его в оболочку, в маленькую ну не планету-океан, а в планету-озеро
Этот спутник обилен пустотами (40%), после растопления он превратится в шарик с диаметром примерно в 230 километров. Если во льду содержится газ, то это может привести к автоматическому созданию атмосферы порядка до 500 метров толщиной.

Это конечно может и красиво, но колонии цилиндры или торы мне видятся удобнее. Можно даже с псевдогравитацией равной гравитации Гипериона. Пустить воду и газы на создание гидросфер и атмосфер этих колоний.
Тут возникает вопрос, при росте диаметра сферы обитания колонии - тора или цилиндра (сферы) растёт объём занимаемый воздухом, а его масса давит на стенки. Существенно ли будет добавочное давление оказываемое воздухом из-за наличия псевдогравитации астероидной, гиперионной, лунной? Не будет ли правильным для снижения давления на стенки добавить в центр тора или цилиндра, широкий тор или цилиндр с пониженным давлением воздуха, лёгким газом или вакуумом?

[LonelyWanderer]

И даже такие небольший снежные комки, как Гиперион (360×280×225 км, средняя плотность 0,567) можно терраформировать, если заключить его в оболочку, в маленькую ну не планету-океан, а в планету-озеро
Этот спутник обилен пустотами (40%), после растопления он превратится в шарик с диаметром примерно в 230 километров. Если во льду содержится газ, то это может привести к автоматическому созданию атмосферы порядка до 500 метров толщиной.

Это конечно может и красиво, но колонии цилиндры или торы мне видятся удобнее. Можно даже с псевдогравитацией равной гравитации Гипериона. Пустить воду и газы на создание гидросфер и атмосфер этих колоний.

Да, может быть и удобнее. Но материалоёмкость предложенных мной концепций - минимальна. Только герметичная оболочка в миллиметры толщиной и солнечные батареи (которые, кстати, и на торе нужны будут).
Причём, например если делать это дело на Титане, то там легко такую оболочку сделать из синтетики, т.к. там углеводородов в изобилии. Она легко делается, легко ремонтируется.
Спутники Сатурна, может быть, и перебор из-за очень скудных энергоресурсов, но Церера вполне реальна. Вы не создадите тор или цилиндр эквивалентных размеров - тут ни много, ни мало, 900 километров поперечника

[crazy_terraformer]

И даже такие небольший снежные комки, как Гиперион (360×280×225 км, средняя плотность 0,567) можно терраформировать, если заключить его в оболочку, в маленькую ну не планету-океан, а в планету-озеро
Этот спутник обилен пустотами (40%), после растопления он превратится в шарик с диаметром примерно в 230 километров. Если во льду содержится газ, то это может привести к автоматическому созданию атмосферы порядка до 500 метров толщиной.

Это конечно может и красиво, но колонии цилиндры или торы мне видятся удобнее. Можно даже с псевдогравитацией равной гравитации Гипериона. Пустить воду и газы на создание гидросфер и атмосфер этих колоний.

Да, может быть и удобнее. Но материалоёмкость предложенных мной концепций - минимальна. Только герметичная оболочка в миллиметры толщиной и солнечные батареи (которые, кстати, и на торе нужны будут).
Причём, например если делать это дело на Титане, то там легко такую оболочку сделать из синтетики, т.к. там углеводородов в изобилии. Она легко делается, легко ремонтируется.
Спутники Сатурна, может быть, и перебор из-за очень скудных энергоресурсов, но Церера вполне реальна. Вы не создадите тор или цилиндр эквивалентных размеров - тут ни много, ни мало, 900 километров поперечника

Семейство торов или цилиндров. Цилиндры и торы на основе кевлара, закрытого от воздействий силиконом и алюминием.

[LonelyWanderer]

Но это всё равно циклопические конструкции с невообразимо большим количеством материала.
А чтобы сделать оболочку, допустим стальную, для Цереры нужно следующее количество металла:

Площадь поверхности Цереры 2 849 631 км² или 2.85 *10¹² м².
Думаю, толщины листов хватит в пару миллиметров. Допустим, 3 миллиметра - 20 кг/м².
Тогда необходимое количество стали: 57 миллиардов тонн. Для сравнения, мировая выплавка стали на Земле 1.67 млрд.тонн.
Это не обязательно должна быть сталь, я просто привожу пример для сравнения с торами О'Нила или цилиндрами.
В них толщина стенок должна быть, грубо говоря минимум 30 см, и то при небольших диаметрах торов или цилиндров - в несколько сотен метров. Что в 100 раз больше.
На ту же полезную площадь потребуется не 57 миллиардов тонн стали, а 5.7 триллионов тонн. И это в случае цилиндра. В случае тора необходимое количество стали вырастет раза в 2 (внутренняя поверхность, боковая, спицы), т.е. 11 триллионов тонн на ту же полезную площадь.
Да понятно, что полезная гравитация и всё такое, но по экономическим причинам просто нельзя будет ни построить такую конструкцию, ни содержать, т.к. на каждого абонента придётся слишком большое количество необходимого производства стали.

[crazy_terraformer]

но по экономическим причинам просто нельзя будет ни построить такую конструкцию, ни содержать.

Т.к. экономика может развиваться и экономика - это производное от технологий и социальных отношений, культуры, психологии человека, то экономические причины есть причины эфемерного характера.
  Т.е с прогрессом в области технологий и изменением социальных(в т.ч. политических) отношений и психологии человека они могут измениться.
В случае наличия материалов,технологий, источников энергии для группы людей, способных воплотить подобное в реальность, побуждающие мотивы и время - это ограничивающие факторы.

[LonelyWanderer]

Настолько понравилась идея выращивания с/х продукции в прозрачных трубах, что решил попробовать адаптировать её для более отдалённых от Солнца тел, нежели Марс.
Здесь есть ресурс для модернизации, и заключается в том, что можно сделать аналог солнечного коллектора с зеркалами. На астероидах нет атмосферы, и мала гравитация. А значит можно использовать тончайшую фольгу в качестве зеркал и почти не использовать несущих конструкций - т.е. мы можем даже в местах с недостатком солнечного света лишь незначительно увеличив материалоёмкость конструкций, получить необходимое количество солнечного света.

На картинках ниже изображена такая конструкция на Церере, имеющей наклон вращения всего 3⁰, а значит вблизи экватора такие фермы могут снабжаться зеркалами вообще без поворотных механизмов, что предельно упрощает конструкцию.

И более подробно посчитаю фермы на Каллисто, как более тяжёлый случай. Ниже 2 картинки применительно к Каллисто (с большими зеркалами). Каллисто получает в 27 раз меньше света, чем Земля, но также, как и Церера, имеет наклон вращения всего в 3⁰ (по юпитерианскому экватору). Чтобы получить хорошее освещение, нам нужно иметь площадь зеркал в 27 раз большую, чем освещаемая площадь. Применим алюминиевую фольгу 1 мкм (в 10 раз более тонкую, чем пищевая фольга). На трубу диаметром 80 см нам потребуется ширина фольги (я считаю половину окружности отражателя), равная 80*0.5*3.14*27 = 3391,2 см или 33.9 метра. Или в 42.39 раз больше площади освещаемой поверхности. Тогда посчитаем сколько такой алюминиевой фольги требуется на 1 гектар. Нам нужно 42.39 гектар фольги. Её объём получается всего 0,4239 м³. Плотность алюминия - 2.7, итого нам потребуется всего 1.15 тонны на алюминий. Это мизер. Про Цереру вообще не говорю.
Есть подозрение, что в условиях отсутствия атмосферы всё крепление, которое нам будет достаточно - это два протянутых троса, один стелющийся по поверхности, другой подвешенный. Фольга будет крепиться к ним, и под собственным весом приобретёт форму дуги. Может ли она приобрести таким способом правильную форму дуги, это пока вопрос открытый, но если да - то материалоёмкость такой конструкции будет на высоте (точнее ниже плинтуса).
Фокус такой конструкции будет на некоторой высоте. Поэтому, чтобы избежать строительства каких-либо каркасов, удерживающих трубу на высоте - просто отсыпаем холмик посреди зеркала.

Картинки ниже показывают, что по мере движения Солнца фокус этого зеркала не меняется, т.е. нам не нужно ничего поворачивать (там дальше я разместил вертикально стояющую пластину, чтобы проследить этот момент). 3 градуса наклона орбиты несущественно, нам и не нужен идеальный фокус, чтобы не повредить растения резким светом (опытным путём я определил, что отражённый свет меняет свое положение в допустимых пределах).

Теперь о том, сколько нам доступно площади. Допустим, эта простейшая легкая конструкция без поворотных механизмов будет работоспособна, скажем, на 2 градуса по обе стороны от экватора. При этом мы можем только половину площади взять, а вторая половина уйдёт на солнечную энергетику, построенную тем же способом. Длина окружности Каллисто равна 15134,8 км. Полоса в 4 градуса - это 168 километров. Из них собственно на освещаемую поверхность с растениями придётся полоса (в совокупности) 6.22 километра (1/27 часть), а остальное - плёночные зеркала. Тогда совокупная сельскохозяйственная площадь - 94172 км². Или 9417200 гектар, или 9.4 млн.га.  Этой площади хватит для пропитания нескольких десятков миллионов человек.

В принципе, эти зеркала несложно сделать и поворотными, для чего эти 2 натянутых троса должны иметь некоторый ход по дуге. Тогда широта использования такой конструкции значительно расширится.

Ниже изображение с Цереры (угол падения лучей 90⁰), Каллисто (90⁰) и Каллисто (30⁰ - видно, что фокус не сбился). Для сравнения освещённости рядом расположены трубы без зеркал.

[Крупин]

Настолько понравилась идея выращивания с/х продукции в прозрачных трубах, ...

А может лучше в шарах? Наибольшее отношение объёма к площади поверхности)

[LonelyWanderer]

Настолько понравилась идея выращивания с/х продукции в прозрачных трубах, ...

А может лучше в шарах? Наибольшее отношение объёма к площади поверхности)

Изображение вашей конструкции и описание работы в студию

[Dem]

А может лучше в шарах? Наибольшее отношение объёма к площади поверхности)

А доставать как?

[LonelyWanderer]

Реально ли (физически) создать атмосферу на Церере? Не такую, как я предлагал раньше - непрозрачную под сотней метров грунта на пленке, освещаемую светодиодами, а почти полноценную под тоненькой прозрачной пленкой? Хватит ли гравитации удержать атмосферу без учета диссипации?
Соображения такие:  ввиду гравитации всего 0.028 земной,  необходимая толщина атмосферы будет в десятки раз больше земной. Это создаст в свою очередь мощный парниковый эффект и хорошую теплоизоляцию.Такая атмосфера, возможно, даже на орбите Цереры создаст достаточные условия, чтобы растопить льды и получить планету-океан.
Пленка, соответственно, нужна как защита о диссипации. Она будет подвешена маленьким внутренним избыточным давлением. Скажем, если она имеет толщину 1 мм и плотность воды, то при гравитации 0.028, избыточное внутреннее давление должно быть всего 0.0000028 бар или всего 0.28 Па. При таком давлении утечка воздуха в случае пробития метеорита будет мизерной.
Предполагается использование оболочки максимального диаметра, чтобы максимально использовать гравитацию Цереры. Скажем, диаметром в 5000 км. На такой высоте (4500 км) пленку толщиной 1 мм будет удерживать всего пару сотых паскаля. В случае пробития метеором воздух будет вытекать крайне медленно, а пленка не разорвется внутренним давлением, а будет лишь дырка по диаметру метеорита.

Какое при таких условиях реально получить давление на поверхности? 

[LV46]

Как вы представляете себе монтаж такой пленки?

[LonelyWanderer]

Как вы представляете себе монтаж такой пленки?

Монтаж на поверхности, еще без атмосферы, затем постепенное надувание. Надувание, например, вырабатываемым из воды кислородом. Пленка должна быть со складками, армированная тросиками, или как-то так.
Но вообще хотелось бы для начала как-то рассчитать максимально возможное давление, которое сможет удержать Церера.
На Земле на высоте 100 км как раз давление примерно 0.03 Па. На Церере это была бы высота 3500 километров, но на этой высоте гравитация намного слабее, чем на поверхности, следовательно, такая идея может вообще не прокатить, если не изменить условия задачи.
Если бы кислород не изменял свою плотность с высотой, то необходимый слой для 1 бар давления был бы 250 километров, с уменьшением гравитации с высотой - за 300 км.

[LV46]

Но вообще хотелось бы для начала как-то рассчитать максимально возможное давление, которое сможет удержать Церера.

Должно выполняться условие: v2/vкв >= 6,0
,где v2 - вторая космическая скорость, vкв - среднеквадратичная скорость молекул атмосферы. Смотрите вложение.

P.S. Но не факт, что сейчас не набегут столбомеры из темы о колонизации Луны и всё опровергнут. 

[LonelyWanderer]

Но вообще хотелось бы для начала как-то рассчитать максимально возможное давление, которое сможет удержать Церера.

Должно выполняться условие: v2/vкв >= 6,0
,где v2 - вторая космическая скорость, vкв - среднеквадратичная скорость молекул атмосферы. Смотрите вложение.

P.S. Но не факт, что сейчас не набегут столбомеры из темы о колонизации Луны и всё опровергнут. 

Но я то не этим интересуюсь. Я интересуюсь, какое давление может создастся при максимально полном использовании гравитационной ямы Цереры, т.е. при наполнении воздухом пространства вокруг  Цереры до тысяч километров и ограничение этой массы оболочкой, защищающей от диссипации, которая сама по себе обладает некоторой массой и уравновешена внутренним давлением. Поэтому скорости молекул меня здесь мало интересуют.

[LV46]

Я интересуюсь, какое давление может создастся при максимально полном использовании гравитационной ямы Цереры, т.е. при наполнении воздухом пространства вокруг  Цереры до тысяч километров и ограничение этой массы оболочкой

Почему именно до тысяч километров? Надо посчитать давление атмосферы на оболочку, которое будет уравновешиваться притяжением Цереры и соответственно высоту на которой будет находиться эта оболочка. В зависимости от веса оболочки будет различная высота.
Как считать? Ну как минимум надо знать вес оболочки. Потом считать давление атмосферы на эту оболочку изнутри (это самое трудное). Ну и соответственно уже высчитать высоту, на которой должна располагаться оболочка определённого веса, уравновешенная давлением атмосферы в условиях пониженной гравитации Цереры.

[AlexAV]

Должно выполняться условие: v2/vкв >= 6,0

Эта для того чтобы атмосфера существовала время превышающее возраст солнечной системы. Если оно будет меньше, то тело потеряет атмосферу за меньший срок, но далеко не мгновенно.

Формулой для времени жизни атмосферы из приведённой таблички кстати при малых  значениях параметра Джинса (отношение гравитационной энергии молекулы к тепловой, оно равно отношению квадрата скорости убегания к среднему квадрату скорости молекулы) - надо пользоваться с осторожностью, т.к. в этом случае сама диссипация атмосферы начинает влиять на тепловой баланс термосферы. Диссипация переходит в режим так называемых слабых гидродинамических потерь, при котором скорость потери атмосферы зависит от притока энергии коротковолнового излучения в верхнюю атмосферу. Скорость диссипации в этом случае будет описываться куда более сложно (попросту сама температура термосферы начинает в этом случае зависеть от скорости диссипации и нужно рассматривать такую самосогласованную задачу).

При ещё меньших параметрах Джинса - есть предел, который можно считать абсолютным пределом удержания атмосферы (в режиме слабых гидродинамических потерь атмосфера телом всё же удерживается, т.е. большая часть атмосферы находится в гидростатическом равновесие, просто процесс диссипации идёт достаточно быстро, а вот при прохождение некоторого предела гидростатичекое равновесие даже нижних слоёв станет невозможно). Если тепловой энергии тропосферы при адиабатическом расширение будет достаточно для ухода на бесконечность, то газ атмосферы будет свободно расширяться вне зависимости от процессов в верхней атмосферы, условием этого является:

\[ C_pT > \mu V_2^2/2 \]

С_p - молярная изобарная теплоёмкость газа, \mu - его молекулярная масса, V_2 - вторая космическая скорость тела. Если такое свободное расширение возможно, то ни о какой атмосфере, даже временной, говорить не приходится.

[AlexAV]

Хватит ли гравитации удержать атмосферу без учета диссипации?

Для изотермической атмосфере это легко оценить по формуле:

\[ P(r)=P_0 exp(-\frac{GM\mu}{RT} \cdot (\frac{1}{r_0} - \frac{1}{r})) \]

P_0 - давление у поверхности, r_0 - радиус тела, r - расстояние от центра тела до интересущей нас точки, G - гравитационная постоянная, M -масса тела, \mu - молекулярная масса газа, R - газовая постоянная, T - температура.