Колонизация Титана

[crazy_terraformer]

Лет 100 или 1000 назад люди лучше размножались безо всяких навигаторов и конвертеров.

Ага - и без прививок:

Зато какой у афганцев иммунитет!

[Rattus]

Но вдалбливать молодёжи, что нехрен вообще думать об этом - перебор.

Нет - просто один раз наглядно показать с цифрами, как это делает в своей лекции Зеленый Кот: что даже если испарить весь лёд с полюсов и уронить на Марс все более-менее доступные кометы, нормальную атмосферу на нём всё равно не получить. Вопросы после этого обычно снимаются сами собою.

[LonelyWanderer]

Но вдалбливать молодёжи, что нехрен вообще думать об этом - перебор.

Нет - просто один раз наглядно показать с цифрами, как это делает в своей лекции Зеленый Кот: что даже если испарить весь лёд с полюсов и уронить на Марс все более-менее доступные кометы, нормальную атмосферу на нём всё равно не получить. Вопросы после этого обычно снимаются сами собою.

Предложено множество вариантов с решением трудных моментов. А не только испарение полярных шапок. И могут появиться и ещё идеи, для этого и существует форум.
Между прочим, правильно здесь заметили, мы не проектируем  и не строим здесь космические корабли, вкладывая народные деньги, мы высказываем идеи. В чём вред этого? Мы могли бы в это время играть в танки, или пить пиво, но мы лазим по интернету, читаем научно-популярные статьи, расширяем кругозор, вспоминаем физику, биологию и прочие дисциплины, это куда менее вредное хобби по сравнению с тем, которые существуют у многих других людей, и даже в чём то полезное.
Все наши идеи, высказываемые здесь, либо уже давно были высказаны в научных кругах, либо ещё будут, либо не будут, потому что некоторые из них могут считаться нереализуемыми - не важно, но мы можем с помощью общения здесь примерно порассуждать, и понять лично для себя, как будет двигаться дальше освоение космоса.

[crazy_terraformer]

Если греть только поверхность Титана (энергия на ректенны на поверхности будет поступать с радио-или мазерных излучателей орбитальных спутников из сети трансиверов солнечной энергии с СЭС во внутренней части системы или из сети коллекторов солнечной энергии в т. Лагранжа спутниковой системы Сатурна и на поверхности спутников Сатурна, лишённых плотной атмосферы)
Считаем поверхность Титана абс. черным телом, средняя температура поддерживаемая его поверхности после терраформирования в 15^oC (что не исключает существования зон с тропическим или субтропическим климатом).
I=k*T⁴
 k=5,670367(13)⋅10^-8 Вт/(м²·К⁴) — постоянная Стефана-Больцмана
T-абс.температура;
T1=15+273,15=288,15 K
I - тепловой поток  Вт/м²
I1=5,670367(13)⋅10^-8*288,15⁴=390,9180 Вт/м² поток тепла с 1 м2 поверхности
На сегодняшней границе атмосферы около 400 км тепловой поток будет меньше и температура тоже, чем на терраформированной поверхности. Считаем ровно для 400 км.
S=Pi⋅d² - площадь сферы; Pi-число пи;d-диаметр;
D=5152 км - диаметр Титана;
d1=D+2⋅400=D+800;
S₄₀₀=Pi⋅d1²=Pi⋅(D+800)² - площадь сферы окружающей Титан на высоте 400 км;
S_Титана=Pi⋅D² - площадь поверхности Титана;
I₄₀₀=I1/(S₄₀₀/S_Титана)=I1/((D+800)²/D²)
I₄₀₀-тепловой поток от поверхности на высоте 400 км.
I₄₀₀~=390,9180/((5152+800)²/5152²)~=390,9180/ 1,334671~=292,895 Вт/м²
T₂=(I₄₀₀/k)^1/4~=268,0866 K~=-5,06341^oC - температура на высоте 400 км.

[LonelyWanderer]

Высота атмосферы терраформированного Титана резко возрастёт из-за теплового расширения. И начнётся даже не диссипация, а прямая утечка. Вы испарите углеводородные озёра, которые только ускорят этот процесс. Следующим результатом такой деятельности будет то, что у Титана не будет твёрдой поверхности, он станет планетой-океаном, с океаном в десятки километров, а может и до пары сотен километров глубиной. Но это не надолго. У вас будет несколько сотен тысяч лет, чтобы поплавать в мире воды, прежде, чем давление снизится ниже приемлемого из-за диссипации - вы испарили углеводородные озёра, выкинули в космос, и в отличии от сегодняшнего Титана, источника пополнения атмосферы не будет.

[crazy_terraformer]

Высота атмосферы терраформированного Титана резко возрастёт из-за теплового расширения. И начнётся даже не диссипация, а прямая утечка. Вы испарите углеводородные озёра, которые только ускорят этот процесс. Следующим результатом такой деятельности будет то, что у Титана не будет твёрдой поверхности, он станет планетой-океаном, с океаном в десятки километров, а может и до пары сотен километров глубиной. Но это не надолго. У вас будет несколько сотен тысяч лет, чтобы поплавать в мире воды, прежде, чем давление снизится ниже приемлемого из-за диссипации - вы испарили углеводородные озёра, выкинули в космос, и в отличии от сегодняшнего Титана, источника пополнения атмосферы не будет.

Приток тепла от разогретой поверхности планеты в экзосферу будет невелик, магнитное поле для отражения ускоренных частиц радиационных поясов  Сатурна можно создать.
Неважно что она расшириться, главное чтобы значимый процент частиц экзосферы в своей массе не обрёл вторую космическую.
 Зачем испарять углеводороды? Их надо использовать химической промышленности для синтеза пластмасс, нитратов, спиртов, насыщенных жирных кислот, простейших аминокислот и т.д., сжигать или окислять кислородом, насыщая гидросферу и атмосферу углекислым газом, водород - это то, что придётся вывозить, хранить или утилизировать, восстанавливая им завезённые соединения с остальных спутников Сатурна, фактически наращивая количество воды.
Прежде наращивать среднюю температуру поверхности до температуры кипения метана и этана, надо собрать и утилизировать эти соединения в пригодные для долговременного хранения высокомолекулярные твердые при н.у. углеводороды, выделенный при дегидрировании углеводородов и электролизе воды  водород можно связать с азотом в гидразин, аммиак,азотную кислоту и нитрат аммония.
Нитрат аммония-отличное удобрение, а также один из возможных грузов для отправки на Марс с Титана.
На высоте 2000 км g=~0,702075 м/с2
2-ая космическая скорость v2=(2g*R)^1/2=~(2*0,702075*3576000)^1/2=~2240,8123 м/с=~2,241 км/с

(кликните для показа/скрытия)

I₂₀₀₀=I1/(S₂₀₀₀/SТитана)=I1/(((D+2000)/D)²)
I₂₀₀₀=390,9180/(((5152+2000)/5152)²)=202,85344 Вт/м2
T_2000км=(I₂₀₀₀/k)^1/4=(202,85344/5,670367(13)⋅10^-8)^0,25

T_2000км=~244,56415 K=~(-28,586)^oC

[LonelyWanderer]

Неважно что она расшириться, главное чтобы значимый процент частиц экзосферы в своей массе не обрёл вторую космическую.

Как это не важно? Поднимется высота экзосферы, а значит упадёт 1-я космическая скорость на высоте диссипации молекул. Экзосфера Титана итак на слишком большой высоте, на такой, где 1-я космическая скорость меньше лунной, а здесь она ещё уменьшится.

[crazy_terraformer]

первая космическая - это скорость спутника небесного тела, а значит молекулы газа будут вращаться на орбите и не покинут её пока не обретут 2-ую космическую или не сбросят скорость и не перейдут вниз.

v₁(2000км) - 1-ая космическая на высоте 2000 км над Титаном.
v₁(2000км)=v₂/2^0,5=2240,8123/2^0,5=~1584,4936 м/с=~1,5845 км/с

Первая космическая скорость (v1) на поверхности Луны 1,68 км/с, но Луна лучше прогревается, так что сравнение неудачно.

[crazy_terraformer]

вы испарили углеводородные озёра, выкинули в космос, и в отличии от сегодняшнего Титана, источника пополнения атмосферы не будет.

Метан и в меньшей степени этан составляют малую долю атмосферы Титана, а N₂ — 98,4 %.
Источником пополнения азота являются криовулканы, выбрасывающие аммиак, который растворён в подлёдном океане.
Вероятно придётся аммиак выделять из воды до разогрева Титана, чтобы ограничить его поступление в атмосферу, из-за токсичности и роста давления атмосферы.

[LonelyWanderer]

Короче говоря, самые главные проблемы - связать аммиак, чтобы иметь источник пополнения атмосферы азотом и не иметь вредного газа, и подогрев, причем подогрев изнутри, непосредственно поверхность (обычные зеркала не подойдут даже не потому, что их свет слаб на орбите Сатурна, а потому что он будет воздействовать и на верхнюю атмосферу). И, желательно, связать третью часть азота атмосферы, дабы понизить ее высоту и скорость убегания атомов, что может компенсировать тепловое расширение нижних слоев атмосферы - так мы получим скорость диссипации и восстановления атмосферы схожие с сегодняшними значениями.
Задачка по трудоемкости сродни терраформации Венеры, никак не легче

[crazy_terraformer]

В легче в плане сжижения газов, а также сброса тепла.КПД тепловых машин будет выше. Может можно использовать два космических лифта для передачи энергии из космоса по кабелю к поверхности.
Некоторые реакции для связывания азота водорода и CO2, полученного при окислении углеводородов.

(кликните для показа/скрытия)

6H2O+3N2=2NH4NO3+H2N-NH2 стехиометрическое соотношение, а не реакция
2H2O(электролиз)->2H2+O2
N2+3H2(процесс Габера)->2NH3;
Получение азотной кислоты -
каталитическое окисление синтетического аммиака на платино-родиевых катализаторах (процесс Оствальда) до смеси оксидов азота (нитрозных газов), с дальнейшим поглощением их водой:
    4NH3+5O2 (Pt)->4NO+6H2O
    2NO+O2<->2NO2
    4NO2+O2+2H2O<->4HNO3

(кликните для показа/скрытия)

Все три реакции — экзотермические, первая — необратимая, остальные — обратимые. Концентрация полученной таким методом азотной кислоты колеблется в зависимости от технологического оформления процесса от 45 до 58 %. Для получения концентрированной азотной кислоты либо смещают равновесие в третьей реакции путём повышения давления до 50 атмосфер, либо в разбавленную азотную кислоту добавляют серную кислоту и нагревают, при этом азотная кислота, в отличие от воды и серной кислоты, испаряется.

Может для окисления аммиака в нитрат аммония задействуют биотехнологии-иммобилизованные ферменты бактерий.
Аммиак окисляется бактериями рода Nitrosomonas в нитрит:

    2NH3+3O2->2NO2⁻+2H⁺+2H 2 O
Далее бактерии рода Nitrobacter окисляют нитрит в нитрат:
    2NO2⁻+O2->2NO3⁻

Гидразин получают окислением аммиака NH3 или мочевины CO(NH2)2 гипохлоритом натрия NaClO (метод Рашига):
        NH3+NaClO->NH2Cl+NaOH
        NH2Cl+NH3->N2H4⋅HCl
реакция проводится при температуре 160 °C и давлении 2,5−3,0 МПа.
Синтез гидразина окислением мочевины гипохлоритом:
        (NH2)2CO+NaClO+2NaOH->N2H4+H2O+NaCl+Na2CO3
реакция проводится при температуре ~100 °C и атмосферном давлении.
Метод Байера:
        2NH3 + H2O2->N2H4+2H2O
Мочевина синтезируется реакцией Базарова из аммиака и углекислого газа при температуре 130-140°С и давлении 200 атм:
        2NH3+CO2 -> H2N-CO-NH2+H2O

[fobos123]

Титан очень далеко от Солнца. В принципе, его колонизация маловероятна, по крайне мере на нашей стадии развития науки и техники.

[crazy_terraformer]

А кто говорит о нашей стадии развития науки и техники?

[АлександрБровко]

В легче в плане сжижения газов, а также сброса тепла.КПД тепловых машин будет выше. Может можно использовать два космических лифта для передачи энергии из космоса по кабелю к поверхности.
Некоторые реакции для связывания азота водорода и CO2, полученного при окислении углеводородов.

Даже располагает к космическому лифту. Титан имеет синхронное вращение относительно планеты, ставшее результатом действия приливных сил. Это означает, что периоды вращения вокруг своей оси и обращения вокруг Сатурна совпадают, и спутник повёрнут к планете всегда одной и той же стороной.
возможно в будущем с Титана  будет экспорт азота и углеводородов на Марс.

[crazy_terraformer]

Даже располагает к космическому лифту

Один космический лифт не подходит для массовых грузоперевозок, а только для передачи энергии, транспорта малых объёмов груза и ограниченного числа людей.

[Klapaucius]

Высота атмосферы терраформированного Титана резко возрастёт из-за теплового расширения. И начнётся даже не диссипация, а прямая утечка. Вы испарите углеводородные озёра, которые только ускорят этот процесс. Следующим результатом такой деятельности будет то, что у Титана не будет твёрдой поверхности, он станет планетой-океаном, с океаном в десятки километров, а может и до пары сотен километров глубиной. Но это не надолго. У вас будет несколько сотен тысяч лет, чтобы поплавать в мире воды, прежде, чем давление снизится ниже приемлемого из-за диссипации - вы испарили углеводородные озёра, выкинули в космос, и в отличии от сегодняшнего Титана, источника пополнения атмосферы не будет.

А если "одеть" Титан в "целлофановый пакет", оболочку? Повышаем температуру, оболочка раздувается (алмазное небо чисто из углерода всё же твёрдое, в таких масштабах может расколоться и вообще не динамично). Постепенно укрепляем, увеличиваем её за счёт собственных углеводородов.

Как это может выглядеть: с помощью специально выведенных многоклеточных или ещё как-то, пусть даже не биологическим путём, создаём плёнку на всей поверхности Титана, сначала дырявую. Она растёт в толщине, поднимается (видимо местами нужна связь с поверхностью чтобы черпать ресурсы). Дырявость постепенно ликвидируется, при определённой высоте и температуре. Дальше это  будет похоже на прозрачный футбольный мячик с Титаном внутри. При нагреве вместо раздувания шарик будет утолщаться, гасить нагрев, в случае понижения температуры - наоборот, отдавать материал обратно к поверхности.

[crazy_terraformer]

то  будет похоже на прозрачный футбольный мячик с Титаном внутри. При нагреве вместо раздувания шарик будет утолщаться, гасить нагрев, в случае понижения температуры - наоборот, отдавать материал обратно к поверхности.

Метеоритный дождь - такая жесть будет.

[Klapaucius]

то  будет похоже на прозрачный футбольный мячик с Титаном внутри. При нагреве вместо раздувания шарик будет утолщаться, гасить нагрев, в случае понижения температуры - наоборот, отдавать материал обратно к поверхности.

Метеоритный дождь - такая жесть будет.

Да ладно, скорее халявные ресурсы съедаемые оболочкой. Впрочем конечно надо считать. Или пропускать этот дождь через заранее ненадолго создаваемые отверстия (или затягивать сразу после пробития, это давно отработанная технология для автомобильных покрышек или чего-то там). Да и скорее всего там метеоритные дожди в сотню раз реже чем у нас, если считать что такой же интенсивности (что тоже невозможно). Там точно спокойнее минимум на 2 порядка чем в окрестностях Земли, на единицу бомбардируемой поверхности.

[LonelyWanderer]

Хотелось бы напомнить, что на Титане давление атмосферы почти 1.5 бар. При той гравитации это означает слой, эквивалентный 100 метрам воды. Вкупе с низкой 2-й космической скоростью и внешним положением в солнечной системе имеем низкую скорость прилёта метеоров и в итоге такую защищенность от метеоров,  по сравнении с которой Земля выглядит бедным родственником, и вероятность поражения поверхности в сотни или тысячи раз меньше, чем  на Земле (с Марсом я уже не сравниваю).
Отсюда можно сделать вывод, что в отличии от Марса, Луны и т.д. купола являются предпочтительным вариантом. Но купол должен быть достаточно глубоко в атмосфере, чтобы эта защита работала.
Чем пытаться разогреть Титан сумасшедшим количеством энергии, лучше заняться энергосбережением. Купола для этого отлично подходят.
Можно сделать купол глобальным, висящим на некоторой высоте на избыточном подкупольном давлении.
Как теплоизолятор можно использовать тот же снег, который и там повсеместно, и который обладает хорошими теп лоизолирующими свойствами. Почему бы его не насыпать на купол слой метров эдак с 20? Тогда нам не страшны будут морозы в -200 градусов над куполом.
И так покрыть, скажем, 99% купола, а остальное оставить под прозрачные  окна для городов (окно на весь город, скажем диаметром в 10 км) и для световых колодцев, распределенных по поверхности.
При такой концепции энергии на отопление Титана понадобится меньше не на один порядок..

[LonelyWanderer]

Теплопроводность слежавшегося снега равна около 0.1 Вт/(м*К). Если взять 20 метровую толщину снега и 250 градусов разницы температур, то через 1 м2 будет происходить утечка всего лишь 1.25 Вт тепловой энергии.
Трудно рассчитать энергетический баланс всего Титана здесь, т.к. есть внутренний источник тепла и есть еще толстая атмосфера над куполом. Если бы и того и другого не было, вышла бы кругленькая сумма в 103 000 ГВт энергии на всю планету даже с учетом таких низких теплопотерь. Если взять город 10*10 км, то ему нужно было бы на обогрев всего 125 МВт. Опять же без учета внутреннего тепла и атмосферы.