Необходимость и возможность колонизации планет Солнечной системы

 Сегодня на Земле проживает 6,3 млрд человек. В конце 2003 года Департамент народонаселения ООН опубликовал новый долгосрочный демографический прогноз. Согласно этому прогнозу, к 2075 году численность населения планеты увеличится в полтора раза, до 9,2 млрд человек, после чего несколько снизится, но и спустя три столетия сохранится на уровне 8-9 млрд. По более умеренному сценарию "потолок" будет достигнут уже к 2050 году и составит 7,4 млрд человек, а к 2300 году людей на планете останется лишь 2,3 млрд. Есть и пессимистический вариант: рост человечества никогда не остановится, и через три столетия на Земле окажется 36 млрд человек. Предлагаемая статья анализирует эти сценарии. Рост народонаселения играет ключевую роль в развитии кризиса, вызванного несовместимостью огромной популяции Homo sapiens и техногенной цивилизации с устойчивостью биосферы Земли и всей ее экологической системы.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              

К настоящему времени люди приспособили для своих надобностей около половины земной суши: 26% под пастбища, по 11% под пашни и лесоводство, остальные 2-3% использовали для строительства жилья, промышленных объектов, транспорта и сферы услуг. За счет вырубки лесов сельскохозяйственные угодья выросли с 1700 года в шесть раз. Из доступных источников свежей пресной воды мы используем больше половины. Около половины рек планеты уже существенно обмелели или загрязнены. Почти 60% из 277 крупнейших водных артерий перегорожены плотинами и прочими инженерными сооружениями, создавшими искусственные озера, что существенно изменило экологию близлежащих земель и устьев рек.                                          Человек ухудшил (либо уничтожил) среду обитания множества представителей флоры и фауны. С 1600 года на Земле исчезли 484 вида животных и 654 вида растений. Сегодня под угрозой исчезновения с лица Земли находятся более одной восьмой из 1183 видов птиц и четверть из 1130 видов млекопитающих. И это лишь видимая часть огромного айсберга испорченной нами биосферы. Даже в мировом океане люди оставили свой недобрый след, выловив до предела две трети морской фауны и нарушив экологию многих обитателей моря. Только на протяжении XX века была уничтожена почти половина всех прибрежных мангровых лесов и безвозвратно разрушена десятая часть коралловых рифов. 

    Простое воспроизводство человека поддерживается при средней норме — 2,05 ребенка на каждую женщину. Но если эта норма (по оптимистическому сценарию) снизится во всем мире до 1,85, то к 2300 году на нашей планете останется лишь 2,3 млрд людей. Если она (по пессимистическому сценарию), напротив, повысится до 2,35, то численность человечества через три века может достичь 36,4 млрд. Если же на протяжении предстоящих трех столетий сохранится мировой уровень фертильности 1995-2000 годов, составивший тогда в среднем 2,83 (1,58 в развитых и 3,11 в менее развитых странах), то уже в 2150 году Землю будут населять 244 миллиарда, а в 2300 году — 134 триллиона человек. Надо ли пояснять, что даже 36 млрд представителей рода Homo sapiens стали бы непосильным бременем для биосферы и всей экосистемы Земли? Да и само человечество задохнулось бы от переизбытка сородичей. Известный немецкий конструктор ракет Вернер фон Браун однажды остроумно заметил, что при сохранении существующих темпов роста человечества на Земле со временем останутся одни лишь стоячие места.                                                                                                                                  Отсюда вполне закономерный вопрос , есть-то что будем ? Канибализм как-то не прельщает , да и не даст снизится численности , или хотя-бы поддерживать на одном уровне . Остаются два выхода  1 ) физическое уничтожение излишков популяции .  Но в связи с высоким уровнем НТП это будет взаимное истребление  

ТВЭЛ полного смешения

Принципиальная схема ГФЯРД с ТВЭЛом полного смешения: (1—бериллиевый замедлитель-отражатель нейтронов, 2-урановая плазма, 3-силовой корпус двигателя, 4-боковой обдув «камеры сгорания», 5-регулирующие стержни (уран,бериллий,поглотитель), 6-подача расплавленного (суспензированного урана),7—водородные форсунки, 8-урановые (пусковые) стержни, 9-рубашка охлаждения, 10-сопло Лаваля, А— продукты деления урана (осколки), вспомогательные добавки, водород).

ТВЭЛ полного смешения и ракетный двигатель на его основе представляет собой наиболее простую и надёжную конструкцию, но при этих достоинствах огромным недостатком такого типа ТВЭЛ является его крайне низкая экономичность при возможности получения высоких значений удельной тяги. При работе такого типа ТВЭЛ рабочее тело (водород) свободно смешивается с урановой плазмой и отсюда появляется колоссальный и совершенно недопустимый (из экологических и экономических соображений) расход дорогостоящего урана-233 -235. Деление урана происходит в полости ТВЭЛа после достижения нужных значений критической массы. При запуске двигателя в специальные каналы расположенные в бериллиевом замедлителе-отражателе нейтронов вводятся стержни из высокообогащённого урана, и одновременно в рубашку охлаждения двигателя и в рубашку охлаждения отражателя нейтронов вводится жидкий водород. Затем осуществляется впрыск тонкораспылённого металлического или шестифтористого урана-233 в полость ТВЭЛа полного смешения. По мере развития ядерных реакций и роста мощности в полости ТВЭЛ увеличивают подачу водорода через рубашку охлаждения в полость деления, и одновременно выдвигают урановые стержни из замедлителя отражателя с заменой их на одновременно вводимые стержни из бериллия. При развитии полной мощности развивается температура до 7000°С — 12000°С и давление в центральной полости до 1000 атм. Удельный импульс двигателя может быть доведён до 1000 — 2000 сек в зависимости от наличия дополнительного энергетического контура. В то же время расход металлического урана практически сравнивается с расходом рабочего тела и это условие существенно ограничивает перспективы применения ГФЯРД с ТВЭЛ полного смешения. Единственной возможностью приспособления такой схемы в качестве экономичной может быть осуществлено только в случае резкого снижения критической массы (применение тяжёлых трансуранов), и организация вихревого течения урановой плазмы в полости ТВЭЛ.                                                                                                                

ТВЭЛ с прозрачной перегородкой (с открытым контуром)

Принципиальная схема ГФЯРД с ТВЭЛом с прозрачной перегородкой (открытый контур):(1—бериллиевый замедлитель-отражатель нейтронов, 2-урановая плазма, 3-силовой корпус двигателя, 4-боковой обдув «камеры сгорания», 5-регулирующие стержни (уран,бериллий,поглотитель), 6-подача расплавленного (суспензированного урана), 7—водородные форсунки, 8-урановые (пусковые) стержни, 9-рубашка охлаждения, 10-сопло Лаваля, 11 — охлаждающие каналы в замедлителе, 12 — прозрачная перегородка).

Для уменьшения потерь дорогостоящего урана предложен ТВЭЛ в котором удержание урановой плазмы осуществляется механически, и исключается практически полностью перемешивание урановой плазмы с рабочим телом. Для осуществления такого ТВЭЛа и двигателя на его основе применяется разделение полостей урановой плазмы и рабочего тела с помощью прозрачной перегородки. В качестве материалов для конструирования прозрачной перегородки предложены двуокись кремния,оксид магния и оксид алюминия, так как они практически полностью удовлетворяют как своими физико-механическими свойствами, так и ядерными и оптическими. Энергия из полости с урановой плазмой передаётся рабочему телу с помощью излучения. Так же в конструкции перегородок предусматривается их обдув и охлаждение с помощью инертных газов. В качестве рабочего инертного газа для охлаждения и обдува прозрачной перегородки наиболее эффективен неон и некоторые его смеси с другими инертными газами. Для увеличения оптической плотности рабочего тела (водород) применяется добавление в него паровлития в количестве от 0,3% до 10%.                                                                                                    

ТВЭЛ с прозрачной перегородкой (с закрытым контуром)

В конструкции ТВЭЛ с прозрачной перегородкой и замкнутым контуром используются так же передача энергии от урановой плазмы к рабочему телу с помощью излучения, но в отличие от схемы ТВЭЛ с открытым контуром, уран в данном случае циркулирует по замкнутому циклу и после очистки и сгущения вновь направляется в полость ТВЭЛ для энерговыделения. Двигатель на основе данной схемы ТВЭЛ обладает существенно более высокой экономичностью и потери урана в нём относительно невелики. Другим достоинством его является возможность получения не только высокого удельного импульса, но и больших величин удельной тяги (десятки-сотни тонн). Температуры в полости деления урановой плазмы в таком ТВЭЛ достигают 25000 — 30000К

[]ТВЭЛ с разделением урановой плазмы и рабочего тела в активной зоне реактора

Используется разделение сред в поле центробежных сил за счет разницы в массе рабочего тела и урана. Твэл — цилиндрический канал, в который тангенсально вводится смесь. Силы действующие в вихре компенсируются центробежными силами. Размер выходного сопла выбирается с учетом допустимой потери урана. Наиболее сложно осуществление разделения урана и рабочего тела в вихре при жестком ограничении потери урана. Необходимо оценивать степень турбулизации потока, т.к. она влияет на распределение урана.

На схеме ошибка номера 11 и 12 перепутаны    Это далеко не все концепции . Я привёл наиболее реализуемые . А вот проект из прошлого с твердо фазным двигателем . . Стартовая масса около 500 тонн , вес полезной нагрузки до 40 тонн она составляет 8% от общей массы . У обычных ракет лучший показатель 1.5 % . Советский ТЯРД РД-0410 — единственный работающий и надёжный промышленный ядерный ракетный двигатель в мире Основные характеристики твёрдофазных ядерных реактивных двигателей и экспериментальных сборок СССР и США:

 Если применять ГФЯРД то теоритически можно поднять до 25% . Т.е. из 500 тонн ПН будет 100 тонн ( при 20% ) .        Это будут МНОГОРАЗОВЫЕ ЧЕЛНОКИ для оперирования грузами между орбитой и планетой .                         А вот в космосе между планетами будут летать другие . К сожалению в сети информации не нашёл но приведу по памяти . Корабли будут иметь два типа двигателей : обычные ЯРД и прямоточные . Принцип работы прямоточного такой-же как и воздушного , огромный газозаборник ( конической формы ) сбирает газ и как компрессор гонит его в ,, камеру сгорания ,,  ЯРД . Вполне возможно что будут применяться одни двигатели , просто по ситуации питание будет от баков или от газозаборника через холодильник и бустер компрессор .                                                                                                                Основная проблема терраформирования несовпадение характеристик силы тяжести и продолжительности суток с землёй . С Марсом в отношении силы тяжести хуже всего . Даже если завалить его щебнем оставшимся от переработки астероидов горнорудной промышленностью то максимум что удастся добится это 0.5 Ж ( к сожалению в сети этого не нашёл потому то что помню ) . Но в остальнном он проще   Колонизация Марса   . А вот Венера более предпочтительна . Да у неё сутки 117 земных суток но это ещё не всё .Наличие или отсутствие магнитного поля связывают со строением планет, на всех планетах земной группы есть собственное магнитное поле. Самыми сильными магнитными полями обладают планеты гиганты и Земля. Часто источником дипольного магнитного поля планеты считают её расплавленное токопроводящее ядро. У Венеры и Земли близки размеры, средняя плотность и даже внутреннее строение, тем не менее, Земля имеет достаточно сильное магнитное поле, а Венера — нет (магнитный момент Венеры не превышает 5 — 10 % магнитного поля Земли). По одной из современных теорий напряженность дипольного магнитного поля зависит от прецессии полярной оси и угловой скорости вращения. Именно эти параметры на Венере ничтожно малы, но измерения указывают на ещё более низкую напряженность, чем предсказывает теория. Современные предположения по поводу слабого магнитного поля Венеры состоят в том, что в предположительно железном ядре Венеры отсутствуют конвективные потоки^[1]. Так вот удары ледяными астероидами по касательной не только внесут воду на Венеру но и выбросят часть атмосферы но и дадут необходимое вращение а оно как следствие магнитное поле .Через несколько лет псле бомбардировки тектонические процессы пойдут на спад и можно будет устанавливать терраформеры в сейсмичеки стабильных районах .Я знаю о предложениях засевать Венеру ( точнее верхние слои её атмосферы ) сине-зелёными водорослями но на мой взгляд специализированные заводы значительно эффективней .На заводе можно сделать трёх ступенчатый цикл 1) переработка СО2 водорослями с выделением кислорода  2) утилизация кислорода водорослями ( при определённых условиях растенияактивно потребляют кислород ) 3) переработка в ил водорослей простейшими . Таким образом будет изменяться атмосфера на кислородную , будет вырабатываться первичный плодородный слой грунта и уменьшаться атмосферное давление . И лет через 70 ( при интенсивной работе ) можно будет высевать травы и кустарники и заселять её .                    Это не научная работа поэтому я привёл большей частью концепцию , основанную на существующих материалах и технологиях , без детальной проработки . Надеюсь мы в наших комментариях сможем детализировать её .                                                                                                                                      www.nkj.ru/archive/articles/1941/ ,  traditio.ru/wiki/%D0%93%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D1%84%D0%B0%D0%B7%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%8F%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C ,   traditio.ru/wiki/%D0%A2%D0%B2%D1%91%D1%80%D0%B4%D0%BE%D1%84%D0%B0%D0%B7%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%8F%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C  ,    traditio.ru/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%80%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D0%B3  ,  ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5_%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%82   ,   alternathistory.ru/m-19-vozdushno-kosmicheskii-samolet