Венера - сестра Земли. Но совсем на неё не похожая. Когда об условиях существующих на поверхности планеты еще ничего не было известно, было написано много книг об удивительном, жарком, влажном и богатым экзотическими животными и растениями мире планеты Венера. Кто-то даже назвал её "Планета Бурь"[1].

Действительность оказалась ужасной и сразу похоронила все фантазии по поводу полета человека на Венеру.

Страшная жара, высокое давление, углекислый газ, никаких бурь и никаких шансов для известных нам форм жизни выжить этом аду. При таких условиях людям на Венере делать нечего.

Масса атмосферы Венеры примерно в 100 раз превышает массу атмосферы Земли. Преобладающую долю атмосферы составляет углекислый газ (CO₂ ~ 97%); азота (N₂) – около 3%; водяного пара (H₂O) – 0,05%; кислорода – тысячные доли процента. В очень малых количествах имеются также примеси SO₂, H₂S, CO, HCl, HF. Температура на поверхности Венеры (на уровне среднего радиуса планеты) - около 750 К (470°C, а максимальная зарегистрирована 530°C), причем ее суточные колебания незначительны. Давление - около 10⁷ Па, или 100 ат. Плотность газа почти на два порядка выше, чем в атмосфере Земли.

Облака Венеры состоят в основном из 75-80-процентной серной кислоты. Капельки раствора серной кислоты возникают в результате химических реакций под действием солнечного света из присутствующих в атмосфере углекислоты, водяного пара и соединений серы. Концентрация водяного пара увеличивается с высотой, достигая максимума на высоте около 50 км, где она в сто раз выше, чем у твердой поверхности, то есть доля пара на этой высоте приближается к одному проценту.

Рельеф планеты стал известен после радиолокационных исследований (рис.1), когда удалось заглянуть под облачный слой планеты. Выше всех (на 12 км выше среднего уровня поверхности) поднимаются горы Максвелла. Перепад высот вдоль экватора примерно 5 км. Низшая точка на поверхности находится на глубине 2,5 км от среднего уровня. На Венере обнаружено множество вулканов, возможно сейчас уже потухших. Наиболее точное значение среднего радиуса твердой поверхности, найденное к настоящему времени при помощи радиовысотометрических и траекторных измерений, составляет 6051,5 ± 0,1 км. Радиус верхней границы облаков - около 6120 км.

Рис. 1. Изображение Венеры в условных цветах, построенное на основе радиолокационных данных, полученных АМС "Магеллан", АМС "Пионер" и "Венера". Этот вид открывается с точки 180° восточной долготы, расположенной над экватором. Яркие части фотографии отвечают более шероховатым областям поверхности планеты; темные - гладким или, возможно, покрытым пылью.

Среднее расстояние от Венеры до Солнца – 108 млн. км., а минимальное расстояние от Венеры до Земли – 40 млн. км. Основные параметры Венеры делают ее едва ли не близнецом нашей планеты: радиус - 0,95; объем – 0,9; масса – 0,8; средняя плотность – 0,95; сила тяжести – 0,9; от всех аналогичных земных величин.

Но и различий у этих двух планет множество. Один оборот вокруг Солнца Венера делает за 225 земных суток, а вокруг своей оси она вращается гораздо медленнее – Земля успевает повернутся 243 раза, Венера – только 1 раз! Причем вращается она не с запада на восток (как Земля), а с востока на запад. В сумме эти два движения приводят к тому, что день на Венере длится 58 земных суток.

Известно, что облачный слой на Венере – приблизительно 20 км толщиной и доходит до 65-километровой высоты. Недавние исследования показали, что на ночной стороне Венеры облачный слой достигает высоты в 90-км в виде непрозрачного тумана, и затем доходит до 105 км как более прозрачный туман. "Затенение" – техника, которая позволяет определить состав атмосферы планеты, просматривая ночную сторону планеты. Ученые были поражены тем, что туман на Венере может доходить до таких высот. Явление тумана может быть вызвано наличием ледяных кристалликов, но еще пока слишком рано исключать другие объяснения. Это косвенно указывает на то, что воды в атмосфере немало.

Однако все не так безнадежно. Оказывается даже при существующих технологиях освоение Венеры вовсе не фантастика, хотя и крайне сложное дело. Если есть возможность освоить ресурсы Венеры пусть в отдаленном будущем, то нужно в начале ответить вопрос. Зачем?

Что нам может понадобиться на Венере. Ради чего нужно совершать этот подвиг?

1. Энергокризис, как двигатель освоения внеземелья

Сейчас разведанных источников энергоносителей на Земле хватит на несколько десятков или максимум сотню лет. Достаточно много на Земле только дейтерия и урана. Дейтерия хватит, боюсь соврать, но надолго. Урана хватит на 350 лет. Про нефть и газ говорить не приходится, эти ресурсы будут исчерпаны, скорее всего, уже в этом столетии.

После исчерпания традиционных источников энергии кроме термоядерной энергетики нам землянам остается использовать в качестве источников энергии возобновляемые источники - солнце, ветер, воду, растения (дрова, биодизель). Из не возобновляемых источников энергии еще пару-тройку сотен лет можно рассчитывать только на ядерное топливо и частично на уголь, запасы которого тоже не малые. Перспективы использования термоядерного синтеза пока туманны. Уран кончится через 350 лет, но с учетом использования продуктов деления урана и разведки новых месторождений возможно человечество протянет на ядерной энергетике еще лет 400-500. Но дальше потребуются новые ресурсы, и в это время возможно добыча урана на других планетах может стать рентабельным делом. Проблему энергетики может решить овладение управляемым термоядерным синтезом. Однако пока не известно, удаться ли сделать такие электростанции рентабельными и конкурентоспособными по сравнению с альтернативными источниками энергии. Конечно, можно еще строить солнечные электростанции на орбите и передавать энергию на Землю.

Если потребление энергии не возрастет в несколько раз, то с учетом наличия разных источников энергии и перспектив освоения термоядерной энергии Земле энергокризис не грозит. По крайней мере, на ближайшие две-три сотни лет энергии должно хватить. Но если рост населения и масштабы потребления энергии резко возрастут, то и Земле угрожает энергетический кризис уже в обозримом будущем.

Но проблемы возникают при освоении Солнечной системы. Если в пределах орбиты Марса можно использовать солнечную энергию, то при освоении планет находящихся на периферии солнечной энергии явно не хватит.

Поэтому если не будут созданы компактные термоядерные реакторы, единственной надеждой для малых станций и поселений на внешних орбитах Солнечной системы остается ядерная энергетика. Расселение людей в Солнечной системе потребует все возрастающей добычи урана. В первую очередь уран извлекут из недр Луны и Марса, потом раскопают астероиды. Когда эти ресурсы будут исчерпаны, тогда придет очередь Венеры.

Скорее всего, запасы урана на Венере сопоставимы с таковыми на Земле. Трудность только в том, что у Венеры не было такой химической эволюции как у Земли и наличие там месторождений важных минералов вызывает сомнение. Нужные элементы там есть, но они находятся в рассеянном виде, что делает их добычу сомнительным занятием. Венера до сих пор очень активная в тектоническом плане планета. Что, не удивительно учитывая, что разница температуры на поверхности и температуры вулканической лавы всего порядка 500 - 700 градусов. Вся поверхность Венеры, скорее всего, покрыта породами типа вулканических лав, шлаков и базальтов. В этом сплаве рудных месторождений нет, а добыча представляет интерес только при высокой концентрации нужного элемента в породе. Добывать такие элементы как железо, медь, никель, титан, платину, золото можно и на Луне, астероидах или на Марсе, если вдруг на Земле их добывать станет не выгодно. Поэтому интерес может представлять добыча урана и некоторых редких для Земли элементов. Причем добыча урана в первую очередь для потребления вне Земли.

Тем не менее, пока не сказано обратное будем считать, что на Венере есть что-то интересное для человечества. Возможна ли в принципе организация добычи урана и других полезных ископаемых на Венере? Пока неизвестно. А если возможно, то как это можно сделать?

Сейчас добраться до венерианских ресурсов могут только специальные роботы, да и то возможности их работы в условиях существующих на Венере сильно ограничены. Значит, для практического освоения придется несколько изменить условия на планете. Например, снизить там температуру. Снижение температуры на поверхности хотя бы вдвое резко расширит возможности практического освоения планеты с помощью автоматов и дистанционно управляемых механизмов.

Наибольший интерес представляет терраформирование Венеры с целью превращения её сестру близняшку Земли. Тогда Венера может принять еще несколько миллиардов людей. О проблемах перенаселения Земли см. отдельную статью.

Напомню, что сейчас температура на поверхности почти 500 °С, а давление 90 атмосфер. Достичь поверхности Венеры на пилотируемом аппарате в принципе возможно. Ведь опускаются на глубины океана батискафы. Тем более что 90 ат. это всего то 900 метров глубины. Проблема только в том, что при температуре около 500 °С долго такой аппарат на поверхности планеты не выдержит и все, кто будет внутри, просто сварятся заживо.

Если сделать эффективную теплоизоляцию (вакуум?), теоретически можно используя холодильные установки и мощные радиаторы огромной площади поддерживать комфортные условия внутри такого батискафа, но работать непосредственно на поверхности человек не сможет. Слишком высокое давление.

В настоящее время существует только одна возможности в освоении Венеры - использовать роботов и дистанционно управляемые механизмы. По способу конкретной реализации есть два варианта.

1. Управлять роботами с орбиты.

2. Построить дирижабли, парящие на высоте 50-60 км, где температура и давления близкие к земным условиям и не нужно траться на охлаждение, а добывать ресурсы с поверхности с помощью дистанционно управляемых машин.

Второй способ имеет то преимущество, что в принципе на поверхности можно добывать только руду. Поднимать её на высоту 50-60 км с помощью аэростатов. И там, на парящих заводах осуществлять первичную переработку и обогащение. Готовый концентрат уже ракетами доставлять на орбиту. В этом случае относительно несложно совершать посадки на поверхность для ремонта и обследования поверхности в специальных термостойких батискафах.

Заметим, что для перемещения по вертикали в атмосфере Венеры достаточно аппаратов легче СО₂ (м.м. 44) наполняющего атмосферу Венеры. Таких газов много. Эффективно использовать: водород или гелий, а учитывая дороговизну гелия и дефицит водорода, как топлива для ракет, оптимально использовать азот (м.м. 28).

Полоса на высоте 50-60 км, где давление и температура близки к земным может стать оазисом жизни. Здесь могут плавать специальные платформы. Всплывая до этого уровня дирижабли с рудой, будут стыковаться разгружаться, а добытые материалы будут перегружаться на космические корабли. Поэтому в так называемом “земном” поясе будут парить огромные платформы, куда будут садиться корабли, и где будут жить люди.

Однако для подержания в полете таких платформ потребуются более эффективные системы. Азот слишком уже тяжел для этого. При наличии достаточно мощной и легкой энергетики возможно использование воздушных винтов в сочетании с аэростатами.

На начальном этапе эффективным средством исследования Венеры может стать применение аэростатов. Идея эксперимента совершенно очевидна и попытка осуществления уже предпринималась ранее. Основная цель данного проекта: изучить строение атмосферы Венеры и поверхности планеты оптическими средствами. Радиолокационными методами уже составлены карты поверхности Венеры, но точность этих карт и мелкие особенности рельефа пока не позволяют изучить поверхность столь же детально, как мы знаем Луну или Марс. Подобная информация может раскрыть многие тайны раннего формирования планет, так как слабость разного рода разрушающих факторов, отсутствие гидросферы, слабость ветровой эрозии должны сохранить следы ранней истории рельефа планеты земного типа.

Исследованию оптическими средствами мешает высокая плотность газа, которая приведет к сильной рефракции лучей может серьезно исказить получаемые результаты. Поэтому для исследования возможно следует выбрать определенный диапазон длин волн, где показатель преломления плотного и горячего СО₂ минимален. Поэтому фотографирование следует проводить через зональные фильтры в разных участках спектра с тем, чтобы путем последующей обработки исключить искажения картинки. Иначе изучить мелкие детали рельефа будет сложно.

Эффективно будет применение дальнего радиодиапазона в области субмиллиметровых волн, но это эксперимент лучше проводить с орбиты.

Рассмотрим техническую реализацию проекта.

Атмосфера Венеры имеет такое строение.

На высоте 60-70 км расположены облака, которые создают сильный парниковый эффект.

Средние температуры на поверхности 750 К (477С) с возможными колебаниями порядка 7 К. Давление и плотность Р = 100·10⁷ Па, плотность 67 кг/м³.

Ниже облаков на высоте 50-60 км температура порядка 400 – 450 К или 120 – 180 С. Поэтому в эту область можно в принципе запустить исследовательский зонд типа аэростата или дирижабля для фотографирования поверхности, исследования облачного слоя и атмосферы.

Плотность атмосферы определяется из выражения

r = r₀exp(−bH).

Для Венеры b = 0.0835·10^-3 1/м (Н< 60 км) и 0.19·10^-3 (Н>60 км). r₀ = 63.1 кг/м3.

Скорость ветра на высотах выше 45 км может превышать 50 м/с, что благоприятствует полетам неуправляемых аэростатов.

Вычислим плотность атмосферы на высоте:

60 км − 0.5 кг/м3

50 км − 1.15 кг/м3.

70 км − 0.057 кг/м3

В зависимости от подэкпоненциального множителя эти данные могут сильно меняться.

В любом случае плотность атмосферы на этих высотах порядка плотности земной атмосферы, которая порядка 1 кг/м3.

В земной атмосфере указанным значениям плотности соответствуют высоты от 0 до 25 км.

Поэтому аэростат можно проектировать по аналогии с тем, что необходимо для земной атмосферы. Идеальный случай выбрать так конструкцию и массу устройства, чтобы оно зависло на заданной высоте выталкиваемая силой Архимеда. Так плавает подводная лодка. Тогда нет необходимости регулировать высоту, меняя массу, как делают воздухоплаватели.

Как мы видим для высоты зависания порядка 55 км, средняя плотность аппарата должна быть порядка 0.8 кг/м³. Более низкие высоты видимо не достижимы из-за высоких температур и давлений. Создать электронные устройства работающие при температурах ниже 200 С еще как-то можно, но при более высоких температурах это пока требует разработки специальной элементной базы. Такие устройства разрабатываются, но еще находятся на стадии испытаний. Разработка проекта исследования Венеры даст толчок к развитию электронных устройств работающих в экстремальных условиях высоких давлений и температур.

Источником энергии для аэростата должны стать солнечные батареи. Освещенность под облачным слоем Венеры достаточно велика.

Конструктивно аэростат может представлять собой сферу диаметром 1 - 1.5 м заполненную водородом тогда можно разметить аппаратуры примерно на 1 кг массы. Это конечно не много. В наземных метеозондах находится не намного больше приборов и диаметр зонда тоже примерно пару метров. Но если ограничиться минимумом приборов, то возможно и хватит.

На аэростате имеет смысл разместить такие приборы: высотомер, термометр, анемометр, барометр, и фотокамеру для съемки подстилающей поверхности, память, таймер, простой процессор, передатчик для связи с орбитальным отсеком, газоанализатор.

Используя эффект Пельтье можно даже охлаждать наиболее важные приборы и чипы, однако это увеличивает массу и создает проблемы с отвода тепла. Требуется установка вентиляторов и радиаторов.

Однако избыток тепла можно отдавать газу, наполняющему аэростат и таким образом менять его массу. Но тогда конструкция аэростата должна быть из двух емкостей. Постоянная часть аэростата, заполненная водородом и емкость, заполненная газом из атмосферы Венеры. Тогда нагревая газ в последней емкости можно менять массу всей конструкции по принципу монгольфьера.

С наружи аэростат должен быть обклеен фотоэлементами. В атмосфере Венеры из-за сильно рассеяния света любое направление будет ловить свет, а не только с солнечной стороны. Учитывая, что Венера вращается очень медленно, можно ожидать, что шарик успеет облететь значительную часть половины планеты за венерианский день. На теневой стороне следует предусмотреть выживание аппарата. Если он погрузится слишком глубоко, то его раздавит давление. Например, после входа в тень раздувается дополнительный пластиковый аэростат, который поднимает аппарат выше облаков. Там исследования продолжаются, но уже без съемки поверхности. Тогда аэростат должен иметь баллон со сжатым газом. В итоге масса аппаратуры и оборудования возрастает, и уложиться в простой метеозонд уже никак не получится. Однако все зависит от тактики исследования. Возможно, использование большого числа простых зондов с непродолжительным временем существования будет проще осуществить технически, чем разработка и запуск в атмосферу большого и сложного аппарата.

Доставка аэростата в атмосферу Венеры осуществляется с помощью специализированного спускаемой платформы с использованием тормозных парашютов и возможно двигательной установки. Здесь все подобно спуску в атмосфере Земли. Спуск проходит с тем расчетом чтобы “высадить” полезный груз на условно “газообразную поверхность” на заданной высоте. После снижения скорости с помощью парашютной системы и достижения расчетной высоты парашюты отстреливаются и включатся двигатели зависания, которые снижают скорость спуска до нуля. В это время производится наполнение всех емкостей газом и запуск аэростат, который должен всплыть со своих креплений на платформе, которая просто упадет вниз. На платформе можно уставить свой комплект аппаратуры для изучения поверхности в точке падения.

Пусть это будет батискаф оснащенный манипуляторами. Сколько может выдержать батискаф в виде сферы радиуса 2 м на поверхности Венеры? При теплоизоляции на основе вспененных материалов не больше часа. При использовании экранно-вакуумной изоляции порядка двух - трех часов. Причем в этом случае главная проблема связна с экранировкой теплового излучения. Про 500 К поток тепловой энергии велик.

Другой способ связан с активным охлаждением. Если не изобретать специальные холодильники, можно применить простую схему, когда вода испаряется внутри кабины, поглощает тепло, а потом пар принудительно сбрасывается наружу. Оценки показывают, что в этом случае можно испарять примерно по 100 л воды в час, чтобы компенсировать поток тепла.

Дополнительный запас времени может дать переохлаждение кабины перед погружением до отрицательных температур. Человек и аппаратура могут работать при температуре −50^oС. Пока кабина внутри нагреется до опасных температур +40^oС, пройдет два − три часа при эффективной теплоизоляции. В сумме использование всех методов можно обеспечить работу людей до нескольких часов на поверхности Венеры. Но это предел. После этого нужно сбрасывать балласт и всплывать в безопасный слой атмосферы.

5. Как установить флаг на Венере?

Фантастика?! Нет!

Конечно способ, когда с помощью манипулятора установили флажок на Северном полосе, не интересен в принципе. Надо именно потоптаться по венерианской пыли, взять руками в перчатке камушек, руками воткнуть флаг.

Если разработать соответствующую конструкцию посадочного батискафа, то это можно в принципе сделать. Для погружения на большие глубины есть скафандры, рассчитанные на глубины порядка 100 и более метров. Остановимся на конструкции жесткого скафандра для глубин до 100 м. Для большей глубины скафандр получится слишком тяжелым. Сила тяжести на Венере составляет 80% от земной, но в отличие от подводного погружения здесь практически нет компенсации веса архимедовой силой. Человек все же должен походить по поверхности, а не висеть в тяжелом скафандре на лебедочном тросе. Поэтому масса скафандра не должна быть больше 100 кг. В отличие от подводного скафандра здесь должна быть максимальная теплоизоляция и мощная внутренняя система терморегулирования. Глубине в 100 м соответствует давление 10 атм. Следовательно, человек на поверхности планеты должен находиться при давлении не выше 10 атм.

Высадка на Венеру.

Глубине в 100 м соответствует давление 10 атм. Это не так много. В земных океанах батискафы выдерживают и большее давление.

В конструкции батискафа предусмотрим тоннель для выхода на поверхность (рис.). При посадке нижняя часть тоннеля упирается в грунт, и далее вращаясь, углубляется на некоторую глубину. Так обеспечивается относительная герметичность тоннеля. Внутри тоннеля будет поверхность Венеры, на которую можно ступить и даже потоптаться там. Но прежде нужно откачать часть газов и снизить давление хотя бы до 10 ат. В течение выхода, который будет длиться недолго, несколько минут, нужно будет поддерживать в тоннеле нужно давление.

Перед выходом потребуется хотя бы как-то охладить песок. Или подошвы скафандров должны иметь очень хорошую теплоизоляцию. После снижения давления можно влить в тоннель определенный объем воды, вода испариться, пар можно откачать и сбросить наружу, но температура в тоннеле снизиться до приемлемых величин.

Если диаметр тоннеля будет порядка 3 м, то на дне такого тоннеля можно даже пробежаться по кругу вокруг флагштока. Потом батискаф всплывает, а флаг и следы людей останутся в венерианской пыли. На многие века. Так как ветер у поверхности планеты очень слабый.

Если сценарий эволюции был иным, и глубинные слои успели остыть до того, как разогрелась поверхность из-за парникового эффекта, то температура в глубине планеты может быть ниже, чем на поверхности. В частности потоку тепла снаружи препятствует обычно невысокая теплопроводность породы.

Последний вариант менее вероятен, чем первый. Косвенным подтверждением сильной разогретости недр является наличие большого количества вулканов. Но подтверждением только косвенным. На Венере факторы, разрушающие породы очень ослаблены, поэтому все вулканы и действующие, и давно потухшие могли сохраниться до наших дней еще с ранних эпох венерианской истории.

Но если действительно температура под поверхностью ниже, чем на поверхности, то тогда имеет смысл строить заводы и обогатительные фабрики в глубоких шахтах. После выработки руды в штольнях можно разместить даже обитаемый подземный город. В этом случае спускаемые аппараты через систему шлюзов будут опускаться в ствол шахты, пока не достигнут обитаемого горизонта (рис.3).

Если даже температура в глубине высока, то все зависит то того, какая это температура. Если на глубине до километра температура выше чем на поверхности незначительно, то возможно принудительное охлаждение горных выработок. Для этого возле шахты нужно построить высокие башни с огромными теплоизлучающими радиаторами. Например, высота башни может быть порядка километра. Столь грандиозное сооружение, конечно построить трудно, даже фантастично. Но ветры в плотной атмосфере Венеры дуют слабые, и это несколько облегчает задачу. Поэтому такие сооружения, возможно построить уже после первого этапа терроформации Венеры, когда там будут не столь экстремальные условия.

Если в ходе работ по терраформации удастся снизить температуру на поверхности хотя бы вдвое, то жилой поселок под поверхностью Венеры не выглядит такой уж фантастикой, если в этом будет насущная потребность. Но если на глубине до нескольких сот метров температура столь же высока как на поверхности, то такие поселения нереальны, пока не будет серьезно преобразована вся планета.

Другой интересный вопрос связан с глобальным преобразованием условий на планете. Потребность в этом может возникнуть только через несколько сот или даже тысяч лет. Однако нельзя исключать, что начать реконструкцию планеты придется намного раньше, например это можно сделать одновременно с началом подробного изучения планеты.

Причины, по которым людям может понадобиться заселить столь негостеприимную планету, нам сейчас неизвестны. Например, это может быть глобальная космическая катастрофа, перенаселение, экологическая или биологическая катастрофа, войны между поселениями людей в Солнечной системе. Одна из причин - добыча важных полезных ископаемых уже указана выше. Венерианцы будут добывать уран, и продавать его жителям Плутона. Взамен жители Плутона будут посылать на Венеру ледяные кометы.

Одной из причин расселения может стать перенаселение вследствие как не странно успехов медицины будущего. Если будут разработаны технологии клонирования и выращивания органов, то продолжительность жизни людей увеличится в несколько раз, а это приведет к перенаселению Земли. Люди вынуждено начнут заселять в начале Луну потом Марс и, наконец, переселятся на более отдаленные и менее приспособленные для жизни планеты.

Если под поверхностью Венеры есть слой где температура порядка 20°С, то там можно строить подземные поселения. С другой стороны, плавающие в атмосфере города в "земном поясе" тоже возможны, как острова земной цивилизации (Cloudsity). Подобно фантастическим летающим островам Лапуты, которые посетил Гулливер в одном из своих путешествий.

Однако люди всегда будут хотеть жить на поверхности. Поэтому придется искать пути для реконструкции атмосферы планеты. Тем более что очень соблазнительно реконструировать планету с тем, чтобы создать здесь новый мир похожий на наш земной мир. Мир, где будут расти леса, течь реки, идти дожди. Мир, который будет населен разнообразной флорой и фауной. Но на пути к этому предстоит преодолеть большие трудности.

Про давление, температуру и огромное количество СО₂ в атмосфер уже говорилось. Есть и другие "неприятные" особенности. Сутки длятся 243 земных суток, что больше венерианского года, составляющего 225 земных суток. При этом Венера вращается вокруг оси в сторону, противоположную направлению вращения большинства планет Солнечной системы. Комбинация годового и суточного вращения планеты даёт продолжительность дня и ночи в 117 земных суток. Иначе в чём-то эквивалентно полярному дню и полярной ночи. Практически отсутствует наклон планеты к плоскости эклиптики, из-за чего на Венере нет смены времен года и сегодняшний день похож на день вчерашний, а ночь на ночь. На первый взгляд большая продолжительность дня и ночи могут показаться не существенным фактором, но следует учесть это обстоятельство для тех реальных условий, которые сложатся на планете, когда условия на ней приблизятся к земным. При плотности атмосферы примерно как на Земле за долгую ночь поверхность планеты успеет сильно остыть, а дневная сторона сильно разогреться. Поэтому большая продолжительность суток может сильно осложнить колонизацию Венеры.

Лишняя углекислота

Первая главная проблема Венеры в том, что в атмосфере находится слишком много углекислого газа. На Земле примерно такое же количество углекислоты связано в виде осадочных пород и сделали это микроорганизмы за много миллионов лет биологической истории Земли.

Подобный механизм можно запустить и на Венере. С началом освоения Венеры следует забросить в атмосферу планеты особые многоклеточные микроорганизмы. Их особенность должна состоять в следующем. Они должны парить в благоприятном поясе Венеры. Поскольку только там можно создать условия для существования организмов на основе углерода. Подобно растениям эти организмы должны с помощью фотосинтеза разлагать СО₂ на углерод и кислород. Углерод пойдет на построение частей тела этих организмов, и будет выделяться в виде мелких частиц, которые будут выпадать на поверхность.

Если это будут многоклеточные растения, но подобно рыбам эти организмы должны иметь воздушный пузырь, чтобы плавать в комфортном поясе высот. Возможен вариант растения подобного пористой губке, поры которой будут наполнены кислородом. Кислород легче СО₂, поэтому при определенном соотношении размера пор эти растения будут плавать в атмосфере. С бактериями в этом плане проще.

Эти организмы должны уметь извлекать воду из облаков и крайне экономно её использовать. Такие организмы наверно можно создать на основе генной инженерии. Их тела будут построены на основе фуллеренов и углеродных трубок. В качестве клеточной жидкости может быть использован сероуглерод. Если заселить такими организмами "земной пояс", то возможно через несколько тысяч лет удастся переработать часть углекислоты в углерод и кислород. Кислород, конечно почти сразу поглотится горячими породами Венеры, но плотность атмосферы снизится. Соответственно снизится и разогрев планеты. В конечном итоге ничто не мешает таким способом связать всю углекислоту, как это случилось на Земле.

Углерод в чистом виде, или в виде сероуглеродных соединений с добавками азота от мертвых тел выпадая на поверхность, будет создавать залежи углеродных осадочных пород. Проблема, конечно, существует в том, что горячий углерод может тоже взаимодействовать с кислородом и снова образовывать углекислый газ. Поэтому здесь следует точно рассчитать все процессы метаболизма таких организмов.

После снижения температуры кислород начнет накапливаться в атмосфере. Со временем венерианский воздух может стать пригодным для дыхания. Как видно из таблицы удаление всей углекислоты приведет к тому, что в атмосфере останется практически только азот. Однако биологическая деятельность приведет к тому, что часть азота будет связано в виде органических соединений, которые после снижения температуры ниже 100^oС будут накапливаться на поверхности планеты. Учитывая, что азота на Венере в 2.7 раза больше чем воздуха на Земле можно предполагать, что и давление остаточный атмосферы без СО₂ будет выше чем на Земле. Тем более что добавится еще и парциальное давление кислорода. Но со временем биоорганизмы свяжут часть азота, а кислорода останется ровно столько, сколько нужно для подержания нормальной работы биосферы.

Дальше, больше. Со временем, когда температура еще снизится ниже температур денатурации белка (42^oС) можно населить уже поверхность планеты другими "гадами" и растениями, которые смогут перерабатывать углерод, и минералы с участием углекислого газа и солнечного света в некие осадочные породы.

Потом уже придут люди, которые вспашут и засеют планету. Но это будет нескоро, может через пятьсот, тысячу, а может и через тысячи лет.

Точно предсказать, как будет разворачиваться сценарий биологической терраформации сейчас невозможно. Ясно, что данный сценарий саамы дешевый. Практически никаких затрат, кроме исследований и наблюдений за ходом процессов. Но возможно это самый длительный по времени процесс.

Микробы нам помогут?

Оценим время переработки углекислоты с помощью бактерий. Пусть в результате усилий ученых в течение 10 лет такие бактерии будут созданы. Это будут бактерии несколько не похожие на те, которые живут на Земле. Пусть размер бактерии порядка 1 мкм. В 1 м³ может разместиться 10¹⁷ бактерий при плотности упаковки 0.5, когда расстояние между бактериями порядка размеров самих бактерий. Это очень большая плотность - суп из бактерий или почти многоклеточный организм. Пусть каждая бактерия за 1 месяц переработает СО₂ численно равное своей массе. Тогда переработанный объем СО₂ будет равен половине объема занимаемого биомассой. Пусть оптимальные условия для жизни бактерий сосредоточены в шаровом поясе атмосферы толщиной 10 км на высотах выше 50 км. Массу биосферы можно оценить величиной порядка 10¹⁸ кг. При указанном темпе переработки микроорганизмы переработают весь углекислый газ венерианской атмосферы за 117 месяцев или примерно за 10 лет. Но это предельное число бактерий, которое можно разместить в неком слое атмосферы. Очевидно, что в начале бактерий будет немного, но постепенно размножаясь они заполнят всю экологическую нишу.

Предполагая, что каждая бактерия делится каждый месяц можно рассчитать, за сколько времени концентрация бактерий станет максимальной или порядка 10¹⁷ в каждом м³. Закон размножения бактерий n(t) = n₀2^kt, где n(t) - число бактерий в момент времени t, n₀ - начальное число бактерий, kt - время, здесь k - число циклов размножения, а t - время между делениями клеток. Или kt = ln(n/n₀), пренебрегая константой.

Пусть начальная инъекция бактериального бульона была объемом 1 м³, где содержалось 10¹⁷ бактерий. Тогда n/n₀ - численно равно объему будущей биосферы. Объем слоя порядка 4·10¹⁸ м3. Тогда kt = 43. Если время размножения 1 месяц, то на заселение бактериями всего слоя атмосферы с заданной плотность потребуется 43 месяца. Таким образом, в нашем отвлеченном примере, для того чтобы бактерии съели весь углекислый газ, потребуется менее 150 месяцев или примерно 12 лет.

Очевидно, что все будет не так просто и не так быстро. Поскольку так быстро бактерии будут размножаться только в инкубаторе, где для них созданы оптимальные условия. Зато можно вбросить в атмосферу не один кубометр, а тысячи кубометров бульона с бактериями и распылить бульон в разных точках атмосферы. Можно контролировать ход процесса и забрасывать все более и более приспособленные бактерии.

Существует много иных факторов, необходимых для развития бактерий. Среди них: температура, влажность, наличие иных необходимых веществ. Кроме того бактерии одного типа могут оказаться не эффективными, и возможно придется создавать и забрасывать в атмосферу Венеры колонии бактерий разного типа, образующие необходимые пищевые цепи друг для друга. Но это вопросы уже технические. Приведенные оценки ставят перед собой цель показать, что это путь в принципе возможен.

Но все не так просто и по другим причинам. Есть еще закон сохранения энергии. Атмосфера и сама планета содержит огромный запас тепла. Рассеять это тепло иначе как с использованием теплового излучения нельзя (катастрофические варианты мы не обсуждаем).

От того что бактерии поработают часть СО₂ в кислород температура атмосферы изменится незначительно. Меньшее количество СО₂ в атмосфере только снизит на несколько процентов парниковой эффект, но ликвидировать запас энергии накопленный ранее так не удастся. Единственно куда может деваться тепло с Венеры - только излучаться в мировое пространство. Поэтому как не крути, но нужно дать планете остыть, а на это нужно время. И много времени ведь солнце продолжает подогревать атмосферу.

Можно попробовать перекрывать солнечные лучи с помощью зеркала-зонтика, но для жизнедеятельности бактерий нужен солнечный свет. Фактически зеркало должно работать по принципу теплового фильтра. Отражать инфракрасную часть излучения, а сине-зеленую часть света пропускать, видимо ослабив его до необходимого уровня.

С другой стороны планета вращается очень медленно, и бактерии на ночной стороне целых 58 дней будут бездействовать. Здесь есть два решения, запустить бактерии которые в своей жизнедеятельности не используют солнечный свет, а живут за счет химических реакций. Второй возможный выход подсветка ночной стороны от дополнительного зеркала небольших размеров. Такое зеркало все равно понадобится в будущем, о еще будет говориться.

В итоге хоть бактерии и позволяют переработать определенную часть СО₂ в кислород, но необходимо выжидать время пока тепловая энергия рассеются в космосе.

Глубокая заморозка

Один из часто встречающихся вариантов терраформирования Венеры состоит в замораживании углекислоты. При нормальном давлении углекислота плавится выше -78^oС, а при температуре 20^oС давлении в 50.4 атм. превращается в жидкость. Если неким способом снизить температуру на планете, то вся углекислота в начале начнет превращаться в жидкость, давление снизится и углекислота снова начнет испаряться, пока давление не возрастет, так установится некое равновесное состояние. Однако такая ситуация возможна например при температуре порядка 20^oС и давлении 50 атм. В этом случае половина углекислоты из атмосферы создаст углекислотный океан, а другая половина останется и будет по прежнему создавать слишком высокое давление. Чтобы устранить и эту углекислоту требуется еще снизить температуру. После снижения температoры до - 78^oС углекислота начнет замерзать. Теперь уже ничто не может предотвратить катастрофического вымерзания атмосферы. Спустя короткое время Венера превратиться в шар покрытый сухим льдом над которым будет довольно плотная атмосфера из азота с примесью СО₂. Но стоит только температуре подняться, как процесс пойдет в обратную сторону.

Поэтому, что делать с замерзшей углекислотой дальше не очень понятно. Грузить ее "бочками" и вывозить в космос? Это геркулесова работа.

Солнечный зонтик и рефрижератор на всю планету

Остается не проясненным вопрос о том, как же снизить температуру планеты? Фантастические проекты предлагают экранировать Солнце с помощью гигантского зонтика, а для ускорения процесса одновременно охлаждать атмосферу множеством гигантских холодильников установленных на летающих платформах. Установка зонтика в точке либрации Венера-Солнце в принципе возможна. Хотя и зонтик потребуется больших размеров и огромной массы несмотря на то, что его предлагается сделать из тонкой пленки. Если Солнце не будет разогревать Венеру, то вследствие излучения тепла в космос планета начнет охлаждаться.

Оценки такого зонтика получаются следующие - масса 30 млн. т. при плотности материала 50 г/м² [2]. Изготовлять зонтик предлагают из лунного грунта. Переработав на эти цели примерно 2% лунной поверхности. На снижение температуры до 373 К по оценке одного из авторов требуется примерно 300 лет. Затем саморазмножающиеся машины произведут 7.9·10¹⁷ кг кислорода за 134 года, что позволить получит парциальное давление кислорода 150 мбар. Общее время терраформирования Венеры по такому сценарию порядка 500-600 лет.

В другом проекте размеры зонтика порядка 18 тыс. км. в диаметре, при массе 76 млн. т. при плотности материала 30 г/м² [3]. Предполагается, что как только температура снизиться до 304 К при давлении 26 бар начнется сжижение углекислоты, и углекислота образует моря. После снижения температуры ниже 217К и давлении 5 бар (тройная точка СО₂) моря замерзнут. По оценке автора на замораживание атмосферы потребуется от 90 до 200 лет. Окончательный состав атмосферы азот парциальное давление 2 бар, с примесью СО₂ и СО.

Принудительное охлаждение планеты так же вызывает определенные вопросы. В работе [3] предлагает ходильные установки на летающих в атмосфере островах или даже спущенные с орбиты. Спустить вниз трубы, по которым циркулирует вода и аммиак и таким образом откачивать тепло и переизлучать его в космос. Конструкция выглядит несколько фантастично. Тем более что вокруг планеты предлагается построить гигантское кольцо для крепления этих конструкций.

Сомнительным являет то, что данная система существенно ускорит охлаждение атмосферы. Ведь единственные плюсы - ускорение отсоса тепла и большая эффективность излучения тепла специализированными излучателями, может нивелироваться их не достаточным количеством. Если потребуется построить тысячи или сотни тысяч холодильных установок, а на строительство этого оборудования нужно время и ресурсы в итоге ускорение охлаждения не будет достигнуто из-за временных затрат на строительство. Однако оптимистические оценки отводят на терраформацию Венеры по такой схеме всего 300 лет.

Разбазаривание атмосферы

Некоторые авторы предлагают снизить давление и уменьшить плотность атмосферы путем удаления части атмосферы. Самый не интересный вариант состоит в попытке сорвать часть атмосферы в результате пролета в непосредственной близости от планеты крупного небесного тела. Но это не очень конструктивный подход. Максимум воды содержится в верхних слоях атмосферы Венеры. Подобное рассеивание атмосферных газов только уменьшит содержание воды на планете. Потом отдельно придется завозить больше воды.

Если не прибегать к катастрофическим воздействиям, то часть атмосферы можно откачать и переслать туда, где её не хватает. Есть упоминания о проектах пересылки газов с Венеры на Марс по лазерному лучу?? Можно замороженную углекислоту вывозить в космос, но это очень энергозатратное мероприятие, поскольку скорость покидания для Венеры 10.5 км/с, только немного меньше чем у Земли. Более реальный проект рассматривается в разделе о терраформации Марса

Практическая терраформация

Сделаем свои оценки. В первую очередь выясним, как быстро может пройти процесс охлаждения планеты. Для оценки требуется знать количество тела запасенного в атмосфере планеты и на её поверхности. Грубо, охлаждение может продлиться несколько сот лет и это при условии, что поток тепла из недр планеты не увеличит это время в несколько раз. Последнее условие связано с тем, что мы не знаем, насколько разогреты недра планеты и её кора.

Пусть в результате охлаждения не обсуждаемым способом температура в коре толщиной 10 км меняется от 1350 К на глубине 10 км, до 350 К на поверхности по линейному закону. Теплоемкость пород - 0.9 кДж/(кг·К), как у бетона или кварца, плотность пород - 3500 кг/м³

Общее тепло, потерянное при охлаждении составит 7·10²⁷ Дж. Если потери совершаются через излучение, то при средней температуре излучения в 475К и коэффициенте черноты 0.7, как у кирпича потребуется примерно 470 лет. Здесь не учитывается наличие атмосферы, которая экранирует излучение тепла.

Отдельно требуется учесть еще тепло, находящееся в атмосфере. Теплоемкость (с_v) СО₂ - 0.75 кДж/(кг·К), поскольку атмосфера закрыта облаками, то излучательная способность атмосферы низкая, следует учесть еще и парниковый эффект, который препятствует потери тепла от нижних слоев атмосферы. Мы учтем это тем, что примем коэффициент излучения 0.1, как у светлого материала. Общие необходимые потери тепла из атмосферы порядка 10²⁶ Дж. Для излучения этого тепла потребуется примерно 30 лет. Всего для охлаждения Венеры до температуры 350 К или +77^оС потребуется не менее 500 лет.

Как заметит читатель при температуре +77^oС жить на планете еще нельзя. Это верно, но дело в том, что по мере снижения температуры начнутся разные интересные эффекты. Как только температура снизиться, уменьшится и давление. Причем в данном диапазоне температур давление снизиться вдвое. При нынешнем давлении в 90 - 100 атм. вода кипит при 300^оС, на Венере сейчас почти 500^оС поэтому вода может там находиться только в виде пара. Значит как только температура снизиться, начнет снижаться и давление и при некоторой температуре и давлении вода, находящаяся в атмосфере уже сможет существовать в жидком виде даже на поверхности планеты. Хотя этой воды не много по сравнению с водой находящейся в земных океанах, но в атмосфере Венеры находится много воды по сравнению с водой находящейся в земной атмосфере (см. табл.). Данное обстоятельство объясняется высокой температурой и давлением, так как температура выше критической температурой (374^оС). При таких температурах абсолютная влажность атмосферы может быть намного выше, чем при нормальных условиях.

Таким образом, при определенном соотношении вода сможет оросить пустыни Венеры в виде дождя. Естественно эта вода быстро испарится, однако начавшийся круговорот воды ускорит охлаждение, поскольку усилится циркуляция в атмосфере, а вода поглощает и выделяет много тепла при фазовых переходах. С другой стороны снижение давления и температуры уменьшит толщину облаков. Сейчас на ночной стороне облака поднимаются до 100 км. Снижение давления приведет к тому, что в верхних слоях атмосферы уменьшится плотность, а значит, меньшее количество воды будет сдержать на таких высотах, чем сейчас. Уменьшение толщины облаков в целом ускорит охлаждение.

Для условий нашего расчета в конце данного периода на поверхности Венеры уже могут появиться постоянные водоемы с горячей водой. А в горячей воде при температуре 77^оС уже может существовать жизнь.

Таким образом если полностью закрыть Солнце, то примерно за 500 лет давление снизиться вдвое, температура будет ниже 100^оС, на поверхности могут появиться водоемы с горячей водой. Для практического освоения такие условия уже достаточно благоприятные. Но человек по-прежнему не сможет находиться на поверхности Венеры.

Дальнейшее снижение температуры до 20^oС уже чревато конденсацией жидкой углекислоты. Будет ли это полезно для задач промышленного освоения? Ведь углекислотный океан будет со средней глубиной порядка 320 м и заполнит все низкие места на планете, а к необходимому снижению давления это не приведет. Давление все равно будет превышать возможности человеческого организма. Разве что к тому времени изобретут "глубоководные легкие" и другие органы и человек сможет жить при давлении в 50 атмосфер?

Полное замораживание атмосферы приведет к образованию слоя сухого льда покрывающего всю поверхность планеты со средней толщиной 650 м.

Возможно, именно так Венеру проще всего сделать пригодной для проживания? Требуется построить зонтик-экран и подождать примерно 500 - 600 лет. Температура снизится ниже -56^оС и вся атмосфера вымерзнет. При давлении 5 атм. и температуре - 56^оС находится тройная точка углекислоты.

Можно ли заселить такую планету? В принципе да. Только жить там будет не легче чем на Марсе ночью. Вечная ночь и азотно-углекислотная атмосфера с давлением примерно 3.5 атм. не пригодная для дыхания. Уровень радиации благодаря плотной атмосфере из азота и солнечному экрану будет меньше чем на Луне или Марсе и в целом может приблизиться к земному уровню.

В случае аварии защитного зонтика планету ждет катастрофа из-за бурной сублимации сухого льда. Зато есть обширные территории для освоения. Даже раскопать углекислотный лед до твердых пород не трудно. Решить проблему с освещением можно, если пропускать сквозь зонтик не более нескольких процентов солнечного света. Будет светлее, чем в лунную ночь.

Далее можно запустить саморазмножающиеся автоматы, как предлагают некоторые авторы, и перерабатывать углекислоту в твердые вещества. Можно даже переработать часть СО₂ в кислород и сделать атмосферу близкую к земной. Но сомнительно, что можно будет дышать таким воздухом. Избавиться от СО₂ полностью нельзя и температура воздуха будет низкая для нормального дыхания. Но можно будет воздух подогревать и очищать от СО₂.

Еще лет через 200-500 лет можно будет связать всю углекислоту и приоткрыть Солнце, поднять температуру выше нуля градусов и начать пахать и сеять, рассаживать растения. Спустя еще несколько веков растения переработают всю оставшуюся углекислоту в кислород. Вот тогда можно будет снять экран и снять маски и дышать воздухом новой планеты и нежится в жарких лучах Солнца.

Условно будем считать, что данный сценарий второй по сложности и затратам поскольку самая затратная часть создание зонтика. Но времени подобный сценарии терраформации займет от 500 до 1000 лет. Попутно можно несколько увеличить количество воды, если сбросить на планету несколько ледяных комет - не помешает. Надо полагать, что создание через несколько веков саморазмножающихся мини заводов по переработке углекислоты не будет слишком сложным делом.

Дефицит воды

Второй главной проблемой Венеры является отсутствие в больших количествах воды. Поэтому на начальных этапах заселения планеты следует увеличить содержание воды в атмосфере планеты. Это можно сделать только одним способом. Сталкивая на планету все подходящие кометы, которые летают в Солнечной системе. Здесь положение Венеры относительно Солнца в целом благоприятно. Когда в результате терраформации температура на планете снизиться ниже 200^оС эта вода образует временные водоемы, а при более низкой температуре и постоянные моря или озера.

Задача изменения орбит небесных тел сложная с энергетической точки зрения, однако если воздействовать на комету в нужных точках её траектории, вдали от Солнца, то можно направить комету прямо на Венеру. Каждая комета представляет собой глыбу из замерзших газов, воды, камней и пыли. Подобрав подходящие по составу кометы можно снабжать Венеру ежегодно несколькими сотнями кубокилометрами воды.

Необходимо чтобы на поверхности Венеры находилось вещество способное легко испытывать фазовый переход, поглощая и выделяя тепло. Таким веществом является вода, которая на Земле обеспечивает важнейший механизм регулирования температурных условий на планете. Поэтому и на Венере без больших масс воды стабилизировать условия в нужном для человека и биосферы диапазоне температур будет сложно.

В проекте [3] предлагается получить воду из минералов, из доставленного специально водорода и СО₂ и доставить с орбиты Сатурна один из спутников. В поясе астероидов могут быть ледяные глыбы.

Сделаем оценки. Воды на Земле примерно 1.4·10⁹ кубических километров воды. Если предположить, что объем воды не Венере будет всего 1% от количества воды на Земле, то потребуется доставить на Венеру примерно 14 миллионов кубических километров воды. Такой объем имеет комета диаметром 300 км., или 100 комет диаметром 60 км. За несколько сот лет предполагаемой терраформации вполне можно подобрать несколько десятков комет диметром в десятки километров и сбросить их в атмосферу Венеры. Так можно увеличить среднюю глубину венерианских морей и океанов до 30 метров. До Земли далеко, но лучше чем имеющиеся сейчас теоретические запасы воды.

Для поселения людей отсутствие воды не представляет большой проблемы. В замкнутой экологической системе вода может циркулировать в замкнутом цикле. Например, если доставить для венерианцев один кубокилометр воды с Земли, то этой воды хватит для обеспечения населения в несколько миллионов человек. Для Земли же потеря нескольких крупных айсбергов вообще неощутима.

Сутки и наклон оси

При доставке воды с помощью комет возникает еще одна интересная возможность. Если направлять кометы под определенным углом к поверхности планеты, то возможно удастся увеличить скорость вращения планеты. Сейчас Венера практически делает один оборот за один венерианский год. Медленной вращение способствует подержанию на планете квази равновесных условий. Поэтому если ускорить вращение планеты это создать большую неравновесность в атмосфере и соответственно усилит антиэнтропийные процессы. Наличие антиэнтропийных процессов запусти эволюционные процессы, которые приведут к преобразованию планеты. В идеале Венеру следует раскрутить до скорости вращения хотя бы в несколько земных суток. Экваториальная скорость Венеры всего 7 км/час, тогда как скорость вращения Земли 1666 км/час.

Сейчас день длится 58 суток и столько же ночь. Пока атмосфера плотная и зарыта сплошными облаками, ночная сторона не успевает остыть, а дневная разогреться. Иначе планета находится в равновесном состоянии. После того как в результате терраформации плотность атмосферы снизится в несколько раз, проявятся неприятные эффекты. Ночная сторона будет охлаждаться, а дневная перегреваться. Возникнуть очень сильные пассатные ветры в масштабах всей планеты. Такие ветры дуют и сейчас в верхних слоях атмосферы, но они относительно слабые. В менее плотной атмосфере пассаты могут стать настоящими ураганами, которые дуют изо дня в день, не затихая ни на секунду. Эффект может быт ярко выражен потому, что за 58 суток ночная сторона планеты превратиться в настоящий ледник, тогда как дневная в раскаленную пустыню. Все сказанное относится к тому периоду, когда средняя температура и давление на планете станет примерно такой же как на Земле и парниковый эффект разогревающий атмосферу сильно ослабеет. На Земле так же над океаном вдоль экватора дуют пассаты, но их происхождение связано с быстрым вращением Земли, а не с наличием разности температур.

Решить проблему освещения и обогрева медленно вращающейся планеты можно следующим способом. После того как зонтик, которым прикрывали Венеру от жарких лучей Солнца станет не нужным, его можно переместить в точку либрации или иную стабильную точку за венерианской орбитой. Теперь зонтик можно превратить в зеркало, которое будет освещать, а может и немного обогревать ночную сторону планеты. Как вариант можно рассматривать разделение этого зонтика на две неравные половинки. Одна будет частично прикрывать дневную сторону, снижая поток солнечной энергии, а другая будет освещать-обогревать ночную сторону.

Лишний вулканизм

Однако изменить скорость вращения планеты это крайне сложная задача. Даже не ясно хватит ли материала комет и астероидов для выполнения этой задачи. Считается, что за орбитой Плутона находиться пояс Койпера, где находится много камней разного размера и где "живут" кометы. Проблема еще и в том, что в плотной атмосфере Венеры кометы взорвутся, и эффективность их воздействия на саму планету будет минимальной. Другая проблема связана с тем, что падающие на поверхность астероиды и кометы могут усилить тектонические процессы и разбудить вулканизм огромных масштабов. Примерно такой, который привел к созданию гигантских щитовых вулканов на Марсе. Хотя и высота вулканов на Венере не достигнет марсианских масштабов, но количество лавы велевшейся на поверхность будет большой. Ведь кора на Венере должна быть тонкой и пробить её падающим астероидом будет не трудно. Активный вулканизм и прочие процессы будут мешать осуществлению терраформации в ограниченные сроки. Поэтому не очень перспективной выглядит бомбардировка Венеры астероидами с целью изменения скорости её вращения.

Если и другие возражения. В частности эффект от падения под нужным углом даже сотен астероидов может быть мизерным и изменит скорость вращения на некие символические проценты.

Опасность ненароком разбудить планету может привести к несколько не обычной схеме доставки туда льда. Комета направляется в атмосферу планеты, но тем или иным способом подрывается уже в момент входа в плотные слои атмосферы. Вещество кометы рассевается и не долетает до поверхности. Для подрыва можно применить термоядерные заряды, о радиоактивном загрязнении можно не беспокоиться.

Производство зеркала-зонтика

Пусть масса зеркала-зонтика будет 30 млн. т. Столько стали выплавляет крупное индустриально развитое государство за несколько месяцев. Понятно, что все элементы зонтика будут изготовляться на космическом заводе из материалов добытых в космосе. Большой гигант, на котором работают тысячи людей сомнительно построить в космосе. Скорее это будет полностью автоматизированное производство. Если в качестве материала использовать ресурсы Луны, то эффективнее сделать много небольших заводиков, которые будут перерабатывать окрестные ресурсы, чем строить один химико-металлургический гигант и в комплект к нему еще и железную дорогу, и множество карьеров. Небольшие заводики можно перемещать к сырью, а не наоборот.

Производительность среднего по мощности металлургического или химического завода может быть 100 тыс. т. в год. Для строительства зеркала массой 30 млн. т. потребуется, по крайней мере, 300 лет работы такого завода. Предположим, что будет построено 10 таких заводов, тогда необходимое количество материала может быть изготовлено уже за 30 лет.

Теперь доставка. Если корабли будущего будут перевозить по 1000 т. каждый, то 100 таких кораблей смогут перевезти необходимые материалы к месту монтажа зеркала тоже за 300 лет. Можно представить - 100 кораблей в год означает загрузку и отправку корабля каждые 3-4 дня. А ведь требуется погрузить 1000 т конструкций и пленки, а это примерно 50 контейнеров по 20 т каждый. Поэтому чтобы сократить сроки работ требуется хотя бы на порядок увеличить или грузоподъемность или число кораблей и число заводов. Если начинать отсчет от нашего времени, то быстрее, чем за 100 лет построить такое зеркало, видимо мало реально.

Новый вопрос, где брать материал для зеркала? На Луне? Но мы сейчас не знаем из какого материла будут делать сверхлегкие и хорошо отражающие свет материалы. Сейчас перспективны углеродсодержащие материалы, но на Луне углерода видимо, нет в большом количестве. Не означает ли это, что основную часть материалов примется изготовлять из углекислоты самой Венеры? Вопросов больше чем ответов.

Поэтому возможным вариантом может быть доставка нескольких небольших астероидов содержащих нужные исходные материалы к месту производства зеркала-зонтика. В любом случае такие работы можно будет начать не раньше, чем люди изучат ближнюю часть Солнечной системы и в первую очередь - пояс астероидов на предмет поиска нужных материалов. Одновременно можно будет найти и астроиды или короткопериодические кометы, состоящие из воды.

Доставка таких комет или астероидов потребует времени. Так если переработка материала кометы или астероида составит даже 50% необходим один астероид диаметром 500 м. Таких астероидов в ближней части Солнечной системы можно найти много [4]. Но в любом случае нужно ориентироваться на мелкие астероиды.

Например, потребуется 100 астероидов диаметром 100 м. Такой астероид уже реальнее доставить к месту работ. Но если коэффициент переработки вещества будет низкий, но выгоднее перерабатывать вещество астероида на месте и доставлять к Венере уже готовую продукцию. В любом случае ускорить работы никак не получится. Поэтому примем, что на строительство зонтика-зеркала потребуется от 100 до 300 лет.

Стоимость Венеры

Оценим некоторые затраты энергии и ресурсов. Пусть стоимость выведения одного килограмма на орбиту 8000$. Выведение на орбиту фактически это означает, что телу массой 1 кг сообщается эквивалентный импульс численно равный скорости v, где v = 8 км/с. Тогда на каждый км/с скорости и кг массы требуется затраты порядка 1000$

Для транспортировки продукции или материалов с орбиты Луны или из пояса астероидов нужно сообщить определенную характеристическую скорость. Обычно это скорость колеблется от 2 до 4 км/с. Или в очень грубом пропорциональном пересчете доставка 1 кг массы будет стоить от 2000$ до 4000$.

При средней стоимости 3000$ за один килограмм затраты на доставку элементов зонтика могут составить порядка 100 триллионов долларов. Нынешний бюджет США всего 2.9 триллиона долларов. В расчет на 100 лет ежегодные затраты составят примерно 1 триллион долларов или треть американского бюджета. Так что такой проект можно осуществить только совместными усилиями всего человечества. Причем во многом ситуация похожа с той, что описана в романе "Туманность Андромеды". Там каждого жителя Земли фактически облагают налогом, для того чтобы можно было отправить сразу три межзвездные экспедиции.

Однако к тому времени, когда придет пора осуществлять такие проекты экономический потенциал Земли будет больше и технические возможности иные. Например, если в качестве двигателей будут использоваться двигатели с удельным импульсом в 3 раза большим (например, ЯРД), то видимо втрое и снизится стоимость проекта. Тогда затраты составят 300 млрд. в год, а это уже сопоставимо с военным бюджетом США, который сейчас составляет 417 млрд. долларов.

Другой резерв снижения стоимости - использование электроракетных двигателей или солнечных парусов. О термоядерных двигателях пока мы не мечтаем.

Здесь было сделана оценка только доставки к месту строительства элементов конструкции зонтика массой 30 млн. тонн. Общие затраты на терраформацию скорее всего будут вдвое, втрое выше.

В начале необходимо детальное исследование Венеры. Для этого потребуется отправка на орбиту планеты долговременной пилотируемой станции. С борта станции осуществляется зондирование атмосферы с помощью аэростатов и батискафов. Изучается состав пород. Параллельно с получением детальной информации о составе и физических условиях в атмосфере планеты начинаются работы по генной инженерии венерианских бактерий. Как фантастическую можно рассматривать версию о существовании своей жизни в атмосфере Венеры, но данный случай мы пока не рассматриваем из-за отсутствия каких-либо фактов.

К этому периоду, скорее всего, будет проведено исследование Марса и пояса астероидов, начнется развертывание производственной базы на Луне.

В приведенной ниже таблице указаны сроки и примерные даты реализации проекта. Учтено, что работы по терраформированию Венеры могут начаться после завершения исследовательских работ на Луне, Марсе и в поясе астероидов.

По пессимистической оценке начальный этап террафомации завершится к середине тысячелетия.

Оценки времени на перевозки, развертывание инфраструктуры и производственных мощностей производство материалов, доставку комет в целом меньше чем время необходимое на охлаждение планеты. Так минимальное время на утилизацию СО2 с помощью бактерий порядка 12 лет. Высвечивание только тепла атмосферы не менее 30 лет. Время необходимое на перевозки материалов от 10 до 300 лет, производство материалов для зонтика от 100 до 300 лет. Но больше всего времени потребуется на охлаждении поверхности планеты, её коры - около 500 лет. Поэтому главная проблема терраформации Венеры - охлаждение планеты.

В приведенной таблице даны только примерные даты и только начального этапа терраформации. Окончательные этапы только перечислены. Предполагается, что после снижения температуры ниже 350 К начнется второй этап переработки углекислоты. В это период времени на планете уже будет существовать океан из жидкой углекислоты с примесями воды при температурах приемлемых для существования живых организмов. Поэтому есть смысл кроме бактерий живущих в атмосфере населить планету водорослями живущими в углекислотном океане. Эти водоросли уже должны будут перерабатывать углекислоту связывая её с минералами. В это время уже можно высаживать растения и на суше.

Когда давление снизится ниже 5 атмосфер, углекислотный океан испарится и останется только водный океан. Здесь наступит третий этап, когда океан уже заселят водоросли примерно соответствующие земному типу. Основной задачей этого этапа будет переработка останков углекислоты в кислород.

В это время температура и давление уже будут приемлемы для проживания людей на поверхности планеты. Однако потребуется специальные дыхательные аппараты. Теперь может начаться колонизация планеты потому, что на поверхности уже смогут расти земные растения, а значит становится возможным производство продуктов питания.

В работе [3] на общее время терраформации Венеры отводится время с 2040 по 2200 гг. Однако здесь никак не учитывается теплоотдача от разогретой коры планеты. Зато рассчитаны финансовые затраты, но они выглядят настолько огромными, что упоминать о них здесь не стоит.

В отдаленной временной перспективе для освоения Венеры существуют вовсе не безнадежные возможности. Однако требуется совершить очень и очень масштабные работы.

Требуется:

1. Доставить хотя бы 14 млн. кубических километров воды.
2. Изготовить и развернуть солнечный экран массой порядка 30 млн. т. Заслонить этим зонтиком Солнце как минимум на 200-500 лет пока планета не остынет.
3. Удалить с планеты или переработать в химические соединения примерно 4.56·10¹⁷ тонн углекислого газа.
4. Создать бактерии и организмы для венерианских условий.
5. Подождать еще пару сотен лет пока на планете можно будет дышать без кислородных приборов.

1. Александр Казанцев. Планета Бурь. Повесть и одноименный фильм снятый еще в 1961 г.
2. Robert A. Freitas, Jr. Terraforming Mars and Venus using machine self-replicating systems (SRS). Journal of the British Interplanetary Society 36:139-142 (1985).
3. P.Birch, Terraforming Venus quickly. JBIS. V44, pp.157-167, 1991.
4. Церера - крупнейший из астероидов. Диаметр составляет 960 км, что в 3,5 раза меньше, чем диаметр Луны. 3атем следуют Паллада и Веста - соответственно, 570 и 530 км. Размеры же всех остальных астероидов намного меньше. Наиболее мелкие из них имеют в поперечнике несколько сотен метров. Общая масса всех астероидов оценивается величиной в 1/1 000 массы Земли или около 1/10 массы Луны. Если считать, что средняя плотность астероидного вещества такая же, как у Луны, то при гипотетическом соединении всех астероидов в один шар диаметр его составил бы 1 300-1 500 км, то есть всего лишь около 0,4 диаметра Луны или около 0,1 диаметра Земли.

Другие Интернет ресурсы:

5. Тераформирование в википедии (Eng)
6. http://galspace.spb.ru/index7-ven.html