第 4.11 节：第五阶段 - 行星系统开发（续）

第五阶段总体上涵盖了太阳系中除地球以外的大型天体，它们拥有的卫星和环，以及它们的引力场支配太阳引力场的轨道区域。这些行星周围的大型引力阱需要额外的运输系统和能量才能导航。在更靠近的轨道上，在表面上，以及在地表以下，阳光有时会被阻挡。一些行星和卫星拥有大气层和俘获的辐射带，所有较大的行星都有显著的表面重力。所有这些条件与第四阶段轨道区域的条件都不同，因此需要进行设计更改。因此，我们将大型天体的开发分配到一个新的主要阶段。各个行星及其周围区域也彼此不同，因此第五阶段分为五个部分。它们按难度和开始时间的大致顺序排列，并且倾向于在各自天体所在轨道区域的开发开始后启动。一旦开始，它们将与所有其他阶段并行运行。

前两个部分，第五阶段 A：月球开发和第五阶段 B：火星开发，涵盖了从地球到达最容易的天体。这些区域的概念已经发展得足够好，我们在这本书的前两节（4.9 和 4.10）中专门介绍了它们。对于其余的三个阶段，概念的开发程度较低，将在下面介绍。第五阶段 C 涵盖了高温行星金星和水星及其周围区域。5D 涵盖了木星及其周围多样化的天体和恶劣的环境。最后，第五阶段 E 处理了外层三颗气态巨行星及其周围的天体和寒冷环境。火星区域需要比金星略高的速度才能到达，但金星有一个更深得多的引力阱，而且没有卫星。因此，到达金星上的任何有用的东西都比较困难，并且条件要恶劣得多，所以我们将它和水星放在我们序列中火星之后。月球和第五阶段中的所有主要行星都被航天器访问过，有时是许多航天器，所以我们对它们有相当详细的了解。

第五阶段 C - 金星和水星开发

此阶段包括开发距离太阳比地球更近的两颗主要行星，以及围绕它们运行的轨道，对于金星，半长轴小于 600,000 公里，对于水星，半长轴小于 100,000 公里。这些距离是与太阳的引力场对抗，能够形成相当稳定的轨道的距离。金星和水星自古以来就被人观测到，尽管直到哥白尼革命，人们才认识到它们绕太阳运行。它们比火星更难到达。除此之外，两颗行星的温度都很高，金星的压力也很高。这些因素综合起来使得这一阶段的启动时间晚于第五阶段 B 火星开发。它也晚于第四阶段 C 内行星际开发，因为你必须穿过那个区域才能到达内行星。

金星和地球的大小和轨道相似，这使得金星在科幻作品中很受欢迎，直到 1960 年代确认了它实际上是地狱般的温度和缺乏水。主要兴趣随后转移到火星，因为它是最像地球的下一颗行星。水星也收到了科幻作品中的关注，但大众兴趣较少，因为它被认为太热而且太小，不像地球。相比之下，我们的计划认为太阳系的所有资源都是有用的，唯一限制它们的因素是获取它们的难度。

区域特征

金星是地球上看到的最亮的行星。它的轨道几乎是圆形的，为 0.723 ± 0.005 AU，比任何其他主要行星都更靠近地球。自 1961 年以来，共有43 个航天器任务试图以某种方式到达金星，其中 27 个被认为至少部分成功。它的质量比地球低 18.5%，半径比地球小 5%，使其在总体尺寸上几乎与地球是近亲。然而，大气层的参考压力是地球的 90.8 倍，其中 96.5% 是二氧化碳，3.5% 是氮气，以及一些微量气体。加上 90% 的太阳能通量，这导致了极端的温室效应，使表面温度升至 737 K（462 摄氏度）。这几乎足够热到可以让你看到它在可见光下发红，如果你能承受住表面的条件看到它的话。阳光照射轨道上的黑体温度为 468 K（195 摄氏度），比地球高 75 度。其他颜色的物体温度也类似地更高。表面重力为 8.87 米/秒²，比地球低 9.55%。虽然表面条件恶劣，但在 55 公里高度存在着 0.5 倍地球的压力和大约 27 摄氏度的温度。这些可以通过高耸的结构或浮动结构到达。

水星轨道距离太阳更近，因此从地球到达更加困难。迄今为止，只有两个航天器任务访问过它，第三个任务计划于 2018 年底发射。它的质量仅为地球的 5.5%，半径为地球的 38%，使其成为最小的内行星。轨道明显偏心，距离太阳 0.307 到 0.467 AU 不等。轴线几乎垂直于轨道平面，因此一些极地陨石坑可以有永久阴影区域。令人惊讶的结果是，尽管靠近太阳，但水星的这些区域的温度可以低至 100K（-173 摄氏度）。相反，近日点处的太阳点可以达到 700K。由于水星几乎没有大气层，因此热量更容易辐射到太空。因此，尽管它距离太阳更近，但最高温度略低于金星。阳光照射轨道上的黑体温度范围为 575 到 710 K（302-437 摄氏度），其他颜色的物体温度更低。水星的表面重力为 3.7 米/秒²，与火星相同，尽管它明显更小。这是因为它比地球的密度高 33%，使其成为除地球以外密度第二高的行星。

从地球到金星和水星的直接转移轨道需要大约 2.5 和 7.5 公里/秒的插入速度。这些速度可以通过引力弹弓降低。从它们表面逃逸的速度分别为 10.36 和 4.25 公里/秒，从它们区域的外边缘逃逸的速度分别为 1.041 和 0.664 公里/秒。轨道速度在每种情况下都低 29.3%。从金星表面起飞的轨道速度是一个理论上的数字，因为厚厚的大气层会阻碍直接发射。该区域的轨道周期范围从围绕金星的 90 分钟到 59 天，围绕水星的 85 分钟到 15.5 天，具体取决于轨道大小。从地球到金星和水星的直接转移轨道旅行时间分别为 4.8 个月和 3.5 个月。引力弹弓轨迹需要更少的推进力，但需要更长的时间。从地球到金星的往返通信时间范围为 4.3 到 30 分钟，从地球到水星的通信时间范围为 9 到 25 分钟。它们区域内的通信时间分别小于 8 秒和 1.3 秒。

金星和水星的自转速度都很慢，相对于恒星的自转周期分别为 -243.02 天和 58.65 天。金星为负数，因为它与轨道方向相反，与地球不同。它们的太阳日分别为 116.75 天和 176 天。赤道自转速度很低，对从这些行星起飞或降落的影响可以忽略不计。水星缺乏大气层和漫长的太阳夜导致了巨大的温度波动。金星浓厚的大气层阻碍了一些观测，但地形已经通过轨道上的雷达进行了测绘。我们对全球表面成分的了解较少，但着陆的仪器表明至少存在两种类型的玄武岩，雷达测绘显示了广泛的火山活动。水星的地质受到大型铁核、火山作用和广泛的撞击特征的影响。表面主要成分为 40% 氧气、25% 硅、11% 镁、6% 铝、4% 钙和铁，以及 2% 硫，不同位置略有差异。这使其比我们的地壳更类似于地球的地幔。

开发项目

到达内行星以及从它们那里到达其他地方会遇到一些困难，但它们在生产和其他活动方面具有大量能量的优势。这是因为金星的太阳能通量是地球的 1.9 倍，而水星的太阳能通量是地球的 4.6-10.6 倍。为了了解这有多大的优势，从近地轨道到达金星和水星轨道区域需要 7 到 12 公里/秒的速度变化。高效的电力推进将使用 0.15-0.27 公斤推进剂/公斤货物，无需引力弹弓，使用 263-474 兆焦/公斤太阳能电池阵列能量。如果货物也是太阳能电池阵列或等效的热能发电，它们将每天额外产生 13.75 和 91.5 兆焦/公斤的能量输出，并在分别 19 天和 5.2 天内偿还到达那里的额外能量。空间系统寿命通常为 15 年，因此能量密集型过程非常有利于靠近太阳。当加上这些行星的物质资源时，我们有足够的理由考虑开发。

轨道开发

金星和水星的近期开发将从轨道上开始，通过交付来自先前阶段的现成设备和物资，并使用生产设备的启动套件来引导进一步的增长。太阳能轨道上全天候可用率为 60-100%，强度很高，因此应该可以实现快速增长。材料最初将来自内行星际区域的小行星，然后辅之以开采金星的大气层和水星的极地地区。长期发展包括旋转型太空港，以使地面更容易进入，以及建造遮阳板来改造下面的行星。

轨道生产 - 由于金星和水星似乎没有天然卫星，我们希望使用附近的小行星作为轨道开发的资源。在这些行星的轨道附近，已知的行星数量相对较少（图中的两个内圈）小行星中心）。目前尚不清楚这是由于小行星从更远的轨道开始时的低散射效率和短停留时间，还是由于在朝向太阳的方向观察其部分未照亮的一侧时，很难发现小型天体。如果附近的小行星不够，或者成分不对，可以在行星引力弹弓的帮助下从供应充足的行星际区域进口材料。金星的大气层是碳、氧气和氮气的现成来源，假设轨道上开发了勺子开采。水星足够小，可以直接将大量材料抛入轨道，而极地地区的自然温度是可以忍受的。需要在类似地球温度下运行的设备可以在当地条件过热时用遮阳板进行保护。

轨道栖息地 - 具有人工重力和足够的热量和辐射屏蔽的栖息地可以在先前更发达的区域建造，并运送到金星和水星周围的轨道。这种运输可以是渐进的，在条件发生变化时进行修改，并在途中根据需要提取物资。这种方法可以从一开始就实现大量的入住率。大多数设计应该与先前的轨道阶段保持一致。

轨道运输 - 轨道运输需求包括每个轨道区域内的目的地，下面行星的通道，以及两个行星之间以及与其他地方的贸易。早期需求可以通过扩展已经运营的内行星际运输来满足。后来的系统将基于当地的轨道区域。先前的系统将包括太阳能电力推进和行星引力弹弓。固体材料更容易从水星中提取，而大气气体更容易从金星中提取。因此，这两颗行星之间的贸易很可能。

随着你越来越靠近太阳，越来越大的重力意味着改变轨道并到达金星和水星需要更多的能量。太阳能通量比速度变化增加得更快，这引入了太阳帆作为内区域有效运输方法的可能性。例如，在金星上，反射的阳光提供 15.5 牛顿/平方公里，而 1 微米厚的镁铝帆材料的质量为 2400 公斤/平方公里。这为裸帆产生 558 米/秒/天的加速度。这会因剩余结构和货物质量以及调整帆的角度以控制推力方向而减少。这种加速度与包括近地轨道太阳能电池阵列质量的电力推进相当。太阳帆的优势在于它们不消耗推进剂。它们在外太阳系的缺点是低太阳强度使它们非常缓慢。电力推进在靠近太阳时也相当可行，并且可以组合系统以利用帆的减少的推进剂和电动发动机的更宽的推力角度。从长远来看，一旦有足够的交通流量证明其建设合理，旋转型轨道太空港可以帮助到达地面或从水星和金星上逃逸。

轨道服务 - [待定]

地面开发

内行星地面的近期开发受到其普遍恶劣环境的阻碍。例外情况是水星的极地地区和金星大气层的高海拔地区，那里的条件较为温和。为了全面发展，如以下讨论，某种程度的地球化改造是可取的。水星上纬度较高的地方，由于太阳角度的原因，每个区域的阳光照射更少，地形特征或人造反射器可以提供更凉爽的保护区域。漂浮结构或由塔架支撑的结构可以到达金星上空更高海拔处的温和条件。目前尚不清楚哪种方法更实用，或者是否应该等到金星进行一定程度的地球化改造后才能进行地面开发。从长远来看，如果可以使表面条件更宜居，主要是通过遮阳板，那么大规模地面进入将鼓励在那里的开发。更大的原材料来源与轨道上持续的高能量相结合，将使它们成为有吸引力的地点，至少对工业来说是如此。

概念细节

金星和水星的地球化改造

金星和水星大多太热，金星的大气压也过高，以至于不能在其自然状态下使用其表面。一个长期的项目将是修改这些条件，使它们更像地球，这个过程被称为地球化改造。金星的地球化改造已经被各种方法考虑过。我们的方法假设先前阶段的小行星和月球开采已经得到很好的发展。从这些来源提取的材料被制成许多轨道遮阳板，这些遮阳板阻挡了现在照射到行星的大部分或全部阳光。遮阳板将在行星周围的中轨道运行，并在穿过太阳时面向太阳。它们轨道的其余部分，它们调整自己以抵消光压，否则光压会将它们推离所需的轨道。为了有效地做到这一点，它们可能需要在至少一侧具有反射性。早期的遮阳板可以简单地阻挡太阳，但后来的遮阳板可以包含太阳能收集器和其他设备，以利用可用能量。

完全阻挡太阳所需的最小质量可以通过金星的横截面积和假设 1 微米厚的遮阳板来估计。这只需要 0.115 立方公里的材料。由于遮阳板在轨道上运行，因此实际上需要比这更多，因此我们可以使用 1 立方公里作为该行星更合理的估计值。主带中最大的金属小行星的体积是这个的 600 万倍，因此有足够的材料可用于这样的项目。水星的横截面只有金星的 16%，并且需要相应更少的反射器面积，但太阳强度要高得多，试图将它们推离。因此，目前尚不清楚相对困难程度。由于水星没有大气层，因此安装在地表上的遮阳板可能是一种更好的方法。

阻挡金星的阳光将使大气层和地表冷却。较冷的大气层的标高更短，在该标高处，压力变化了 e 倍。因此，高海拔地形，如伊什塔尔地将优先看到较低的压力和温度。在这些高点上建造塔架将进一步降低压力和温度，使它们成为最早居住的地方，随着条件的改善，将扩展到其他区域。一些矿物，如橄榄岩，可以捕获二氧化碳，占金星大气层的 96.5%。如果这些矿物存在于行星的地表或附近，自然或加速的捕获可能会进一步降低压力。金星上的着陆器探测到了玄武岩型表面成分，因此可能存在合适的矿物类型。在确定捕获碳的可行性之前，需要对金星的地质学进行更多研究。

最初，更多的遮阳或完全阻挡太阳将加速行星的冷却。之后，可以调整遮阳水平以保持所需的温度。使用勺子从轨道上开采大气层可以早于行星冷却很久就开始。由于大气层几乎占金星总质量的 0.01%，因此开采它不太可能对地球化改造过程产生重大影响。即使如此，以这种方式提取的碳、氧气和氮气也有很多用途。遮阳板可以从简单的反射器开始，但随着轨道区域的发展，它们可以逐渐被太阳能收集器和栖息地取代。

阶段 5D - 木星系统开发

木星是古代就已知的天空中夜间漫游的星体之一。1610 年发现有四个卫星绕着它运行，而不是绕着地球运行，这有助于建立现代日心说（以太阳为中心的）太阳系模型。今天，我们认识到木星是太阳系中最重的行星，是地球的 317.8 倍，卫星和环系统增加了 0.066。这相当于所有其他已知行星质量总和的 2.5 倍。实际上，它是一个自己的微型太阳系。阶段 5D 区域包括这颗行星、69 个已知卫星、在最内侧的四个卫星之间有一个薄薄的环系统，以及半长轴在木星 2000 万公里内的轨道。外围的非规则卫星的轨道距离比这更远，但我们也将其视为木星系统的一部分。

这一阶段紧随5C：金星和水星之后，因为它在几个方面都更加困难。木星绕太阳运行的轨道半径是地球的5.2倍。加上要克服其引力势阱，到达其资源需要更多的总推进力。同时，太阳辐射强度要弱得多，该区域的部分地方辐射水平很高。这一阶段也紧随4D：主小行星带和特洛伊小行星之后，因为木星位于该区域的外缘，并且位于特洛伊小行星群之间，这些小行星群在其前后运行。所以，从特洛伊小行星到开发木星最外层卫星是一个小小的进步。对于之前像火星这样的行星，我们将开发分为轨道和表面项目。对于木星，我们将开发分为三个部分。外太阳系包括不规则卫星和半长轴大于200万公里的轨道。内太阳系包括四大卫星、四个较小的内卫星、环系以及半长轴小于200万公里的轨道。最后是木星本身，但由于到达木星极其困难，其开发将是遥远的事情。

区域特征

木星

木星的轨道距离太阳4.95到5.46天文单位，公转周期为11.86年。从地球直接转移轨道到达木星，理论上需要2.73年。自望远镜发明以来，天文学家一直观察着木星，并有9艘航天器探测或环绕木星运行，其中一艘目前仍在运行，还有一艘大气探测器。木星是一颗气态巨行星，其整体成分与太阳大致相同，因此没有明确定义的表面。云层可见部分的半径在赤道处为71,492公里，在两极处为69,911公里，总表面积是地球的121.9倍。半径的差异是由于木星自转周期为9.925小时，且其主要不是固体天体。木星大气层约90%是氢，10%是氦，0.3%是甲烷，以及少量氨和其他微量气体。在10千帕压力层，温度为112K（-161摄氏度）；在100千帕压力层（约为地球大气压），温度为165K（-108摄氏度）。在100千帕压力层以下132公里的深度，条件达到2.5兆帕压力和430K（157摄氏度）温度，这是伽利略探测器停止传输的地方。因此，存在一个温度和压力与地球不太不同的区域，但到达那里并生存下来将非常困难。

木星的太阳辐射强度是1天文单位的4.1%到3.35%，在轨道区域内还有0.2%的额外变化。该区域的黑体温度平均约为173K（-100摄氏度）。低轨逃逸速度为59.5公里/秒，轨道速度为42公里/秒。由于赤道自转速度为12.6公里/秒，因此进入轨道或进入大气层所需的实际速度为29.4公里/秒。轨道速度与大气速度之间的这种巨大差异使得进入木星本身变得非常困难。从地球到木星的往返通信时间在1.06到1.85小时之间变化。

内太阳系

内太阳系从最低稳定轨道延伸到半长轴为200万公里的轨道。轨道周期范围从2.97小时到18.28天。它包括四大伽利略卫星（木卫一、木卫二、木卫三和木卫四），它们分别距离木星0.422、0.671、1.07和1.88百万公里，以近乎圆形的轨道运行。前三颗卫星的轨道周期存在4:2:1的共振。四个较小的卫星的轨道半径在127,000到222,000公里之间，其中间有一个薄薄的环系。它们在木星引力势阱中的深度使得进入它们变得很困难。

四大卫星的质量从大约地球月球的一半到两倍不等。这足以用作引力弹弓，使木星系内的旅行变得更容易。它们的直径是月球的90%到150%，总表面积为2.328亿平方公里，是地球陆地面积的1.56倍。所有四颗卫星都与木星潮汐锁定，所以它们的日长等于它们的轨道周期：1.77天、3.55天、7.15天和16.7天。从木星系外不受辅助地到达它们需要3.4-7.15公里/秒的速度变化。它们的逃逸速度范围为2.0-2.75公里/秒，表面重力为1.23-1.8米/秒²（地球的12.5%-18.4%）。伽利略卫星足够大，可以在它们周围形成稳定的轨道区域，但它们的大气层微不足道。这使得它们表面之间的运输变得更容易。

木卫一的表面由硅酸盐、硫和二氧化硫组成。潮汐加热使它成为太阳系中最活跃的火山天体。木卫二表面覆盖着水冰，可能在其下方有一个水海洋。木卫三表面约2/3是高水冰含量区域，1/3是较暗的区域，含有粘土和有机物质。木卫四表面有25%到50%的水冰，还发现了含水硅酸盐、碳和二氧化硫，以及可能存在的氨和有机化合物。四大卫星的表面温度范围为70-165K，除了木卫一上的火山热点，它们的变化主要取决于纬度以及它们离木星的距离，以及它们在近侧反射了多少光。

外太阳系

外太阳系包括半长轴为2-20百万公里的轨道以及61颗已知的不规则卫星。它们的轨道倾角和偏心率远高于内卫星。只有八颗直径超过10公里，其余的都更小。最后两颗是在2016年和2017年发现的，因此可能还有更多直径小于3公里的卫星尚未被发现。51颗不规则卫星的轨道大小在20-28.57百万公里之间。这超出了我们为木星系定义的轨道区域，但由于它们受木星束缚，我们将其包括在木星系的一部分。该区域边缘的逃逸速度约为3.5公里/秒。总质量超过8,000万亿吨，大部分来自木卫五，它是外卫星中最大的一个。外太阳系的总可用太阳能为630亿太瓦，是目前文明能源消耗量的30亿倍。

从大小上看，木星系的最大特征是磁层，它是木星强磁场在太阳风中形成的一个空腔。它向太阳延伸至700万公里，向另一个方向延伸至土星轨道。它充满着高导电性等离子体，并包含由木星磁场随行星自转而产生的复杂电流。磁层将高能粒子捕获在位于木星中心280,000到775,000公里之间的带状区域中。如果没有屏蔽，辐射水平足以损坏电子设备，对人体也具有致命性。这除了太阳系中存在的正常太阳辐射和银河系辐射之外。

开发项目

我们预计木星系的开发将从外缘开始，逐渐向内发展。向内移动需要增加运输能量，并且以后还要处理非常高的辐射水平。因此，从更容易到达的外轨道和卫星开始是有道理的。可以在那里建立补给和支持站，为以后开发内太阳系做准备。木星的外围区域也更容易从主小行星带和特洛伊小行星区域到达，而这些区域之前已经开始开发。设备和初始物资可以从这些已经开发的区域运送过来。

伽利略卫星的总质量超过火星质量的60%，是主小行星带和特洛伊小行星区域总质量的130倍。它们彼此之间以及与先前阶段的资源之间存在很大差异。丰富而多样的物质来源使内太阳系最终的开发变得值得。高辐射水平以及靠近木星时所需的额外速度增加了开发的复杂性。额外的工作需要推迟它们的开发，直到存在足够的需要。木星本身比环绕它的天体更难到达，所以除了引力弹弓之外的任何直接用途都将推迟到很久以后。

外太阳系

所有外太阳系的卫星都有不规则的轨道，比木星特洛伊小行星略小，它们的光谱与某些小行星类型相似。因此，它们很可能起源于被捕获的小行星。后来的碰撞使这些小行星破碎，形成了当前具有相关轨道的群。不规则卫星与木星特洛伊小行星的平均距离相同。因此，到达它们并开始利用它们的资源应该是阶段4D先前工作的延伸，使用相同的方案。虽然该区域的太阳能很弱（1天文单位强度的3.15%-4.3%），但轻型反射器应该能够将其集中到可用水平。从木卫五（最大的外卫星）表面到达其周围轨道只需要50-60米/秒，其余卫星所需的相对速度更小。因此，开采和运送到加工厂应该很容易。主小行星带和特洛伊小行星区域的总物质和能量资源远多于木星外太阳系。因此，开发该区域的可能原因是迈向内卫星的更大资源的一步。

内太阳系

木星内太阳系有非常高的自然辐射水平，来自被捕获的粒子带。因此，早期开发将依赖于整体屏蔽和主动屏蔽，以及来自辐射水平较低、距离较远的轨道的远程控制。未受保护的辐射水平会影响电子设备和生物，对人体会迅速致命。我们不知道是否有实际的方法能够从长远改变辐射水平，因为木星磁场的强度和大小。

生产 - 当地生产的增长很可能遵循通常的路径，首先是采矿，然后是种子工厂，以启动其他产业。较小的外层卫星可以成为早期推进剂和物资的来源，以支持增长，随着时间的推移，当地资源将会开发出来。木卫三，最大的卫星，的轨道速度为 1,938 米/秒，其他主要卫星的速度更低。因此，电磁弹射器可以将货物直接抛入轨道，以便在充足的阳光下进行加工，或者运输到其他目的地。整个系统中广泛存在水，可用于推进剂。根据卫星的组成，可能需要从周围区域进口岩石和金属材料。大型反射器将成为理想的早期产品，用于发电和供热。

居住 - 由于靠近木星的高辐射水平，我们预计该地区的大多数居住地将位于更远的地方。当需要人员时，他们可以居住在高度屏蔽的栖息地，并通过遥控尽可能多地进行操作。

运输 - 来自先前开发地区的运输将包括电推进、太空港加速和引力辅助的混合。人员和他们使用的物品将乘坐屏蔽的栖息地模块。大型卫星的早期登陆将需要高推力推进，而随后的运输可以使用太空港结构。

服务 - 早期服务包括科学、探索和通信。后期的服务行业为 [待定]。

木星

我们预计在短期或中期内木星本身不会有太多开发。从轨道到大气层的极高速度差需要比从地球轨道逃逸太阳系多五倍的能量。木星大气中的气体在外部气态巨行星和 4F 阶段的寒冷区域也有更容易获得的来源。我们将保留此标题作为长期未来的占位符，以及激励发现新概念的动力。

5E 阶段 - 外部气态巨行星开发

本阶段包括对外部三大巨行星的开发：土星、天王星和海王星 (SU&N)。它还包括 103 颗已知卫星，其中许多都很庞大，以及三个环系统，其中一个非常著名。可能还有更多目前太小太暗而无法找到的卫星。最后，该阶段还包括围绕三大行星的半长轴分别为 2000 万公里、1200 万公里和 1200 万公里的轨道。一些卫星的轨道距离比这些距离更远，但我们将其包括在本阶段，因为它们围绕各自的行星运行。土星很容易用肉眼看到，并且从古代就已知。天王星在没有设备的情况下勉强可见，而海王星的亮度大约是它的六倍，因此它们只在 1781 年和 1846 年被确定为行星。土星已被四艘航天器访问过，包括向其最大的卫星土卫六部署着陆器。天王星和海王星只被旅行者 2 号航天器飞过一次。由于它们距离遥远，并且每次只进行过一次简短的访问，我们对这些行星系统的了解不如对土星的了解完整。

5E 阶段在 5D 木星系统之后开始，原因有几个。更远的行星需要更多的运输能量才能到达，但与此同时，太阳能对于推进和其他需求来说也更弱。旅行时间明显更长，大多数方法需要数年时间，而且温度非常低。它还在 4E 外行星际之后开始，因为这些行星位于这个更大的区域内，必须穿越这个区域才能到达它们。

区域特征

土星

土星的轨道距离太阳 9.04 到 10.12 个天文单位，周期为 29.46 年。它的质量是地球的 95.16 倍，赤道半径为 60,268 公里，极地半径为 58,232 公里，使其成为最扁平的主要行星。像木星一样，它是一颗气态巨行星，没有明确定义的表面。相反，大小是在大气压等于地球海平面压力处测量的。上层大气约为 96.3% 氢、3.25% 氦、0.45% 甲烷，以及微量的氨和其他气体。温度范围从 10 kPa 水平的 84 K (-189 C) 到 100 kPa 水平的 134 K，以及 1-2 MPa 水平的 270-330 K (-3 到 57 C)。在这些高度，存在着一套复杂的云层，它们的组成各不相同。由于扁平形状和每 10.55 小时快速自转，引力从两极的 12.06 米/秒² 到赤道的 9.04 米/秒² 变化很大。这些值大约等于地球的值 (9.81)，但没有简单的方法可以在大气中支撑自己来体验它。该行星与其轨道倾斜 26.7 度。土星区域的太阳能通量为 1 个天文单位强度的 0.95%-1.26%，除非被行星、卫星、环或土卫六的大气阻挡。该区域的总可用太阳能平均为 186 亿太瓦。

土星拥有一个复杂的系统，包括 62 颗已知的卫星和多个环。整个系统的总质量约为 1.4 x 10²³ 千克，或地球月球的 1.9 倍。其中七颗卫星足够大，能够通过自身引力变得圆形。最大的土卫六 包含了围绕土星运行的质量的 96% 以上，其大气中包含 95% 氮气和 5% 甲烷，气压为 147 kPa，大约比地球高 45%。这些卫星可以分为内部的规则卫星，它们倾角低，半长轴小于 150 万公里，以及外部的不规则卫星，它们距离行星超过 300 万公里，倾角更高，轨道更偏心。较大的卫星通常覆盖着水冰，土卫六也拥有甲烷和乙烷的碳氢化合物湖泊。这些环是由 99.9% 的水冰构成。

土卫六的轨道周期为 15.945 天，并且潮汐锁定在土星上，因此白天和夜晚的长度相同。从土星系外部匹配轨道需要 2.3 公里/秒的速度，逃逸速度为 2.64 公里/秒。表面重力为 1.35 米/秒²。总表面积为 8300 万平方公里，或地球陆地面积的 56%。表面温度为 94K (-179 C)。

天王星

天王星距离太阳 18.33 到 20.11 个天文单位，周期为 84.02 年。它的质量是地球的 15.91 倍，赤道半径为 25,559 公里，极地半径为 25,362 公里。天王星是一颗冰巨星，主要由比氦重的元素组成。它仍然拥有厚厚的大气，主要由较轻的元素组成，上层大气为 83% 氢、15% 氦、2.3% 甲烷，以及微量的其他化合物。100 kPa 水平的温度为 76 K (-197 C)，在 10 MPa 深度处上升至约 330 K (57 C)，该深度比前者低 300 公里。它们之间存在多个云层。名义表面重力为 8.69 米/秒²，由于其 -17.24 小时的自转周期，赤道处的重力约减少了 0.25 米/秒²。自转周期为负，因为天王星与其轨道倾斜 98 度。天王星区域的太阳能通量为 1 个天文单位值的 0.245%-0.30%，除非被遮挡。该区域的总可用太阳能平均为 16.7 亿太瓦。

天王星拥有 27 颗已知的卫星以及一组狭窄的环。五颗主要卫星距离行星 129,000 到 583,000 公里。它们的直径为 470 到 1575 公里，总质量为 9.1 x 10²¹ 千克，或地球月球的 12.4%。所有五颗卫星上都检测到水冰，其中一些卫星上还检测到二氧化碳或碳酸盐矿物。

海王星

海王星的轨道非常圆，距离太阳 29.81 到 30.33 个天文单位。它绕太阳运行一圈需要 164.8 年，因此它自 2011 年发现以来只完成了一圈。它的质量略大于天王星，是地球的 17.15 倍，大小几乎相同，赤道半径为 24,764 公里，极地半径为 24,341 公里。像天王星一样，它是一颗冰巨星，其大部分质量是由比氦重的元素组成，但拥有厚厚的大气，包含近 80% 的氢、19% 的氦、1.5% 的甲烷，以及微量的其他气体。100 kPa 水平的大气为 72K (-201 C)，在 5 MPa 深度处达到 273 K (0 C)。名义表面重力为 11.15 米/秒²，由于 16.1 小时的自转周期，赤道处的重力大约减少了 0.29 米/秒²。该行星与其轨道倾斜 28.3 度。海王星区域的太阳能通量几乎恒定，为 1 个天文单位值的 0.108%-0.113%，除非被某些东西遮挡。该区域的总可用太阳能平均为 6.79 亿太瓦。

海王星拥有 14 颗已知的卫星和五个环。只有一颗卫星，海卫一 足够大，可以成为球形，直径为 2702 公里，质量为 2.14 x 10²² 千克 (地球月球的 29%)。其余卫星的总质量只有海卫一的 0.4%。海卫一被认为是捕获的柯伊伯带天体，因为它有逆行轨道。它比冥王星更大更重，冥王星是一个柯伊伯带天体，其轨道与海王星的轨道交叉。海卫一拥有稀薄的氮气大气，表面似乎由约 55% 的固态氮、约 25% 的水冰和约 15% 的二氧化碳冰组成。它目前距离海王星 355,000 公里，轨道周期为 -5.877 天。由于它是潮汐锁定的，因此这也代表了白天和夜晚的长度。从该区域外部到达海卫一的轨道需要 1.8 公里/秒的速度变化，而从表面逃逸的速度为 1.455 公里/秒。表面温度只有 38 K (-235 C)，

开发项目

所有巨行星都没有易于接近的固体表面，其大气层主要由氢组成，使得浮空系统难以实现。它们还需要高速才能到达或从其表面起飞。因此，这些行星本身的开发将非常有限。大部分开发将利用这些行星的众多卫星和环系获取资源，并利用三个星系的轨道或地表位置。开发可能会从第四阶段E和第五阶段D的延伸开始，因为木星和内侧半人马座星体得到足够发展后，可以作为向外围行星运送设备和物资的中转站。然后，它将依次向每个行星的内部发展。与其他阶段一样，早期开发将侧重于开采用于更发达地区的材料。此阶段涉及长距离和相对恶劣的环境，因此在开始之前需要进行大量的研究和开发。多个先前阶段的早期开发应为其提供足够的时间和经验。

生产

由于太阳辐射通量较低，需要大型轻质反射器将其提升到可用水平，或者使用核能等替代能源。土卫六的轨道速度为1.86公里/秒，使得气体开采特别容易。SU&N的轨道速度和赤道自转速度之差分别为15.2、12.5和13.9公里/秒。这可能足以从轨道上开采其大气层。

氦-3已被提议作为一种低辐射核聚变燃料。核聚变本身尚未解决，氦-3-氦-3反应比氘-氚反应更难，而氘-氚反应是当前研究的主要目标。如果技术问题得到克服，并且有需要，天王星和海王星的大气层中氦含量最高，因此氦-3同位素含量也最高。同时，核聚变反应堆将可用于在合理的时间内前往这些行星。此类应用距离未来还很遥远，技术可能会朝着不可预知的方向发生巨大变化。因此，现在为这类项目制定计划还为时尚早，但我们可以注意到其长期开发的可能性。

居住

所有三个外太阳系巨行星都具有磁场，这些磁场会产生捕获高能粒子的带状区域。这些带状区域比木星周围的弱，但对未受保护的人员和电子设备来说仍可能存在危险。由于木星是最糟糕的情况，先前阶段已经开发出相关设计，但还需要更多工作来了解这些带状区域在外围不同区域的严重程度。即使在辐射带之外，太阳和宇宙辐射普遍存在于整个太阳系中，因此需要适度的防护措施。

运输

从地球轨道直接转移到SU&N区域的ΔV分别为10.3、11.3和11.7公里/秒，最后一个数值接近太阳系逃逸速度12.3公里/秒。到达后与区域内行星轨道匹配需要5.45、4.65和4.05公里/秒。区域边缘的轨道速度分别为1.377、0.695和0.755公里/秒，行星周围的低轨道速度分别为25.0、15.0和16.5公里/秒。因此，区域内的目的地需要额外的ΔV，具体数值有所不同。从地球到达这些区域可以使用行星引力弹弓，所有三个外太阳系巨行星及其较大的卫星都具有足够的质量，可在到达和后续轨道变化时提供帮助。较大的卫星可能能够支撑足够稳定的轨道，以便建立轨道空间站，从而降低前往地表或从地表返回的所需速度。

SU&N的低轨道周期分别为250、180和155分钟，它们在区域边缘的轨道周期分别为2.89、3.44和3.16年。区域内不同点之间的运输时间将根据使用的运输方式而异，还需要考虑轨道配对和倾角变化的需求。从地球直接转移的轨道到达这些区域需要6、16和30年。这些数值很高，因此对于人员和设备，您可能希望在旅程中做一些有意义的事情，或者使用更快的运输系统。对于散装货物，您可以使用速度较慢但效率更高的路线，并利用引力弹弓。

外太阳系运输的动力来源尚待确定。核燃料的能量密度约为80太焦耳/千克，而地球附近的太阳能电池板的能量密度约为80吉焦耳/千克。因此，相对输出取决于核反应堆燃料能量转换为有用输出的转换效率，以及反应堆系统质量与燃料负荷的质量比。与用于太阳能电池板的硅或用于浓缩反射器的铝/镁相比，裂变材料相对稀少。因此，对于大规模能源需求，太阳能来源具有更好的材料供应。然而，在阳光微弱的遥远地区，核能方法可能更具优势。尽管反应堆会释放有害辐射，但太阳系的许多地方本身就充满了有害辐射。保护人员和设备的屏蔽也能使其免受这两种辐射源的影响。

服务

早期服务可能包括科学、探险和通信。后期的服务行业为[待定]。从地球到SU&N区域的往返通信时间分别为2.19-3.12、4.78-5.87和7.96-8.71小时。如果需要在地球处于对日点时保持通信，则需要中继链路，这会略微增加最大时间。