Nejlepší odpověď
Budu předpokládat, že druh kosmické lodi, o kterém mluvíte, je raný vesmírný věk. Takže se držte svých sedadel, hasičských vozidel a modlete se, abych vám nevyhodil mysl … Dobře, jen si dělám legraci.
UNCF Stiletto
IJCF Kensai
Nejdůležitějším podsystémem vesmírné lodi je jeho motory. Velké chemické motory a / nebo iontové impulzní trysky. Pokud je přítomen druhý, je vyžadován zdroj energie. Stačil by vysokoteplotní štěpný reaktor s oxidem uhličitým. Je to nejdůležitější, protože bez motoru by byla loď pouhou hromádkou kovu.
Pokud by vesmírná loď vezme posádku, tj. loď s posádkou, pak další nejdůležitější věcí by byly systémy podpory života. Patří sem systémy pro generování a recyklaci kyslíku, dostatek jídla pro cestu a systémy reverzní osmózy pro vodu. Podpora života by také zahrnovala radiační stínění, jako je aerogel na ochranu posádky před meziplanetárním zářením a slunečními větry. Možná by také fungovalo magnetické pole generované kolem lodi pomocí supravodičů.
Důležité jsou také tepelné radiátory, které zabraňují úniku tepla budování na lodi a zabíjení všech. Je to proto, že ve vesmíru je to vakuum. Teplo nelze odvádět ani odvádět pryč jako na Zemi. Mohou vyzařovat pouze teplo a nejlepší způsob, jak toho dosáhnout, je rozšířit masivní soustavy chladičů, aby z plavidla odstranily veškeré přebytečné teplo.
Dalším systémem by byl příkazový sektor. V podstatě kokpit nebo most. To je místo, kde bude celá loď zabavena jejím kapitánem. Tato část by obvykle na lodi dobře chránila kapitána před vesmírnými úlomky, což mě přivádí k dalšímu důležitému systému.
Brnění je důležité na vesmírné lodi, dokonce i na civilních lodích. To má chránit posádku, a co je důležitější, náklad (yay kapitalisté) před vypuštěním do vakua kvůli narušení trupu kvůli vesmírnému odpadu / prachu. Uvidíte, že trosky mohou být malé, ale cokoli, co vás udeří rychlostí 5 ++ kilometrů za sekundu, vás zasáhne. Mnoho. Pro lodě neexistují žádné výjimky.
Pokud je mise na dlouhou vzdálenost, je nutná čtvrť pro posádku. Toto je místo, kde může posádka odpočívat a znovu se tvořit. Mělo by to zahrnovat umělou gravitaci, (odstředivky) prostory na spaní, jídelnu, sprchu a toaletu. V podstatě vše, co potřebujete, abyste se během 600denního letu do Evropy nenudili nebo neumírali.
To jsou základní potřeby pro kosmickou loď, ale jak je napájíme ??
Jednoduché. Na trup lodi mohou být instalovány solární panely, které jsou navrženy tak, aby se roztahovaly, když nejsou ve stínu nebeských těles. Poskytuje dostatek energie pro vše, co se děje (doufejme) a energie je zdarma.
Ok, toto jsou topná tělesa, ale vy pochopte to.
Nebo, pokud je spotřeba energie plavidla absurdně vysoká, tj. vojenské plavidlo, nebo vaše solární panely byly právě rozfouknuty vesmírným prachem, udělal by to dobře i jaderný reaktor. Musí být také zahrnuto stínění neutronů, bez něj by stínění slunečního záření bylo zbytečné. Jaderné štěpné reaktory jsou v tuto chvíli jediné dostupné, takže u nich zůstaneme. Proto bude nákladový prostor (samozřejmě krytý) vyhrazen pro štěpný materiál, jako je Plutonium nebo Thorium.
To je vše, co potřebujete pro civilní dopravní loď. Možná chce kapitán na palubě bordel, kdo ví? To je problém našich potomků. Pokud však chcete vojenské vesmírné hlídkové plavidlo … No, to je jiný příběh na jindy!
Odpovědět
Aby město kosmické lodi fungovalo, je správné, musí být zcela soběstačné, recyklovat veškerý svůj vzduch, vodu, odpad a odpadky a přenášet pouze lidi a energii. Dosud jsme úplně nezvládli, jak to udělat, ale přibližujeme se. Zde je matematika ukazující, jak by to mohlo fungovat:
Lidská bytost žijící v americkém životním standardu spotřebuje 300 galonů vody denně, 2 800 kalorií jídla a téměř 0,1 kg kyslíku denně. Spolu s tím používáme při plnění svých každodenních úkolů zhruba 300 kWh elektřiny. Nyní se to všechno rovná a protože kosmická loď je systém s uzavřeným cyklem, za předpokladu, že se energie použije na odsolování vody, filtraci vody, zpracování odpadu, pěstování potravin, čištění vzduchu a výrobu elektřiny, přicházíme ke každému člověku, který potřebuje zdroj, který vydává 91 kW výkonu.Toto číslo využívá následující účinnost:
Čištění vody: 100\%
Výroba potravin: 1\%
Generování kyslíku: 100\%
Výroba elektřiny: 30\%
Nyní, protože kolonie cestuje mezi hvězdami, a aby se minimalizovalo množství energie potřebné k udržení kolonie mezi hvězdnými systémy, bude muset cestovat znatelným zlomkem rychlosti světla. Pomocí jaderné energie z jaderných bomb to bylo prozkoumáno v projektu Orion, který zjistil, že pomocí jaderné energie zrychlí hvězdnou loď na 1–4\% rychlosti světla. K dosažení Alpha Centauri, která je vzdálená 4,5 světelného roku, by se ze systému Sol dostalo 150 až 450 let. To znamená, že na osobu v kolonii by to vyžadovalo 1,29 PJ nebo 1290 TJ. Pokud se použije štěpení uranu, jaderný reaktor využívá přepracování vyhořelého paliva a energie z radioizotopů, což představuje minimální hmotnost 16,5 kg uranu na osobu, a to pouze pro účely podpory života.
Dále přichází velikost obytných prostor, zařízení na výrobu potravin, zařízení na zpracování vody a zařízení na zpracování vzduchu, nemluvě o primárním pohonu a struktuře kolonie. Aby měla loď pohodlnou velikost, potřebovala by každá osoba přístup k zhruba 2 000 čtverečním stopám nebo 200 metrů čtverečních obytného prostoru. Produkce jídla může představovat 10\% tohoto prostoru a může také sloužit jako dobré místo pro odpočinek a odpočinek. (Důvodem je to, že při vertikálním hospodaření se 3D prostor používá k výrobě potravin, čímž se zmenšuje stopa v oblasti). Zpracování vody a vzduchu lze provést částečně v oblasti výroby potravin, ale také v samostatné oblasti kolonie, která zabírá dalších 100 metrů čtverečních.
Nyní se dostáváme k hmotnosti lodi. K tomu potřebujeme několik konkrétních údajů o výkonu, abychom to mohli rychle vypočítat. Zde jsou aktuální specifické výkony pro různé systémy spolu s procentem výkonu použitého pro jednotlivé funkce:
Zpracování vody: 1 kW / kg, spotřeba energie Procento: 39,3\% Využití: 35,8 kW
Výroba potravin: 100 W / kg, Využití: Procento: 14,9\% Využití: 13,59 kW
Zpracování vzduchu: 1 kW / kg, procento využití energie: 0,01\% využití energie: 0,0101 kW
Spotřeba elektřiny: 1 kW / kg, procento využití energie: 45,7\% využití energie: 41 kW
Celková podpora života hmotnost činí 91,01 kg na osobu. Nyní je hmotnost elektrárny vysoká, protože současná technologie stínění reaktoru má velmi žalostný měrný poměr výkonu. Současné jaderné reaktory (i ty vyrobené pro kosmický provoz) mají měrný výkon 1 W / kg, takže na osobu přidá zařízení na výrobu elektrické energie / výrobu energie dalších 91 000 kg hmoty. Jídlo, voda a vzduch také přidávají další hmotu, což představuje 1122 kg vody, 1 kg jídla a 1 kg vzduchu.
Takže na osobu připadá hmotnost kolonie:
1122 kg vody
1 kg jídla
1 kg vzduchu
91,1 kg zařízení na zpracování vody, výrobu potravin, zpracování vzduchu a spotřebu elektřiny
91 000 kg zařízení na výrobu elektřiny
16,5 kg uranového paliva
Celkem 92 231 kg vybavení na osobu na palubě lodi. Nyní pro návrh samotné lodi použiji raketovou rovnici, abych provedl několik odhadů velikosti kolonie. Jelikož musí jít rychlostí světla o 4\%, je jeho delta-V 12 milionů m / s. Použitím jaderných bomb jako pohonu, které hoří maximálně 30\% jejich potenciálu 80 TJ / kg, je možná rychlost výfuku 6,9 milionu m / s. Kolonie by tedy měla hmotnostní poměr 5,65, což je dosažitelné současnou strukturální technologií. Nyní, za předpokladu, že hmotnost užitečného zatížení je 10\% z celkové hmotnosti prázdné kolonie (kolonie minus palivo), je celková hmotnost prázdné kolonie 922 310 kg, s palivovou hmotou 5,231 milionu kg. Abychom to uvedli na pravou míru, je to stejná hmotnost jako železný asteroid o průměru 10,75 metru pro vypuštění pouze 1 osoby.
Podívejme se tedy, zda má kolonie 100 lidí a je navržena k rozšíření na 2 000 lidí. Pak se prázdná hmota kolonií rozšíří na 184,6 milionu kg a hmota nafoukne na 1042 milionů kg, nebo stejnou hmotnost železný asteroid o průměru 62,9 metrů.Chcete-li udržet nízké náklady, znamenalo by to vybudovat veškerý hardware ve vesmíru pomocí zdrojů in-situ, možná prostřednictvím 3D technologie vyvinuté Planetary Resources nebo Made in Space, spolu s nějakou formou opakovaně použitelné raketové technologie, jako je ta, kterou vytvořil SpaceX, Modrý původ neboli Masten Space Systems. Bez použití asteroidu, pokud by veškerá tato hmota byla vypuštěna ze Země, při současných vypouštěcích cenách 10 000 $ za kg to stojí 10,420 bilionů $. I když poklesnou náklady na opakované použití raket SpaceX na 1 000 až 100 USD za kg, náklady na zahájení této mise budou stále 1,04 bilionu až 104 miliard USD. Realizovatelné, ale pouze v situaci krajní potřeby nebo v případě, že planetární ekonomika zbohatne. Pochybuji tedy, že to bude životaschopné, dokud nezačneme vidět společnosti, které jsou schopné pravidelně těžit a přeměňovat asteroidy o velikosti 62,9–100 metrů na základny. Pak tato mise stála klesnout na nízké desítky milionů, což z ní nyní vypadá jako raketový start.