Bedste svar
Jeg vil antage, at den slags rumskib, du taler om, er de tidlige rumaldertyper. Så hold fast i dine sæder, brandbiler og bed om, at jeg ikke sprænger sindet … Ok, jeg bare sjov.
UNCF Stiletto
IJCF Kensai
Det vigtigste delsystem på et rumskib er, at det er motorer. Store kemiske motorer og / eller ionimpulser. Hvis sidstnævnte er til stede, kræves en strømkilde. En kuldioxidfissionsreaktor ved høj temperatur ville være tilstrækkelig. Det er det vigtigste, for uden en motor ville skibet bare være en hul af metal.
Hvis rumskibet skal bære besætning, dvs. bemandet skib, så ville den næstvigtigste ting være livsstøttesystemer. Dette inkluderer iltgenererings- og genanvendelsessystemer, mad nok til turen og omvendte osmosesystemer til vand. Livsstøtten ville også omfatte strålingsafskærmning, såsom airgel for at beskytte besætningen mod interplanetarisk stråling og solvind. Måske fungerer et magnetfelt, der genereres omkring skibet ved hjælp af superledere, også.
Varmekølere er også vigtige, da de forhindrer varme i at bygger op i skibet og dræber alle. Dette skyldes, at det i rummet er et vakuum. Varme kan ikke ledes væk eller konvekseres væk som på Jorden. De kan kun udstråle varme, og den bedste måde at gøre dette på er at udvide massive radiatorarrays for at rense al overskydende varme fra fartøjet.
Det næste system er kommandosektoren. Dybest set cockpittet eller broen. Det er her, hele skibet vil blive kommanderet af hendes kaptajn. Typisk ville dette afsnit være godt i skibet for at beskytte kaptajnen mod rumaffald, hvilket bringer mig til det næste vigtige system.
Panser er vigtigt på et rumskib, selv civile skibe. Dette er for at beskytte besætningen og vigtigere, lasten (yay kapitalister) fra at blive udluftet i vakuum på grund af et skrogbrud på grund af rumaffald / støv. Ser du, affald kan være lille, men alt, der rejser med 5 ++ kilometer i sekundet, der rammer dig, vil skade. En masse. Ingen undtagelser for skibe.
Hvis missionen er langdistanceflyvning, er der behov for en besætningskvarter. Dette er stedet for besætningen at hvile og genskabe. Det skal omfatte kunstig tyngdekraft, (centrifuger) soveområder, en kantine, brusebad og toilet. Dybest set alt hvad du har brug for for at forhindre dig i at kede dig eller dø i 600-dages flyvningen til Europa.
Det er de grundlæggende fornødenheder til et rumskib, men hvordan styrer vi dem ??
Enkelt. Solpaneler kan installeres på skibets skrog, designet til at strække sig, når de ikke er i skyggen af himmellegemer. Det giver strøm nok til alt, hvad der foregår (forhåbentlig), og strømmen er gratis.
Ok, det er varmelegemer, men du forstå det.
Eller hvis fartøjets strømforbrug er absurd højt, dvs. militærfartøj, eller dine solpaneler bare er sprængt af rumstøv, ville en atomreaktor også klare sig fint. Neutronafskærmning skal også medtages, uden den ville solstrålingsafskærmningen være meningsløs. Kerneopdelingsreaktorer er de eneste tilgængelige i øjeblikket, så vi holder fast ved dem. Derfor vil en bagagerum (naturligvis afskærmet) være reserveret til fissilt materiale som Plutonium eller Thorium.
For et civilt transportfartøj er det alt hvad du behøver. Måske vil kaptajnen have et bordel om bord, hvem ved det? Det er vores efterkommers problem. Men hvis du vil have et militært rumpatrolskib … Nå, det er en anden historie for en anden gang!
Svar
For at en rumskibsby kan fungere, en ordentlig by, skal den være fuldstændig selvforsynende og genbruge al dens luft, vand, affald og affald og kun overføre mennesker og energi. Vi har endnu ikke mestret, hvordan vi gør dette, men vi nærmer os. Her er matematikken, der viser, hvordan det kunne fungere:
Et menneske, der lever en amerikansk levestandard, bruger 300 liter vand om dagen, 2800 kalorier mad og næsten 0,1 kg ilt om dagen. Sammen med dette bruger vi cirka 300 kW-timers el til at udføre vores daglige opgaver. Ligestiller nu alt dette, og da rumfartøjet er et system med lukket cyklus, forudsat at energi antages til afsaltning af vand, filtrering af vand, behandling af affald, dyrkning af mad, skrubning af luft og generering af elektricitet, kommer vi til hver person, der har brug for en kilde, der afgiver 91 kW effekt.Dette nummer kommer til at bruge følgende effektivitetsgevinster:
Vandrensning: 100\%
Generering af mad: 1\%
Oxygen Generation: 100\%
Elproduktion: 30\%
Nu, da kolonien rejser mellem stjerner, og for at minimere den nødvendige mængde strøm til at opretholde kolonien mellem stjernesystemer, bliver den nødt til at rejse med en mærkbar brøkdel af lysets hastighed. Ved hjælp af kernekraft fra atombomber blev dette undersøgt i projekt Orion, som fandt ud af, at det ville fremskynde et rumskib til 1\% -4\% lysets hastighed ved hjælp af kernekraft. For at nå Alpha Centauri, som er 4,5 lysår væk, ville det tage 150 til 450 år at komme derhen fra Sol-systemet. Så det betyder pr. Person på kolonien, det ville kræve 1,29 PJ eller 1290 TJ. Hvis der anvendes uranfission, med en atomreaktor, der bruger genoparbejdning af brugt brændsel og energi fra radioisotoperne, kommer dette til en minimumsmasse på 16,5 kg uran pr. Person til brug i livsstøtte alene.
Dernæst kommer størrelsen på boligkvarterer, fødevareproduktionsfaciliteter, vandforarbejdningsfaciliteter og luftforarbejdningsfaciliteter, for ikke at nævne koloniens primære fremdrift og struktur. For at have et skib i komfortabel størrelse har hver person brug for adgang til cirka 2000 kvadratmeter eller 200 kvadratmeter boligareal. Fødevareproduktionen kan udgøre 10\% af dette rum, og den kan også tjene som en god afslapnings- og hvileplads. (Årsagen til, at dette kan gøres, er ved lodret landbrug, at 3D-rummet bliver brugt til madlavning, hvilket reducerer fodaftryk i området). Vandforarbejdning og luftbearbejdning kan ske delvist i fødevareproduktionsområdet, men også i et separat område af kolonien og optager yderligere 100 kvadratmeter.
Nu kommer vi til skibets masse. Til dette har vi brug for nogle specifikke effekttal for at beregne dette hurtigt. Her er de aktuelle specifikke kræfter for forskellige systemer sammen med procentdelen af effekt, der bruges til hver funktion:
Vandbehandling: 1 kW / kg, Strømforbrug Procentdel: 39,3\% Strømforbrug: 35,8 kW
Fødevareproduktion: 100 W / kg, Strømforbrug Procent: 14,9\% Strømforbrug: 13,59 kW
Luftbehandling: 1 kW / kg, Effektforbrugsprocent: 0,01\% Effektforbrug: 0,0101 kW
Elforbrug: 1 kW / kg, Strømforbrug Procent: 45,7\% Strømforbrug: 41 kW
Den samlede levetid masse er 91,01 kg pr. person. Nu er kraftproduktionsanlæggets masse høj, fordi den nuværende reaktorafskærmningsteknologi har et meget ynkeligt specifikt effektforhold. Nuværende atomreaktorer (selv de, der er beregnet til rumdrift) har en specifik effekt på 1 W / kg, så pr. Person tilføjer det elektriske produktions- / elproduktionsudstyr yderligere 91.000 kg masse. Mad, vand og luft tilføjer også yderligere masse og når op på 1122 kg vand, 1 kg mad og 1 kg luft.
Så per person kommer koloniens masse til:
1122 kg vand
1 kg mad
1 kg luft
91,1 kg udstyr til vandforarbejdning, fødevareproduktion, luftforarbejdning og elforbrug
91.000 kg elproduktionsudstyr
16,5 kg uranbrændstof
I alt 92.231 kg udstyr pr. person om bord på skibet. Til design af selve skibet bruger jeg raketligningen til at gætte et par gætter som koloniens størrelse. Da det skal gå med 4\% lysets hastighed, er dets delta-V 12 millioner m / s. Ved hjælp af atombomber som fremdrift, som brænder ved maksimalt 30\% af deres potentielle 80 TJ / kg, er den mulige udstødningshastighed 6,9 millioner m / s. Så kolonien ville have et masseforhold på 5,65, hvilket kan gøres med den nuværende strukturelle teknologi. Hvis vi antager, at nyttelastmassen er 10\% af den samlede tomme kolonimasse (koloni minus brændstoffet), er den samlede tomme kolonimasse 922.310 kg med en drevet masse på 5.231 millioner kg. For at sætte det i perspektiv er det den samme masse som en jernasteroide med en diameter på 10,75 meter til lancering af kun 1 person.
Så lad os se, om kolonien er 100 mennesker stærk og designet til at udvides til 2000 mennesker. Derefter udvides koloniens tomme masse til 184,6 millioner kg, og den drevne masse udvides til 1042 millioner kg, eller den samme masse en jernasteroid med en diameter på 62,9 meter.For at holde omkostningerne lave ville det betyde at opbygge al hardware i rummet ved hjælp af in situ-ressourcer, måske via 3D-teknologien, der udvikles af Planetary Resources eller Made in Space sammen med en eller anden form for genanvendelig raketteknologi som den, der er skabt af SpaceX, Blue Origin eller Masten Space Systems. Uden at bruge en asteroide, hvis al denne masse, hvis den lanceres fra Jorden, til de nuværende lanceringspriser på $ 10.000 pr. Kg, kommer det til en pris på $ 10.420 billioner. Selv med faldet er omkostningerne med SpaceX-genanvendelige raketter til $ 1000 til $ 100 pr. Kg, vil omkostningerne stadig være $ 1.04 billioner til $ 104 milliarder for at starte denne mission. Gennemførelig, men kun i en situation med alvorligt behov, eller hvis planetøkonomien bliver rigere. Så jeg tvivler på, at dette vil være levedygtigt, indtil vi begynder at se virksomheder, der regelmæssigt kan udvinde og omdanne asteroider på 62,9-100 meter i størrelse. Derefter kostede denne mission at falde til de lave titusinder af millioner, hvilket gør det mere som en raketudskydning nu.