Paras vastaus
Oletan, että sellainen avaruusalus, josta puhut, on varhaisen avaruuden ikä. Joten pidä kiinni istuimista, paloautoista ja rukoile, etten räjäytä mieltäsi … Ok, minä vain vitsailen.
UNCF-tyyli
IJCF Kensai
Avaruusaluksen tärkein alijärjestelmä on se moottorit. Suuret kemialliset moottorit ja / tai ioni-impulssipotkurit. Jos jälkimmäistä on läsnä, tarvitaan virtalähde. Korkean lämpötilan hiilidioksidifissioreaktori riittäisi. Se on tärkein, koska ilman moottoria alus olisi vain metalli.
Jos avaruusalus kuljettaa miehistöä, eli miehitettyä alusta, seuraavaksi tärkein asia olisi hengenpelastusjärjestelmät. Tämä sisältää hapen muodostus- ja kierrätysjärjestelmät, tarpeeksi ruokaa matkalle ja käänteisosmoosijärjestelmät vedelle. Elämäntuki sisältäisi myös säteilysuojauksen, kuten aerogeelin miehistön suojaamiseksi planeettojen väliseltä säteilyltä ja aurinkotuulilta. Ehkä myös aluksen ympärillä syntyvä magneettikenttä toimii suprajohteiden avulla.
Myös lämpöpatterit ovat tärkeitä, koska ne estävät lämmön pääsyn. rakentaminen alukseen ja kaikkien tappaminen. Tämä johtuu siitä, että avaruudessa se on tyhjiö. Lämpöä ei voida johtaa pois tai konvektoida pois kuin maapallolla. Ne voivat säteillä vain lämpöä, ja paras tapa tehdä tämä on laajentaa massiivisia jäähdyttimen ryhmiä puhdistamaan kaikki ylimääräinen lämpö veneestä.
Seuraava järjestelmä olisi komentosektori. Pohjimmiltaan ohjaamo tai silta. Täällä kapteeni komentaa koko aluksen. Tyypillisesti tämä osa sopii hyvin alukseen suojaamaan kapteenia avaruusjätteiltä, jotka vievät minut seuraavaan tärkeään järjestelmään.
Panssari on tärkeä avaruusaluksella, jopa siviilialuksilla. Tämän tarkoituksena on suojella miehistöä ja mikä tärkeintä, rahtia (yay-kapitalisteja) ei päästetä tyhjiöön rungon rikkoutumisen vuoksi avaruusjätteiden / pölyn vuoksi. Jätteet saattavat olla pieniä, mutta kaikki, jotka kulkevat 5 ++ kilometriä sekunnissa, satuttaa sinua. Paljon. Ei poikkeuksia aluksille.
Jos tehtävä on pitkä matka, miehistön tilat ovat tarpeen. Tämä on paikka miehistön levätä ja luoda uudelleen. Sen tulisi sisältää keinotekoinen painovoima, (sentrifugit) makuutilat, ruokala, suihku ja wc. Pohjimmiltaan kaikki tarvitsemasi, jotta estät itsesi kyllästymästä tai kuolemasta 600 päivän lentoon Eurooppaan.
Nämä ovat perusasiat välttämättömyydet avaruusalukselle, mutta miten niitä käytetään?
Yksinkertainen. Aurinkopaneelit voidaan asentaa aluksen runkoon, jotka on suunniteltu jatkumaan, kun ne eivät ole taivaankappaleiden varjossa. Se tarjoaa riittävästi virtaa kaikkeen (toivottavasti) ja virtaa on ilmaiseksi.
Ok, nämä ovat lämpöpatterit, mutta sinä Selvitä asia.
Tai jos aluksen virrankulutus on järjettömän korkea, ts. sotilasalus, tai jos aurinkopaneelisi ovat juuri puhaltaneet avaruuspölyn, myös ydinreaktori toimisi hienosti. Myös neutronisuojaus on sisällytettävä, ilman sitä aurinkosäteilysuojaus olisi turhaa. Ydinfissioreaktorit ovat ainoat käytettävissä tällä hetkellä, joten pidämme kiinni niistä. Siksi tavaratila (tietysti suojattu) varataan halkeamiskelpoisille materiaaleille, kuten Plutonium tai Thorium.
Se on kaikki mitä tarvitset siviilikuljetusalukselle. Ehkä kapteeni haluaa bordellin alukselle, kuka tietää? Se on jälkeläistemme ongelma. Kuitenkin, jos haluat sotilasaluksen partioaluksen… No, se on toinen tarina toiselle kertaa!
Vastaa
Jotta avaruusaluskaupunki toimisi, oikea kaupunki, sen on oltava täysin omavarainen, kierrätettävä kaikki ilma, vesi, jätteet ja roskat ja siirrettävä vain ihmisiä ja energiaa. Emme ole vielä oppineet, miten tämä tehdään, mutta olemme lähestymässä. Tässä on matematiikka, joka näyttää kuinka se voisi toimia:
Amerikan elintasoa elävä ihminen kuluttaa 300 gallonaa vettä päivässä, 2800 kaloria ruokaa ja melkein 0,1 kg happea päivässä. Tämän lisäksi päivittäisiin tehtäviin käytämme noin 300 kW: n sähköä. Nyt kun verrataan tätä kaikkea, ja koska avaruusalus on suljetun syklin järjestelmä, olettaen, että energiaa käytetään veden suolanpoistoon, veden suodattamiseen, jätteiden käsittelyyn, ruoan kasvattamiseen, ilman puhdistamiseen ja sähkön tuottamiseen, tulemme jokaiselle henkilölle, joka tarvitsee lähteen, joka antaa pois 91 kW tehoa.Tässä numerossa on käytetty seuraavia hyötysuhteita:
Vedenpuhdistus: 100\%
Ruoan tuottaminen: 1\%
Hapen tuottaminen: 100\%
Sähköntuotanto: 30\%
Koska siirtokunta kulkee tähtien välillä ja tähtitietojärjestelmien välisen siirtokunnan ylläpitämiseksi tarvittavan tehon määrän minimoimiseksi sen on kuljettava tuntuvalla osalla valon nopeutta. Käyttämällä ydinpommien ydinvoimaa tätä tutkittiin Orion-projektissa, jonka mukaan se kiihdyttäisi tähtialuksen 1–4 prosenttiin valon nopeudesta ydinvoimaa käyttämällä. Alfa Centauriin pääsemiseksi, joka on 4,5 valovuoden päässä, kestää 150–450 vuotta päästäksesi Sol-järjestelmästä. Joten se tarkoittaa siirtokuntaa kohden henkilöä kohden, se vaatii 1,29 PJ tai 1290 TJ. Jos käytetään uraanin fissiota ydinreaktorissa, jossa käytetään käytettyjen polttoaineiden ja radioisotooppien energian jälleenkäsittelyä, uraanin massa on vähintään 16,5 kg / hlö, joka on tarkoitettu pelkästään elämän ylläpitoon.
Seuraavaksi tulee asuintilojen, elintarviketuotantolaitosten, vedenkäsittelylaitosten ja ilmanpuhdistustilojen koko, puhumattakaan siirtomaa ensisijaisesta käyttövoimasta ja rakenteesta. Mukavan kokoisen aluksen saamiseksi jokaisella henkilöllä on oltava käytössään noin 2000 neliömetriä eli 200 neliömetriä asuintilaa. Ruoantuotanto voi olla 10\% tästä tilasta, ja se voi myös toimia hyvänä rentoutumis- ja levähdyspaikkana. (Syy tähän voidaan tehdä pystysuoralla viljelyllä, kun 3D-tila käytetään ruoan valmistamiseen, mikä vähentää alueen jalanjälkeä.) Vedenkäsittely ja ilman käsittely voidaan tehdä osittain elintarviketuotantoalueella, mutta myös erillisellä siirtomaa-alueella, pinta-alaltaan vielä 100 neliömetriä.
Nyt olemme saavuttaneet aluksen massan. Tätä varten tarvitsemme joitain erityisiä teholukuja tämän laskemiseksi nopeasti. Tässä ovat eri järjestelmien nykyiset erityistehot sekä kullekin toiminnolle käytetty prosenttiosuus tehosta:
Vedenkäsittely: 1 kW / kg, virrankulutus Prosenttiosuus: 39,3\% Virrankulutus: 35,8 kW
Elintarviketuotanto: 100 W / kg, Virrankäyttöprosentti: 14,9\% Virrankulutus: 13,59 kW
Ilmankäsittely: 1 kW / kg, Virrankulutusprosentti: 0,01\% Virrankulutus: 0,0101 kW
Sähkön kulutus: 1 kW / kg, virrankäyttöprosentti: 45,7\% virrankulutus: 41 kW
Kokonaiselämän tuki massa on 91,01 kg / henkilö. Nyt voimalaitoksen massa on suuri, koska nykyisellä reaktorinsuojaustekniikalla on hyvin säälittävä ominaistehosuhde. Nykyisten ydinreaktorien (jopa avaruuskäyttöön tarkoitettujen) reaktorien ominaisteho on 1 W / kg, joten henkilöä kohti sähköntuotantolaite / sähköntuotantolaite lisää vielä 91 000 kg massaa. Ruoka, vesi ja ilma lisää myös ylimääräistä massaa, jolloin saadaan 1122 kg vettä, 1 kg ruokaa ja 1 kg ilmaa.
Joten siirtokunnan massa henkilöä kohti on:
1122 kg vettä
1 kg ruokaa
1 kg ilmaa
91,1 kg vedenkäsittely-, elintarviketuotanto-, ilmanpuhdistus- ja sähkönkulutuslaitteet
91 000 kg sähköntuotantolaitteita
16,5 kg uraanipolttoainetta
Yhteensä 92 231 kg laitteita / henkilö aluksella. Suunnittelen nyt itse alusta käyttämällä rakettiyhtälöä muutaman arvauksen siirtokunnan kokoon. Koska sen on mentävä 4\%: n valonopeudella, sen delta-V on 12 miljoonaa m / s. Käyttämällä käyttövoimana ydinpommeja, jotka palavat enintään 30 prosentilla potentiaalistaan 80 TJ / kg, mahdollinen pakokaasunopeus on 6,9 miljoonaa m / s. Joten siirtokunnan massasuhde olisi 5,65, mikä voidaan toteuttaa nykyisellä rakennetekniikalla. Oletetaan, että hyötykuorman massa on 10\% tyhjien siirtokuntien kokonaismassasta (siirtomaa miinus polttoaine), tyhjien siirtokuntien kokonaismassa on 922310 kg, polttoainemassan ollessa 5,231 miljoonaa kg. Tämän näkökulmasta katsottuna se on sama massa kuin rauta-asteroidi, jonka halkaisija on 10,75 metriä, vain yhden henkilön laukaisemiseksi.
Katsotaan siis, onko siirtomaa 100 ihmistä vahva ja suunniteltu laajentamaan 2000 ihmiseen. Sitten pesäkkeen tyhjä massa kasvaa 184,6 miljoonaan kiloon ja polttoaineena oleva massa laajenee 1042 miljoonaan kiloon tai sama massa rautaa asteroidiin, jonka halkaisija on 62,9 metriä.Kustannusten pitämiseksi alhaisina se merkitsisi kaiken laitteiston rakentamista avaruuteen käyttämällä in situ -resursseja, ehkä Planetary Resourcesin tai Made in Space -sovelluksen kehittämän 3D-tekniikan avulla, johonkin liittyy jonkinlainen uudelleenkäytettävä rakettitekniikka, kuten SpaceX: n tuottama, Sininen alkuperä tai Masten Space Systems. Käyttämättä asteroidia, jos koko tämä massa laukaistaan maapallolta, tämänhetkiset laukaisuhinnat ovat 10000 dollaria kilolta, tämä maksaa 10,420 biljoonaa dollaria. Vaikka SpaceX: n uudelleenkäytettävien rakettien kustannukset olisivat laskussa, hinta on 1000-100 dollaria / kg, kustannukset olisivat kuitenkin 1,04 biljoonaa 104 miljardia dollaria tämän tehtävän käynnistämiseksi. Suoritettavissa, mutta vain kipeässä tilanteessa tai jos planeettatalous rikastuu. Joten epäilen, että tämä on elinkelpoinen, ennen kuin alamme nähdä yritysten pystyvän kaivamaan ja muuntamaan 62,9–100 metrin kokoiset asteroidit säännöllisesti tukikohdiksi. Silloin tämä tehtävä maksoi mataliin kymmeniin miljooniin, mikä tekee siitä enemmän kuin nyt rakettien laukaisu.