Meilleure réponse
Je vais supposer que le type de vaisseau spatial dont vous parlez est celui des premiers types de lère spatiale. Alors, accrochez-vous à vos sièges, aux camions de pompiers et priez pour ne pas vous épater… Ok, je plaisante.
UNCF Stiletto
IJCF Kensai
Le sous-système le plus important sur un vaisseau spatial est moteurs. Grands moteurs chimiques et / ou propulseurs à impulsions ioniques. Si ce dernier est présent, une source dalimentation est nécessaire. Un réacteur à fission de dioxyde de carbone à haute température suffirait. Cest le plus important car sans moteur, le vaisseau ne serait quune carcasse de métal.
Si le vaisseau spatial va transporter léquipage, cest-à-dire un navire habité, alors la prochaine chose la plus importante serait les systèmes de survie. Cela comprend les systèmes de génération doxygène et de recyclage, suffisamment de nourriture pour le voyage et les systèmes dosmose inverse pour leau. Le support de vie comprendrait également un blindage contre les radiations, comme un aérogel pour protéger léquipage du rayonnement interplanétaire et des vents solaires. Peut-être quun champ magnétique généré autour du vaisseau à laide de supraconducteurs fonctionnerait aussi.
Les radiateurs thermiques sont également importants car ils empêchent la chaleur de construire dans le navire et tuer tout le monde. Cest parce que dans lespace, cest un vide. La chaleur ne peut pas être évacuée ou convectuée comme sur Terre. Ils ne peuvent que rayonner de la chaleur et la meilleure façon de le faire est détendre dénormes réseaux de radiateurs pour purger tout excès de chaleur de lengin.
Le prochain système serait le secteur de commande. Fondamentalement, le cockpit ou le pont. Cest là que tout le navire sera réquisitionné par son capitaine. En règle générale, cette section serait bien dans le vaisseau pour protéger le capitaine des débris spatiaux, ce qui mamène au prochain système important.
Larmure est importante sur un vaisseau spatial, même les navires civils. Il sagit de protéger léquipage et, plus important encore, la cargaison (yay les capitalistes) dêtre évacuée dans le vide en raison dune rupture de coque à cause de débris / poussière spatiaux. Vous voyez, les débris peuvent être petits, mais tout ce qui circule à 5 ++ kilomètres par seconde vous fera mal. Beaucoup. Aucune exception pour les navires.
Si la mission est longue distance, alors un quart déquipage est nécessaire. Cest lendroit où léquipage se repose et se recrée. Il devrait inclure la gravité artificielle, des zones de couchage (centrifugeuses), une cantine, une douche et des toilettes. En gros, tout ce dont vous avez besoin pour éviter de vous ennuyer ou de mourir pendant le vol de 600 jours à destination dEuropa.
Ce sont les bases nécessités pour un vaisseau spatial mais, comment pouvons-nous les alimenter ??
Simple. Des panneaux solaires peuvent être installés sur la coque du navire, conçus pour sétendre lorsquils ne sont pas à lombre des corps célestes. Il fournit suffisamment dénergie pour tout ce qui se passe (espérons-le) et lélectricité est gratuite.
Ok, ce sont des radiateurs mais vous Comprenez bien.
Ou, si la consommation dénergie du navire est absurdement élevée, cest-à-dire que le navire militaire, ou vos panneaux solaires viennent dêtre détruits par la poussière spatiale, un réacteur nucléaire ferait très bien aussi. Le blindage neutronique doit également être inclus, sans lui, le blindage contre le rayonnement solaire serait inutile. Les réacteurs à fission nucléaire sont les seuls disponibles à lheure actuelle, nous allons donc nous en tenir à eux. Par conséquent, une soute (blindée bien sûr) sera réservée aux matières fissiles comme le Plutonium ou le Thorium.
Pour un navire de transport civil, cest tout ce dont vous avez besoin. Peut-être que le capitaine veut un bordel à bord, qui sait? C’est le problème de nos descendants. Cependant, si vous voulez un navire de patrouille spatiale militaire… Eh bien, cest une autre histoire pour une autre fois!
Réponse
Pour quune ville de vaisseau spatial fonctionne, une ville appropriée, elle devrait être totalement autonome, recyclant tout son air, son eau, ses déchets et ses ordures, ne transférant que des personnes et de lénergie. Nous navons pas encore tout à fait maîtrisé comment faire cela, mais nous nous rapprochons. Voici les calculs montrant comment cela pourrait fonctionner:
Un être humain vivant selon le niveau de vie américain consomme 300 gallons deau par jour, 2800 calories de nourriture et près de 0,1 kg doxygène par jour. Parallèlement à cela, pour accomplir nos tâches quotidiennes, nous utilisons environ 300 kWh délectricité. Maintenant, assimilant tout cela, et comme le vaisseau spatial est un système à cycle fermé, en supposant que lénergie est utilisée pour dessaler leau, filtrer leau, traiter les déchets, faire pousser de la nourriture, nettoyer lair et produire de lélectricité, nous arrivons à chaque personne ayant besoin dune source qui dégage 91 kW de puissance.Ce nombre utilise les gains defficacité suivants:
Purification de leau: 100\%
Production daliments: 1\%
Génération doxygène: 100\%
Production délectricité: 30\%
Maintenant, puisque la colonie voyage entre les étoiles, et pour minimiser la quantité dénergie nécessaire pour maintenir la colonie entre les systèmes stellaires, elle devra voyager à une fraction appréciable de la vitesse de la lumière. En utilisant lénergie nucléaire des bombes nucléaires, cela a été exploré dans le projet Orion, qui a découvert quil accélérerait un vaisseau spatial à 1\% -4\% de la vitesse de la lumière en utilisant lénergie nucléaire. Pour atteindre Alpha Centauri, qui se trouve à 4,5 années-lumière, il faudrait 150 à 450 ans pour y arriver depuis le système Sol. Donc, cela signifie que par personne sur la colonie, il faudrait 1,29 PJ ou 1290 TJ. Si la fission duranium est utilisée, avec un réacteur nucléaire utilisant le retraitement du combustible usé et de lénergie des radio-isotopes, cela revient à une masse minimale de 16,5 kg duranium par personne, à utiliser uniquement en survie.
Vient ensuite la taille des quartiers dhabitation, des installations de production alimentaire, des installations de traitement de leau et des installations de traitement de lair, sans parler de la propulsion et de la structure primaires de la colonie. Pour avoir un bateau de taille confortable, chaque personne devrait avoir accès à environ 2000 pieds carrés, soit 200 mètres carrés despace de vie. La production alimentaire peut représenter 10\% de cet espace, et elle peut également servir de bon lieu de détente et de repos. (La raison pour laquelle cela peut être fait est quavec lagriculture verticale, lespace 3D est utilisé pour fabriquer de la nourriture, réduisant ainsi lempreinte dans la zone). Le traitement de leau et le traitement de lair peuvent être effectués en partie dans la zone de production alimentaire, mais aussi dans une zone séparée de la colonie, occupant encore 100 mètres carrés.
Nous arrivons maintenant à la masse du navire. Pour cela, nous avons besoin de quelques puissances spécifiques pour calculer cela rapidement. Voici les puissances spécifiques actuelles pour différents systèmes, ainsi que le pourcentage de puissance utilisée pour chaque fonction:
Traitement de leau: 1 kW / kg, consommation dénergie Pourcentage: 39,3\% Consommation électrique: 35,8 kW
Production alimentaire: 100 W / kg, Pourcentage dutilisation électrique: 14,9\% Consommation électrique: 13,59 kW
Traitement de lair: 1 kW / kg, pourcentage dutilisation dénergie: 0,01\% Consommation dénergie: 0,0101 kW
Consommation délectricité: 1 kW / kg, Pourcentage dutilisation dénergie: 45,7\% Consommation dénergie: 41 kW
La durée de vie totale la masse sélève à 91,01 kg par personne. Aujourdhui, la masse de la centrale électrique est élevée, car la technologie actuelle de blindage des réacteurs a un rapport de puissance spécifique très pitoyable. Les réacteurs nucléaires actuels (même ceux conçus pour lexploitation spatiale) ont une puissance spécifique de 1 W / kg, donc par personne, léquipement de production délectricité / de production délectricité ajoute encore 91 000 kg de masse. La nourriture, leau et lair ajoutent également une masse supplémentaire, soit 1122 kg deau, 1 kg de nourriture et 1 kg dair.
Donc, par personne, la masse de la colonie sélève à:
1122 kg deau
1 kg de nourriture
1 kg dair
91,1 kg déquipements de traitement de leau, de production alimentaire, de traitement de lair et de consommation délectricité
91 000 kg déquipements de production délectricité
16,5 kg de combustible duranium
Pour un total de 92 231 kg déquipement par personne à bord du navire. Maintenant, pour concevoir le navire lui-même, jutiliserai léquation de la fusée pour faire quelques suppositions sur la taille de la colonie. Puisquil a besoin daller à 4\% de la vitesse de la lumière, son delta-V est de 12 millions de m / s. Utilisant comme propulsion des bombes nucléaires, qui brûlent au maximum 30\% de leur potentiel 80 TJ / kg, la vitesse déchappement possible est de 6,9 millions de m / s. Ainsi, la colonie aurait un rapport de masse de 5,65, ce qui est faisable par la technologie structurelle actuelle. Maintenant, en supposant que la masse de la charge utile est de 10\% de la masse totale de la colonie vide (colonie moins le carburant), la masse totale de la colonie vide est de 922 310 kg, avec une masse alimentée de 5,231 millions de kg. Pour mettre cela en perspective, cest la même masse quun astéroïde de fer dun diamètre de 10,75 mètres, pour le lancement dune seule personne.
Voyons donc si la colonie compte 100 personnes et est conçue pour sétendre à 2000 personnes. Ensuite, la masse vide de la colonie augmente à 184,6 millions de kg, et la masse alimentée augmente à 1042 millions de kg, soit la même masse quun astéroïde de fer dun diamètre de 62,9 mètres.Pour maintenir les coûts bas, cela signifierait construire tout le matériel dans lespace en utilisant des ressources in situ, peut-être via la technologie 3D développée par Planetary Resources ou Made in Space, avec une forme de technologie de fusée réutilisable comme celle créée par SpaceX, Blue Origin, ou Masten Space Systems. Sans utiliser dastéroïde, si toute cette masse est lancée depuis la Terre, aux prix de lancement actuels de 10000 dollars le kg, cela revient à un coût de 10420 milliards de dollars. Même avec la baisse des coûts avec les fusées réutilisables SpaceX de 1000 à 100 dollars le kg, le coût serait toujours de 1,04 billion de dollars à 104 milliards de dollars pour lancer cette mission. Faisable, mais seulement dans une situation de grand besoin ou si léconomie planétaire senrichit. Donc, je doute que cela soit viable tant que nous ne commencerons pas à voir des entreprises capables d’exploiter et de transformer régulièrement des astéroïdes de 62,9 à 100 mètres en bases. Ensuite, cette mission a coûté des dizaines de millions de dollars, ce qui en fait plus un lancement de fusée daujourdhui.