A legjobb válasz
Feltételezem, hogy az a fajta űrhajó, amelyről beszél, a korai űrkorosztály. Szóval tartsa meg üléseit, tűzoltóautóit, és imádkozzon, hogy ne fújjam ki a fejét … Oké, csak viccelek.
UNCF Stiletto
IJCF Kensai
Az űrhajó legfontosabb alrendszere az, hogy motorok. Nagyméretű vegyi motorok és / vagy ionimpulzusok. Ha ez utóbbi van, akkor áramforrásra van szükség. A magas hőmérsékletű széndioxid hasadó reaktor elegendő lenne. Ez a legfontosabb, mert motor nélkül a hajó csak rengeteg fém lenne.
Ha az űrhajó személyzetet, azaz pilóta hajót fog szállítani, akkor a következő legfontosabb az életmentő rendszerek lesznek. Ez magában foglalja az oxigéntermelő és újrahasznosító rendszereket, elegendő ételt az utazáshoz és a fordított ozmózisos rendszereket a víz számára. Az életfenntartás magában foglalja a sugárzás árnyékolását is, például aerogélt, hogy megvédje a személyzetet a bolygóközi sugárzástól és a napszélektől. Talán a hajó körül szupravezetőkkel létrehozott mágneses mező is működne.
A hősugárzók is fontosak, mivel megakadályozzák a hő eljutását felépülni a hajóban és mindenkit megölni. Ez azért van, mert az űrben ez egy vákuum. A hőt nem lehet elvezetni vagy konvektálni, mint a Földön. Csak hőt sugározhatnak, és ennek a legjobb módja az, ha kiterjesztik a hatalmas radiátor tömböket, hogy a vízi járműből felesleges hőt ürítsék.
A következő rendszer a parancs szektor lesz. Alapvetően a pilótafülke vagy a híd. Itt vezényli az egész hajót kapitánya. Ez a szakasz általában megfelel a hajónak, hogy megvédje a kapitányt az űrszemétektől, ami a következő fontos rendszerhez vezet.
A páncél fontos egy űrhajón, még a polgári hajókon is. Ennek célja, hogy megvédje a személyzetet és ami még ennél is fontosabb, hogy a rakományt (yay kapitalisták) ne ürítsék ki a vákuumba a hajótest törése miatt az űrszemét / por miatt. Lehet, hogy a törmelék kicsi lehet, de bármi, ami másodpercenként 5 ++ kilométerrel halad, az fájni fog. Nagyon. Nincs kivétel a hajók esetében.
Ha a küldetés hosszú távú, akkor a legénység szállására van szükség. Ez a hely, ahol a legénység pihenhet és újra felépülhet. Ennek tartalmaznia kell a mesterséges gravitációt, (centrifugák) hálórészeket, menzát, zuhanyzót és WC-t. Alapvetően bármi, amire szükséged van ahhoz, hogy megakadályozd magad unalmában vagy meghalásában az Európába tartó 600 napos járatban.
Ez az alapvető szükség van egy űrhajóra, de hogyan működtessük őket?
Egyszerű. A hajótestre napelemeket lehet telepíteni, amelyek úgy vannak kialakítva, hogy akkor nyúljanak ki, ha nem az égitestek árnyékában vannak. Elegendő energiát biztosít minden folyamathoz (remélhetőleg), és az áram ingyenes.
Ok, ezek hősugárzók, de Ön Értesüljön a lényegről.
Vagy ha az edény energiafogyasztása abszurdul magas, azaz katonai hajó, vagy a napelemeit épp az űrpor fújta szét, az atomreaktor is jól járna. Neutron árnyékolást is tartalmazni kell, enélkül a napsugárzás árnyékolása értelmetlen lenne. Jelenleg az egyedüli maghasadásos reaktorok állnak rendelkezésre, ezért ragaszkodni fogunk hozzájuk. Ezért egy rakodóhelyet (természetesen árnyékolva) olyan hasadó anyagok számára tartanak fenn, mint a Plutonium vagy a Thorium.
Egy polgári szállítóhajóhoz csak erre van szükség. Lehet, hogy a kapitány bordélyt akar a fedélzetre, ki tudja? Ez a leszármazottaink problémája. Ha azonban katonai űrjárőrre vágyik … Nos, ez egy másik történet egy másik alkalommal!
Válasz
Ahhoz, hogy egy űrhajós város megfelelő módon működjön, teljes mértékben önellátónak kell lennie, újrahasznosítva az összes levegőt, vizet, hulladékot és szemetet, csak az embereket és az energiát szállítva. Még nem sajátítottuk el teljesen ennek a módját, de egyre közelebb vagyunk. Itt van a matematika, amely bemutatja, hogyan működhet:
Egy amerikai életszínvonalon élő emberi lény napi 300 gallon vizet, 2800 kalóriát táplálékot és csaknem 0,1 kg oxigént fogyaszt. Ezzel együtt a napi feladataink elvégzéséhez nagyjából 300 kW / óra áramot használunk fel. Mindezt összehasonlítva, és mivel az űrhajó egy zárt ciklusú rendszer, feltételezve, hogy energiát használnak a víz sótalanítására, a víz szűrésére, a hulladék feldolgozására, az élelmiszer-termelésre, a levegő tisztítására és az áramtermelésre, minden emberhez eljutunk, akinek szüksége van egy forrásra, amely kiadja 91 kW teljesítmény.Ez a szám a következő hatékonyságnövelésből származik:
Víztisztítás: 100\%
Élelmiszer-termelés: 1\%
Oxigéntermelés: 100\%
Villamosenergia-termelés: 30\%
Mivel a kolónia csillagok között halad, és a csillagrendszerek közötti kolónia fenntartásához szükséges energiamennyiség minimalizálása érdekében a fénysebesség érezhető töredékével kell utaznia. A nukleáris bombákból származó nukleáris energiát felhasználva ezt az Orion projektben vizsgálták, amely megállapította, hogy a csillaghajót az atomenergia felhasználásával 1–4\% -ra gyorsítja a fénysebesség. Az Alpha Centauri eléréséhez, amely 4,5 fényévnyire van, 150–450 évre lenne szükség, hogy a Sol-rendszerből odaérjünk. Tehát ez azt jelenti, hogy egy főre a telepen 1,29 PJ vagy 1290 TJ kellene. Uránhasadás esetén atomreaktorral, a radioaktív izotópokból származó kiégett fűtőelemek és energiák újrafeldolgozásával, ez emberenként legalább 16,5 kg urán tömegű, kizárólag életmentő célokra.
Ezután következik a lakóhelyek, az élelmiszer-előállító létesítmények, a vízfeldolgozó létesítmények és a levegő-feldolgozó létesítmények mérete, nem beszélve a telep elsődleges meghajtásáról és szerkezetéről. A kényelmes méretű hajóhoz minden embernek hozzá kell férnie nagyjából 2000 négyzetméterhez, vagy 200 négyzetméternyi lakóterülethez. Az élelmiszertermelés ennek a térnek a 10\% -a lehet, és jó kikapcsolódási és pihenőhelyként is szolgálhat. (Ennek oka az lehet, hogy függőleges gazdálkodással a 3D-s tér élelmezésre használják, csökkentve ezzel a terület alapterületét). A vízfeldolgozás és a levegő feldolgozása részben az élelmiszer-előállítási területen, de a telep külön területén is elvégezhető, további 100 négyzetméteren.
Most elérjük a hajó tömegét. Ehhez szükségünk van néhány konkrét teljesítményszámra, hogy ezt gyorsan kiszámítsuk. Itt találhatók a különféle rendszerek jelenlegi sajátos teljesítményei, valamint az egyes funkciókhoz felhasznált teljesítmény százalékos aránya:
Vízfeldolgozás: 1 kW / kg, energiafelhasználás Százalék: 39,3\% Áramfogyasztás: 35,8 kW
Élelmiszer-előállítás: 100 W / kg, Teljesítmény-felhasználási százalék: 14,9\% Teljesítmény-felhasználás: 13,59 kW
Légfeldolgozás: 1 kW / kg, Teljesítmény százalék: 0,01\% Teljesítmény: 0,0101 kW
Villamosenergia-fogyasztás: 1 kW / kg, Teljesítmény százalékos arány: 45,7\% Teljesítmény: 41 kW
A teljes életfenntartás a tömeg 91,01 kg / fő. Most nagy az erőmű tömege, mert a jelenlegi reaktor árnyékoló technológiának nagyon szánalmas a fajlagos teljesítményaránya. A jelenlegi atomreaktorok (még azok is, amelyeket űrhajózási célokra gyártottak) fajlagos teljesítménye 1 W / kg, így fejenként további 91 000 kg tömegű elektromos áramtermelő / áramtermelő berendezés adódik. Az élelmiszer, a víz és a levegő szintén további tömeget ad hozzá, 1122 kg vízhez, 1 kg ételhez és 1 kg levegőhöz jutva.
Tehát fejenként a telep tömege a következő:
1122 kg víz
1 kg élelmiszer
1 kg levegő
91,1 kg vízfeldolgozó, élelmiszer-előállító, levegő-feldolgozó és áramfogyasztó berendezések gyártása
91 000 kg villamosenergia-termelő berendezés
16,5 kg urán-tüzelőanyag
Összesen személyenként 92 231 kg berendezés a hajón. Most, hogy magát a hajót megtervezzem, a rakétaegyenlet segítségével néhány találgatást teszek a telep nagyságaként. Mivel 4\% -os fénysebességgel kell haladnia, a delta-V értéke 12 millió m / s. Atomerőművi bombákat használva meghajtásként, amelyek maximális potenciáljuk 80 TJ / kg 30\% -ánál égnek, a kipufogógáz sebessége 6,9 millió m / s lehet. Tehát a telep tömegaránya 5,65 lenne, ami a jelenlegi szerkezeti technológiával megvalósítható. Most, feltételezve, hogy a hasznos teher tömeg a teljes üres telep tömegének 10\% -a (a telep mínusz az üzemanyag), az összes üres telep tömege 922 310 kg, üzemanyag-tömege 5,231 millió kg. Ha ezt perspektívába helyezzük, akkor ez megegyezik a 10,75 méter átmérőjű vas-aszteroidával, csak 1 ember kilövésére.
Tehát megnézzük, hogy a telep 100 fő erős-e, és úgy tervezték, hogy 2000 főre bővüljön. Ezután a telep üres tömege 184,6 millió kg-ra, az üzemanyag tömege pedig 1042 millió kg-ra, vagy ugyanez a tömeg egy vas-aszteroida átmérője 62,9 méter.A költségek alacsony szinten tartása azt jelentené, hogy az összes hardvert felépítik az űrben, helyszíni erőforrások felhasználásával, esetleg a Planetary Resources vagy a Made in Space által kifejlesztett 3D technológiával, valamint a SpaceX által létrehozott újrafelhasználható rakétatechnikával. Blue Origin, vagy a Masten Space Systems. Egy kisbolygó használata nélkül, ha az egész tömeg a Földről indult, a jelenlegi kilövési ár 10 000 dollár / kg, ez 10,420 billió dollárba kerül. Még akkor is, ha a SpaceX újrafelhasználható rakétáinak költsége 1000–100 dollár / kg, ennek a küldetésnek az indítása mégis 1,04–104 milliárd dollár lenne. Megvalósítható, de csak súlyos szükség esetén, vagy ha a bolygógazdaság gazdagabb lesz. Tehát kétlem, hogy ez életképes lesz, amíg nem kezdjük el látni, hogy a vállalatok képesek legyenek a bányákba bányászni és rendszeresen átalakítani a 62,9–100 méter nagyságú aszteroidákat. Aztán ennek a küldetésnek az alacsony tízmillióba kerülése lett, ami inkább a mostani rakétaindításhoz hasonlít.