Beste svaret
Jeg kommer til å anta at den typen romskip du snakker om er de tidlige typene av romalderen. Så hold deg på setene, brannbilene og be om at jeg ikke blåser i hjernen … Ok, jeg bare tuller.
UNCF Stiletto
IJCF Kensai
Det viktigste delsystemet på et romskip er at det er motorer. Store kjemiske motorer og / eller ionimpulser. Hvis sistnevnte er til stede, kreves en strømkilde. En karbondioksidfisjoneringsreaktor med høy temperatur ville være tilstrekkelig. Det er det viktigste, for uten motor ville skipet bare være et metallstykke.
Hvis romskipet skal bære mannskap, dvs. bemannet skip, så vil det neste viktigste være livsstøttesystemer. Dette inkluderer oksygengenererings- og resirkuleringssystemer, nok mat til turen og omvendte osmosesystemer for vann. Livsstøtten vil også omfatte strålingsbeskyttelse, for eksempel airgel for å beskytte mannskapet mot interplanetær stråling og solvind. Kanskje et magnetfelt som genereres rundt skipet ved hjelp av superledere, også fungerer. bygge opp i skipet og drepe alle. Dette er fordi det er et vakuum i rommet. Varme kan ikke ledes bort eller konfekteres bort som på jorden. De kan bare utstråle varme, og den beste måten å gjøre dette på er å utvide massive radiatorarrays for å tømme all overflødig varme fra båten.
Det neste systemet vil være kommandosektoren. I utgangspunktet cockpiten eller broen. Det er her hele skipet vil bli kommandert av kapteinen hennes. Vanligvis vil dette avsnittet være godt i skipet for å beskytte kapteinen mot rusk som gir meg neste viktige system.
Rustning er viktig på et romskip, til og med sivile skip. Dette er for å beskytte mannskapet og enda viktigere, lasten (yay kapitalister) fra å bli luftet ut i vakuum på grunn av et skrogbrudd på grunn av rusk / støv. Ser du, rusk kan være lite, men alt som kjører 5 ++ kilometer i sekundet og treffer deg, vil skade. Mye. Ingen unntak for skip.
Hvis oppdraget er langdistanse, er det behov for et mannskapskvarter. Dette er stedet for mannskapet å hvile og gjenskape. Den skal omfatte kunstig tyngdekraft, (sentrifuger) soveområder, en kantine, dusj og toalett. I utgangspunktet alt du trenger for å forhindre deg i å kjede deg eller dø i 600-dagers flyet til Europa.
Dette er de grunnleggende nødvendigheter for et romskip, men hvordan driver vi dem ??
Enkelt. Solcellepaneler kan installeres på skipets skrog, designet for å strekke seg når de ikke er i skyggen av himmellegemene. Det gir nok strøm til alt som skjer (forhåpentligvis) og strøm er gratis.
Ok, dette er varmeapparater, men du forstå poenget.
Eller hvis fartøyets strømforbruk er absurd høyt, dvs. militærfartøyet, eller solcellepanelene dine bare blir blåst fra hverandre av romstøv, vil en atomreaktor også gjøre det bra. Neutronskjerming må også inkluderes, uten den ville solstrålingsskjerming være meningsløs. Kjernefysiske reaksjonsreaktorer er de eneste tilgjengelige i øyeblikket, så vi vil holde oss til dem. Derfor vil en lastebåt (skjermet selvfølgelig) være reservert for fissilt materiale som Plutonium eller Thorium.
For et sivilt transportfartøy er det alt du trenger. Kanskje kapteinen vil ha et bordell om bord, hvem vet? Det er etterkommernes problem. Men hvis du vil ha et militært romfartsfartøy … Vel, det er en annen historie for en annen gang!
Svar
For at en romskipby skal fungere, en riktig, må den være helt selvforsynt og resirkulere all luft, vann, avfall og søppel, og bare overføre mennesker og energi. Vi har enda ikke mestret hvordan vi skal gjøre dette, men vi kommer nærmere. Her er matematikken som viser hvordan den kan fungere:
Et menneske som lever en amerikansk levestandard bruker 300 liter vann per dag, 2800 kalorier mat og nesten 0,1 kg oksygen per dag. Sammen med dette bruker vi omtrent 300 kW-timer strøm til å utføre våre daglige oppgaver. Nå som vi likestiller alt dette, og siden romfartøyet er et lukket syklusanlegg, forutsatt at energi brukes til avsaltning av vann, filtrering av vann, behandling av avfall, dyrking av mat, skrubbing av luft og generering av elektrisitet, kommer vi til hver person som trenger en kilde som gir fra seg 91 kW kraft.Dette tallet kommer til å bruke følgende effektiviteter:
Vannrensing: 100\%
Matgenerering: 1\%
Oksygenerering: 100\%
Produksjon av strøm: 30\%
Nå, siden kolonien reiser mellom stjerner, og for å minimere mengden kraft som trengs for å opprettholde kolonien mellom stjernesystemer, må den reise med en betydelig brøkdel av lysets hastighet. Ved hjelp av kjernekraft fra atombomber ble dette utforsket i prosjektet Orion, som fant at det ville akselerere et stjerneskip til 1\% -4\% lysets hastighet ved bruk av kjernekraft. For å nå Alpha Centauri, som ligger 4,5 lysår unna, vil det ta 150 til 450 år å komme dit fra Sol-systemet. Så det betyr per person på kolonien, det vil kreve 1,29 PJ eller 1290 TJ. Hvis uranfisjon brukes, med en kjernefysisk reaktor som bruker opparbeidelse av brukt drivstoff og energi fra radioisotopene, kommer dette til en minimumsmasse på 16,5 kg uran per person, til bruk i livsforsikring alene.
Deretter kommer størrelsen på boligene, anleggene for matproduksjon, vannbehandlingsanlegg og luftbehandlingsanlegg, for ikke å nevne koloniens primære fremdrift og struktur. For å ha et komfortabelt skip, trenger hver person tilgang til omtrent 2000 kvadratmeter eller 200 kvadratmeter boareal. Matproduksjonen kan være 10\% av den plassen, og den kan også tjene som et godt avslapnings- og hvilested. (Årsaken til at dette kan gjøres er ved vertikal oppdrett, 3D-rommet blir brukt til å lage mat, og reduserer fotavtrykket i området). Vannbehandling og luftforedling kan gjøres delvis i matproduksjonen, men også i et eget område av kolonien, og tar opp ytterligere 100 kvadratmeter.
Nå kommer vi til massen på skipet. For dette trenger vi noen spesifikke effekttall for å beregne dette raskt. Her er de nåværende spesifikke kreftene for forskjellige systemer, sammen med prosentandelen av effekten som brukes til hver funksjon:
Vannbehandling: 1 kW / kg, Strømforbruk Prosent: 39,3\% Effektforbruk: 35,8 kW
Matproduksjon: 100 W / kg, Effektforbruk Prosent: 14,9\% Effektforbruk: 13,59 kW
Luftbehandling: 1 kW / kg, Effektforbruk prosent: 0,01\% Effektforbruk: 0,0101 kW
Strømforbruk: 1 kW / kg, Effektforbruk prosent: 45,7\% Strømforbruk: 41 kW
Total levetid masse er 91,01 kg per person. Nå er massen til kraftproduksjonen høy, fordi dagens reaktorskjermingsteknologi har et veldig ynkelig spesifikt effektforhold. Nåværende kjernefysiske reaktorer (selv de som er laget for romdrift) har en spesifikk effekt på 1 W / kg, så per person vil det elektriske generasjons- / kraftgenerasjonsutstyret tilsette ytterligere 91.000 kg masse. Mat, vann og luft tilfører også ekstra masse og kommer til 1122 kg vann, 1 kg mat og 1 kg luft.
Så per person kommer kolonien til:
1122 kg vann
1 kg mat
1 kg luft
91,1 kg av vannproduksjon, matproduksjon, luftforedling og strømforbruksutstyr
91.000 kg elektrisitetsproduksjonsutstyr
16,5 kg uranbrensel
Til sammen 92 231 kg utstyr per person ombord på skipet. Nå, for å designe selve skipet, vil jeg bruke rakettligningen til å gjette noen gjetninger som størrelsen på kolonien. Siden den må gå med 4\% lysets hastighet, er dens delta-V 12 millioner m / s. Ved bruk av kjernefysiske bomber som fremdrift, som brenner med maksimalt 30\% av deres potensielle 80 TJ / kg, er eksoshastigheten mulig 6,9 millioner m / s. Så kolonien ville ha et masseforhold på 5,65, som kan gjøres med gjeldende strukturteknologi. Forutsatt at nyttelastmassen er 10\% av den totale tomme kolonimassen (kolonien minus drivstoffet), er den totale tomme kolonimassen 922.310 kg, med en drevet masse på 5.231 millioner kg. For å sette det i perspektiv, er det samme masse som en jernasteroid med en diameter på 10,75 meter, for å starte bare 1 person.
Så, la oss se om kolonien er 100 mennesker sterk, og designet for å utvides til 2000 mennesker. Deretter utvides koloniens tomme masse til 184,6 millioner kg, og den drevne massen utvides til 1042 millioner kg, eller den samme massen en jernasteroid med en diameter på 62,9 meter.For å holde kostnadene lave vil det bety å bygge all maskinvaren i verdensrommet ved hjelp av in situ-ressurser, kanskje via 3D-teknologien som er utviklet av Planetary Resources eller Made in Space, sammen med en eller annen form for gjenbrukbar rakettteknologi som den skapt av SpaceX, Blue Origin, eller Masten Space Systems. Uten å bruke en asteroide, hvis hele denne massen hvis den lanseres fra jorden, til nåværende lanseringspriser på $ 10.000 per kg, koster dette $ 10.420 billioner. Selv med fallet er kostnadene med SpaceX gjenbrukbare raketter til $ 1000 til $ 100 per kg, vil kostnaden fortsatt være $ 1.04 billioner til $ 104 milliarder dollar for å starte dette oppdraget. Gjørbar, men bare i en situasjon med alvorlig behov, eller hvis planetøkonomien blir rikere. Så jeg tviler på at dette vil være levedyktig før vi begynner å se selskaper som kan gruve og forvandle asteroider på 62,9–100 meter i størrelse til baser med jevne mellomrom. Da kostet dette oppdraget å komme ned i de lave titalls millioner, noe som gjør det mer som en rakettoppskyting nå.