Cel mai bun răspuns
Voi presupune că tipul de navă spațială despre care vorbiți este tipul de vârstă spațială timpurie. Așadar, țineți-vă de scaunele dvs., mașinile de pompieri și rugați-vă să nu vă suflu mintea … Ok, glumesc doar.
UNCF Stiletto
IJCF Kensai
Cel mai important subsistem al unei nave spațiale este că motoare. Motoare chimice mari și / sau propulsoare de impulsuri ionice. Dacă acesta din urmă este prezent, este necesară o sursă de alimentare. Un reactor de fisiune cu dioxid de carbon la temperaturi ridicate ar fi suficient. Este cel mai important, deoarece fără un motor, nava ar fi doar un hulk de metal.
Dacă nava spațială va transporta echipaj, adică o navă cu echipaj, apoi următorul lucru cel mai important ar fi sistemele de susținere a vieții. Aceasta include sistemele de generare și reciclare a oxigenului, suficientă hrană pentru călătorie și sistemele de osmoză inversă pentru apă. Suportul de viață ar include, de asemenea, protecție împotriva radiațiilor, cum ar fi aerogel pentru a proteja echipajul de radiațiile interplanetare și vânturile solare. Poate că un câmp magnetic generat în jurul navei folosind superconductori ar funcționa și el.
Radiatoarele de căldură sunt importante și pentru că împiedică construindu-se în corabie și omorând pe toată lumea. Acest lucru se datorează faptului că în spațiu este un vid. Căldura nu poate fi îndepărtată sau convectată departe ca pe Pământ. Ele pot radia numai căldură și cel mai bun mod de a face acest lucru este să extindeți tablouri masive de radiatoare pentru a curăța excesul de căldură din ambarcațiune.
Următorul sistem ar fi sectorul de comandă. Practic carlinga sau podul. Aici întreaga navă va fi comandată de căpitanul ei. De obicei, această secțiune ar fi bine în navă pentru a proteja căpitanul de resturile spațiale, ceea ce mă duce la următorul sistem important.
Armura este importantă pe o navă spațială, chiar și pe nave civile. Acest lucru este pentru a proteja echipajul și, mai important, încărcătura (yay capitaliști) de a fi evacuați în vid din cauza unei încălcări a carenei din cauza resturilor spațiale / prafului. Vedeți, resturile pot fi mici, dar orice lucru care călătorește la 5 ++ kilometri pe secundă care vă lovește vă va face rău. Mult. Nu există excepții pentru nave.
Dacă misiunea este pe distanțe lungi, atunci este necesar un compartiment al echipajului. Acesta este locul pentru care echipajul să se odihnească și să se recreeze. Ar trebui să includă gravitația artificială, (centrifuge) zone de dormit, o cantină, duș și toaletă. Practic orice aveți nevoie pentru a vă împiedica să vă plictisiți sau să muriți în zborul de 600 de zile către Europa.
Acestea sunt elementele de bază necesități pentru o navă spațială, dar, cum le alimentăm ??
Simplu. Panourile solare pot fi instalate pe corpul navei, proiectate să se extindă atunci când nu sunt la umbra corpurilor cerești. Oferă suficientă energie pentru tot ce se întâmplă (sperăm) și puterea este gratuită.
Ok, acestea sunt radiatoare de căldură, dar tu obțineți ideea.
Sau, dacă consumul de energie al navei este absurd de mare, adică vasul militar, sau panourile solare tocmai au fost distruse de praful spațial, un reactor nuclear ar merge și el bine. Trebuie inclus și ecranarea cu neutroni, fără ea, ecranarea împotriva radiațiilor solare ar fi inutilă. Reactoarele cu fisiune nucleară sunt singurele disponibile în acest moment, așa că vom rămâne cu ele. Prin urmare, un spațiu de încărcare (bineînțeles protejat) va fi rezervat pentru materialele fisibile, cum ar fi Plutonium sau Toriu.
Pentru o navă de transport civilă, asta este tot ce aveți nevoie. Poate căpitanul vrea un bordel la bord, cine știe? Aceasta este problema descendenților noștri. Cu toate acestea, dacă doriți o navă de patrulare spațială militară … Ei bine, asta este o altă poveste pentru altă dată!
Răspuns
Pentru ca un oraș al navei spațiale să funcționeze, unul adecvat, ar trebui să fie pe deplin autonom, reciclându-și tot aerul, apa, deșeurile și gunoiul, transferând doar oameni și energie. Încă nu am reușit să înțelegem cum să facem acest lucru, dar ne apropiem. Iată matematica care arată cum ar putea funcționa:
O ființă umană care trăiește la un nivel de trai american consumă 300 de litri de apă pe zi, 2800 de calorii de alimente și aproape 0,1 kg de oxigen pe zi. Împreună cu aceasta, pentru îndeplinirea sarcinilor noastre zilnice, folosim aproximativ 300 kW-ore de electricitate. Acum echivalăm toate acestea și, deoarece nava spațială este un sistem cu ciclu închis, presupunând că energia este utilizată pentru desalinizarea apei, filtrarea apei, procesarea deșeurilor, creșterea alimentelor, spălarea aerului și generarea de energie electrică, venim la fiecare persoană care are nevoie de o sursă 91 kW de putere.Acest număr este utilizat la următoarele eficiențe:
Purificarea apei: 100\%
Generare de alimente: 1\%
Generare oxigen: 100\%
Generare de energie electrică: 30\%
Acum, deoarece colonia călătorește între stele și pentru a minimiza cantitatea de putere necesară pentru a susține colonia dintre sistemele stelare, va trebui să călătorească cu o fracțiune apreciabilă a vitezei luminii. Folosind energia nucleară din bombele nucleare, acest lucru a fost explorat în proiectul Orion, care a descoperit că va accelera o navă stelară la 1\% -4\% viteza luminii folosind energia nucleară. Pentru a ajunge la Alpha Centauri, care se află la 4,5 ani lumină distanță, ar fi nevoie de 150 până la 450 de ani pentru a ajunge acolo din sistemul Sol. Deci, asta înseamnă că per persoană din colonie ar necesita 1,29 PJ sau 1290 TJ. Dacă se utilizează fisiunea uraniului, cu un reactor nuclear care folosește reprocesarea combustibilului uzat și a energiei din radioizotopi, aceasta ajunge la o masă minimă de 16,5 kg de uraniu de persoană, pentru a fi utilizată doar în suportul vieții.
Apoi, vine dimensiunea locuințelor, a instalațiilor de producție a alimentelor, a instalațiilor de procesare a apei și a instalațiilor de procesare a aerului, fără a menționa propulsia primară și structura coloniei. Pentru a avea o navă de dimensiuni confortabile, fiecare persoană ar avea nevoie de acces la aproximativ 2000 de metri pătrați sau 200 de metri pătrați de spațiu de locuit. Producția de alimente poate fi de 10\% din spațiul respectiv și poate servi și ca un bun loc de relaxare și odihnă. (Motivul pentru care se poate face acest lucru este cu cultivarea pe verticală, spațiul 3D este folosit pentru fabricarea alimentelor, reducând amprenta în zonă). Prelucrarea apei și procesarea aerului se pot face parțial în zona de producție alimentară, dar și într-o zonă separată a coloniei, ocupând încă 100 de metri pătrați.
Acum ajungem la masa navei. Pentru aceasta, avem nevoie de câteva cifre specifice de putere pentru a calcula acest lucru rapid. Iată puterile specifice actuale pentru diferite sisteme, împreună cu procentul de putere utilizat pentru fiecare funcție:
Prelucrarea apei: 1 kW / kg, Putere utilizată Procent: 39,3\% Putere consumată: 35,8 kW
Producție alimentară: 100 W / kg, Procentaj consum putere: 14,9\% Putere consumată: 13,59 kW
Procesarea aerului: 1 kW / kg, Procentaj de utilizare a puterii: 0,01\% Consum de energie: 0,0101 kW
Consumul de energie electrică: 1 kW / kg, Procentul de utilizare a energiei: 45,7\% Utilizarea energiei: 41 kW
Suportul total de viață masa ajunge la 91,01 kg de persoană. Acum, masa centralei de generare a energiei este ridicată, deoarece tehnologia actuală de protecție a reactorului are un raport de putere specific foarte jalnic. Reactoarele nucleare actuale (chiar și cele realizate pentru funcționarea spațială) au o putere specifică de 1 W / kg, astfel încât, de persoană, echipamentul de generare electrică / generare de energie adaugă încă 91.000 kg de masă. Alimentele, apa și aerul adaugă, de asemenea, o masă suplimentară, ajungând la 1122 kg de apă, 1 kg de alimente și 1 kg de aer.
Deci, de persoană, masa coloniei ajunge la:
1122 kg apă
1 kg mâncare
1 kg de aer
91,1 kg de echipamente pentru procesarea apei, producția de alimente, procesarea aerului și consumul de energie electrică
91.000 kg de echipamente de producere a energiei electrice
16,5 kg de combustibil pentru uraniu
Pentru un total de 92.231 kg de echipament per persoană la bordul navei. Acum, pentru proiectarea navei în sine, voi folosi ecuația rachetei pentru a face câteva presupuneri ca dimensiunea coloniei. Deoarece trebuie să meargă cu 4\% viteza luminii, delta-V este de 12 milioane m / s. Folosind bombe nucleare ca propulsie, care ard cu maximum 30\% din potențialul lor de 80 TJ / kg, viteza de evacuare posibilă este de 6,9 milioane m / s. Deci, colonia ar avea un raport de masă de 5,65, ceea ce este realizabil prin tehnologia structurală actuală. Acum, presupunând că masa încărcăturii utile este de 10\% din masa totală a coloniei goale (colonia minus combustibilul), masa totală a coloniei goale este de 922.310 kg, cu o masă alimentată de 5.231 milioane kg. Pentru a pune acest lucru în perspectivă, aceeași masă ca un asteroid de fier cu un diametru de 10,75 metri, pentru lansarea unei singure persoane.
Deci, să vedem dacă colonia are 100 de oameni puternici și este concepută pentru a se extinde la 2000 de persoane. Apoi, masa goală a coloniei se extinde la 184,6 milioane kg, iar masa alimentată se extinde la 1042 milioane kg, sau aceeași masă un asteroid de fier cu un diametru de 62,9 metri.Pentru a menține costurile mici, ar însemna construirea întregului hardware în spațiu folosind resurse in-situ, poate prin intermediul tehnologiei 3D dezvoltate de Planetary Resources sau Made in Space, împreună cu o anumită formă de tehnologie rachetă reutilizabilă precum cea creată de SpaceX, Blue Origin sau Masten Space Systems. Fără a utiliza un asteroid, dacă toată această masă ar fi lansată de pe Pământ, la prețuri actuale de lansare de 10.000 USD pe kg, aceasta va costa un cost de 10.420 trilioane de dolari. Chiar și odată cu scăderea costurilor cu rachetele reutilizabile SpaceX la 1000 până la 100 USD pe kg, costul ar fi în continuare de 1,04 trilioane USD până la 104 miliarde USD pentru lansarea acestei misiuni. Realizabil, dar numai într-o situație de mare nevoie sau dacă economia planetară devine mai bogată. Așadar, mă îndoiesc că acest lucru va fi viabil până când vom începe să vedem companiile capabile să exploateze și să transforme asteroizii cu dimensiuni de 62,9–100 metri în baze în mod regulat. Apoi, această misiune a costat să scadă în zecile mici de milioane, devenind mai mult o lansare cu rachete de acum.