Beste Antwort
Ich gehe davon aus, dass es sich bei der Art des Raumschiffs um die frühen Raumaltertypen handelt. Halten Sie sich also an Ihren Sitzen, Feuerwehrautos fest und beten Sie, dass ich Sie nicht umhauen werde … Ok, ich mache nur Spaß.
UNCF Stiletto
IJCF Kensai
Das wichtigste Subsystem eines Raumschiffs ist es Motoren. Große chemische Motoren und / oder Ionenimpulsantriebe. Wenn letzteres vorhanden ist, ist eine Stromquelle erforderlich. Ein Hochtemperatur-Kohlendioxid-Spaltreaktor würde ausreichen. Es ist das Wichtigste, denn ohne Motor wäre das Schiff nur ein Haufen Metall.
Wenn das Raumschiff wird Besatzung befördern, dh bemanntes Schiff, dann wäre das nächstwichtigste Ding lebenserhaltende Systeme. Dazu gehören die Systeme zur Erzeugung und zum Recycling von Sauerstoff, genügend Lebensmittel für die Reise und Umkehrosmoseanlagen für Wasser. Die Lebenserhaltung würde auch eine Strahlenabschirmung wie Aerogel umfassen, um die Besatzung vor interplanetarer Strahlung und Sonnenwinden zu schützen. Vielleicht würde auch ein Magnetfeld funktionieren, das mit Supraleitern um das Schiff herum erzeugt wird.
Wärmestrahler sind ebenfalls wichtig, da sie Wärme verhindern im Schiff aufbauen und alle töten. Dies liegt daran, dass es im Weltraum ein Vakuum ist. Wärme kann nicht wie auf der Erde abgeführt oder weggeleitet werden. Sie können nur Wärme abstrahlen. Der beste Weg, dies zu tun, besteht darin, massive Kühleranordnungen zu erweitern, um die gesamte überschüssige Wärme aus dem Fahrzeug zu entfernen.
Das nächste System wäre der Befehlssektor. Grundsätzlich das Cockpit oder die Brücke. Hier wird das gesamte Schiff von ihrem Kapitän kommandiert. Normalerweise befindet sich dieser Abschnitt gut im Schiff, um den Kapitän vor Weltraummüll zu schützen, der mich zum nächsten wichtigen System bringt.
Rüstung ist auf einem Raumschiff wichtig, auch auf zivilen Schiffen. Dies dient dem Schutz der Besatzung und vor allem der Ladung (yay Kapitalisten) davor, aufgrund eines Rumpfbruchs aufgrund von Weltraummüll / Staub ins Vakuum entlüftet zu werden. Sie sehen, Trümmer mögen klein sein, aber alles, was sich mit einer Geschwindigkeit von 5 ++ Kilometern pro Sekunde bewegt, wird Sie verletzen. Viel. Keine Ausnahmen für Schiffe.
Wenn die Mission eine Langstrecke ist, wird ein Mannschaftsquartier benötigt. Dies ist der Ort, an dem sich die Crew ausruhen und neu erholen kann. Es sollte künstliche Schwerkraft, (Zentrifugen-) Schlafbereiche, eine Kantine, eine Dusche und eine Toilette umfassen. Grundsätzlich alles, was Sie brauchen, um zu verhindern, dass Sie sich beim 600-Tage-Flug nach Europa langweilen oder sterben.
Das sind die Grundlagen Notwendigkeiten für ein Raumschiff, aber wie treiben wir sie an?
Einfach. Am Schiffsrumpf können Sonnenkollektoren installiert werden, die sich ausdehnen, wenn sie nicht im Schatten von Himmelskörpern liegen. Es bietet genug Strom für alles, was (hoffentlich) vor sich geht, und der Strom ist kostenlos.
Ok, das sind Wärmestrahler, aber Sie Holen Sie sich den Punkt.
Oder wenn der Stromverbrauch des Schiffes absurd hoch ist, dh ein Militärschiff, oder Ihre Sonnenkollektoren gerade durch Weltraumstaub auseinandergeblasen wurden, würde ein Kernreaktor auch gut funktionieren. Eine Neutronenabschirmung muss ebenfalls enthalten sein, ohne sie wäre die Abschirmung der Sonnenstrahlung sinnlos. Derzeit sind nur Kernspaltungsreaktoren verfügbar, daher bleiben wir bei ihnen. Daher ist ein Frachtraum (natürlich abgeschirmt) für spaltbares Material wie Plutonium oder Thorium reserviert.
Für ein ziviles Transportschiff ist das alles, was Sie brauchen. Vielleicht will der Kapitän ein Bordell an Bord, wer weiß? Das ist das Problem unserer Nachkommen. Wenn Sie jedoch ein militärisches Raumpatrouillenschiff wollen … Nun, das ist eine andere Geschichte für eine andere Zeit!
Antwort
Damit eine Raumschiffstadt funktioniert, müsste sie völlig autark sein und ihre gesamte Luft, ihr Wasser, ihren Abfall und ihren Müll recyceln und nur Menschen und Energie übertragen. Wir haben noch nicht ganz gemeistert, wie das geht, aber wir kommen näher. Hier ist die Mathematik, die zeigt, wie es funktionieren könnte:
Ein Mensch, der einen amerikanischen Lebensstandard hat, verbraucht 300 Gallonen Wasser pro Tag, 2800 Kalorien Nahrung und fast 0,1 kg Sauerstoff pro Tag. Darüber hinaus verbrauchen wir für unsere täglichen Aufgaben rund 300 kWh Strom. Wenn wir nun all dies gleichsetzen und das Raumschiff ein geschlossenes Kreislaufsystem ist, gehen wir davon aus, dass Energie zum Entsalzen von Wasser, Filtern von Wasser, Verarbeiten von Abfällen, Anbau von Lebensmitteln, Schrubben von Luft und Erzeugen von Elektrizität verwendet wird 91 kW Leistung.Diese Zahl verwendet die folgenden Wirkungsgrade:
Wasserreinigung: 100\%
Lebensmittelerzeugung: 1\%
Sauerstofferzeugung: 100\%
Stromerzeugung: 30\%
Da sich die Kolonie nun zwischen Sternen bewegt und die zur Aufrechterhaltung der Kolonie zwischen Sternensystemen erforderliche Energiemenge minimiert werden muss, muss sie sich mit einem nennenswerten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Unter Verwendung von Atomkraft aus Atombomben wurde dies im Projekt Orion untersucht, bei dem festgestellt wurde, dass ein Raumschiff mit Atomkraft auf 1 bis 4\% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden würde. Um Alpha Centauri zu erreichen, das 4,5 Lichtjahre entfernt ist, würde es 150 bis 450 Jahre dauern, um vom Sol-System dorthin zu gelangen. Das bedeutet also, dass pro Person in der Kolonie 1,29 PJ oder 1290 TJ erforderlich sind. Wenn eine Uranspaltung mit einem Kernreaktor verwendet wird, bei dem der abgebrannte Brennstoff und die Energie aus den Radioisotopen wiederaufbereitet werden, ergibt sich eine Mindestmasse von 16,5 kg Uran pro Person, die nur zur Lebenserhaltung verwendet werden kann.
Als nächstes kommt die Größe der Wohnräume, Lebensmittelproduktionsanlagen, Wasseraufbereitungsanlagen und Luftaufbereitungsanlagen, ganz zu schweigen vom primären Antrieb und der Struktur der Kolonie. Um ein Schiff mit komfortabler Größe zu haben, müsste jede Person Zugang zu etwa 2000 Quadratfuß oder 200 Quadratmetern Wohnfläche haben. Die Lebensmittelproduktion kann 10\% dieses Raums ausmachen und kann auch als guter Ort zum Entspannen und Ausruhen dienen. (Der Grund dafür ist, dass bei der vertikalen Landwirtschaft der 3D-Raum für die Herstellung von Lebensmitteln verwendet wird, wodurch der Platzbedarf in der Fläche verringert wird.) Die Wasser- und Luftaufbereitung kann teilweise im Lebensmittelproduktionsbereich, aber auch in einem separaten Bereich der Kolonie erfolgen, der weitere 100 Quadratmeter einnimmt.
Nun kommen wir zur Masse des Schiffes. Dazu benötigen wir einige spezifische Leistungsangaben, um dies schnell zu berechnen. Hier sind die aktuellen spezifischen Leistungen für verschiedene Systeme sowie der Prozentsatz der für jede Funktion verwendeten Leistung aufgeführt:
Wasseraufbereitung: 1 kW / kg, Stromverbrauch Prozentsatz: 39,3\% Stromverbrauch: 35,8 kW
Lebensmittelproduktion: 100 W / kg, Stromverbrauch Prozentsatz: 14,9\% Stromverbrauch: 13,59 kW
Luftverarbeitung: 1 kW / kg, Prozentsatz des Stromverbrauchs: 0,01\% Stromverbrauch: 0,0101 kW
Stromverbrauch: 1 kW / kg, Prozentsatz des Stromverbrauchs: 45,7\% Stromverbrauch: 41 kW
Die gesamte Lebenserhaltung Die Masse beträgt 91,01 kg pro Person. Jetzt ist die Masse des Kraftwerks hoch, da die derzeitige Reaktorabschirmungstechnologie ein sehr erbärmliches spezifisches Leistungsverhältnis aufweist. Gegenwärtige Kernreaktoren (auch solche, die für den Weltraumbetrieb ausgelegt sind) haben eine spezifische Leistung von 1 W / kg, sodass die Stromerzeugungs- / Stromerzeugungsausrüstung pro Person weitere 91.000 kg Masse hinzufügt. Nahrung, Wasser und Luft fügen ebenfalls zusätzliche Masse hinzu, was 1122 kg Wasser, 1 kg Nahrung und 1 kg Luft entspricht.
Pro Person beträgt die Masse der Kolonie also:
1122 kg Wasser
1 kg Lebensmittel
1 kg Luft
91,1 kg von Wasseraufbereitungs-, Lebensmittelproduktions-, Luftverarbeitungs- und Stromverbrauchsanlagen
91.000 kg Stromerzeugungsanlagen
16,5 kg Uranbrennstoff
Für insgesamt 92.231 kg Ausrüstung pro Person an Bord des Schiffes. Um das Schiff selbst zu entwerfen, verwende ich die Raketengleichung, um einige Vermutungen über die Größe der Kolonie anzustellen. Da die Lichtgeschwindigkeit 4\% betragen muss, beträgt das Delta-V 12 Millionen m / s. Mit Atombomben als Antrieb, die maximal 30\% ihres Potentials von 80 TJ / kg verbrennen, beträgt die mögliche Abgasgeschwindigkeit 6,9 Millionen m / s. Die Kolonie hätte also ein Massenverhältnis von 5,65, was mit der aktuellen Strukturtechnologie möglich ist. Unter der Annahme, dass die Nutzlastmasse 10\% der gesamten leeren Koloniemasse (Kolonie minus Treibstoff) beträgt, beträgt die gesamte leere Koloniemasse 922.310 kg bei einer Kraftstoffmasse von 5,231 Millionen kg. Um das ins rechte Licht zu rücken, das ist die gleiche Masse wie ein Eisenasteroid mit einem Durchmesser von 10,75 Metern, um nur 1 Person zu starten.
Mal sehen, ob die Kolonie 100 Menschen stark ist und auf 2000 Menschen erweitert werden soll. Dann dehnt sich die leere Masse der Kolonie auf 184,6 Millionen kg aus, und die angeheizte Masse dehnt sich auf 1042 Millionen kg aus, oder dieselbe Masse wie ein Eisenasteroid mit einem Durchmesser von 62,9 Metern.Um die Kosten niedrig zu halten, müsste die gesamte Hardware im Weltraum mithilfe von In-Situ-Ressourcen erstellt werden, möglicherweise mithilfe der von Planetary Resources oder Made in Space entwickelten 3D-Technologie sowie einer von SpaceX entwickelten wiederverwendbaren Raketentechnologie. Blue Origin oder Masten Space Systems. Ohne Verwendung eines Asteroiden beläuft sich die gesamte Startmasse bei aktuellen Startpreisen von 10.000 USD pro kg auf 10.420 Billionen USD. Selbst wenn die Kosten für die wiederverwendbaren SpaceX-Raketen auf 1000 bis 100 US-Dollar pro kg sinken, würden die Kosten für den Start dieser Mission immer noch 1,04 Billionen bis 104 Milliarden US-Dollar betragen. Machbar, aber nur in einer Situation, in der es dringend nötig ist oder wenn die planetare Wirtschaft reicher wird. Ich bezweifle, dass dies möglich sein wird, bis Unternehmen in der Lage sind, Asteroiden mit einer Größe von 62,9 bis 100 Metern regelmäßig abzubauen und in Stützpunkte umzuwandeln. Dann kostete es diese Mission, in die niedrigen zehn Millionen zu fallen, was sie eher wie einen Raketenstart von heute macht.