Это немного ответ на сдвиг кадра. Я отвечаю как космический энтузиаст, а также как сотрудник аэрокосмической компании.

Давайте не будем слишком быстро сбрасывать со счетов простые формы, такие как цилиндры, как пережитки аэродинамики! Есть несколько важных соображений, даже с обильным материалом и практически без гравитации, которые могут привести к тому, что при разработке космических аппаратов преобладают простые формы (цилиндры, сферы, прямоугольные призмы).

Центр масс и центр тяги

В выравнивании центра тяги и центра масс все еще есть достоинства, например, не выйти из-под контроля! Для тех, кто не знаком с этими терминами, центр масс — это «средняя точка» всей вашей массы, а центр тяги — это место, куда указывает ваш «толчок» ваших двигателей. Если их не выровнять, ваш космический корабль будет вращаться, поэтому необходимо что-то сделать, чтобы противодействовать этому. Конструкция, которая позволяет избежать расхода большего количества топлива для противодействия любому моменту / крутящему моменту, создаваемому необычно расположенными двигателями на необычно размещенных формах, будет предпочтительнее других.

Оказывается, если вы строите известную форму (например, сферу, цилиндр, кирпич), у вас есть хорошее представление о том, где может быть центр масс и центр тяги. Это даже объясняет нечетную загрузку! Если вы строите неправильную форму, вам нужно сделать гораздо больше математических расчетов, чтобы учесть распределение массы и тягу. В зависимости от загрузки даже ракеты с подвесом (те, у которых сопла могут указывать) могут не справиться с этими эксцентричными формами.

Эта проблема усугубляется, если используемые двигатели не могут быть дросселированы или более чем один двигатель должен работать для движения «вперед». Нечетные формы могут легко полагаться на несколько двигателей для простого «поступательного» движения для учета нагрузки или структуры. Это приводит к большему количеству точек отказа, что является менее надежной конструкцией, что означает, что она будет менее предпочтительной для практического дизайна. Кроме того, если мощность двигателей всегда должна быть полной или никакой (без дроссельной заслонки), удачи в установке «резервных» двигателей в правильном месте. Простые формы обычно означают, что вам нужно меньше двигателей для движения «вперед», и вы полагаетесь на скромный кардан, чтобы компенсировать потерю двигателя или неравномерную нагрузку.

Вам все еще нужно его построить

Эй, там может быть материал на целую галактику, но вам все равно нужно потратить время и усилия, чтобы построить корабль. Это все еще чего-то стоит; время, возможно, деньги и, конечно, ресурсы.

Оказывается, простые формы позволяют минимизировать количество материала, сохраняя при этом желаемый объем. Хорошо, возможно, корабли не всегда будут кирпичными или сферическими, но у этих форм действительно хорошее отношение объема к площади поверхности по сравнению с другими!

Вопросы механической стабильности

Круто, что твой космический корабль выглядит как анемон, но и изгибается как анемон. Это не весело, когда столовая находится на одном щупальце, спальные помещения — на другом, а пилот — на другом. Бедному Биллу пришлось ждать, пока завершится разгонный маневр (а это был целый год!), прежде чем холл, ведущий к его покоям, снова принял форму. Это лучше, чем у Стива — его щупальце только что оторвалось во время последней экстренной коррекции.

Возможно, если бы корабль имел простую форму, способную выдерживать нагрузки от тяги и маневрирования, подобных проблем никогда не возникало бы. Что-то вроде сфероида или прямоугольной призмы... Эти формы способны поддерживать себя с меньшим количеством материала и четкими путями нагрузки по сравнению с чем-то более тонким.

Более прочная форма может позволить более агрессивные маневры с меньшим количеством материала (или «основной структуры»). Меньшая первичная структура означает больше места для полезной нагрузки или еще более высокие маневры ускорения. В целом, эти вещи желательны для большинства космических аппаратов.

Тепловые соображения

Вы должны быть осторожны с вашими терморегулирующими поверхностями. Если радиатор (чтобы избавиться от избыточного тепла, один из немногих способов сделать это в космосе) находится рядом с вашей тепловизионной камерой, все, что вы увидите, это ваш радиатор. Как этого избежать?

Вы выбираете форму, поверхности которой направлены друг от друга. У сфероидов, цилиндров и кубов такой проблемы нет. Другое решение состоит в том, чтобы иметь «умно расположенные» датчики, что открывает некоторые возможности для необычных форм. (См. ISS — не все эти панели являются солнечными батареями!)

Одна из причин (ну, на самом деле, несколько связанных причин), по которой корабли, предназначенные для работы за пределами Марса, БУДУТ длинными и тонкими, заключается в том, что они, вероятно, будут иметь двигатели с ядерным двигателем. В этом случае вам понадобится Red Hot Glowing Nuclear Death как можно дальше от кабины экипажа. Это потому, что вы не хотите экранировать весь реактор (экранирование тяжелое, и каждый грамм на счету), поэтому вы будете использовать теневой щит, достаточно большой, чтобы отсек экипажа был в тени. Чем дальше реактор и щит, тем меньше может быть щит, но в равной степени вы хотите, чтобы конструкция была максимально легкой, иначе она в конечном итоге будет весить больше, чем щит.

Таким образом, вы получаете двигатель (или, по крайней мере, его блок питания) на конце самой длинной и легкой стрелы, которая достаточно прочна, чтобы выполнять работу, и длинный веретенообразный корабль...

Среды обитания, конечно, не так ограничены в своем массовом бюджете и вполне могут иметь большую свободу формы, хотя, как указал PipperChip в своем превосходном и исчерпывающем ответе, сферы, цилиндры и т.п. являются хорошо изученными инженерными формами с хорошим соотношением поверхности к объему. и другие желательные характеристики, поэтому они, вероятно, будут предпочтительными по этим причинам. Кроме того, если среда обитания достаточно велика, цилиндр можно легко раскрутить для создания искусственной гравитации.

Что касается «... экипаж будет постоянно карабкаться по лестницам ...» Космические корабли ближайшего будущего, вероятно, будут использовать очень эффективные двигатели, которые потребляют мало топлива, но также имеют очень низкую тягу. Ускорения, скорее всего, будут значительно ниже одной десятой G, поэтому экипаж сможет довольно легко двигаться вперед.