Может ли этот корабль существовать в рамках наших нынешних законов физики?

Космический корабль, разделенный на две основные конструкции, предназначенный для размещения от 9 000 до 12 000 человек в сознательном и активном состоянии в любой момент времени. Первая структура содержит предметы первой необходимости для поддержания жизни и обеспечивает ими вторичную структуру, где размещены люди. Они связаны друг с другом через ключевые точки опоры.

Ладно пока.

Вторичная структура представляет собой планетоподобную сферу диаметром примерно 900,00 километров. Он вращается с большой скоростью, чтобы создать искусственную гравитацию,

Это довольно близко к краю (и на «слишком большой» стороне) того, с чем может справиться разумно предсказуемая технология материалов, если вам нужен 1 г кажущейся гравитации.

Однако вы не указываете точно, какова связь между этим вторым разделом и первым. Если первая, нежилая часть окружаетЕсли вращающаяся секция не вращается сама по себе, то она может обеспечить дополнительную опору конструкции (с усилием, передаваемым между секциями роликами или магнитными подшипниками), что может сделать такую ​​конструкцию возможной. Подшипники потребуют обслуживания, чтобы прослужить тысячи лет, как вы хотите... но вам уже потребуются подшипники на полярных соединениях между секциями, которые в любом случае сами будут нуждаться в обслуживании, так что это не какие-то новые ограничения, которых уже не было. там. Кроме того, если необитаемая часть окружает обитаемую сферу, она может обеспечить радиационную защиту, которую тогда не нужно было бы нести самой сфере, что снижает нагрузку.

Наконец, обратите внимание, что если населенная часть на самом деле сферическая, вы получите только 1 г в узкой полосе вокруг экватора. Это также единственная область, в которой земля фактически будет почти перпендикулярна к вращающейся гравитации. Если вы хотите максимизировать фактическое обитаемое пространство, вам нужно либо сделать сферу террасой, либо вместо этого сделать ее цилиндром — и если вы хотите, чтобы 1 г был везде, то вы должны сделать ее цилиндром.

и противодействовать скорости, с которой движется корабль, которая составляет 32% скорости света в одном направлении (9 593 3586,56 м / с), чтобы пассажиры не ощущали воздействия этой скорости.

Это не имеет значения. Единственные эффекты скорости, которые могут иметь значение, — это индуцированное излучение; вращение ничего не сделает, чтобы противодействовать этому, и никаким другим способом у жителей не было бы возможности сказать, как быстро они движутся по отношению к остальной части галактики.

Корабль рассчитан на путешествие не менее 21 000 лет. Технологические возможности корабля и человека основаны на периоде от 150 до 250 лет от текущего года (2017).

Пока жители понимают, что им нужно будет регулярно проводить техническое обслуживание, это не должно быть проблемой. Однако движущиеся части просто не прослужат так долго, как и твердотельная электроника — легирующие материалы, которые заставляют их работать, будут медленно диффундировать со своих функциональных позиций.

Корабль оснащен способностью создавать и поддерживать магнитные поля «мультиспектра», т.е. способные воздействовать (притягивать и отталкивать) некоторые материалы, не являющиеся ферромагнитными.

Это просто звучит как магия. Магнитные поля действительно могут притягивать и отталкивать неферромагнитные материалы через диамагнетизм и парамагнетизм, но магнитные поля не имеют «спектра», и не очевидно, с какой целью «притягивать и отталкивать некоторые материалы». Однако было бы неплохо окружить корабль сильным магнитным полем, которое действовало бы как радиационный щит (от протонов, бета- и альфа-лучей).

его максимальная скорость по отношению к вращению вторичной структуры и т. д.

Нет ни одного. Скорость корабля и вращение обитаемой секции никак не связаны друг с другом.

Если это возможно, то как должен быть сбалансирован каждый аспект, если я хочу поставить скорость выше любого другого фактора (размер населения, максимально возможное время в пути и т. д.)? Если это невозможно, то какова ближайшая альтернатива, близкая к предложенной концепции, т. е. самоподдерживающаяся антропогенная биосфера, способная двигаться с высокой скоростью в любом направлении более тысячи лет?

Если вы действительно хотите поставить скорость выше любого другого фактора, то это явно ужасный дизайн. Чтобы максимизировать скорость, вы соглашаетесь с тем, что ваше население должно быть равно нулю, разрезаете корабль до тонкого отражающего листа со встроенной электроникой и запускаете его с помощью лазера, питаемого сферой Дайсона.

Но это почти наверняка не то, что вы на самом деле имели в виду.

Если вы хотите, чтобы он просуществовал тысячи лет, ему нужно будет нести население для обслуживания, и ему нужно будет нести все отрасли промышленности, необходимые для создания и переработки своих собственных частей, чтобы выполнять это обслуживание. Итак, он уже должен быть довольно большим и нести большое население, и вы все равно хотели большое население, так что это работает просто отлично. В этот момент вы должны спросить: «Хорошо, у меня есть этот огромный корабль — что мне нужно сделать, чтобы разогнать его до .32c?»

Есть много возможных ответов на этот вопрос, в зависимости от важных дополнительных вопросов, таких как «есть ли у него инфраструктура на стартовой площадке, которая поможет ему ускориться», «нужно ли ему снова замедляться в конце?» и «если да, то есть ли в конце концов инфраструктура, которая поможет его остановить?» Некоторое замедление может быть достигнуто с помощью магнитного паруса, который может быть включен как часть экрана от магнитного излучения, который вам в любом случае может понадобиться; который не сможет остановить корабль сам по себе, но может помочь уменьшить величину любых других систем замедления.

Если у вас есть инфраструктура на стартовой или конечной площадках, корабль можно разгонять/замедлять с помощью лазерного или магнитного паруса. В противном случае корабль будет состоять в основном из топлива и реактивной массы. Если ему нужно только остановить себя (или запустить себя), но не запустить себя (или остановить себя), то это будет в основном топливо и реактивная масса. Если ему нужно сделать и то, и другое, даже с пассивным магнитным парусом, корабль при запуске будет в основном топливом и реактивной массой, необходимой для ускорения, и как только он наберет скорость, то, что останется, будет в основном топливом.топливо и реактивная масса должны были замедлиться, а жилая сфера шириной 900 км выглядела как крошечная точка по сравнению с гигантскими топливными баками. Кроме того, это будет ядерная энергия — либо деление, либо термоядерный синтез, либо какая-нибудь футуристическая технология преобразования массы в энергию. В галактике просто недостаточно химического топлива, чтобы разогнать небольшой корабль размером с Луну до одной трети скорости света.

Я выскажу здесь несколько замечаний относительно того, почему этот тип космического корабля (за вычетом некоторых ваших требований) сможет существовать с нашими текущими законами физики, но не сможет существовать с нашими текущими технологиями (или любой другой технологией в ближайшем будущем). будущее, во всяком случае).

1) Энергия, необходимая для ускорения массы$m$к$0.32c$. (Также, как второстепенный момент, иметь дело с постоянной скоростью довольно легко, поскольку космический корабль с постоянной скоростью в основном является инерциальной системой отсчета. Я разберусь с логистикой этого позже.

$$E=mc^2(γ-1)$$ куда $$γ=1/\sqrt{1−v^2/c^2}.$$ Предполагая, что каждая комната для пассажира весит примерно $400 kg$(он же маленькая машина без двигателя и основной рамы) и что есть $9000$пассажиров, общий вес конструкции один составляет МИНИМУМ $3,600,000$или же $3.5 \cdot 10^6kg$.

И это только структура 1.

---

Для структуры 2 вы говорите, что хотите$900 km$ракушка. Я совершенно не знаю, что вы хотите внутри него или сколько он должен весить, поэтому я собираюсь предположить, что это пустая металлическая оболочка из алюминиевой фольги :).

Я сделаю это примерно$1m$толстый, который... если хотите знать, взорвется из-за разницы в давлении воздуха в космосе.

Обратите внимание, что все это меньше, чем фактические измерения, потому что я доказываю, что это потребует МНОГО энергии.

Это будет в общей сложности

$$W = \pi \cdot r^2 \cdot h \cdot \rho \\= 450000m^2\cdot \pi\cdot 4\cdot 1m\cdot 2700kg/m^3 \\= 6870663133400878 kg \approx 10^{15} kg$$ .

---

Теперь самое приятное.

Подставляя это в уравнение для энергии, мы получаем$\gamma = 1/\sqrt{1-(0.32c)^2/c^2}\approx 1.0555008$. Таким образом,

$$E \approx 10^{15}kg*c^2*(1-\gamma)\approx 5\cdot 10^{30} J$$ что в основном представляет собой количество энергии, которую солнце сжигает каждую секунду (на самом деле очень-очень близко)!! Но эй, если вы можете построить космический корабль $900 km$в диаметре, я в вас не сомневаюсь.

================================================= ==========================

2) Путешествие на такой высокой скорости делает столкновение с космическим мусором очень болезненным (и, вероятно, смертельным). Вам понадобится что-то, что могло бы обнаруживать космический мусор очень далеко, заряжать вашу лазерную пушку или что-то еще, что у вас есть, и уничтожать частицу очень, очень быстро, учитывая, что вы движетесь очень быстро.

Большие вращающиеся конструкции были предложены в качестве космических колоний Константином Циолковским, а ускорение их для создания «мировых кораблей» впервые было предложено Дж. Д. Бернелем в 1929 году. содержащиеся внутри вращающихся цилиндров диаметром всего в несколько километров (как предложил Джерард К. О'Нил).

Космическая оранжерея Константина Циолковского (1895 г.)

Концепция космической колонии Island 3 (1975)

Две человеческие проблемы, с которыми вы будете иметь дело, — это получение энергии для ускорения и замедления таких огромных сооружений и защита их от радиации и ударов во время круиза.

Вопрос расчета требуемой энергии был решен ответом NL628, и если учесть, что даже гораздо меньшие и легкие (и более медленные) системы, такие как лазерная система Роберта Л. Форварда, использовали Терраватт энергии, большие корабли-миры довольно непрактичны.

Для защиты на высоких скоростях вам понадобятся активные системы для отклонения частиц, которые находятся на пути вашего полета (обычно используется интенсивный УФ-лазер для ионизации частиц и магнитное поле для отталкивания ионизированных частиц), и, вероятно, массивный экран. изо льда, чтобы поглотить удар любых молекул газа, которым удалось проскользнуть. Да, вы правильно прочитали, молекулы . Предположим, что окна и другие детали космического корабля "Шаттл" были повреждены в результате столкновения с краской на орбитальной скорости (7 км/сек), кинетическая энергия даже молекулы газообразного водорода на значительной доле скорости света будет огромной (Ke = 1/2М*В^2).

Так что из практических соображений вам следует рассмотреть либо гораздо меньший корабль, который может двигаться на высоких скоростях с более «разумным» количеством энергии и может быть эффективно защищен ледяным щитом малого диаметра и лазерной системой, либо тихоходный» корабль-мир», которому, возможно, придется иметь дело с долгосрочными проблемами поддержания физической целостности систем и социальных систем колонистов, но ему не требуется заметное количество выходной энергии Солнца для достижения скорости его полета.