Титан

Невосприимчивость к воздействию окружающей среды Непревзойденная коррозионная стойкость архитектурного титана достигается за счет его стабильной, хорошо прилипающей защитной оксидной пленки на поверхности. Поскольку металл обладает высокой реакционной способностью и имеет сильное сродство к кислороду, полезная оксидная пленка образуется спонтанно при воздействии влаги или воздуха. На самом деле, поврежденная оксидная пленка может мгновенно восстановиться.

Самый низкий коэффициент теплового расширения Коэффициент теплового расширения титана вдвое меньше, чем у нержавеющей стали и меди, и в три раза меньше, чем у алюминия. Он практически такой же, как у стекла и бетона, что делает титан очень совместимым с этими материалами. Следовательно, тепловое напряжение на титане очень низкое.

Легкий вес. Удельный вес титана составляет 4,51 г/см3, что примерно на 60% меньше, чем у стали, вдвое меньше, чем у меди, и в 1,7 раза больше, чем у алюминия. Будучи таким легким металлом, титан создает меньшую нагрузку на конструкцию. Он легко изготавливается и допускает простоту монтажа.

Экологичность Благодаря своей относительной инертности в большинстве атмосфер титан считается безвредным для окружающей среды. Он на 100% подлежит вторичной переработке и является продуктом возобновляемых ресурсов.

Наивысшая прочность В дополнение к превосходной механической прочности (сравнимой с мягкой сталью), титан долговечен и устойчив к ударам. Его модуль упругости (показатель скорости деформации) вдвое меньше, чем у нержавеющей стали. Это означает, что титан более гибок, чем другие архитектурные металлы, во время землетрясений и других периодов сильных движений.

https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=1299

Вы также строите вещь для простоты ремонта. Самый верхний слой Walkway сменный. Поручни сменные. Когда вещи изнашиваются, их забирают обратно, переплавляют, переплавляют и используют повторно.

Спроектируйте все модульное, чтобы его можно было открутить и заменить по мере необходимости, а старое переработать в новые продукты.

Вам нужно в корне отказаться от идеи построить корабль поколений и отправить его в дальний космос.

Корабль поколения должен быть самодостаточным, что включает в себя возможность перерабатывать и производить любую часть корабля несколько раз. Такого рода производственные мощности вам, скорее всего, понадобятся в любом случае, когда вы достигнете своей цели.

Критерии проектирования будут содержать некоторые оценки того, насколько хорошо работает ваша переработка, и вы получите столько запасных частей / запасных материалов, сколько позволяет ваш бюджет на топливо, но фактически ваша команда будет проводить свое путешествие, восстанавливая свой корабль снова и снова.

Ключ в экосистеме, которую вы берете с собой.

Органическая техника.

Я утверждаю, что речь идет об интегрированной системе, а не только об одном аспекте этой системы.

Пол представляет собой гобеленовый газон :

^{Атрибуция: grassfreelawns.co.uk}

Различные виды пчел и других насекомых, которых вы, несомненно, захотите взять с собой, чтобы заселить свой новый мир, полюбят его, как и черви и почвенные бактерии. (Кроты, суслики, ну - это на ваш выбор)

• Плющ и другие лианы и лианы, которыми вы украшаете стены, действуют как прекрасные самовосстанавливающиеся поручни и дома для насекомых (источник пищи для многих птиц/летучих мышей, которые являются частью вашей среды обитания).

• Хотя могут быть некоторые большие общие области для деревьев, цветущих растений (насекомых и птиц), большая часть производства кислорода может быть получена из пшеницы/ячменя и других пищевых культур в ваших фермерских отсеках.

• Твердые человеческие отходы, компостированные с отмершими растительными веществами, конечно, будут использоваться в качестве удобрения, как и мочевина, следовые количества солей и вода из жидких отходов для выращивания растений, необходимых для жизни. Минералы, необходимые для повторного производства металлических или керамических деталей, также могут быть извлечены на этом этапе.

• Ткани, которые нужны жителям, будут сделаны из компостируемого растительного волокна, искусственная кожа из бактериальной рогожи , мебель из дерева (см. футон ).

• В ваших аквакультурных бухтах будут обитать и производиться рыбы, устрицы, креветки, водоросли и различные растения, а также более разнообразные морские среды обитания для пересадки в новый мир — опять-таки повторное использование O ₂ и других питательных веществ.

Многие семена, клубнелуковицы и клубни будут сохранены и оставлены в резерве для повторного роста после повреждения. Все это потребует обслуживания; садовники, лесоводы, микробиологи, химики, специалисты по управлению средой обитания, инженеры по переработке отходов ... и т. д. Это предоставит будущим детям богатые образовательные возможности, помогая поддерживать практические навыки на протяжении всего путешествия, необходимые для заселения мира назначения.

Есть ли какой-нибудь материал для спроектированной конструкции или набора систем, который будет сопротивляться окислению в течение многих тысяч лет, необходимых для путешествия?

Алюминий при контакте с кислородом образует тонкий слой оксида, который защищает нижележащий металл от дальнейшего окисления. Кроме того, алюминий имеет более благоприятное соотношение эластичности и плотности по сравнению с железом, поэтому он уже предпочтителен для приложений, где вес имеет значение (да, аэрокосмическая промышленность является таким приложением).

Единственным способом преодолеть эти проблемы было бы иметь на буксире большое количество запасных деоксигенированных кораблей, на которые можно было бы перейти.

ЛОЖЬ. Усталый металл можно восстановить с помощью надлежащего термического цикла. Вам просто нужны запасные части и оборудование для термоциклирования.

Надолго, но не бесконечно.

Есть расчет, который вам нужно будет сделать. Каждый раз, когда кто-то идет по коридору, сколько поверхности изнашивается. Каждый раз, когда кто-то использует перила, насколько они изнашиваются. Повреждение можно отремонтировать, усталый металл можно подвергнуть термической обработке. Износ неорганических материалов теряется в системе, и для его замены необходимо нести дополнительные средства.

Хотя вы можете работать над сменными покрытиями для поверхностей, даже те, которые вы можете разработать в своих собственных лабораториях из растений, выращенных на корабле. Постепенно твердые поверхности под ним изнашиваются и нуждаются в замене.

Возможно, вы сможете растянуть его на тысячи лет, но рано или поздно вам придется получать новые материалы извне. Какими бы износоустойчивыми, как бы тщательно вы ни ухаживали за защитными покрытиями, ничто не вечно.

То же самое относится и к вашему кислороду

В то время как воздух и вода в закрытой системе потенциально могут быть переработаны навсегда. Это не относится к любой утечке, любому использованию шлюза, каждый раз, когда воздух покидает корабль, его нужно заменить. Опять же, если система не полностью герметична, что маловероятно, вам иногда потребуется добавить больше воздуха/воды.

Даже если вы сможете защитить открытые части корабля, такие вещи, как электроника, будут деградировать. Вам понадобится источник энергии и двигатели, чтобы поддерживать среду обитания в пригодной для жизни среде, а затем притормозить в конце путешествия, которое также должно длиться тысячи лет.

Единственным практическим решением является техническое обслуживание. Как вы предполагаете, хранение запасных частей для такого длительного путешествия может быть затруднено. Возможно, вы могли бы послать второй необитаемый корабль снабжения. Но на самом деле вам нужны производственные и перерабатывающие предприятия на борту.

Вы могли бы рассмотреть продвинутые 3D-принтеры, которые работают на молекулярном уровне, то есть репликаторы в стиле Star Trek. Вы также можете рассмотреть нанотехнологии, способные восстанавливать материалы в микроскопическом масштабе. Но вам все равно понадобятся некоторые промышленные процессы для таких вещей, как производство энергии.

Я думаю, что если вы сделаете корабль поколений достаточно большим, вы сможете включить в него достаточно избыточных и взаимоусиливающих систем, чтобы они стали разумными.

Этапы создания корабля поколений:

• Выдолбить астероид М-типа, чтобы использовать его в качестве оболочки
• Добывайте необходимые для жизни ресурсы с астероидов типа C и S, а также ледяных комет.
• Импорт биомассы для засева живой камеры (это, пожалуй, самая сложная часть, так как всю биомассу семян придется импортировать из ранее существовавших неповрежденных экосистем)
• Используйте двигатель Orion для движения, поддерживаемый менее мощными ядерными двигательными установками для более точного управления.

Корабли можно было делать размером от пары сотен метров до километров.

Размер будет определяться предполагаемым временем полета, минимальным жизнеспособным размером экосистемы, прочностью материала, стоимостью и т. д.

Думайте шире

Носите лишнюю массу. Постройте корабль на огромном астероиде или что-то в этом роде. Я знаю, что вы возражали, потому что это заняло бы слишком много времени, чтобы «набрать скорость», но я не согласен. Поездка, которая уже занимает несколько поколений, может позволить себе потратить много времени на ускорение, если вы быстро набираете скорость относительно общей длины пути .

Кто-нибудь обсуждал это?

Говоря о концепциях научно-фантастического пространства, ответом на этот вопрос всегда будет Исаак Артур.

https://www.youtube.com/watch?v=H2f0Wd3zNj0

Задача фрейма: если у вас есть технология для создания корабля поколений, почему вам требуются тысячи лет, чтобы добраться до места назначения? Это почти наверняка сложнее, чем построить корабль, который может разогнаться до 1 g (или даже приличной его доли) и доставить вас куда угодно максимум за несколько сотен лет (вероятно, меньше).

Для математики, объясняющей, как это работает, см. соответствующий ответ на дочернем сайте Astronomy SE: https://astronomy.stackexchange.com/questions/14559/how-long-would-it-take-to-reach-the-edge . -из-достижимой-вселенной/14562#14562

Нет.

Вещи ломаются. Вы потеряете кислород, потому что система рециркуляции выйдет из строя. Все машины выходят из строя по прошествии достаточного времени. Вам придется носить с собой множество комплектов сменных деталей и надеяться, что их достаточно, чтобы добраться живыми до места назначения. Но слишком много деталей и тирания уравнения ракеты укусят вас, потому что вам понадобится гигантское количество топлива для ускорения. Двигатели Ориона не спасут: напряжение ядерных взрывов опасно, а пластина или амортизаторы могут (сломаются) сломаться, когда они вам больше всего понадобятся. Ядерный двигатель вас не спасет. Воздействие горячих нейтронов, которые выделяются как при делении, так и при синтезе, повредит ваше оборудование.

Также биосферы тоже могут разрушаться. Я не знаю минимального размера, который должна иметь экосистема, чтобы поддерживать человека, и даже если этот размер достаточно мал, чтобы поместиться внутри полого астероида, биосферы могут разрушиться, как показали массовые вымирания на Земле. Критический вид может вымереть, например, спровоцировав экологический коллапс. Или другой вид может беспрепятственно расти и разрушать экосистему, как цветение водорослей. И как вы будете получать энергию для питания своей экосистемы, когда выйдете за пределы марсианской орбиты? От машин, которые сломаются, как только вы окажетесь посреди путешествия?

Постройте достаточно большой «ракетный корабль», чтобы не имело значения, из чего именно он сделан, поскольку он будет тащить за собой собственную атмосферу. Грубо сферический, шириной около 13 000 км, подойдет. Возможно, для этого собирайте планеты. Это будет достаточно устойчивым к износу, если только ваши пассажиры не начнут делать действительно глупые вещи (отказ от ответственности: неофициальные данные свидетельствуют о том, что это может быть более рискованным, чем вы думали). Если этого не произойдет, он прослужит намного дольше, чем рассчитан ваш типичный корабль генерации, так что вы сможете перемещать его по вселенной намного медленнее. Затем вам «просто» нужно решить проблемы, как его ускорить (0,5 г даст вам большинство мест после достаточно небольшого количества поколений), и как снабжать его энергией (подойдет достаточно большой термоядерный источник - нет необходимости иметь один шириной 1,4 м км, возможно, закопать под поверхность несколько термоядерных установок). Вероятно, не помешает заставить корабль вращаться, так что пусть он вращается вокруг полюса, и поместите двигатели/двигатель/что-то еще на один полюс.

У вас могут быть самовоспроизводящиеся, самовосстанавливающиеся нанороботы, работающие на молекулярном уровне. Единственный вход, который вам нужен, — это некоторая форма энергии, чтобы поддерживать их (и остальную часть корабля) в рабочем состоянии.

В более крупном масштабе вы можете перестроить или заменить целые части корабля. Все, что вам нужно, это завод по переработке почти на 100% эффективнее.

В конце концов, вы всегда будете терять некоторое количество материи (даже черные дыры), но если у вас есть внешний источник энергии (например, излучение звезды) и ваш корабль действительно продвинут, он может превратить энергию в материю.

Получить новый материал через некоторое время

Если вы не можете выдержать тысячелетний износ, просто замените его новым материалом. По пути ловите астероиды или делайте остановки на планетах, чтобы получить новый металл, кислород и топливо.

Вы должны отремонтировать корабль, и самая трудная часть висит на вашей массе.

Корабль генерации должен быть полностью самодостаточным, а это означает наличие производственных и перерабатывающих мощностей для всего. Это сложно, если у вас всего несколько сотен человек, но если у вас есть миллион плюс хорошая автоматизация, это не так уж невероятно. Корабли поколений должны быть большими.

Полностью остановить износ нецелесообразно, все изнашивается, особенно когда в нем продолжают расти люди и другие живые существа. Вы должны ремонтировать и поддерживать. Даже пыль можно подметать и перерабатывать. Должно быть. На Земле материалы, которые изнашиваются, превращаются в пыль и просто уносятся ветром и становятся частью планеты, но в космосе, если вы не избавитесь от своей пыли, через несколько тысяч лет ваш корабль будет по колено в пыли. И если вы выбросите его за борт, а не переработаете, у вас скоро закончатся припасы и/или корабль.

Так что на самом деле вам нужно беспокоиться о том, какая часть вашей массы уходит в космос. Часть воздуха будет выходить наружу, когда вы откроете шлюз для обслуживания. Некоторые из них будут фрагментами корпуса, оторвавшимися от микрометеоров. Некоторые из них будут мусором, который вы просто не сможете переработать и должны будете выбросить за борт (нужно свести это к крайнему минимуму!), а некоторые будут просто несколькими атомами, выскальзывающими из швов. Но все это складывается.

Видео Исаака Артура о кораблях-ковчегах раскрывает это более подробно. Масса утечки космического корабля фактически имеет период полураспада, а не линейную скорость потери, и чем больше массы вы теряете, тем короче период полураспада. Независимо от того, сколько дополнительного материала вы берете с собой, доминирует цепляние за ту массу, которая у вас есть. Но в конце концов он вытекает, и единственный способ сохранить достаточное количество материала на неопределенный срок — это останавливаться и пополнять его время от времени или строить свой корабль достаточно большим, чтобы он удерживал массу за счет гравитации, а не запечатывания.

Предполагая, что второй вариант нежизнеспособен, строительство большего размера все же помогает. Предполагая, что вы не выбрасываете материал за борт намеренно, утечка пропорциональна площади поверхности корабля, но общая масса пропорциональна объему. Тем не менее, выдержка в несколько десятков тысяч лет, вероятно, лучшее, что вы можете сделать. Это хорошо для расстояния в пару сотен световых лет при скорости 1-5% скорости света, так что это жизнеспособно. Но с дальностью все равно будет проблема.

Но пополнение запасов практично. Почти в каждой звездной системе есть облако Оорта, а кометы в основном состоят из ракетного топлива. Астероиды в значительной степени сделаны из строительного материала для космических кораблей. Если вы можете реально путешествовать через межзвездное пространство, у вас по определению есть возможность достичь облака Оорта. Все, что вам нужно, это перерабатывающий завод на борту, способный перерабатывать пару комет в топливо, после чего вы можете посетить ближайший астероид и подобрать любые тяжелые материалы, которые вам могут понадобиться. И тогда вы сможете продолжить свой путь. Проблемы с пополнением запасов больше связаны с задержкой и неудобством необходимости остановки, чем с какой-либо невозможностью технологии. Таким образом, на больших расстояниях чем лучше вы запечатываете и перерабатываете, тем быстрее вы едете.

Лучшим вариантом, вероятно, будет просто использовать межзвездные астероиды или превратить долгоживущие кометы в корабли генерации с небольшим количеством гравитационной рогатки.

Он будет быстрее, чем что-либо аналогичного размера, которое мы могли бы когда-либо использовать с любыми двигателями, без связанных с этим затрат энергии.

И все, что нам нужно для перевозки, — это небольшая колония с производственными мощностями для производства всех ее частей и дополнительных частей для расширения и замены. Даже население, необходимое для обслуживания и других задач, могло быть создано после того, как основная команда создала/привезла первые части станции.

Кто-то сказал что-то об отсутствии выбора в профессиях: я не думаю, что мы должны мыслить категориями средневековых гильдий. Скорее, каждый будет изучать основы многих навыков и специализироваться на тех, которые ему интересны или в которых никто другой не талантлив. можно убедить взять это на себя.

Астероид просто нуждается в обилии самых летучих или важных материалов, часть из которых можно заранее транспортировать туда с помощью ракет, а может быть, даже объединив 2 или 3 меньших астероида.

Если бы достаточно большой астероид пролетал мимо планеты, возможно ли было бы вообще покрыть его слоем жидкого водорода или чем-то подобным. Преимущество будет заключаться в том, что когда что-то приходит в движение, оно не сможет достичь скорости убегания из-за сопротивления. Все остается в жидком пузыре и может быть переработано.

С другой стороны, хорошо перемешанные материалы (израсходованные ресурсы) можно перерабатывать в течение тысячелетий, просто подвергая их воздействию тепла, износа, гравитации, растворителей, тока, радиации, кристаллизации и так далее. Это требует времени, но время не главное на корабле генерации.

Металлические конструкции действительно могут служить веками. Главной проблемой будут скоропортящиеся продукты (еда, вода, кислород и т. д.). Если вы представляете, что 3D-печать достаточно развита, вам просто нужен достаточно большой запас сырья, металлов и материалов для электроники, и вы можете производить запчасти из них. что. Может быть, вы сможете добыть несколько астероидов по пути, чтобы пополнить свой запас металла.

Было бы намного дешевле и потреблять меньше ресурсов, чтобы держать всех в глубокой спячке. Пусть роботы делают всю работу, обслуживание, навигацию.

Может быть, на всякий случай дежурит небольшая рота людей.

Еще лучше, просто несите семена и «производите» людей, как только вы прибудете в пункт назначения с искусственными матками. Используя этот метод, крошечный корабль потенциально может перевозить миллиарды людей.

Идея генерирующего корабля типа "ковчег", где все должны веками жить в замкнутом пространстве, действительно является самым неэффективным методом.

Конечно может, земля одна из них.

Я думаю, что один из способов построить этот корабль — построить завод по переработке, который будет делать настоящий космический корабль из частей прототипа. Таким образом, вы доказали, что способны перерабатывать все детали.

Конечно, завод по переработке должен быть на борту. Корабль такой большой, что все устройства на нем по нескольку раз (даже завод по переработке).

На самом деле единственное критическое устройство, которое вам нужно, — это то, что берет что угодно и сортирует атомы, чтобы получить чистый материал. Эта технология не так далеко от нас. Основной принцип заключается в том, что происходит в масс-спектрометре.

Как только вы поймете, что единственная оставшаяся проблема — сохранить все материалы на борту, чтобы космический корабль не исчез из-за миллиардов незаметных столкновений.

Как и забыл какую-то систему сбора энергии, солнечные батареи?