Руины зданий, заброшенные города и пригороды усеивают побережья земных массивов, населенные дикими животными и осколками некогда живой цивилизации. Океаны относительно пусты, почва и грязь лишены всех своих питательных веществ, растительность на земле борется с сильными ветрами, цепляясь за рыхлую землю. Бесплодный. Человечество, кажется, почти исчезло, планета уничтожена невежеством ее самых диких обитателей.
Однако жители не ушли; они отступили в свои убежища, чтобы переждать бурю. Шок и страх, которые пришли с последним урожаем, подтолкнули граждан мира к ответам. Из этого хаоса появился Артур Хокинг, ученый в области архитектуры и продуктов питания из ICBC/Coke/Pepsi. Он принес в массы идею самоподдерживающейся конструкции, возможность иметь все необходимое человеку в одном здании. Сельское хозяйство будет занимать большую часть пространства построек, но автоматизированное сельское хозяйство обеспечит постоянный поток продукции населению.
Юма Аризона была выбрана для размещения построек, небольшого городка в юго-западном углу того, что было Аризоной. В этом городе больше всего солнечного света за год, что идеально подходит для массивов солнечных панелей, которые будут использоваться в дополнение к ядерным генераторам, встроенным в конструкции. Здания изначально предназначались только для некоторых граждан Соединенных Штатов, которые могли себе это позволить, но массовая истерия после «последнего урожая» сделала эти сооружения единственным прибежищем для всех людей в мире, поэтому интерес резко возрос, и мир устремился к ним. Юма, 10 миллиардов человек в 2081 году.
Насколько большой должна быть одна из этих башен, чтобы вместить 1 миллиард человек? Моя история происходит в 2081 году (только что прочитал эту книгу), и я пытаюсь точно масштабировать здания в своей голове и истории. В идеале 10 из них поместились бы в Юме, поэтому они масштабировались бы по вертикали больше, чем по горизонтали. Им необходимо учитывать сельскохозяйственные площади, жилую площадь и некоторую площадь общего пользования, которая, вероятно, будет равна жилой площади (школы, исследовательские центры, производители одежды, рестораны и т. д.). План состоит в том, чтобы переждать шторм, который, вероятно, продлится около 1000 лет (для здорового верхнего слоя почвы и местной популяции животных). Как только все окажутся в структурах, каждая из них будет изолирована от внешнего физического контакта, чтобы позволить природе развиваться без вмешательства человека и ограничить любое потенциальное поражение урожая одной структурой.
РЕДАКТИРОВАТЬ: эти структуры слишком велики, чтобы поместиться исключительно в Юме, поэтому ради будущих ответов я позволю структурам существовать во всем округе Юма.
РЕДАКТИРОВАТЬ 2: Спасибо за помощь, по пути мне показали эту книгу/сайт , и теперь я чувствую, что должен ее порекомендовать. Если это интересно, вы можете проверить это.
О, боль...
Бедрок — ваша первая проблема. Вы не строите крошечное здание, такое как Бурдж-Халифа или Пизанская башня , вы строите здание, самое большое, самое громкое и самое красивое здание на планете. И вы гарантированно разрушите фундамент, если мы не пройдем весь путь до коренной породы, не раскрошим коренную породу, не просверлим несметное количество отверстий для металлических стержней и не заложим самый толстый фундамент, который когда-либо видел мир... потому что вы хотите застраиваться, а не выходить (в районе, который просто умоляет о большем разрастании городов), что, вероятно, ужасная идея, но давайте смиримся с этим.
Итак, давайте рассмотрим геологическую карту округа Юма, штат Аризона . Нам нужен кто-то вроде Аркенштейна XII, чтобы дать нам подноготную, но я держу пари, что слово «гранит» хорошо (моя благодарность Эшу за указание на это), что хорошо, потому что его больше. чем базальт. К сожалению, глядя на эту карту, вы быстро обнаружите, что, несмотря на то, что ваши солнечные батареи будут хорошо защищены от солнца, это практически худшее место на планете для фундамента того размера, который вы ищете. Ситуация не так плоха, как я опасался, но все равно неудобно. Но есть места, где мы можем заставить это работать, потому что мы собираемся рассчитать размер нашего следа.
Если я правильно помню свои уроки геологии в старшей школе, районы мира, которые лучше всего подходят для огромного фундамента, являются худшими для солнечных батарей. Хотя могу ошибаться. Средняя школа была когда-то в меловой период. Но об этом стоит подумать.
Вода – вторая проблема. Вы хотите быть самодостаточным для миллиарда человек. На самом деле это очень некрасивый расчет. Людям нужно пить, утилизировать отходы, следить за гигиеной (в герметичной системе с 1 млрд. человек... о, да), затем есть урожай, промышленность, контроль влажности и ля-ля-ля-ля. Я собираюсь сделать полное предположение и предложить рассчитать на человека, вам нужно что-то вроде 100 галлонов воды в день. Давайте представим, что у нас есть 100% эффективная переработка и что переработка способна перерабатывать каждую каплю воды каждый день (упрощение, которое буквально заставит ангелов плакать). Это 100 миллиардов галлонов воды или резервуар для хранения 13,4 миллиардов .кубических футов в размере. Если это всего лишь половина высоты вышеупомянутого Бурдж-Халифа (1358 футов), то его площадь составляет немногим более трети квадратной мили. Назовем его третьим для удобства и просто построим немного выше.
Итак, треть квадратной мили звучит не так уж плохо, и мы должны быть в состоянии найти хороший, большой кусок базальта даже рядом с Юмой, с которым мы сможем работать. Давайте зальем эту присоску глубиной 30 футов, полностью армированную и натянутую, конечно, и еще 2000 футов (легко) сотового резервуара для воды, чтобы мы могли построить над ней опорную конструкцию. Именно соты, необходимые для поддержки остальной части здания, создают высоту (это приблизительное предположение), потому что они потребляют объем, который ранее не учитывался.
И стоит отметить, что если у вас раньше не было кризиса, управляющего этим процессом, отвод воды для заполнения этого резервуара вызовет его. Хорошо, может быть, не совсем так, но возникшая в результате борьба между Калифорнией и Аризоной за права на воду, вероятно, приведет к второй гражданской войне в США.
Еда — ваша следующая проблема. Эта увлекательная статья сводит проблему к простому числу: один акр на человека, если вы делаете это «естественным» способом (выращивание сельскохозяйственных культур, выпас коров и т. д.). Это (*кашель*) миллиард акров под вашей крышей. Чтобы дать вам представление о размерах, Соединенные Штаты занимают 2,3 миллиарда акров. Чтобы было интересно, чуть более 1 миллиарда акров из них отведено под посевы и выпас скота. Учитывая потенциал производства продуктов питания в США, это бросает тень на вывод предыдущей статьи о том, что необходим 1 акр на человека, но мы с этим согласимся. Итак, вам нужно построить здание (теперь оно должно быть вертикальным), в котором будут размещены все земли, используемые для производства продуктов питания в Соединенных Штатах. Эта треть квадратной мили выглядит немного маленькой, как и моя оценка в 100 галлонов на человека.
И что-то должно быть не так с моими источниками на данный момент. Но не слишком неправильно. Люди уже давно жалуются на слишком много людей и слишком мало пахотных земель. Это может быть просто большое подчеркивание под проблемой. Другими словами, если вы не можете сократить производство продуктов питания до чего-то ужасного, ваша предпосылка неправдоподобна, поскольку вам нужна планета, чтобы накормить планету людей.
Давайте предположим, что вы усовершенствовали производство продуктов питания таким образом, что каким-то образом вам нужно всего 1/1000 пространства , чтобы накормить человека. Таким образом, один миллиард становится одним миллионом... акров (вздох). Треть квадратной мили составляет около 211 акров, поэтому вам нужно 4740 этажей для производства продуктов питания на уровне около десяти футов на этаж (что невероятно нереально ), так что теперь ваше здание работает на высоте 50 000 футов (что намного выше 35 000 футов). средняя крейсерская высота Боинга 737), а мы даже не начали заниматься промышленностью и инфраструктурой, не говоря уже о жилье.
Я сказал, что строить, а не выводить, было ужасной идеей....
И пришло время остановиться
Да, вы можете уменьшить высоту здания, расширив фундамент, но это вызывает проблемы с правдоподобным фундаментом (вспомните геологическую карту округа Юма). Очевидно, что сегодня мы не можем придумать правдоподобного способа сделать это. Так что я рискну и предложу...
Фундамент вашего здания размером с Коннектикут, а высота здания примерно 20 000 футов (6 100 метров).
И мы не будем говорить о том, какая будет погода вокруг этого лоха.
Размещение миллиарда человек в Юме, штат Аризона, включая производство продуктов питания, промышленность и торговлю, потребовало бы возведения всей территории до высоты около 2 км.
Математика:
Основываясь на ответах на этот вопрос , мы должны быть в состоянии накормить людей, используя около 25 пространства на человека с использованием разумных предположений об аэропонном производстве продуктов питания в ближайшем будущем. Основываясь на этом обсуждении жилой площади в современной Японии, минимальная жилая площадь, выделяемая на человека, составляет около 25 кв. дополнительного пространства. В современных городах около 50 % городских площадей занимают жилые помещения, а остальные — промышленные/коммерческие. (Пропорционально, если мы включим сельскохозяйственные участки в жилые районы, это увеличится примерно до 66% нашего пространства.) Кроме того, современные города примерно на 30% состоят из дорог. Для мегаструктуры нам также потребуется много места для контроля атмосферы. Давайте предположим, что это примерно столько же места, сколько и дорог.
В расчете на человека нам потребуется пространства для учета транспорта, продуктов питания, жилья, промышленной торговли и атмосферной инфраструктуры. Тогда миллиарду людей потребуется в общей сложности 160 миллиардов квадратных метров пространства.
Используя Бурдж-Халифа в качестве оценки высоты этажа, каждый этаж будет составлять около 4 метров. Yuma AZ занимает площадь около 300 квадратных километров. Предполагая, что мы остаемся примерно в его границах, нам понадобится , всего около 540 этажей, в зданиях высотой 2160 м.
Это, в частности, не включает площадь, которая вам понадобится для солнечных батарей, если это то, что вы используете для питания. Солнечные панели, в частности, нельзя штабелировать. Солнечный свет обеспечивает около 1 кВт/кв.м энергии. Предполагая, что нашим культурам требуется примерно столько же энергии, сколько дает солнце, и что производство сельскохозяйственных культур составляет около половины наших общих потребностей в энергии, нам потребуется 50 кВт на человека, что в общей сложности составляет около 50 миллиардов квадратных метров или 50 000 квадратных километров. площадка для солнечных батарей. Это предполагает максимальную эффективность: современные солнечные панели имеют КПД примерно 10–20%, поэтому вам потребуется 250–500 000 квадратных километров солнечных панелей. (Куба, для справки, занимает площадь около 100 000 квадратных километров.)
Если все поместятся в округе Юма, а не в нынешних границах города Юма, доступная площадь увеличится примерно в 50 раз. При таком предположении вы покрыли бы всю территорию до высоты около 50 метров, чтобы разместить дом. миллиарда человек, или 500 метров, чтобы вместить десять миллиардов. 500 метров — это высота жилой части Бурдж-Халифа, хотя, в отличие от этого здания, мегаструктура будет занимать площадь около 14 000 квадратных километров. Солнечной энергии потребуется такая же площадь, что, вероятно, будет невозможно без обширной автоматизации для обслуживания или значительно более рассредоточенного населения.
Приложение: Я неправильно понял вопрос, и хотя вы поместили в Юму только миллиард человек. Для 10 миллиардов эти цифры увеличатся в 10 раз. Используя современные технологии или технологии ближайшего будущего, я не уверен, что 20-километровое здание хоть сколько-нибудь осуществимо. Кроме того, ваши солнечные панели покроют территорию, близкую к размеру ЕС, так что вы, вероятно, в любом случае захотите распределить свои башни по территории примерно такого размера.
Очень. Очень. Очень большой.
Просто для сравнения взгляните на проект такого типа , предлагаемый для Токийского залива. Помните, вы строите не просто гигантский многоквартирный дом. Вам нужно учитывать места, где люди работают, создают еду, едят еду и многое другое, что есть в обычном городе.
Структура будет вмещать 1 000 000 человек. Структура будет иметь высоту 730 метров (2395 футов), включая пять сложенных ферм, каждая из которых имеет такие же размеры, как у Великой пирамиды Гизы.
Так что вам нужно что-то в ТЫСЯЧУ раз больше, чем это.
Давайте попробуем здесь немного математики... Наибольшая плотность заселения человека сейчас в больших масштабах - это Манила. 1,6 млн человек, занимающих 38,5 кв. км. Он достигает вершины в Районе 6 с населением около 70 тысяч человек на квадратный километр. (Это почти в три раза больше плотности населения Манхэттена, кстати...).
Попытка превратить КВАДРАТНЫЙ метраж в КУБИЧЕСКИЙ — сложная задача, но я играл с ней раньше. Я пришел к грубому приближению ~ 2,7 кубических км для Манхэттена (~ 1,6 млн населения) и ~ 7,75 кубических км (8,6 млн населения) для всего Нью-Йорка.
Итак, ваша отправная точка — около 10 миллионов человек в кубическом здании со стороной около 2 км. Манила утраивает эту плотность населения без СЛИШКОМ больших проблем, так что, скажем, мы можем увеличить ее в 5 раз. Теперь мы достигаем 50 миллионов в кубе 2x2x2. Теперь мы избавились от всех дорог, вся наша перевозка людей и товаров использует конвейерные ленты и лифты а-ля а-ля Стальные пещеры (Азимов, 1953) . Допустим, это дает нам еще один коэффициент 2 с точки зрения эффективности использования пространства.
Это 100 миллионов человек в 2-километровом кубе. Вам нужно по крайней мере десять из них.
Я не могу сказать вам, насколько большой должна быть вся конструкция, но я могу дать вам пару цифр, которые помогут вам ориентироваться в масштабе:
Сельскохозяйственные угодья, вам понадобится эквивалент 25000 гектаров (примерно 62500 акров ) сельскохозяйственных угодий, чтобы прокормить такое население, гибридные системы Aeroponic / Aquaponic могут уменьшить общий объем, который для этого требуется, но это эквивалент земли. Определенные грибы или предложенная технология, которая могла бы собирать основные углеводы и белки из атмосферного кислорода, водорода и азота (кстати, не уверен, насколько это жизнеспособно), снизят это число, но оно все равно будет огромным.
Размещение, основанное на крошечных домах, вам потребуется не менее 50 м 3 на человека для выполнения основ жизни; есть, спать и умываться. Вы можете, вероятно, вдвое меньше или даже лучше, используя коммунальные услуги и назначенные смены, но качество жизни сильно пострадает.
Это не покрывает ничего, кроме самого необходимого, то есть никаких роскошных продуктов, то есть всего, что растет на дереве или нуждается в наземном жизненном пространстве (поэтому очень мало фруктов и орехов, никакого красного мяса, молочных продуктов, птицы или яиц), и никаких физических мест для отдыха, общих или иных. Вам также необходимо учитывать «миграционное пространство», коридоры, лифты, лестничные клетки и т. д., которые нужны людям для перемещения по созданному вами пространству, и «подсобное помещение», воздуховоды, проводку и трубопроводы для переноса. потребности воздуха, воды и энергии. Кроме того, вам нужно генерировать энергию и источник, а также очищать воду и воздух. Мощность для ведения сельского хозяйства должна быть достаточной для подачи не менее 5 Втм -1 .настроенного красного инфракрасного освещения для максимальной эффективности фотосинтеза. Жилые помещения нуждаются в полном спектральном освещении, чтобы люди оставались здоровыми.
Техническое примечание: Мегаструктура обычно имеет длину не менее 1000 км по крайней мере в одном измерении, поэтому текущая площадь Юмы слишком мала, чтобы поместить туда хотя бы одну.
Ну, ты питаешь это от солнечной энергии. Так что вам нужно достаточно места для солнечной энергии на миллиард человек. Илон Маск рассчитал это для населения Соединенных Штатов, которое составляет примерно треть от того, что есть у вас. Отсюда имеем _
Если вы хотите снабдить солнечными панелями все США, то вам понадобится довольно небольшой уголок в Неваде, Техасе или Юте; вам нужно только около 100 миль на 100 миль солнечных батарей, чтобы обеспечить питанием все Соединенные Штаты. Батареи, которые вам нужны для хранения энергии, чтобы быть уверенным, что у вас есть питание 24/7, имеют размер 1 миля на 1 милю. Одна квадратная миля. Вот и все.
Итак, рассчитывайте на тридцать тысяч или около того квадратных миль. Это квадрат со стороной около 180 миль. Или 300 км. Вы хотите поместить людей внутрь все же. Это повысит требования к мощности. Вам нужен искусственный свет для сельскохозяйственных культур и циркуляция воздуха. Так что давайте удвоим это до 360 миль или 600 км в сторону. Вот насколько велики ваши солнечные батареи. Если предположить, что мы поместим их на крышу вашей мегаструктуры, она должна быть как минимум такой же большой. Это 360 000 квадратных километров или 130 000 квадратных миль.
Этого на самом деле должно быть достаточно. Вы можете сделать все это одной историей, и это сработает. Вы можете добавить второй этаж и увеличить свое пространство намного больше, чем минимум. При правильной конструкции они могли бы сделать это после выхода в космос. Важная часть заключается в том, чтобы протолкнуть фундамент дальше, чем им придется копать. Они также могут разместить батареи в этом подвале, но они займут лишь часть пространства.
Если вы питаетесь от солнечной энергии и хотите изолироваться от планетарной среды, вы можете подумать о том, чтобы покинуть планету. Вы могли бы построить космическую станцию, которая могла бы получать солнечную энергию постоянно, без перерывов на ночь или погоду. Тогда вам не нужны батарейки. Также было бы легче построить цилиндрическую станцию по частям, чтобы расширить ее после начала. Или просто построить новые станции.
Если вы вне планеты, вы можете терраформировать Марс, Венеру или даже Землю. Это намного сложнее, если вы застряли внутри одного большого здания на Земле.
Ответ @Brythan answer идет в правильном направлении: определение солнечной энергии , то есть поверхности вашего здания, подвергаемой воздействию солнца, в качестве ограничивающего фактора .
Тем не менее, БОЛЬШАЯ часть энергии будет использоваться для выращивания продуктов питания — это по-прежнему единственный устойчивый способ, и независимо от того, занимаетесь ли вы «классическим» сельским хозяйством, гидропоникой или чем-то еще: вам понадобится энергия солнца, чтобы каким-то образом заставить ваши пищевые растения расти. , иначе ваше население будет голодать.
Т.е. вам нужно достаточно площади, чтобы получить мощность солнца для выращивания растений для 1 миллиарда человек. Порядок расчета для этого составляет 1 акр на человека, поэтому мы говорим о 1 миллиарде акров необходимой площади поверхности (4 046 856,422 км²). Это может быть до некоторой степени оптимизировано, но даже если вы уменьшите это до 1% с помощью самой эффективной сельскохозяйственной технологии, какую только можно вообразить в вашем здании, т. е. около 40 000 км², вам все равно нужно покрыть более 10% площади. всю территорию Германии.
Неважно, построите ли вы свое здание высотой 1, 10 или 100 км - если вы не получите площадь поверхности, открытую солнцу, вы не сможете производить достаточно еды.
Это прозвучит странно, но в любом случае. Согласно библейскому пророчеству, на землю спустится город, площадь которого составляет 1500 квадратных миль, а высота — 1500 миль, с 12 воротами, по 3 в каждом направлении ординаты.
Есть только две возможные структурные формы, которые он может принять: кубовидную или пирамидальную. Проблема с кубовидной формой в этом масштабе заключается в том, что она не соответствует требованию «квадратности» из-за кривизны земли, а это означает, что единственно возможная форма гиперструктуры будет треугольной в сечении, такой как коническая или многоугольная пирамида. Форма Царства Небесного была бы похожа на пирамиду Гизы.
Этот структурный факт означает, что древние знали о силах, связанных со строительством на нестабильной структуре почвы/скальной породы, но имитируют пророчество, которое еще не сбылось.
По моим подсчетам, этот Город от Бога мог бы вместить до 4 триллионов человек в своих собственных кварталах в квадратную милю самоподдерживающейся агрономии с рекой, вытекающей из центра основания и текущей на восток через городские ворота.
Чтобы получить представление о масштабе, посмотрите на карту и опишите квадратный периметр от Марокко до Шетландских островов, идущего на восток до Черного моря, затем на юг до Эфиопии и обратно на запад до Марокко. 1500 квадратных миль. Восточные центральные ворота — это то место, где сегодня находится Иерусалим. Представьте на секунду, что городские пешеходные дорожки должны подниматься вертикально для прямоугольного параллелепипеда на сфере, и очень скоро вы обнаружите, что на высоте 1500 метров над землей периметр уже не равен 1500 квадратным милям. Структура будет секцией большей сферы, и сама масса, которую должна выдержать стоимость земли, будет ничтожной по сравнению с такой структурой.
Если бы это была форма пирамиды, силы были бы лучше распределены по земной поверхности и были бы способны противостоять такому весу, потому что вес был бы меньше, чем треть веса прямоугольного параллелепипеда на той же площади.
В вашем городе такая структура была бы хорошей идеей, потому что обширная жилая площадь была бы рядом с пиком, а сельскохозяйственная территория на базе ниже водохранилищ.
Пирамидальная структура имеет достаточную площадь поверхности для улавливания дождя и выработки энергии несколькими способами (гидроэлектроэнергией, гидростатическим давлением, перепадом температур, гидротермальными источниками, солнечной гидроизоляцией, ветром и реакторами на двуокиси водорода). Идея устойчивой энергетики с солнечными панелями не является устойчивой, поскольку материалы доставляются с больших расстояний до конечного пункта назначения.
Чтобы понять, как должны работать такие большие города, нам нужно понять биотропный дизайн и устойчивую энергию без доступного ископаемого топлива.
Форма здания определяет площадь поверхности для солнечной энергии. Для его 1 триллиона человек требуется четырехугольная пирамида площадью 1500 миль и высотой 1500 миль. Поскольку масштаб, установленный op, равен 10 миллиардам, он на порядок меньше и, следовательно, на 1 тысячную меньше, что означает 15 квадратных миль на 15 миль в высоту. Поскольку атмосферный кислород является ограничивающим фактором, максимальная высота, которую можно построить, составляет 5000 футов, что означает, что оставшийся объем расширяется по горизонтали и требует другой формы, основанной на треугольном многоугольнике.
Кольцо с шестиугольным основанием и треугольным сечением безопасно достигло бы 5000 футов, но внешнее разрастание было бы значительно больше и включало в свою конструкцию некоторые естественные элементы, такие как горы и долины. Такое предприятие истощило бы огромные водные ресурсы в строительстве, которое технически невозможно построить в данных описанных обстоятельствах.
Надеюсь, это просветит вас по структурным проблемам, ограниченным кислородом, материалами, энергией и водой.
Л.Датч