Я хочу создать что-то вроде роя Дайсона вокруг солнца. Не передавать энергию, а поставить в каждый спутник суперкомпьютеры, чтобы они могли рассчитывать пространственные траектории.
Основная идея проекта — обеспечить легкое путешествие по звездной системе. Я подумывал включить пропатченный симулятор KSP в каждый космический корабль, но мой друг-физик сказал мне, что «смеется, нет».
Теперь, когда строительство зданий является постепенным и активно продвигается различными крупными компаниями (также известными как заблуждающиеся триллионеры), мое основное внимание сосредоточено на его осуществимости.
Я думаю, что основные проблемы могут заключаться в охлаждении процессоров, солнечном ветре, повреждающем электронику, и общих затратах на техническое обслуживание после того, как калькуляторы будут установлены.
Итак, мой главный вопрос: возможно ли создать малонагревающиеся радиационно-стойкие процессоры с десятилетним сроком службы?
Хорошо, поскольку комментарии уже помогли ОП найти концепцию мозга Матрешки, я позволил мне сосредоточиться на других аспектах вопроса.
Во-первых, масштаб системы, скажем, 500 Вт на узел состоит из 100 Вт процессора(ов), 300 Вт видеокарты (типа), 100 Вт на прочие нужды.
мощность солнца 3.82e26W, с эффективностью 40% у нас будет 3.056e+23 узла в этом суперкластере.
Пока (в этом и предыдущем веке) мы произвели менее 1e14 процессоров. (своего рода мое дикое предположение, включая встроенные процессоры, и они составляют 99% вещей, которые мы обычно называем процессором, вопрос Quora, сколько микропроцессоров продает Intel в год? содержит интересную ссылку).
Дело в том, что даже если у вас есть выделенные 1e9 заводов по производству узлов для МБ и запасных частей для МБ, имеет смысл тиражировать все технологии, которые нужны в производстве (просто копировать земные производственные мощности, и немного масштабировать) в одном производственный узел, потому что масштабы операций намного превышают все, что мы делали на земле в данный момент. Таким образом, каждый производственный узел будет самодостаточным.
На околоземной орбите, на расстоянии 1 а.е. от Солнца, 1e9 фабрик размером с Землю покроют половину (0,47) поверхности сферы в 1 а.е. вокруг Солнца. (просто нахожу ту забавную иллюстрацию, они не обязательно должны быть такими большими, а коллекционеры должны быть в 2 раза больше)
Одной из основных проблем, с точки зрения осуществимости, будет разработка (а не строительство) этих (1e9) производственных единиц, они должны быть полностью автоматизированы в производственной установке и замене сломанных единиц, утилизации.
Таким образом, основная стоимость будет заключаться в разработке такой автоматической системы, частично путем копирования существующих технологий Земли/Луны/Марса/Венеры/Меркурия/каких бы то ни было дополнений их автоматизацией в полностью автоматизированную систему.
Второй фундаментальной стоимостью является разработка полностью автоматизированной системы добычи и снабжения ресурсами на начальных этапах роста сверхскопления.
Стоимость обслуживания будет заключаться в наблюдении за этим сверхскоплением, в мониторинге на всякий случай. Никаких других затрат на техническое обслуживание не требуется, эта система будет работать до тех пор, пока не пригреет солнце.
В общем случае производить низкотемпературный процессор не нужно, так как поток энергии ограничен потоком энергии на таком расстоянии от звезды, таким образом, максимальная температура для этой системы будет ограничена тем, насколько высокой может быть температура черного тела на таком расстоянии от звезды. солнце. (см. примечания)
В зависимости от конфигурации, как расположены эти вычислительные блоки - в виде тонкослойной или более шаровидной структуры - радиационно-стойкий процессор может не понадобиться, поскольку конструкция может иметь довольно толстый слой защиты (толщиной в километры)
Но радиационно-стойкие процессоры производятся сегодня для аэрокосмических нужд, и замена тех, которые повреждены факелами, будет малым процентом от производственных возможностей, которыми обладает вся система, и может осуществляться просто как апгрейд системы. По той же причине нет необходимости в десятилетнем сроке службы. Но, например, некоторые процессоры, произведенные для "Вояджера", до сих пор работают, так что они вполне рассчитаны на десятилетнюю жизнь, но на самом деле это не то, что можно было бы желать, так как замена их на более производительные блоки как можно скорее (по мере логично) это хорошо.
Радиационно-стойкие процессоры могут производиться и по другим некремниевым технологиям, основанным на принципе нановакуумных ламп - в лабораториях тестируются различные варианты:
Могут ли современные наноэлектронные лампы заменить транзисторы?
Наноразмерные вакуумные транзисторы — круто, но все же не так красиво, как светящийся 12AU6
Такая система как решение навигационной проблемы — это излишество.
Для навигационной системы достаточно ставить маяки каждые 5 000 000 км, и пример такой системы и некоторые последствия и некоторые варианты использования описаны в этом моем ответе, здесь
Вся солнечная система может быть покрыта на 10 а. Солнечная система.
5 000 000 км основаны на проекте LISA , где 5 млн км запланировано расстояние между зондами для обнаружения гравитационных волн. Я не знаю, с какой точностью они должны сохранять расстояние между собой, но я думаю, если это хорошо для обнаружения гравитационных волн, то этого достаточно для целей навигации. (См. примечание, точность LISA )
Масса компьютерной системы может быть равна массе планеты, подобной Земле, если средняя масса составляет 10 кг на расчетный узел.
Расстояние от Солнца составляет около 1 а.е., потому что речь идет о температуре, при которой нынешняя система еще может работать, даже без активного охлаждения. Температура черного тела на таком расстоянии составляет около 130 °C.
Учитывая, что одна единица - это, скажем, 1 кубический метр объема на расчетный узел (в среднем) и 1e9 таких кластеров, размер одного кластера примерно равен сфере диаметром около 90 км, поэтому самая большая вещь там (по размеру) - это коллектор энергии. , и система охлаждения, с прикрепленными к ней крошечными частицами реальных процессорных и производственных блоков. (или эти расчетные единицы представляют собой крошечный слой в системе сбора около 0,01 м тика)
Скорость и время создания этой системы сильно зависят от энергоэффективности используемых процессов, и это является единственным ограничивающим фактором проекта с точки зрения фактического строительства. (на создание такой системы может уйти менее 25 лет)
На самом деле я большой поклонник отслеживания каждого объекта в Солнечной системе объемом до 3 литров, включая и особенно включая облако Оорта, так как я думаю, что это очень ценная база данных, которая позволит нам заглянуть в мельчайшие детали в прошлое. нашей звездной системы и истории событий, которые происходили вокруг нашей звездной системы в прошлом, миллионы, может быть, сотни миллионов лет назад. Какие звезды проходили мимо, спектр и интенсивность их свечения, расстояние, траектория относительно нашей системы, их состав. Записи о наших планетах в нашей системе (траектории, эволюция нашей системы, стабильность нашей системы, состав атмосферы наших планет, были ли у нас какие-то планеты, которых у нас нет в данный момент),
Не уверен, что такая задача, как в прошлом нашей системы, нуждается в системе MB, она определенно поможет, но, учитывая, насколько энергонеэффективны современные системы по сравнению с биологическим мозгом, и эта задача подходит для параллельной обработки (что отличный кейс для квантовых вычислений) Я бы не стал выделять всю имеющуюся энергию на задачу 1% вполне достаточно, есть задачи поважнее и более качественное оборудование наверное превысит потребности для этой задачи даже на 1% солнечной энергии.
А вот просто отслеживать объекты в целях навигации, эта задача намного проще.
Но для этого нужно более сложное оборудование, чем то, что у нас есть на данный момент, и немного другой подход, чем просто создание суперкластера.
Основная задача, которую необходимо решить, — отследить взаимное расположение и скорость этих тел. На самом деле эта база может быть очень огромной, но что в ней приятно, для навигационных целей нам не обязательно иметь эту базу данных в дата-центре. Оптимизация точно такая же, как и при моделировании взаимодействия материи на молекулярном уровне — каждый фрагмент информации группируется по положению этих объектов. Кроме того, помогает то, что в некоторых местах они естественным образом образуют группы, подобные группам астероидов в точках Лагранжа.
Достаточно 2-3 раз понаблюдать за объектом, чтобы предсказать его положение на долгое время с хорошей точностью. Иногда мы теряем ранее наблюдаемые объекты, но в большинстве случаев это работает. Те объекты между Землей и Юпитером, например, имеют период обращения около 1-11 лет. Учитывая все это, если объект будет сообщать о своем положении раз в 3 месяца, мы легко сможем предсказать его положение в будущем, между этими обновлениями.
Чем дальше тело, тем дольше оно делает полный оборот по орбите. Орбитальный период Сатурна составляет около 29,5 лет, и этого достаточно, чтобы объекты на расстоянии 10+ а.е. сообщали о своем положении один раз в 10 лет (возможно), чтобы мы могли предсказать их положение с высокой точностью.
Таким образом, если мы пометим все те тела, за которыми мы хотели бы следить, какими-то маркерами и дадим им возможность определять свое положение и способность поддерживать связь по запросу и сообщать о своих положениях по расписанию, мы получим положение-скорость. база данных в распределенной форме по Солнечной системе, и данные будут там, где они нужны для навигации, где мы найдем им применение.
Каждая метка должна отслеживать ближайшие объекты, 10-100 объектов поблизости, так же, как работает сотовая сеть, исходя из относительной близости. Каждая отдельная метка будет оперировать небольшим объемом информации и из-за этого не должна быть чем-то захватывающим с точки зрения вычислительной мощности, и большую часть времени она будет находиться в спящем режиме, накапливая доступную энергию для следующего сеанса связи.
И эти метки должны быть небольшими, энергосберегающими, прочными, иметь возможность самостоятельно обновляться, иметь возможность визуально или другими способами отслеживать более мелкие тела вокруг себя, если будет поставлена такая задача. И самое главное, они должны ремонтировать сами, неприемлемо отправлять что-то каждый раз, когда оно нуждается в ремонте. Кроме того, они должны быть в состоянии маркировать и обнаруживать объекты, которые необходимо пометить, и фактически маркировать их — подход зонда фон Неймана.
Главное для навигации, эти метки будут активированы, когда их нужно будет активировать. Какой-то корабль планирует какую-то траекторию и запрашивает информацию о траектории и поправках из этой глобальной солнечной сети, система запрашивает базовые станции на этом маршруте, они проверяют информацию об известных объектах на маршруте.
Зависит от скорости движения корабля, но достаточно знать ситуацию на 100 000 км вперед и вокруг, это даст часы, чтобы среагировать и внести коррективы, если это необходимо. А информация, которую следует учитывать, сильно сокращается как для корабля, так и для системы в целом.
Трудно сказать, сколько тел должно быть помечено, потому что они распределены неравномерно по системе. Мой блокнот относительно легко может рассчитать взаимодействие между планетами (8 тел) с шагом 10 секунд, это занимает около 17 секунд в год, только на процессоре в одном потоке, это около 40 миллионов вычислений в секунду, может немного ошибся с цифрами, может пока не проверяю, особенно по времени, так что для экономии, возможно, вы можете проверять пересечение с 1 миллионом объектов на довольно типичном ПК в секунду. (вам не нужно проверять их столкновения между собой, потому что это уже известно, и в большинстве случаев они, вероятно, не сталкиваются).
Так при скорости корабля 100 км/с и типичной для объектов скорости 10-30 км/с легко ориентироваться между 1 млн объектов примерно на 300 000 км 3 , что составляет примерно 3 объекта на км 3 . . Вероятно, даже пыль не имеет такой плотности во внутренних частях Солнечной системы. И вам все равно не нужны суперкомпьютеры.
Использовать мощность МБ для расчета взаимодействия между всеми телами в системе и тем самым иметь возможность предсказывать положение тел с высокой точностью - это здорово, но есть некоторые проблемы.
Прежде всего, найти все эти тела и определить их положение и скорость. С расстояния мы можем сделать это с ограниченной точностью, чем дальше тело от наших детекторов, тем меньше точность.
Во-вторых, на данный момент нам трудно определить массу объектов, есть разные способы сделать хорошее предположение, но будьте уверены, мы не можем быть уверены в данный момент и, вероятно, в ближайшем будущем.
И то, и другое делает расчет не точным, не бесполезным, а несовершенным. (есть и другие негравитационные факторы, их много, например эффект Ярковского или просто техногенные воздействия в Солнечной системе)
Но сама система, все эти тела с нашими приставками-маяками, она рассчитывает эти взаимодействия очень хорошо и очень точно и при 0 затратах Энергии с нашей стороны, бесплатно - мне нравится бесплатно.
Также мы должны изучить нашу систему, недостаточно знать только позиции, мы должны знать, где и что мы можем взять, по составу, по количеству; Также мы должны сделать науку из этого знания. При всем этом мы должны быть там, где эти объекты. Мы должны иметь возможность проверить их, попробовать на вкус.
Настоящими проблемами являются эти маркеры или ярлыки.
На разных технологических уровнях имеет смысл маркировать разные по размеру объекты. На нашем нынешнем уровне, или, лучше сказать, который мы будем иметь после того, как SpaceX сделает BFR, будет совершенно нормально отмечать тела размером в 1 км и следить за менее значительными объектами, используя тела размером 1 км в качестве станций наблюдения и базовых станций для система. Это будет иметь смысл для внутренней Солнечной системы.
Лучше технологии, чем дальше мы можем маркировать, тем меньше объектов мы можем маркировать. Нет смысла отмечать объект, если маркер больше самого объекта.
Нанокрафты Starshot их, вероятно, можно использовать в качестве меток для небольших тел, с большей базой в регионе, который их производит и отправляет в тела, за которыми мы хотели бы следить.
Но эти маркеры звездных выстрелов очень ограничены в возможностях, но все же они могут быть полезны.
Настоящий прорыв возможен с наносистемами, способными к самовосстановлению и способными переконфигурировать себя в системы, которые нам нравится строить из них. Серая слизь на самом деле используется для изображения такой умной материи и таких возможностей, но я не видел чертежей для них, и, как многие себе представляют, они имеют огромные дыры в плане и имеют существенные ограничения.
Технологии из ответа , который я уже упомянул выше, вполне способны выполнять работу безопасным и предсказуемым образом, они представляют собой нечто среднее между марко-машинами и нано-машинами - лучшим из двух миров.
С их помощью мы вполне способны пометить всю нашу солнечную систему.
Проблема в том, что реактивный двигатель неэффективен, ракетное уравнение Циолковского , и существует ограниченное количество мест для посещения на регулярной основе (возможно, 1-9 мест), и ограниченное количество массы в нашей системе, поэтому возможно ограниченное количество кораблей. Моя личная рекомендация путешествовать на кораблях диаметром 30 км, безопасный и удобный способ передвижения, высокая военная отдача в случае необходимости, и если извлечь все строительные материалы (все, кроме водорода и гелия) из солнца, чтобы построить их, этого хватит примерно на 736'481'481'481 таких кораблей. Если корабли меньше, скажем, размером в 1 км, то число будет примерно на четыре порядка больше, и так далее, по закону кубического квадрата.
Дело в том, что огромный флот не так уж и велик для звездной системы, потому что звездная система довольно велика по размеру, а сами числа не так уж велики даже для современных компьютеров.
PS Короче говоря, хочу сказать, что да, МБ перебор для навигации.
С их страницы
https://www.elisascience.org/articles/elisa-mission/elisa-technology
Ожидаемые изменения расстояния ничтожно малы, несколько частей за 10 21 или 10 22 времени разделения космического корабля.
У нас есть спутники, работающие в настоящее время на орбите, которым уже более десяти лет, так что да, можно создавать малонагревающиеся, радиационно-стойкие процессоры с десятилетним сроком службы. ;-)
Охлаждение не проблема. В космосе действительно холодно, когда вы не находитесь под прямыми солнечными лучами, поэтому поставьте несколько радиаторов на теневой стороне спутников, и они смогут отводить столько тепла, сколько вам нужно, в холодные черные глубины космоса. Учтите, что космические зонды регулярно используют радиоизотопные тепловые генераторы, эффективность которых составляет всего около 5-7%. В результате зонд, которому требуется несколько сотен ватт энергии для своих систем, должен утилизировать несколько киловатт отработанного тепла. Так что добавьте несколько черных ребер радиатора или несколько складных панелей радиатора, и все готово.
Что касается конструкции чипа, то короткий ответ — да, мы можем создавать радиационно-стойкие процессоры без особых проблем. Предупреждение заключается в том, что конструкции с повышенной прочностью обычно не являются передовыми чипами, а скорее жертвуют производительностью ради максимальной долговечности и надежности. Таким образом, вы, вероятно, будете больше интересоваться массивно-параллельным дизайном суперкомпьютера, а не одним сверхмощным процессором. Конечно, если ваши суперкомпьютерные спутники используют какой-то экзотический процессор, а не современный кремний (например, квантовые вычисления), то могут потребоваться дополнительные соображения. Но в этот момент вы действительно можете объявить все, что хотите, в отношении требований к экранированию.
Что касается технического обслуживания, если цивилизация строит рой спутников, достаточно большой, чтобы окружить свое солнце наподобие сферы Дайсона, я бы предположил, что у них также есть возможность поддерживать его каким-то полезным способом. Как идея, по всей сфере могут быть разбросаны станции-депо. Поврежденные или неисправные спутники можно было либо вернуть на базу своим ходом, либо доставить туда на плавсредстве, а затем отремонтировать или переработать по мере необходимости. Конечно, для проекта такого масштаба вы находитесь на более высоком уровне этой полосы xkcd , поэтому может быть проще засунуть сломанный спутник на орбиту кладбища и развернуть новый. Однако это может привести к беспорядку, поэтому они, вероятно, захотят иметь хотя бы какой-то метод сбора мусора, подметающий старые спутники.
Таким образом, конструкция самих спутников не является ограничивающим фактором. Что касается спутников, то мы могли бы уже сегодня приступить к сборке вашего Dyson-компьютера, если бы вдруг решили это сделать.
Основным узким местом, как я вижу, будет развитие производственной инфраструктуры, способной выпускать спутники в тех масштабах, которые вы описываете. Абсолютно необходимы производственные и ремонтные мощности на орбите, и вы хотели бы добывать как можно больше вашего сырья с астероидов или других источников с низкой гравитацией, чтобы вы могли свести к минимуму количество материала, который необходимо буксировать. вверх от Земли (или любой другой вашей родной планеты). Но если у вашей цивилизации уже есть такие производственные мощности, то они должны быть более чем в состоянии это сделать.
Если вы хотите совершить наилучшее космическое путешествие, вам следует использовать космические коридоры. По сути, вы хотите иметь заданные точки в космосе для путешествий и использовать их в качестве тщательно контролируемого шоссе. Корабли могут без проблем прыгать туда в сверхсветовой скорости.
Остальное пространство не нуждается в мониторинге, за исключением пары миллионов километров вокруг коридоров.
Просто поместите вокруг него спутники/станции мониторинга с квантово-запутанными частицами, и если что-то должно было случиться, все сразу об этом узнают, потому что квантовое туннелирование происходит мгновенно.
Измените частицу A здесь, а частица B изменится, например, в Андромеде.
путешествие
З.Шредер
ПэтДжей
ПэтДжей
путешествие
JDługosz
кибернард