Колонист - Часть I: Строительство

Прежде всего: пассажирское пространство.

(TL;DR: пассажирское пространство должно быть довольно большим, но мы можем срезать углы и уменьшить его до размеров «Звездных войн».)

Если вы хотите, чтобы 100 или около того пассажиров на корабле не заболели клаустрофобией и, в конце концов, сошли с ума, вам нужно предоставить достаточно места для каждого пассажира, особенно если некоторые из них живут вместе. 10 х 10 м может быть хорошим началом, так как вы, скорее всего, сможете разместить все основные предметы домашнего обихода в этой области. Однако это уже означает, что размер корабля должен быть не менее 1000 х 1000 м только для пассажировместимости.

Таким образом, вы могли бы вместо этого предложить пассажирам некоторую форму «классовой» системы, где те, кто платит больше, получают большие комнаты. Скажем, те, кто выбирает комнаты меньшего размера, получают пространство 6,5 х 6,5 метров. Мы также скажем, что из 100 комнат 35 являются большими. Таким образом, это уменьшает общий размер корабля для пассажиров как минимум до 772,5 x 772,5 м.

Если учесть, что такая огромная площадь — это просто пассажирское пространство, это может быть не очень привлекательно, но, по крайней мере, все пассажиры приятно проведут время.

(Для справки, это примерно такая же длина, как у десантного корабля класса «Аккламатор» в «Звездных войнах».)

Кислород

(TL;DR: хранилище кислорода, если сконцентрировать его в одной комнате, должно быть почти таким же большим, как экваториальный радиус Цереры. Вместо этого мы выберем систему жизнеобеспечения, распределенную по всей крыше корабля, что сэкономит много пространства и добавляет всего несколько метров к высоте корабля.)

Кислород может быть проблемой, а может и не быть. Поскольку мы в среднем вдыхаем около 11 000 литров воздуха в день, всего за 100 лет всем 100 людям на борту потребуется около 401 766 420 литров воздуха. Это около 401 766,4 м³ . Допустим, у каждого есть персональные кислородные системы, которые не занимают много места, и, таким образом, мы можем вычесть около 40-50% кислородного пространства. Нам все еще нужно 220 972 м³ для кислородного пространства.

В качестве последнего предостережения, чтобы уменьшить это нелепое необходимое пространство, скажем, мы изобрели сплав вольфрама и железа или что-то в этом роде. Сплав сверхустойчив к протечкам, и поэтому мы можем удалить 10% лишнего кислорода, который мы взяли (на всякий случай). Это составляет 198 875 м³. Что по-прежнему ОЧЕНЬ много места.

Таким образом, вместо одного большого помещения для хранения кислорода у нас будут системы жизнеобеспечения в каждой отдельной комнате, а поскольку на космических станциях, таких как МКС, они установлены вдоль крыши, они занимают гораздо меньше места, поскольку они распределены. Нам, вероятно, нужно было бы только добавить 5 или 6 метров к крыше корабля. Сейчас мы на 772,5 х 777,5 метров.

Покидая Землю

(TL;DR: этот раздел довольно короткий, поэтому здесь нет TL;DR.)

Хотя идея космической верфи, по-видимому, более эффективна, она добавляет дополнительную опасность, поскольку колонисты должны добираться до верфи на транспорте. Транспорты могут разбиться и взорваться. Итак, давайте попробуем использовать некоторые методы, чтобы заставить его покинуть Землю с поверхности.

- Гигантская магнитная подвеска на огромной взлетно-посадочной полосе, похожая на систему, которую используют авианосцы, но для гигантского космического корабля.

-Просто наклоните корабль и прикрепите к нему несколько невероятно мощных двигателей. Это может быть не очень эффективно и может иметь высокую вероятность отказа.

-Взлетно-посадочная полоса, ведущая к сверхмощной стартовой рампе. С добавлением нескольких двигателей средней мощности это могло бы увеличить скорость убегания.

Любой из этих трех выполним, как и космическая верфь. Я говорю, что вы должны выбрать, кого из них нанять. Проблема в том, что верфь может быть слишком футуристической, поскольку вам нужно каким-то образом вывести верфь на стабильную орбиту, а я даже не могу начать с этого.

Окончательные размеры

Так как мы пожертвовали около 700 квадратных метров для пассажирского пространства, нам придется оставить все остальное на низком уровне. Кабина, вероятно, будет самой большой из всех дополнительных комнат, поскольку для управления космическим кораблем такого масштаба потребуется большой экипаж. Мы скажем, 10 человек человек это. В кабине размером примерно 15 х 15 метров могли комфортно разместиться люди, их позиции и вся эта сумасшедшая техника.

Должно быть несколько кухонь и мест типа гостиной, чтобы приготовить простые закуски и отдохнуть с друзьями. Они могут располагаться по бокам корабля и, вероятно, будут занимать около 16 х 16 метров или, может быть, немного больше.

Поскольку эти конкретные комнаты — это все, что нам действительно нужно, плюс, возможно, машинное отделение (мы дадим всем этим вещам 50 х 50 метров и поместим их сзади), мы теперь имеем размер 853,5 х 858,5 метров. Примерно.

Это примерно то же самое, что военный корабль Devore Imperium из «Звездного пути».

В качестве заключительных замечаний я бы оценил стоимость примерно в 5 000 000 000 000 долларов, что кажется большим, но на самом деле было бы осуществимо, если бы весь мир объединился.

Надеюсь, этот смехотворно длинный пост помог!

Основной проблемой долгосрочных колониальных кораблей такого типа является масса припасов и необходимость практически 100% переработки всего. Это невозможно с сегодняшними технологиями, но мы знаем, что людям нужно определенное количество пищи, кислорода и воды в день, а затем попытаться открыть механизм или механизм для создания CLSS (замкнутой системы жизнеобеспечения). Затем ваш корабль будет масштабирован, чтобы нести это количество массы, а также любые «резервные» материалы, которые, по вашему мнению, вам нужны (сырье для «дополнения» системы, запасные части для поддержания системы в ремонте и т. д.

Это документ НАСА, который должен дать вам представление о необходимой массе порядка величины: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19670025254.pdf

А это более современная итерация: https://ttu-ir.tdl.org/bitstream/handle/2346/73083/ICES_2017_311.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Следующим вопросом является радиационная защита. Любой космический корабль, отправляющийся в дальний космос, должен защищать экипаж от космической радиации и других событий, поэтому для него потребуется огромное количество защиты. « Проект Тысячелетия » (моя книга по этим вопросам) предполагает, что необходим водяной щит глубиной 5 метров. Эквивалентное количество камня или металла, вероятно, потребуется, если вы не хотите использовать воду. Затем можно рассчитать массу космического корабля, используя форму (т.е. конус или сферу) для расчета площади и определения массы окружающего его щита из воды или камня толщиной 5 м.

Поскольку теперь у нас есть судно, которое по массе равно весу авианосца, обычная ракетная технология не сработает. Проблема в том, что вам нужно разогнать массу корабля плюс массу топлива (включая топливо, которое вы собираетесь использовать для торможения на другом конце), а это значит, что вы смотрите на геометрическое расширение массы по мере того, как вы попробуйте увеличить ускорение или скорость кораблей.

Лучший способ обойти это — использовать некоторую форму внешней энергии, например, массивный солнечный парус (в этом масштабе, возможно, ряд солнечных парусов, связанных вместе, как связка воздушных змеев). Вы можете либо нырнуть близко к Солнцу и развернуть световой парус, либо использовать массивные блоки лазеров, чтобы управлять парусом.

Как это ни парадоксально, чтобы быстро выбраться из Солнечной системы, нужно сначала устроить так, чтобы ваши зонды нырнули к Солнцу так, чтобы зонды были обращены к краю, чтобы свести к минимуму радиационное давление. Затем повернитесь почти лицом к перигелию (ближайшему к Солнцу) и взлетите.

Если максимальное сближение составляет 1/10 Au, конечная скорость равна:

420 км/сек

И если материалы (какой-то анобтаниум :)) могли выдержать сближение на 1/100 Au, всего в 1,5 млн км от центра Солнца и, следовательно, всего в 800 000 км над бурлящей поверхностью(!), конечная скорость наш межзвездный зонд будет:

1330 км/сек

Проницательные читатели заметят, что как скорость убегания массивного тела изменяется обратно пропорционально квадратному корню из начального расстояния R от центра, так и конечная скорость нашего солнечного зонда.

https://www.quora.com/How-fast-could-a-theoretical-solar-sail-starship-get

На самом деле, в таком масштабе вы бы не смогли увидеть корабль. Солнечные паруса должны быть невообразимо большими

Итак, вы будете смотреть на очень большой, очень массивный корабль. Движение его путем погружения к Солнцу, чтобы обеспечить максимальное количество солнечной энергии, обеспечивает скорость, необходимую для достижения Альфы Центавра примерно за 1000 лет. Предположительно, во время прибытия экипаж организует «погружение» в Альфу Центавра, чтобы обеспечить энергию для выхода на звездную орбиту, а затем исследовать систему.

Местоположение, Местоположение

Верфь расположена в поясе Астериода или на солнечной орбите сразу за Нептуном.

Почему?

• Расположенные в поясе Астериода, ресурсы легко добывать, а ресурсы требуются в больших количествах.
• Находясь на высокой солнечной орбите, запущенный корабль будет иметь идеальную стартовую позицию, чтобы использовать большие планетарные тела и само солнце для выполнения начального выстрела из рогатки с помощью гравитации. Кроме того, перемещение большого количества массы на верфь может быть сделано «более безопасным», поскольку любые неконтролируемые массы с большей вероятностью будут пойманы большими планетарными гравитационными колодцами или будут выброшены в холодный космос.
• На любой орбите требования delta-v для выхода из Солнечной системы снижены по сравнению с земной орбитой.

Власть

Обеспечение непрерывной энергией такого крупномасштабного строительного проекта, не говоря уже о каких-либо жизненных потребностях людей, потребует больше, чем могут обеспечить солнечные батареи на этих орбитах. Ядерные реакторы деления могли бы справиться с задачей, но они требуют определенных изотопных элементов и производят неприятные побочные продукты. С другой стороны, ядерные термоядерные реакторы (по-прежнему требующие определенных изотопных элементов) не производят неприятных побочных продуктов, но также в настоящее время не производят никакой чистой положительной энергии. Возможно, это станет возможным через несколько десятилетий, возможно, нет.

Также мы не учли, как будет питаться сам корабль после спуска на воду. Несомненно, конструкция будет содержать множество резервных систем, но для эксплуатации собственных силовых установок потребуются расходные ресурсы, а что вы делаете с этим хламом?

Думая о больших масштабах, как насчет Dyson Array? Даже очень скромный массив даст мощность в больших количествах не только для строительства, но и для передачи на судно на 200+ лет.

Транспорт

Люди, перемещающиеся на верфи и обратно, могут быть обеспечены небольшим кораблем вместимостью более 500 человек. Снова питается от сочетания солнечной энергии, реактора и массива Дайсона. Двигатели могут быть ионными, с солнечным парусом, осторожно толкаемым массивом Дайсона.

Добыча

Возможно, это самая сложная операция, хотя пояс астериод содержит ресурсы, добыча которых для людей может вызвать некоторые трудности. Роботы могли бы выполнять эту работу, но мы все еще возимся с робототехникой на наших собственных фабриках на Земле, как может показать Тесла. Ближайшим источником может быть шахтерская колония на Луне или Меркурий.

• У Луны проблемы с атмосферой и космическим излучением.
• У Меркурия проблемы с гравитацией

Жизненная поддержка

Это самый сложный аспект. Мы не уверены, что необходимо для долгосрочного здоровья в космосе, даже в Солнечной системе. Лучше всего спроектировать космическую станцию, чтобы обеспечить что-то убедительно земное, например: атмосферное давление, настоящие терранские биомы, гравитацию и солнечный свет.

Лучшей конструкцией для этого на самом деле является кольцо (или кольца) с центральным встречно вращающимся валом для стыковки и крепления двигателя. Кольцо должно иметь круглое сечение, чтобы максимально увеличить как внутреннее пространство, так и прочность всей конструкции. Если есть несколько колец, возможно, несколько поперечных колец для устойчивости конструкции экстракта.

Чтобы не вызывать лишнего дискомфорта, кольца должны иметь внутренний диаметр не менее 3 км. Диаметр поперечного сечения в значительной степени зависит от имеющихся ресурсов, техники сборки и т. д.

Запуск первой верфи

Первая такая верфь будет построена по модульному принципу с Земли, как и МКС. Модули будут соединены под углом друг к другу, образуя небольшое кольцо. Вероятно, его можно было вращать только для имитации земной гравитации <1/6. Достаточно, чтобы рабочие бригады могли начать изготовление настоящего кольца. Это внутреннее кольцо может быть сохранено на последней станции в качестве ремонтной площадки или может быть отделено, чтобы начать строительство следующей станции для развертывания в другом месте Солнечной системы.

Обеспечить эту прото-верфь ресурсами будет сложно, так как ресурсы земли дороги. Перемещение этой протоверфи на лунную орбиту было бы одним из вариантов. В настоящее время у нас есть технологии, достаточные для установки космического лифта на Луне, обеспечивающего дешевый способ перемещения ресурсов на прото-верфь. С другой стороны, поскольку Луна очень важна для системы Земля-Луна, воровать ресурсы с лун Марса было бы проще, поскольку они имеют меньшую гравитацию. Хотя это усложнит логистику людей.

Как только прото-верфь построит первую верфь, человечество действительно сможет начать масштабное строительство кораблей генерации.