Un asteroide del tamaño de una luna se aproxima a la Tierra en un futuro cercano, donde el turismo espacial se ha vuelto normal. La Tierra tiene algunas estructuras satelitales sobre Marte que realizan investigaciones, así como tierras de cultivo terraformadas exitosas en la superficie. Entrar en un espacio suborbital para experimentar la gravedad cero durante unos minutos cuesta tanto como un viaje en avión a través del país en la actualidad. En este escenario, hemos desarrollado la tecnología para soportar megaestructuras en el espacio, y la necesidad de tierras de cultivo ha llevado a la agricultura artificial a donde solo necesitamos 1/4 de la cantidad de tierra para cultivar la misma cantidad de alimentos.
El mundo se une y decide que deben intentar salvar al menos a un millón de personas migrando a una estación espacial orbital. La estación espacial debería poder viajar desde la órbita a Marte, donde podría conectarse con la Base Marciana, en el peor de los casos, donde el asteroide provocaría una variación en la gravedad del planeta.
Teniendo en cuenta el combustible, los motores, los cohetes, las tierras de cultivo, el agua, los espacios habitables, los hospitales, la gestión de residuos, etc., ¿qué tamaño tendría que tener esta estación espacial? Estoy buscando un presupuesto, me doy cuenta de que un pie cuadrado real es casi imposible.
En aras de la conveniencia, comencemos con la suposición de que su población deseará una densidad de población urbana de América del Norte y una dieta promediada a nivel mundial.
La ciudad de Austin TX tiene aproximadamente 1.000.000 de habitantes y una superficie de aprox. 800 km^2, para una densidad de unos 1.250/km^2. La ciudad de Nueva York (5 distritos) NY también tiene una superficie de aprox. 800 km ^ 2 pero una población de aprox. 8,5 millones, para una densidad de unos 10.500/km^2. Sin embargo, la densidad del distrito de Manhattan está cerca de los 28.000/km^2. Ese es el centro de población de mayor densidad en América del Norte con una población de al menos 1 millón y posiblemente cerca del límite de la tolerancia cultural occidental (o podríamos esperar razonablemente que sea aún mayor en este momento). Para nuestros propósitos, digamos que se pueden incluir algunas personas más para redondear convenientemente la cifra a 30,000/km^2.
Entonces, la estación necesitaría al menos 1,000,000/30,000 km ^ 2 de área de superficie (suponiendo que las estructuras vivas sean aproximadamente tan multidimensionales y compactas como Manhattan), o 33.3 km ^ 2. Dado que gran parte de la superficie de Manhattan es pavimento para automóviles, y supondremos que los ciudadanos del espacio habrán aprendido a prescindir de ese tipo de libertad, reduzcamos un 10 % del requisito para un espacio habitable agradable y redondeado de: 30 km ^ 2.
Para el uso de la producción de alimentos, adoptemos el enfoque conservador de usar estadísticas promediadas globalmente, ya que son fáciles de encontrar. Según una fuente ( https://ourworldindata.org/yields-and-land-use-in-agriculture ) aprox. El 50 % de la tierra habitable del planeta, o 104 millones de km^2, se utiliza para la agricultura. De ese 77% se utiliza para la ganadería y el 23% para cultivos. Tomemos ahora la controvertida libertad de suponer que el 0% de los residentes de su estación obtendrán calorías/proteínas del ganado simplemente porque criar ganado es increíblemente ineficiente y, en general, existen suficientes alternativas no ganaderas. El 23% (solo cultivos) de la agricultura de la tierra equivale a 11 millones de km^2.
Ahora supongamos que la población de la tierra es un redondeo de 8,000,000,000 (en el futuro cercano). Supongamos también (bastante ridículamente, este es un modelo ficticio) que toda la población de la tierra tiene el mismo acceso al rendimiento total de cultivos de la tierra y hay 0% de desperdicio. Eso significa que se necesitan 11 millones de km ^ 2 de superficie de cultivo para alimentar a 8,000,000,000 de personas, o aprox. 725 personas por km^2.
Entonces, una población de 1,000,000 necesitaría cerca de 1,400 km ^ 2 de superficie de cultivo, por supuesto, utilizando prácticas terrestres modernas.
Como puede ver, la relación de esta área con el espacio habitable de 30 km^2 hace que este último sea insignificante.
Sin embargo, creo que es razonable suponer que la necesidad sería la madre de la invención cuando se trata de ocupar espacio y los rendimientos de cultivos / km ^ 2 podrían aumentar considerablemente con respecto a las normas terrestres. Seamos increíblemente inventivos y digamos que la eficiencia podría incrementarse en un orden de magnitud completo. Entonces estás abajo a 140 km ^ 2. Mucho más plausible.
Así que en este punto tenemos:
140 km ^ 2 para producción de cultivos y 30 km ^ 2 para espacio habitable, para un total de 170 km ^ 2.
Eso significa que si la estructura de su estación fuera un cilindro de 2 km de ancho, tendría una altura de 26 km. Para poner esto en perspectiva, Manhattan tiene unos 22 km de largo.
Ahora considera esto. ¿Qué pasaría si la estación no estuviera dividida en áreas urbanas/rurales como en la Tierra, sino que fuera toda rural con los residentes viviendo "fuera de la tierra"? En ese escenario, la estación podría ser significativamente más pequeña y quizás incluso un hábitat más agradable.
[Cálculo del cilindro corregido.]
Hay dos requisitos generales: potencia y espacio.
Fuerza
1,000,000 de humanos necesitan alrededor de 2,000 calorías por día cada uno más energía para las funciones diarias. Suma las calorías y conviértelas en algo factible, y tenemos un total de 96,85 MW. Eso es mucho, pero palidece en comparación con la energía. El hogar estadounidense promedio usa 900 kWH por mes , lo que nos da un total principesco de 480,8 MW. Súmelos y necesitamos 577 MW.
Ahora dijiste 'indefinidamente', así que en lugar de usar algo como un núcleo de energía nuclear, elegí usar paneles solares, porque el Sol dura más que el núcleo. A juzgar por las respuestas aquí con una eficiencia del 40%, solo necesitará alrededor de 1,068,518 metros cuadrados de paneles solares. Por cierto, un pequeño reactor de energía nuclear puede lograr la misma salida . Entonces, uh, tu elección, más o menos.
Espacio
Ahora por el espacio. El almacenamiento y la preparación de alimentos no utilizarían los medios tradicionales de la Tierra para cultivar alimentos; eso lleva mucho tiempo y ocupa demasiado espacio, incluso con su método de reducirlo en una cuarta parte. En su lugar, la basura sería clasificada y todos los desechos orgánicos serían descompuestos por cepas de bacterias y luego cultivados o sintetizados en nutrientes. Repugnante - sí. Eficiente - también sí.
Parece que esto se va a impulsar en su lugar, por lo que asumo que los impulsores principales son más o menos externos, y los únicos impulsores dentro del diseño son para correcciones.
Como solo estoy aproximando todo, no voy a pasar por listas cuidadosas. En su lugar, supondré que todos obtendrían una caja de 5 por 10 por 5 para espacio vital, efectos personales y servicios públicos. Eso parece ser el mínimo requerido. Puede ser un ajuste apretado para las personas más altas, pero solo pueden pedir que su caja esté en posición vertical.
Además, cada 100 personas probablemente podrían usar el espacio para organizarse en algún salón de actos, así como para que funcione con varios fines recreativos, así que agregue otra área de 20 x 20 x 5. Para asambleas más grandes, solo haga que las personas se reúnan en sus propias y use pantallas de pared para unirlas.
Eso es un total de 270 millones de pies cúbicos. Se necesitarán más cosas porque siempre se necesita más espacio/tiempo/dinero, etc., así que voy a redondear ese número a 300 millones de pies cúbicos. En términos de diseño, abogaría por una superestructura lo más grande posible, para que las cosas puedan ser expulsadas de manera segura en caso de emergencia o contaminación. De hecho, recomendaría que ni siquiera hagas esta estación gigante, sino que hagas de esta una flota de naves estilo colonia con unos pocos miles en cada una. Eso, por supuesto, requerirá un poco más de espacio, pero mantengo mis estimaciones: 300 000 000 de pies cúbicos y 1 000 000 de metros cuadrados.
(Perdón por usar tanto metros cuadrados como pies cúbicos. En su lugar, puede usar 8,5 millones de metros cúbicos).
Alejandro
Alex
Juraj
kyle zabala
Alicia
Burki
Mónica Celio
Anixx