Realidad de ventanas de vidrio (o algún tipo de compuesto transparente) en naves espaciales

En el libro de ciencia ficción relativamente realista (con suerte), en un futuro cercano que estoy escribiendo, estoy en un punto en el que estoy describiendo la plataforma de observación de un gran barco que pertenece a un rico "hombre de negocios" (ver jefe de la mafia de la era espacial). La idea es que su yate/destructor privado sea único porque la plataforma de observación es un anillo que envuelve el barco por fuera, con aproximadamente la mitad de su superficie exterior esencialmente transparente. Esto daría el efecto de que dentro de la plataforma de observación el piso está completamente despejado y una vista externa del espacio sería visible hacia abajo, así como a través de varias ventanas delanteras y traseras (piense en Space Needle o Sears Tower).

Esto también es único, porque en mi libro, la mayor parte del diseño de barcos es muy submarino. No hay gravedad artificial, por lo que la tripulación todavía usa gravedad simulada a través de anillos giratorios (lo que significa que no hay "generador de gravedad" o "placas de gravedad" BS). El diseño de la nave en realidad no ha cambiado demasiado con respecto al diseño tipo Space Odyssey de 2001, excepto que toda la nave tiene una especie de caparazón de armadura a su alrededor, lo que le da ese aspecto submarino.

Mi principal preocupación es:

¿Sería la radiación y/o la acumulación de calor una preocupación por tener gran parte de la nave sin algún tipo de blindaje protector?

Mi entendimiento actual es que los diseños existentes para vidrio (o compuestos transparentes) en naves espaciales no son buenos para reducir estos riesgos, por lo tanto, las ventanas son pequeñas (y posiblemente tengan cubiertas removibles) para bloquear tanto calor y radiación como sea necesario. Sin embargo, podría estar equivocado acerca de eso, por supuesto.

Algunas preguntas secundarias podrían ser:

¿Está la tecnología actual de vidrio/ventana en un punto en el que es capaz de resistir estas fuerzas de manera efectiva?

Si no, ¿qué tipo de límites tendría en la ubicación y/o diseño de la ventana de la nave espacial?

Además, no hay campos de energía ni abracadabras deflectoras de radiación. De hecho, estoy planeando usar handwavium para obtener esta apariencia de todos modos, pero preferiría que fuera un aspecto único de la nave, en lugar de algo totalmente normal y relativamente alcanzable con los estándares de ingeniería conocidos.

Editar: Supongo que no había pensado en tener en cuenta la velocidad de la nave, por lo que diría que lleva entre 3 y 4 meses llegar a la heliopausa desde los planetas interiores (Venus, Tierra, Marte). Probablemente hice mal mis cálculos, pero eso es aproximadamente 1 millón de km/h de velocidad máxima (creo que usaremos el sistema métrico en el espacio). Sé que es 22000 veces más rápido de lo que ha ido el transbordador espacial, así que supongo que tendré que moverlo manualmente. Sin embargo, gracias por señalar un gran defecto en mi física.

Editar: creo que ya sé mi respuesta, pero estoy agregando un poco más solo para avanzar un poco en la discusión antes de tomar una decisión. Estoy evitando las pantallas proyectadas y buscando específicamente ventanas reales. El razonamiento es que esta es la característica única de la nave. Por todas las razones para no hacerlo, es por eso que quiero hacerlo. Es como si el jefe de la mafia estuviera presumiendo que no teme los riesgos de un ataque, y para darle una especie de sensación de "ver con mis propios ojos". Como argumentar que los discos de vinilo suenan mejor que los MP3 a pesar de las muchas razones por las que son más convenientes.

Diría que, desde un punto de vista científico, la gravedad artificial y la gravedad simulada ya son dos cosas diferentes, pero agregué la aclaración de todos modos. La gravedad rotacional o simulada se parece más a una caída continua causada por el impulso. Mientras que la "gravedad artificial" es un tirón real producido por algún tipo de generador. Aquí es donde entra en juego el "gravitón" teórico o algún tipo de "manipulación de masas".
Un comentario... usted llama a las placas de gravedad "tonterías" y al deflector de radiación "abracadabra"... seguido inmediatamente por "Estoy [usando] handwavium". ¿Puedo sugerirle que siga la regla cero de conducta en su plataforma de observación de cristal : "No tirar piedras"? :-D Además, si necesitas un escudo de radiación transparente... usa agua . Coloca una capa de agua entre dos paneles de vidrio más delgados y listo. El agua lo protege de la radiación gamma, neutrones y beta de manera muy efectiva (la alfa y las cosas más pesadas no son un problema porque incluso el papel de seda lo detiene).
Las gafas AR son mucho mejores que cualquier cosa que puedas construir. Las pantallas no son buenas en absoluto, ya que cualquier número de personas a 10 m de distancia mirando a través del mismo punto en la pared transparente vería diferentes partes del cielo. solo las gafas te dan eso ... suponiendo que todos los pasajeros no se mantengan en cápsulas durante todo el tiempo de todos modos. no necesitas tu cuerpo real para interactuar con el mundo. los cuerpos son tan limitados.
"Aluminio transparente... ¡ese es el boleto!"
Si la nave espacial viaja a 1 millón de km/h (o algo realista para un viaje espacial divertido), una roca de 1 kg tendrá la energía cinética de un montón de TNT. En ese momento, cualquier material es solo papel, por lo que también puede tener una buena vista (con una protección UV decente).
Con respecto a llegar a la Heliopausa, lea la serie Honor Harrington y observe las menciones de aceleración. Con respecto a Handwavium, lo necesitará para el sistema de propulsión.
El aluminio transparente @Spudley existe, se llama oxinitruro de aluminio o ALON, tiene tres veces la resistencia del acero y es un mejor protector balístico que la mayoría de los galones a prueba de balas que existen, tiene muchas de las mismas propiedades que el zafiro y una resistencia similar.
"Creo que nos volveremos métricos en el espacio" :-D ¡"Nosotros" (el resto del mundo) nos pusimos métricos hace mucho tiempo! ;-)
¡No abras las ventanas saledizas de la cápsula, HAL!
La NASA se pasó al sistema métrico hace mucho tiempo. Las computadoras a bordo de Apollo estaban en sistema métrico. El ejército de EE. UU. es principalmente métrico. La mayoría, si no todas, las agencias estadounidenses de relevancia internacional ya adoptaron el sistema métrico. Es común que los estadounidenses y la industria estadounidense se nieguen a cambiar. El famoso accidente de la sonda se debió a que uno de los subcontratistas de la NASA (Lockheed) obtuvo la especificación en métrico, pero programó sus computadoras en idio... derivado imperial.
@Miech Siempre me ha encantado ese meme de hace unos años: ¡Hay 2 tipos de países, los que usan el sistema métrico y los que aterrizaron en la luna! ese pobre creador de memes no tenía idea de que la NASA usa el sistema métrico y debería haber dicho: Hay 2 tipos de países, los que usan el sistema métrico y los que no, pero tienen agencias espaciales que lo hacen, lo que les permitió aterrizar en el Luna. no suena igual pero bueno
Más preciso: hay dos tipos de países: los que han cambiado a métrico y todo el mundo lo sabe, y los que han cambiado a métrico para todo lo crítico y fingen que no lo han hecho para todo lo demás.
@MichaelK Lo que quería decir era que mi propósito de la pregunta era determinar si lo que estoy tratando de hacer ya está dentro del ámbito de la posibilidad. No quiero tener esta compleja razón handwavium para algo, cuando ya es físicamente posible. Quiero el mismo resultado, simplemente no sabía si necesitaba handwavium para obtenerlo.

Respuestas (6)

Aluminio transparente

Esto es realmente una cosa en estos días, se llama ALON (oxinitruro de aluminio), esto al menos tendría la fuerza requerida para el trabajo, en realidad es con lo que se está reemplazando el metacrilato reforzado en la cápsula de observación para la ISS, y esas ventanas actuales se rayan bastante estos días, ALON no se raya fácilmente. Agregar una capa polarizadora alrededor del exterior reduciría un poco la acumulación de calor al igual que una ligera capa reflectante, por lo que parte de la energía solar se reduciría a niveles ligeramente más manejables.

Densidad de materiales

ALON es más denso que el vidrio por cm de espesor, lo que significa que sería un poco mejor en la absorción/protección de la radiación gamma. ya que lo mejor que detiene la radiación gamma es tener muchos átomos de "algo" entre usted y la fuente de radiación.

Cuando se mezcla con el generador de campo magnético de WillK y el blindaje de la cubierta, que se puede retraer cuando las condiciones son óptimas, le permitirá obtener la mayor parte, si no todo, el blindaje que necesita.

Velocidad

En cuanto al problema de velocidad que ha descubierto, aquí hay un poco sobre la sonda espacial Casini:

La velocidad máxima registrada por Cassini fue de 44,0 kilómetros por segundo (98 346 millas por hora) en relación con el Sol el 25 de junio de 1999. En relación con Saturno, la nave espacial alcanzó los 30,7 kilómetros por segundo (68 771 mph) durante la maniobra de inserción en la órbita de Saturno en julio 1, 2004

La mayor parte de esto se hizo con la asistencia de la gravedad, por lo que podrías lograr algo de la velocidad que necesitas usando este mismo método, nuevamente si maximizas el Efecto Oberth:

La maniobra de Oberth es una maniobra en la que una nave espacial cae en un pozo gravitacional y luego acelera cuando su caída alcanza la velocidad máxima. 1 [2] La maniobra resultante es una forma más eficiente de ganar energía cinética que aplicar el mismo impulso fuera de un pozo gravitatorio. La ganancia en eficiencia se explica por el efecto Oberth, en el que el uso de un motor a velocidades más altas genera mayor energía mecánica que el uso a velocidades más bajas. En términos prácticos, esto significa que el método más eficiente desde el punto de vista energético para que una nave espacial queme su motor es en el periápside orbital más bajo posible.

Por lo tanto, su nave no tiene que ser súper dominada con handwavium si aprovecha las maniobras orbitales correctas.

aluminio transparente http://www.ohgizmo.com/2012/05/09/sabías-que-existe-aluminio-transparente/

Perdón por entrar, pero quería ver estas cosas. ¡Ahora tú también puedes! No pude encontrar las ventanas de la ISS, pero encontré muchas ventanas a prueba de balas. Hay algunos videos increíbles que lo prueban contra rondas de calibre 50.

¡Salud por el Pic Willk! las ventanas de la ISS estaban en un comunicado de prensa que leí hace un par de meses, si lo encuentro lo publicaré.

Tanto el carburo de silicio como el zafiro se pueden usar para ventanas (el primero también en armaduras), aunque todavía no podemos hacerlos crecer tanto. Pero, obviamente, el diamante artificial es el camino a seguir para el yate interplanetario del magnate espacial más exigente. En unos pocos siglos deberíamos poder crecer lo suficientemente grande y transparente.
"Alon es más denso que el vidrio, lo que significa que sería un poco mejor en la absorción/protección de la radiación". por cm de espesor, sí. No por kg, ya que las propiedades de protección son ≈ proporcionales al kg/metro cuadrado entre usted y la fuente.
@Mołot, no estoy seguro de entender su punto, no me refiero a reemplazarlo por el kilogramo, pero asegúrese de que haya un grosor suficiente para proporcionar la resistencia adecuada requerida, y esa cantidad debería ser lo suficientemente gruesa que su densidad por cm cúbico proporcionaría una mejor protección contra la radiación que el vidrio normal o, peor aún, el plexiglás reforzado que se usa actualmente en la ISS, disculpe si se refería a otra cosa
No digo que estés equivocado, solo quiero que sea más preciso para futuros lectores.
Si el oxinitruro de aluminio merece ser llamado "aluminio transparente", entonces cambiemos el nombre del azúcar por "carbón dulce".
@Mołot, es justo, mi error, pensé que no estabas de acuerdo, no es una mala idea, editaré la respuesta
Su observación acerca de que una mayor masa equivale a una mejor absorción es completamente incorrecta y peligrosa. Depende del tipo de radiación, tipo de material, energía de las partículas, etc. Exactamente la misma partícula tendrá diferentes secciones transversales para la interacción con los átomos dependiendo de la energía. Y eso sin tener en cuenta la activación del material de protección o la radiación secundaria liberada en la captura/dispersión de partículas primarias.
@Miech me refería más a la radiación gamma como en los reactores nucleares, que cuanto más grueso es el material y más denso es el material, más corto es el espesor de la mitad, admito que no soy un físico nuclear, así que si me equivoco, lo eliminaré , pero explique en qué parte me equivoqué con esa suposición, solo para mi propio conocimiento
@BladeWraith Lo que te equivocaste es que gamma no es la única radiación que existe. Alfa, beta y neutrones son resultados comunes de reacciones nucleares. El viento solar es más o menos una corriente de protones (en el caso de otras estrellas, también contiene iones de elementos más pesados). La radiación cósmica está formada principalmente por protones de muy alta energía con algunos betas y un núcleo más pesado. Luego, está el hecho de que las partículas cargadas emiten bremsstrahlung, y todas las partículas pueden causar lluvias de secundarias debido a la dispersión inelástica. El blindaje debe diseñarse específicamente para la radiación contra la que se supone que debe protegerse.
@BladeWraith Para detener los rayos cósmicos, desea la mayor cantidad de hidrógeno posible. El aluminio transparente es en realidad peor escudo que el plexiglás. Los plásticos serían un mejor material de construcción para naves espaciales que el aluminio, es decir, con el propósito de protegerse contra la radiación cósmica. Debido a la radiación del cuerpo negro, el sol no emite una cantidad apreciable de radiación gamma, por lo que no es un problema comparable.
@Miech, concederé ese punto si eso es correcto, como dije, no soy un físico nuclear, edité mi respuesta para especificar la radiación gamma.
@jameslarge - sí, dulce, dulce carbón :)
@BladeWraith Elegí su respuesta porque fue la que respondió de manera más adecuada a mi pregunta y proporcionó la información más válida para respaldarla. Además, realmente aprecio el hecho de que básicamente también justificaste la ciencia detrás de las velocidades de mi nave. Me imagino que no hay que creer que desarrollamos tecnología de propulsores de algún tipo que podría ser solo 9 veces más potente que la que se usa para Cassini, a diferencia de las 22 veces que usan los transbordadores espaciales. En realidad, tiene mucho sentido que cualquier nación con carenado espacial también se lance una honda para obtener la máxima velocidad y ahorrar combustible.

Como no ha proporcionado ningún dato sobre las velocidades de viaje, esto es un poco incómodo.

Suponiendo que las ventanas pequeñas típicas de las velocidades orbitales LEO podrían fabricarse con materiales modernos, la ISS tiene varias.

Para cualquier ventana más grande, o cualquier ventana a velocidades relativas más altas, sugeriría deshacerse de la transparencia por completo manteniendo la ilusión de transparencia. Construya las paredes de la plataforma de observación utilizando una sola pantalla de alta definición en mosaico. Desde el exterior no se ve diferente al casco de un barco normal, porque eso es exactamente lo que es. Sin embargo, en el interior , transmite una transmisión en vivo desde cámaras externas que brindan una vista perfecta de 360 ​​​​° del espacio alrededor de la nave. Con un buen software, el sistema puede incluso rastrear a una o dos personas en el espacio y alterar la perspectiva a medida que se acercan a la pared si es necesario.

Las ventanas segmentadas que forman la cúpula no difieren del suelo de cristal de la torre CN . Y no estoy seguro de que una pantalla tenga el mismo aspecto de derecho a fanfarronear.
Una pantalla se ve igual desde todos los ángulos, por lo que definitivamente no se vería igual. Incluso con un buen seguimiento de la cabeza para una sola persona, su percepción de profundidad aún podría decir que las estrellas en la pantalla no estaban "infinitamente" lejos. Además, de hecho, los derechos de fanfarronear.
@ChrisH Te tomo la palabra, los pisos de vidrio me dan arcadas. No, no te da el mismo derecho a fanfarronear, pero es más probable que vivas lo suficiente para presumir.
@Ash desde que visité la torre CN a finales de los 90, perdí la cabeza por las alturas; incluso mirar las fotos me hizo sentir raro
@Thomas Hay empresas que actualmente están trabajando en, y demostrando, pantallas multiscópicas de imágenes integrales que muestran pasivamente diferentes imágenes en diferentes ángulos. Incluso se supone que habrá un teléfono móvil con pantallas similares lanzado a finales de este año .
@ChrisH Un poco de investigación superficial reveló que... ¡los pisos de vidrio de la Torre CN son una pulgada más gruesa que el panel de vidrio más grueso de la cópula de la ISS! La ISS solo tiene 4 paneles apilados uno encima del otro para cada ventana, de modo que si se forma una grieta, no hay una fuga de aire inmediata. ciencia.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2001/ast14mar_1

Abra la plataforma de observación cuando las condiciones de observación sean buenas.

Imagina que tienes una cubierta en la parte delantera de tu barco. Los pasajeros pueden pararse allí y disfrutar de la puesta de sol o mirar las estrellas. Pero no en este momento, porque está tratando de escapar de una tormenta y hay fuertes vientos y grandes olas ocasionales.

Así también su plataforma de observación. Cuando las condiciones son adecuadas, los generadores de campo producen un efecto de levitación magnética que mantiene a los pasajeros y la atmósfera y repele las partículas cargadas y los meteoritos entrantes.

El campo magnético no detiene la radiación electromagnética. Si fuera solo el campo, el sol sería feroz si estuvieras dentro de un sistema solar. Te broncearías rápido. Solo el tripulante que sale a la cubierta en la tormenta usa un abrigo y un sombrero, las personas que usan su plataforma de observación cerca de una estrella necesitarían equipo de protección.

Otra opción para la protección contra la radiación sería un espacio dentro del campo magnético (¿2 campos?) que contenga un vapor que absorba la radiación, vapor de mercurio o similar. Este espacio podría inundarse de vapor en mayor o menor grado, permitiendo un efecto tipo parasol y absorbiendo/reflejando una proporción de la radiación entrante.

Me gusta la idea de ventanas llenas de vapor para la protección contra la radiación. Técnicamente, ya usamos ventanas llenas de gas todo el tiempo en la tierra para un efecto similar contra los rayos UV y el calor. Preferiría no necesitar trajes especiales para salir a la plataforma de observación, pero me gusta mucho la idea de tal vez una magnetosfera artificial alrededor de la nave. Está empezando a ir en la dirección del campo de energía que estaba evitando, pero es algo que puedo poner en palabras científicamente, así que podría funcionar para mí.
@TitaniumTurtle, entiendo completamente que no quiera Handwavium, y puede parecer "dirección del campo de energía", pero es fundamentalmente bueno según nuestra comprensión de la física. así que al menos no es handwavium en absoluto, y es una buena solución para parte de su problema. cualquiera podría leer tu historia, buscarla y decir, "wow, eso es real", esa es la mejor parte
"y disfrutar de la puesta de sol" ... eh ...
¿Qué pasa con una ventana de plasma? en.wikipedia.org/wiki/Plasma_window
@Efialtes - gracias por ese enlace. Muy genial. ¡Alta temperatura = más viscoso es tan contradictorio! Pero el plasma no es el tipo de materia con la que jugamos en el jardín de infantes.
@MathieuGuindon: El primer párrafo de la respuesta (con la referencia al atardecer) es una analogía que involucra un barco ordinario (es decir, un océano húmedo).

Desde una perspectiva de ingeniería, el problema con su diseño no son tanto las ventanas en sí mismas; son las costuras.

Aprendimos (a través del cometa de Havilland ) que las ventanas deben planificarse con mucho cuidado en un recipiente a presión. Su nave espacial es un recipiente a presión. Por lo tanto, CUALQUIER ventana, escotillas o agujeros de cualquier tipo que coloque en él debe diseñarse para compensar los problemas de presión que crea el agujero. Las ventanas de los aviones ahora están redondeadas por esa misma razón.

Claro, hay materiales 'fuertes' que también pueden ayudar, y la protección UV también protegerá a su gente, pero la respuesta más segura para su jefe de la mafia son las ventanas virtuales.

Imagine una terraza grande con pantallas de video de alta definición alrededor. Estas pantallas están unidas a cámaras montadas en el exterior. El efecto es el mismo que el de una ventana, pero mucho más seguro. También conlleva una serie de otros beneficios...

En primer lugar, debido a que es una pantalla, los valores del mercado de valores, las ganancias mensuales de los impulsores o ejecutores, otra información comercial relevante se puede superponer sobre la vista para que su jefe pueda revisar los negocios Y disfrutar del espectáculo.

Además, debido a que no hay ventanas, los barcos de la policía no pueden enviar drones de reconocimiento y notar que el jefe está en la sala de observación, por lo que ahora es un buen momento para atacar. Siendo realistas, el jefe (si es que está a bordo) podría estar en cualquier parte del barco, al igual que la plataforma de observación. Esto es similar en concepto a un Centro de información de combate (CIC) en un portaaviones o un gran barco militar; no hay un 'puente' obvio al que apuntar para un golpe crítico.

Finalmente, la mayor parte de su nave puede construirse como una coraza sólida, no una sola pieza en sí misma, ya que eso genera otros problemas en una situación de combate, pero ciertamente desde el exterior puede parecer uniforme y, por lo tanto, puede ser más resistente a los ataques y más. submarino como en forma sin problemas.

Por supuesto, siempre puedes ir por el otro lado y construir todo el caparazón de aluminio transparente o similar, pero personalmente creo que eso es revelar demasiado.

Honestamente, en el espacio, si un dron se te acercara, lo verías venir desde miles de kilómetros y lo explotarías antes de que se acercara...
@Efialtes quizás no; el espacio no es tan brillante, así que si puedes usar un sistema de propulsión que no emita un chorro brillante de gas, todo lo que tienes que hacer es hacerlo pequeño y pintarlo de negro y puedes salirte con la tuya. LADAR sería un problema, pero hemos tenido preguntas en el sitio sobre la tecnología de sigilo en el espacio antes y cómo contrarrestarlo. Es un tema interesante, aunque fuera del alcance del OP.

No te molestarías con las ventanas. Las ventanas agregan un punto débil estructural y, de hecho, los nuevos aviones que se están diseñando ya no tienen ventanas. Los han reemplazado con cámaras y pantallas.

ver Aviones del futuro

Ahora, para las naves espaciales, es más importante. Desea que el puente esté en el lugar más seguro de la nave, lo que significa que está cerca del centro de la nave, donde también es imposible tener ventanas.

Los alojamientos de la tripulación también estarían en el centro y las áreas menos importantes, como el almacenamiento, estarían en el exterior.

El casco exterior de la nave es estructural y contiene protección contra la radiación y placas contra micrometeoritos. No querrás hacerle agujeros para que la gente mire hacia afuera.

En resumen, hay muchas opciones de vidrio disponibles en la actualidad. El vidrio con el que entramos en contacto a diario es frágil porque es muy delgado. El vidrio grueso puede ser tan duro como el concreto.

Algunas consideraciones estructurales:

  • El vidrio suficientemente grueso será lo suficientemente seguro. IIRC (de un viaje turístico), una lámina de vidrio de 12 cm de espesor es tan fuerte como el hormigón. También es bastante pesado, pero el metal sería igualmente pesado en cualquier caso.
  • Los escombros que impactan en el vidrio son un problema, pero no más que los escombros que impactan en el casco. La única consideración adicional es que la suciedad o los rayones son más molestos en el vidrio que en el metal, pero funcionalmente no importa. Independientemente de cómo resuelva el problema de los escombros del casco (¿escudo? ¿casco de reparación?), la solución puede ser la misma para el vidrio.
  • Para hacer frente a las diferencias de presión, los barcos de aguas profundas tienden a abombar sus ventanas de vidrio hacia afuera. Tenga en cuenta que para su nave espacial, necesitaría abultar el vidrio hacia adentro (porque el interior tiene una presión más alta que el exterior, que es lo opuesto a un submarino).

Sin embargo, puede haber otros factores de derrota aquí, no solo la integridad estructural.

No hay gravedad artificial, por lo que la tripulación todavía usa gravedad simulada a través de anillos giratorios (lo que significa que no hay "generador de gravedad" o "placas de gravedad" BS).

Esto significa que su anillo/pasajeros girarán a un ritmo bastante rápido. Si coloca ventanas en todas partes, también verán las estrellas y el sol girar muy rápido.

Esto conducirá inevitablemente a náuseas y sensación de desequilibrio . No creo que puedas balancearte teniendo espacios de visualización abiertos y un anillo de gravedad artificial de rotación rápida.

Los humanos serían mejores para hacer frente a cero G que con la perturbación visual del giro.

Realidad de ventanas de vidrio (o algún tipo de compuesto transparente) en naves espaciales
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