Regulación del calor en una base de asteroides alimentada por un pequeño reactor nuclear

Entonces, estoy escribiendo sobre el asedio de una base de asteroides. Este asteroide está cerca del borde exterior de un cinturón de asteroides en el equivalente de radiación solar de la órbita de Saturno desde su estrella (aunque la distancia bruta es en realidad mucho menor, ya que la estrella es de tipo K más bien pequeña). Es un asteroide pétreo-metálico oblongo, de ~4 km x 5 km.

La base está excavada en el sustrato del asteroide, y hay relativamente pocas entradas/salidas bien protegidas para los humanos. También hay muchos silos de misiles subterráneos (los misiles son guiados; pueden ser explosivos o pueden ser pequeños EMP programados para acoplarse a los cascos de los barcos enemigos) y armamento antiaéreo montado parcialmente bajo tierra (armas de pulso de microondas, cañones de riel, electroláseres, etc.). También hay hangares subterráneos que contienen pequeños combatientes de 1 o 2 personas (armados con misiles). La gravedad artificial es proporcionada por el método de la fuerza centrífuga: el asteroide gira sobre su eje largo (para proporcionar un radio mayor para que no tenga que girar tan rápido). La gravedad varía de 0,2 g a 0,9 g dependiendo de dónde se encuentre en la estación.

El núcleo de la estación alberga un pequeño reactor nuclear rápido modular refrigerado por helio similar al Módulo multiplicador de energía actual, solo que tecnológicamente mejor perfeccionado. Estos son reactores (incluso irl) muy seguros porque el riesgo de incendio es muy bajo, requieren muy poco mantenimiento, no pueden fundirse de la misma manera que otros reactores (simplemente se apagan y no funcionan en lugar de explotar), y rara vez necesitan repostar. Los humanos no pueden acceder directamente al reactor, pero controlan y monitorean remotamente desde fuera de la cámara sellada. El calor residual del reactor se usa para calentar las capas exteriores de la estación y para regenerar el depurador de CO2 si es necesario, en el camino hacia la superficie a través de tuberías de calor de bucle.

La atmósfera se mantiene con A) un sistema de eliminación de CO2 regenerado similar al del transbordador espacial, y B) algas fotosintéticas que crecen hidropónicamente. El agua es agua residual reciclada, pero hay un suministro de respaldo reservado cuando se excavó la estación (se extrajo el agua de los relaves). La comida consiste en aproximadamente un 65 % de insectos cultivados y vegetales de hoja hidropónicos de rápido crecimiento, y un 35 % de raciones almacenadas (esta es una estación que normalmente ve mucho tráfico). Los desechos humanos se procesan y utilizan como fertilizante; a medida que pasa el tiempo, también lo hacen con los cadáveres.

Ahora, en cuanto al asedio. Hay ~18.000 personas en esta estación. Son humanos, ~50/50% hombres y mujeres, todos soldados entrenados a través de una política nacional de reclutamiento universal (por lo tanto, casi nadie pelea esta guerra por elección), y ~80% entre las edades de 16 y 35 años, aunque hay algunos oficiales superiores, médicos e ingenieros que son mayores. También hay ~120 técnicos hidropónicos e ingenieros de municiones adicionales (también militares o contratistas militares) que llegaron con un cargamento de munición y repuestos/actualizaciones para algunos de los sistemas, y luego se quedaron atrapados allí al comienzo del asedio.

Nadie estaba preparado para un asedio. El enemigo está totalmente comprometido y rodeó la estación, donde establecieron un bloqueo y bombardearon casi continuamente para impedir que se enviaran combatientes, destruir los sistemas de armas cercanos a la superficie e interrumpir la gravedad artificial lo suficientemente mal como para que la gente que está dentro pueda. no hacer nada No quieren destruir la estación, sino capturarla más o menos intacta. Quieren forzar la rendición, pero generalmente tampoco toman prisioneros. Mientras tanto, los defensores no están dispuestos a dejar que la estación caiga en manos enemigas, y si las cosas se ponen lo suficientemente mal, autodestruirán la estación. De hecho, cuando finalmente son liberados, su propio gobierno destruye la estación después de evacuar a las tropas,

El enemigo también está en condiciones de enviar barcos desde la retaguardia y enfrentarse a cualquier refuerzo que venga a liberar la estación. Además, aunque las naves aquí son mucho más rápidas que las naves espaciales modernas, todavía tienen una magnitud por debajo de la velocidad de la luz, por lo que los refuerzos amigos pueden tardar semanas o meses en llegar. El enemigo también A) Mantiene el territorio cerca de aquí, por lo que les toma menos tiempo de viaje, y B) Tiene MUCHAS tropas fanáticamente leales, baratas y de rápida maduración para aprovechar.

Estoy tratando de ir por un asedio de Leningrado + tipo de ambiente de guerra de trincheras. Los defensores están atrapados aquí durante 3 años, siendo bombardeados continuamente. Por lo tanto, los intentos de romper el asedio se limitan a enviar naves de combate pequeñas y rápidas que posiblemente puedan esquivar el fuego de respuesta, y hacer que arrojen todas las bombas y EMP que tengan dentro de las líneas enemigas. Esto suele ser un suicidio y consume el 75% de las naves de combate disponibles, así como cientos de vidas. Los cambios de gravedad discordantes y extraños dentro de la estación arrojan a las personas contra las paredes o las matan con objetos que caen y dañan los sistemas. Los incendios eléctricos ocurren. Las personas también tienen que comenzar a realizar trabajos manuales más peligrosos a medida que los sistemas automatizados se dañan.

Ahora, con esta información, aquí está mi pregunta. ¿Crees que haría demasiado calor o demasiado frío a medida que los sistemas automatizados comiencen a fallar, queden menos personas vivas para mantenerlos, etc.? Además, ¿crees que los incendios o las enfermedades serían una preocupación mayor en el día a día? Tenga en cuenta que bañarse está casi fuera de discusión, se mueren de hambre y tienen menos medicamentos o saneamiento a medida que pasa el tiempo. OTOH, explosivos + cortocircuitos eléctricos + sin ventilación. Básicamente, necesito poder establecer una escena y describir cuánto apesta del punto de vista del protagonista, por lo que necesito un ambiente físico/temperatura realista y una jerarquía aproximada de los tipos de preocupaciones diarias de supervivencia.

La rotación del asteroide genera una atracción centrífuga mucho mayor que la atracción gravitatoria del mismo cuerpo. ¿No significa esto que el asteroide se romperá y se dispersará tan pronto como comience a girar?
Depende de la velocidad de giro y la composición del asteroide, me imagino. Si es hipotéticamente posible hacer esto con naves espaciales, no puedo imaginar que no sea posible hacerlo con un asteroide. Además, me imagino que habrían reforzado el asteroide y su interior al construir la estación,
Calcule cuánta energía se requiere para mantener su hábitat (población e industria), ya que tengo la sensación de que el escenario de 'papas al horno' ocurrirá si el enemigo saca los radiadores. Incluso si el reactor tiene un acelerador, aún necesita energía para el soporte vital, computadoras, etc. Quizás buscar el efecto de la falla en todas las estaciones espaciales del mundo real que se colocaron en LEO puede darle una idea de lo que sale mal.
Las naves espaciales se construyen para garantizar la continuidad estructural. Asteroides no.
Sí, pero las estaciones espaciales del mundo real A) no están dentro de la roca, y B) no funcionan con reactores. Y pueden estar demasiado calientes o demasiado fríos, dependiendo de lo que salió mal. Los radiadores son, afortunadamente, tubos de calor pasivos que no requieren mantenimiento electrónico. Probablemente se les ordenaría cortar la energía lo más posible si los elementos de enfriamiento se dañaran, lo que empeoraría aún más las condiciones. Además, este tipo de reactor irl se apaga irreversiblemente si se sobrecalienta, y reiniciarlo cuando es modular y está sellado es, en el mejor de los casos, difícil. Así que hay otro problema.
Enlace relacionado sobre disipadores de calor en naves espaciales: worldbuilding.stackexchange.com/questions/67297/… Me gustó la única respuesta donde los radiadores podrían convertirse en una bandera falsa
@Deathsdentures lo que creo que preocupa a la gente es que en el espacio la única forma de perder calor es a través de la radiación, que es una forma lenta de perder calor. Si pudieras sobrevivir desnudo al vacío del espacio y esperar a morir de frío, vas a esperar unas horas. La ISS herviría a sus habitantes si no tuviera una tonelada de radiadores de calor en su superficie. Este asteroide necesitaría lo mismo, y con todas las armas de energía, impactos de armas, soporte vital, humanos y otros sistemas, se sobrecalentaría rápidamente una vez que los radiadores se apaguen.
Hay demasiada información adicional en esta pregunta . Trate de ceñirse al punto principal de la pregunta y no nos escriba toda su historia. Aparte, encuentro completamente increíble que un grupo de reclutas reacios se suicidaran colectivamente por una guerra de la que no querían ser parte.
Entonces, tal vez no haga radiadores tradicionales, o haga que no sean un sistema principal en combate: seguí el enlace de @MorrisonChang arriba, ¿y hubo algunas ideas para la pérdida de calor? Radiadores de gotas de líquido, por ejemplo: expulsar y luego recuperar magnéticamente material de disipador de calor ferromagnético líquido. Realmente no requiere nada cerca o en la superficie, y es muy eficiente en términos de pérdida de calor vatios/volumen, además es bastante resistente a los impactos. ¡Gracias, @MorrisonChang!
Estoy cavando mucho el escenario. La gente nunca vincula sus historias con las ideas en la pila de WB. € :( Pero me gustaría leer esta historia si es una obra de ficción en prosa. ¡O una novela gráfica!
@bendl Um, eso depende de la cultura. Mucho. Mira, los japoneses en la Segunda Guerra Mundial. Y si las personas en cuestión están luchando / sienten que están luchando por sobrevivir, es decir, no están luchando en la guerra por elección, fueron reclutados, pero NO hacerlo no era una opción. Mira, los soviéticos en la Segunda Guerra Mundial. Y dije que los otros muchachos quieren la estación, pero en su mayoría no toman prisioneros (pueden tomar a un general, diplomático o miembro del parlamento porque es importante = apalancamiento e información, pero le disparan a cualquiera). Esto también se basa deliberadamente en la situación en el Frente Oriental en la Segunda Guerra Mundial.

Respuestas (4)

Creo que podría no ser una locura según tu publicación original. Probablemente no debería serlo si va a continuar durante 3 años. Razones

1: La gravedad artificial, tal como la ha configurado, no es una quimera de alta tecnología, sino una simple fuerza centrífuga. Para estropear eso, los impactos tendrían que alterar la rotación del asteroide. Ese asteroide va a tener mucho impulso de rotación. Un golpe lo suficientemente fuerte como para alterarlo probablemente alteraría la integridad estructural del asteroide.

2: Tienes una fuente de alimentación interna robusta. Parece que sería difícil arruinarlo, y arruinarlo sería permanente y el final de la línea para la colonia.

3: Tu gente cultiva su propia comida fotosintética. Pero están en túneles. Eso significa que usan luces, por lo que su comida proviene de su fuente de energía, que es duradera. Ese es un gran sistema para resistir un asedio. Lo que pasa con las ciudades sitiadas es que no son autosuficientes en alimentos. Los sitiadores solo necesitan cortar los suministros de alimentos de las granjas circundantes y la ciudad morirá de hambre lentamente. No este lugar.

Esa configuración puede soportar un asedio de 3 años. Pero ya tienes el principal motivo de tensión y estrés: 18.000 reclutas viviendo juntos en túneles y comiendo bichos y espinacas 3 veces al día. Son muchos jóvenes en espacios muy reducidos. La configuración es similar a la de The Walking Dead: los zombis son amenazas aterradoras, pero el verdadero horror son otras personas.

Son solo alrededor del 60% autosuficientes en alimentos; se trataba de un puesto de avanzada de la guardia fronteriza abastecido en parte por otro asteroide más adentro. El ataque se produjo en un momento en que estaban actualizando sus sistemas de objetivos, así que todo fue un caos y los tomó por sorpresa. Por lo tanto, estarán desnutridos y podrían morir de hambre, especialmente si algo (calor, humo, escombros que caen, etc.) mata a algunos o muchos de sus insectos. Un problema principal probablemente será la sacudida del asteroide mientras es bombardeado. Los objetos y las personas experimentarán lo que equivale a condiciones sísmicas todo el tiempo.
Los cuales, si los terremotos sirven de referencia, pueden destruir equipos, provocar incendios, matar personas, etc. Especialmente cuando tienen una tonelada de armamento. Los incendios serían un problema particularmente grave. Aunque, dado el aire viciado del avión, la desnutrición progresiva, la gravedad extraña (a menudo baja), las oportunidades limitadas para bañarse, los posibles problemas de saneamiento y la escasez de medicamentos, la enfermedad también podría ser un problema. Sí, predije asesinatos, suicidios, violencia, etc., que en el caso de, digamos, asesinato o violación son delitos de ejecución. Les disparan en la nuca (el pelotón de fusilamiento es un desperdicio de munición).
/Esto suele ser un suicidio y utiliza el 75% de las naves de combate disponibles, así como cientos de vidas/ - eso es lo que se les ofrece a los criminales. Si logran regresar, todo está perdonado.

La disipación de calor pasiva con su configuración será problemática.

La gravedad se logra por la rotación del asteroide, por lo tanto, los gases o líquidos más livianos tenderán a moverse hacia arriba. Arriba en este caso significa hacia el centro de rotación, que es donde se encuentra el núcleo.

Entonces, a menos que tenga algún elemento activo para expulsar el aire/líquido caliente del núcleo, simplemente está acumulando más calor donde se produce. Por lo tanto, el sobrecalentamiento en el núcleo es solo cuestión de tiempo, especialmente con maquinaria cada vez más dañada y falta de mantenimiento.

Tienes razón, la convección dentro del helio funcionaría al revés en esta situación.
¿Qué hay de pegar una barra de cobre gigante (o mejor, un tubo de calor ) hasta el centro y hasta los radiadores? Sería exactamente donde el aire caliente entrega su calor, ¿no? y estaría bastante cerca de ser un sistema pasivo.
Sí, ya se han mencionado los tubos de calor. Supuse que tendríamos tubos de calor y radiadores de gotas de líquido.
Ahora que lo pienso, diría que deje el análogo EM2 para el reactor y vaya con un grupo de SAFE-400. Cada uno no produce suficiente energía por sí mismo para una estación de este tamaño, pero están diseñados para funcionar y enfriarse en cero-g, producen menos calor y tener múltiples agregará capas de redundancia si alguno falla. Sí, abandonar EM2.
Debe utilizar no gases para la transferencia de calor. Algo como agua, mercurio, galio u otro líquido de alta transferencia de calor . La refrigeración por aire sería la peor opción posible. Además, dado que el asteroide está hecho en parte de metal, podría funcionar como un disipador de calor decente, y toda la superficie actuaría como un radiador. Estar en una órbita similar a la de Saturno significa que la cantidad de energía solar absorbida debe ser baja.
@ AndyD273, también usar líquidos con convección natural tendrá el mismo problema (editó la respuesta para que quede claro). Irradiar energía es mucho menos ineficaz, especialmente si desea evitar que su personal haga barbacoas.
@ L.Dutch No vi en la pregunta dónde la convección sería la única forma de mover el refrigerante. Las bombas serían mucho más eficientes.
El helio del que estaba hablando era el refrigerante dentro del propio reactor, manteniendo bajo control la propia reacción de fisión. No el mecanismo de enfriamiento de toda la estación. Aún así, el diseño del reactor se basa en la convección natural para hacer circular el refrigerante, por lo que lo reemplacé con otro que está diseñado específicamente para trabajar en microgravedad.

Entonces quieres que el asedio continúe por un tiempo.
Así que aquí hay algunas cosas que están a favor de los defensores:

  • Los atacantes no pueden esforzarse demasiado porque no quieren volar la estación, y si parece que van a ganar, los defensores volarán la estación.
  • Prefieren que los defensores se rindan, pero no tienen motivos para hacerlo porque si se rinden, probablemente morirán.
  • Del mismo modo, si solo dijeran: "Oye, está bien, no te rindas, pero te dejaremos escapar y volar", los defensores no tienen razón para no colocar trampas explosivas o una autodestrucción retrasada.
  • El calor será un problema, pero posiblemente no sea el mayor problema, ya que viven en un trozo gigante de metal y piedra. El hierro es un buen conductor del calor, por lo que si dejan que el calor se acerque a la superficie, pueden dejar que se filtre en el hierro, y entonces toda la superficie del asteroide será su radiador.
  • La comida y el agua probablemente no serán un gran problema al principio, ya que la estación tendría que ser en gran medida autosuficiente.

Cosas que van en contra de los defensores:

  • El mayor problema probablemente será el impacto de la bomba y la presión mental constante de estar en un espacio confinado con demasiada gente y sin salida.
  • Algo de lo que realmente tendrían que preocuparse es el sabotaje. Mira, cualquier arma/defensa en la superficie se eliminará rápidamente, lo que significa que no hay mucho que impida que los atacantes desembarquen tropas en la superficie. El objetivo principal de los atacantes en ese momento sería tomar el control de los sistemas de autodestrucción para que los defensores no puedan usarlos, o comprometer el soporte vital de una manera que no active las alarmas a medida que se acumulan gases no deseados y matan a todos.

Entonces, si aterrizan, comience a cavar un túnel de acceso usando el bombardeo como cobertura, configure una esclusa de aire para evitar que la presión de la estación caiga, entonces podrían ingresar a la estación.

Un ejemplo histórico de esto que me viene a la mente es una historia sobre un fuerte en la frontera estadounidense que fue sitiado. El grupo atacante comenzó a cavar un túnel, que los defensores pudieron ver acercándose a la pared. Afortunadamente para los defensores llovió, lo que provocó el derrumbe del túnel.

La primera incursión que suceda de esta manera podría ser una sorpresa que se detenga a tiempo, pero luego las incursiones posteriores comenzarían a desgastar la fuerza mental de los defensores, ya que tienen miedo constante de que los atacantes atraviesen las paredes. Los atacantes también podrían trabajar para sabotear otras cosas, como la producción de alimentos o el reciclaje de agua, pero una vez más, si son demasiado efectivos, parece que los defensores no tienen esperanza, es probable que simplemente se autodestruyan.

El asteroide está girando algo rápido, el terreno de la superficie es en su mayoría roca irregular sin trabajar, y no es un asteroide enorme. Las naves grandes tendrían problemas para aterrizar. Los barcos no están destinados a aterrizar fuera de los hangares, que rara vez estarían abiertos. El apoyo antiaéreo no siempre está en la superficie (los cañones se levantan y se bajan); los misiles están en silos subterráneos. Dicho esto, este es un trabajo de la nave de combate, esencialmente tomar la holgura de apoyo de artillería un poco cuando la mayoría de las armas se destruyen o se reparan. Lo que cuesta muchas vidas y barcos, obviamente.

Depende de cuánto es el calor generado internamente frente a cuánto calor pueden disipar pasivamente. Si el reactor y los sistemas internos que tienen generan más calor del que pueden disipar de forma pasiva, entonces necesitarían un sistema de refrigeración activo y, si se estropea, obviamente estaría caliente por dentro. Y en el caso contrario, cuando la disipación de calor pasiva (pérdida de calor sería un término más apropiado en este caso) es mayor que el calor generado por el reactor y cualquier sistema interno (sistemas donde la función principal no es calentar, el calor se libera como un subproducto de su función principal), entonces necesitarían calefacción activa, y si los sistemas que lo hacen fallaran, entonces estaría frío. Cuál es el caso con su estación depende de usted.

Además, los incendios y las explosiones serían una preocupación mayor que las enfermedades, principalmente debido a la pérdida de aire respirable. Quemando oxígeno, filtrándolo al espacio, contaminándolo con materiales venenosos del humo o fugas de productos químicos. Y sí, es posible que tengan sistemas de depuración, plantas que generan oxígeno, pero pueden mantenerse al día con el gran aumento de la demanda. En su escenario de fallas en los sistemas y pérdida masiva de vidas, lo dudo. Este sería el punto de falla. Además, los incendios y las explosiones son un gran problema por sí solos, porque es muy difícil detenerlos en espacios tan pequeños, abarrotados y confinados con muchas máquinas y productos químicos que pueden explotar solos. Piensa en explosiones en cadena. Y tienes muy pocos medios para detenerlos. Probablemente tenga un sistema de extinción de incendios con una cantidad limitada de refrigerante.

El sistema de disipación de calor del núcleo son tubos de calor en bucle pasivo. También se utiliza para la calefacción pasiva de la estación. Pero estoy seguro de que tendrían un sistema activo de refrigeración Y calefacción de respaldo. Sí, supuse que habría áreas de la estación que estaban completamente selladas, ventiladas e inutilizables debido a los incendios. Como la comida y la medicina escaseaban, creo que se enviarían equipos con trajes espaciales a esos lugares para buscar basura. Enfermedades que estaba pensando en su mayoría la desnutrición, pero los desechos humanos reciclados para fertilizante tiene poder para esterilizar. ¿No hay suficiente potencia? Use equipo de protección y ore. Además, el hacinamiento y el aire viciado.
Los sistemas de respaldo son tan susceptibles de fallar como los sistemas primarios. Y a todos los efectos prácticos, no hay nada que impida que se destruyan, incluso antes de que puedan ser utilizados. A diferencia de las películas, los sistemas de copia de seguridad no son herramientas mágicas que pueden hacer que el peligro desaparezca con solo presionar unos pocos botones.
Bueno, esta estación fue diseñada para ver y resistir el combate, pero no tanto si lo es. Supongo que tenemos tuberías de calor en bucle = sistema de enfriamiento del núcleo primario/sistema de calefacción pasivo primario de otras áreas. Y luego tener radiadores de gotas líquidas como un sistema de enfriamiento de combate más confiable (son muy resistentes a los impactos, más pequeños y no se asientan sobre/cerca de la superficie), a expensas de poder calentar pasivamente áreas no centrales muy bien/ tener menos tiempo y espacio para calentar de forma segura/pasiva los depuradores de CO2 para regenerarlos. Las unidades de calor activas de respaldo probablemente serían buenos viejos MMRTG, que son inmortales.
Entonces, no, no creo que los sistemas de respaldo sean mágicos; diría que son más duraderos y que el sistema principal podría desconectarse deliberadamente y reubicarse (por ejemplo, las tuberías de calor y los radiadores se alejan desde la superficie) cuando la situación se vuelve peligrosa para que no sean destruidos. El sistema de respaldo (en este caso, métodos de enfriamiento resistentes a impactos como el LDR) se pone en línea inmediatamente en combate. Hay, en otras palabras, un protocolo. Incluso si no está preparado para un asedio, la primera prioridad sería esencialmente poner la estación en modo de batalla para minimizar el daño.
Regulación del calor en una base de asteroides alimentada por un pequeño reactor nuclear
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