El Colono - Parte I: Construcción

En primer lugar: espacio para pasajeros.

(TL; DR: el espacio para pasajeros tendría que ser bastante grande, pero podemos reducir los gastos y reducirlo al tamaño de Star Wars).

Si desea evitar que los aproximadamente 100 pasajeros del barco se vuelvan claustrofóbicos y eventualmente se vuelvan locos, debe proporcionar una buena cantidad de espacio para cada pasajero, especialmente si algunos de ellos viven juntos. 10 x 10 m podría ser un buen comienzo, ya que lo más probable es que puedas colocar todas las cosas básicas de la casa en esa área. Sin embargo, esto ya significa que el barco tendría que tener un tamaño de al menos 1000 x 1000 m solo para el espacio de pasajeros.

Por lo tanto, podría ofrecer a los pasajeros algún tipo de sistema de "clase", donde los que pagan más obtienen habitaciones más grandes. Digamos que aquellos que optan por habitaciones más pequeñas obtienen un espacio de 6,5 x 6,5 metros. También diremos que de las 100 habitaciones, 35 son las grandes. Por lo tanto, esto reduce el tamaño total del espacio para pasajeros del barco a al menos 772,5 x 772,5 m.

Cuando considera que un área tan grande es solo espacio para pasajeros, puede que no sea muy atractivo, pero al menos todos los pasajeros pasarán un buen rato.

(Como referencia, tiene aproximadamente la misma longitud que una nave de aterrizaje clase Acclamator en Star Wars).

Oxígeno

(TL; DR: el almacenamiento de oxígeno, si se concentra en una habitación, tendría que ser casi tan grande como el radio ecuatorial de Ceres. En su lugar, optaremos por un sistema de soporte vital repartido por todo el techo de la nave, lo que ahorra mucho de espacio y solo agrega unos pocos metros a la altura de la nave.)

El oxígeno puede o no ser un pequeño problema. Dado que, en promedio, respiramos alrededor de 11 000 litros de aire al día, durante solo 100 años, las 100 personas a bordo necesitarían alrededor de 401 766 420 litros de aire. Eso es alrededor de 401.766,4 m³ . Digamos que todos tienen sistemas de oxígeno personales que no ocupan mucho espacio y, por lo tanto, podemos restar alrededor del 40-50 % del espacio de oxígeno. Todavía necesitaríamos 220.972 m³ para espacio de oxígeno.

Como advertencia final para reducir este ridículo espacio requerido, digamos que hemos inventado una aleación de tungsteno y hierro o algo así. La aleación es ultra resistente a las fugas y por lo tanto podemos eliminar el 10% de oxígeno extra que tomamos (por si acaso). Eso es hasta 198,875m³. Que sigue siendo MUCHO demasiado espacio.

Por lo tanto, tendremos sistemas de soporte vital en cada habitación individual en lugar de tener una gran sala de almacenamiento de oxígeno, y dado que las estaciones espaciales como la ISS lo tienen instalado a lo largo del techo, ocupa mucho menos espacio ya que está disperso. Probablemente solo necesitaríamos agregar 5 o 6 metros al techo del barco. Ahora estamos en 772,5 x 777,5 metros.

dejando la tierra

(TL; DR: esta sección es bastante corta, por lo que no hay TL; DR).

Si bien la idea del astillero espacial es presumiblemente más eficiente, agrega un peligro adicional ya que los colonos deben tomar un transporte hasta el astillero. Los transportes podrían estrellarse y explotar. Entonces, intentemos emplear algunos métodos para que salga de la Tierra desde la superficie.

-Una 'eslinga' magnética gigante en una pista enorme, similar al sistema que usan los portaaviones pero para una nave espacial gigante.

-Simplemente inclinando la nave hacia arriba y acoplando algunos propulsores increíblemente fuertes. Esto podría no ser muy eficiente y podría tener una alta probabilidad de fallar.

-Una pista que conduce a una rampa de lanzamiento superresistente. Con la adición de algunos propulsores de potencia media, esto podría hacer que alcanzara la velocidad de escape.

Cualquiera de esos tres es factible, así como el astillero espacial. Yo digo que usted debe elegir cuál emplear. El problema es que el astillero podría ser un poco demasiado futurista, ya que de alguna manera tendrías que poner el astillero en una órbita estable, y ni siquiera puedo empezar ahí.

Dimensiones finales

Entonces, dado que hemos sacrificado alrededor de 700 metros cuadrados por espacio para pasajeros, tendremos que mantener todo lo demás bajo. La cabina probablemente será la más grande de todas las habitaciones adicionales, ya que se necesitaría una gran tripulación para controlar una nave espacial de esta magnitud. Diremos que 10 personas lo manejan. Una cabina de alrededor de 15 x 15 metros podría albergar cómodamente a las personas, sus posiciones y toda la maquinaria loca.

Debe haber algunas cocinas y lugares tipo sala de estar para cocinar bocadillos simples y relajarse con amigos. Estos podrían estar alrededor de los costados del barco y probablemente ocuparían unos 16 x 16 metros, o tal vez un poco más.

Dado que esas salas específicas son todo lo que realmente necesitamos, más quizás una sala de máquinas (le daremos a todo eso 50 x 50 metros y lo pondremos en la parte de atrás), ahora tenemos un tamaño de 853,5 x 858,5 metros. Aproximadamente.

Eso es casi lo mismo que un Devore Imperium Warship de Star Trek.

Como algunas notas finales, estimaría el costo en alrededor de 5,000,000,000,000 de dólares, lo que parece mucho, pero en realidad sería factible si todo el mundo se uniera.

¡Espero que esta publicación ridículamente larga haya ayudado!

El problema principal con los barcos colonizadores a largo plazo de este tipo es la gran cantidad de suministros y el requisito de reciclar prácticamente el 100% de todo. Esto no es posible con la tecnología actual, pero sabemos que los humanos necesitan una cierta cantidad de alimentos, oxígeno y agua por día, y luego intentan descubrir la maquinaria o el mecanismo para formar el CLSS (Sistema de soporte de vida cerrado). Luego, su nave se escalará para transportar esa cantidad de masa, además de cualquier material de "respaldo" que crea que necesita (materias primas para "recargar" el sistema, repuestos para mantener el sistema en reparación, etc.

Este es un documento de la NASA que debería darle una idea del orden de magnitud de las masas necesarias: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19670025254.pdf

Y esta es una iteración más moderna: https://ttu-ir.tdl.org/bitstream/handle/2346/73083/ICES_2017_311.pdf?sequence=1&isAllowed=y

El siguiente problema es el blindaje contra la radiación. Cualquier nave espacial que vaya al espacio profundo necesita proteger a la tripulación de la radiación cósmica y otros eventos, por lo que requerirá una gran cantidad de protección. El " Proyecto Millenial " (mi libro de referencia sobre estos asuntos) sugiere que se necesita un escudo de agua de 5 m de profundidad. Es probable que se necesite una cantidad equivalente de roca o metal si no desea usar agua. La masa de la nave espacial se puede calcular utilizando la forma (es decir, un cono o una esfera) para calcular el área y calculando la masa de un escudo de agua o roca de 5 m de espesor que la rodea.

Dado que ahora tenemos una nave que es casi del tamaño de un portaaviones, la tecnología convencional de cohetes no va a funcionar. El problema es que tienes que acelerar la masa de la nave, más la masa del combustible (incluido el combustible que vas a usar para desacelerar en el otro extremo), lo que significa que estás viendo una expansión geométrica de la masa a medida que avanzas. trata de aumentar la aceleración o la velocidad de los barcos.

La mejor manera de evitar esto es usar algún tipo de energía externa, como una vela solar masiva (a esta escala, tal vez una serie de velas solares unidas como un montón de cometas). Puede sumergirse cerca del Sol y desplegar la vela ligera, o usar enormes bancos de láseres para impulsar la vela.

Paradójicamente, la forma de salir rápidamente del Sistema Solar es hacer arreglos primero para que las sondas se sumerjan hacia el Sol con las sondas orientadas hacia el borde para minimizar la presión de radiación. Luego gire casi de frente en el perihelio (más cercano al Sol) y salga disparado.

Si el acercamiento más cercano es 1/10 de un Au, la velocidad final es:

420 km/s

Y si los materiales (algún tipo de unobtanium:)) pudieran resistir una aproximación a 1/100 Au, a solo 1,5 millones de km del centro del Sol y, por lo tanto, a solo 800 000 km sobre la superficie hirviente (!), la velocidad final de nuestra sonda interestelar sería:

1330 km/s

Los lectores astutos notarán que así como la velocidad de escape de un cuerpo masivo varía inversamente a la raíz cuadrada de la distancia inicial R desde el centro, también lo hace la velocidad final de nuestra sonda solar.

https://www.quora.com/Qué-rápido-podría-un-teórico-solar-sail-starship-get

En realidad, a esta escala, no serías capaz de ver el barco. Las velas solares tendrán que ser inimaginablemente grandes

Así que estarás viendo un barco muy grande, muy masivo. Propulsarlo sumergiéndose en el Sol para proporcionar la máxima cantidad de energía solar proporciona la velocidad necesaria para alcanzar Alpha Centauri en aproximadamente 1000 años. Presumiblemente, en el momento de la llegada, la tripulación hará arreglos para "zambullirse" en Alpha Centauri para proporcionar la energía necesaria para entrar en órbita estelar y luego explorar el sistema.

Ubicación, Ubicación

El astillero está ubicado en el Cinturón de Asteroides, o en órbita solar justo después de Neptuno.

¿Por qué?

• Ubicado en el cinturón de Asteroides, los recursos son fáciles de adquirir y se requieren en grandes cantidades.
• Ubicada en la órbita solar alta, la nave lanzada tendrá la posición de lanzamiento perfecta para usar los grandes cuerpos planetarios y el propio sol para realizar una honda asistida por gravedad inicial. Además, mover grandes cantidades de masa al astillero se puede hacer de manera "más segura", ya que es más probable que cualquier masa rebelde sea atrapada por los grandes pozos de gravedad planetaria o sea expulsada al espacio frío.
• En cualquiera de las órbitas, los requisitos delta-v se reducen para el escape del sistema solar en comparación con la órbita terrestre.

Fuerza

Proporcionar energía continua a un proyecto de construcción a gran escala, sin mencionar los requisitos de vida para los humanos, requerirá más de lo que pueden proporcionar las células solares en esas órbitas. Los reactores de fisión nuclear podrían ser capaces de hacer el truco, pero requieren elementos isotópicos específicos y producen subproductos desagradables. Alternativamente, los reactores de fusión nuclear (si bien aún requieren elementos isotópicos específicos) no producen subproductos desagradables, pero actualmente tampoco producen energía neta positiva. Quizás esto sea posible en unas pocas décadas, quizás no.

Tampoco hemos considerado cómo se alimentará la nave en sí una vez lanzada. Sin duda, el diseño contendrá múltiples sistemas redundantes, pero operar sus propias plantas de energía requerirá recursos consumibles, ¿y qué haces con la basura?

Pensando en gran escala, ¿qué pasa con Dyson Array? Incluso una matriz muy modesta proporcionará energía en grandes cantidades no solo para la construcción, sino también para transmitir a la embarcación durante más de 200 años.

Transporte

Las personas que se trasladan hacia y desde los astilleros pueden ser provistas por un barco más pequeño de más de 500 personas. Nuevamente alimentado por una combinación de matriz solar, reactor y dyson. Los motores pueden estar basados ​​en iones, con una vela solar empujada cuidadosamente por la matriz Dyson.

Minería

Quizás la operación más compleja, mientras que el cinturón de asteroides contiene recursos, esto presentaría cierta dificultad para que los humanos los extraigan. Los robots podrían hacer el trabajo, pero todavía estamos buscando a tientas la robótica en nuestras propias fábricas en la Tierra, como puede demostrar Tesla. Una fuente a corto plazo sería una colonia minera en la luna o mercurio.

• La luna tiene problemas en términos de atmósfera y radiación cósmica.
• Mercurio tiene problemas en términos de gravedad.

Soporte vital

Este es el aspecto más difícil. No estamos seguros de lo que se necesita para la salud a largo plazo en el espacio, incluso dentro del sistema solar. La mejor apuesta es diseñar la estación espacial para proporcionar algo convincentemente similar a la Tierra: presión atmosférica, biomas terrestres reales, gravedad y luz similar a la del sol.

El mejor diseño para esto es en realidad un anillo (o anillos) con un eje central contrarrotatorio para acoplar y montar el motor. El anillo debe tener una sección transversal circular para maximizar tanto el espacio interno como la resistencia de la estructura general. Si hay varios anillos, tal vez algunos refuerzos de anillos cruzados para extraer la estabilidad estructural.

Para no incomodar demasiado, los anillos deben tener un diámetro interior de al menos 3 km. El diámetro de la sección transversal dependerá en gran parte de los recursos disponibles, técnica de montaje, etc.

Arrancando el primer astillero

El primer astillero de este tipo se construiría modularmente desde la Tierra, similar a la ISS. Los módulos estarían conectados en ángulo entre sí formando un pequeño anillo. Probablemente solo podría girar para emular <1/6 de la gravedad terrestre. Suficiente para permitir que los equipos de trabajo comiencen la fabricación del anillo real. Este anillo interior podría mantenerse en la estación final como patio de mantenimiento, o podría separarse para comenzar la construcción de la siguiente estación para su implementación en otro lugar del sistema solar.

Será difícil dotar de recursos a este proto-astillero, ya que los recursos de la tierra son caros. Mover este proto-astillero a la órbita lunar sería una opción. Actualmente poseemos tecnología suficiente para establecer un ascensor espacial en la luna, proporcionando una forma económica de mover recursos al astillero. Alternativamente, como la luna es muy importante para el sistema Tierra-Luna, robar recursos de las lunas de Marte sería más fácil ya que tienen menos gravedad. Aunque esto hará que la logística humana sea más difícil.

Una vez que el proto-astillero ha construido el primer astillero, la humanidad realmente puede comenzar a construir a escala las naves de generación.