Kann ein Generationenschiff viele tausend Jahre lang seinem eigenen Sauerstoff und der täglichen Abnutzung standhalten?

In Bezug auf die Idee eines Generationenschiffs, das eine Gemeinschaft von Menschen für Tausende von Jahren zu einem anderen Planeten trägt:

Gibt es irgendein Material für eine konstruierte Struktur oder eine Reihe von Systemen, die der Oxidation für die vielen tausend Jahre standhalten, die für die Reise erforderlich sind?

Auch Materialermüdung und Verschleiß durch den Personenverkehr nach wenigen hundert Jahren würden die Konstruktion bald gefährden. Fast alle anderen Gegenstände, die täglich verwendet werden, halten nicht einmal eine Generation. Die einzige Möglichkeit, diese Probleme zu überwinden, wäre, eine große Anzahl von sauerstofffreien Ersatzschiffen im Schlepptau zu haben, in die man einsteigen kann.

Ich stehe der Idee skeptisch gegenüber. Ich denke, der Wartungsspeicher wäre zu groß. Das Ganze wäre zu massiv, um auf Touren zu kommen. Hat das jemand besprochen? Vielleicht bin ich damit im Rückstand. Es scheint Schritt 1 im technischen Design für eine zuverlässige Struktur zu sein. Haben wir die Materialien, um den Bedingungen für die Dauer standzuhalten?

" Das Ganze wäre zu massiv, um auf Touren zu kommen. " ist eine separate Frage. Entferne es am besten von hier und poste es, wenn es dir wichtig ist, separat.
Hallo Matt. Während Sie in der Stimmung sind, Generationenschiffen gegenüber skeptisch zu sein, bedenken Sie das grundlegende Problem der Bevölkerungskontrolle. Sie müssen Ihr Schiff entweder so konstruieren, dass es dem Bevölkerungswachstum von Generationen gerecht wird, oder Sie müssen erstaunlich streng damit umgehen - insbesondere, wenn Sie Arbeitsplätze ersetzen müssen, nicht nur Menschen. Zippo Wahlfreiheit, wenn es um Ihren Bildungsweg geht, denn der Typ oder die Frau, die am wahrscheinlichsten sterben, wenn Sie 24 werden, hat die Kanalisation gereinigt. Du hast recht, Generationsschiffe sind... unpraktisch.
@JBH mit ROBOTS muss niemand mehr arbeiten !
WB ist Fiktion , also ... "Kann ein Generationenschiff seinem eigenen Sauerstoff und der täglichen Abnutzung viele tausend Jahre standhalten?" Es kann, wenn Sie es sagen.
Der Vorschlag, ungenutzte Generationsschiffe hinter sich herzuschleppen, bringt die Tyrannei der Raketengleichung im Grunde auf 11.
Warum sich Gedanken über das Abschleppen von Ersatzschiffen machen oder gar darüber, wie lange Ihr Schiff halten wird? Bringen Sie einfach Ihre eigenen Produktions- und Materialrecyclingkapazitäten mit. Erneuern/ersetzen Sie die Elemente, die sich abnutzen. Letztendlich gibt es keinen Grund, warum nicht etwas zurückgewonnen oder recycelt werden kann, die Grenze ist wirklich die Energie - und wenn Sie ein Schiff bauen, das Tausende von Jahren reisen kann, müssen Sie bereits eine Lösung für Energie haben.
Jahrtausende aus welchem ​​Bezugsrahmen? Für das Schiff können es nur Dutzende oder Hunderte von Jahren sein, je nachdem, wie schnell es reist.
Sie haben eine ziemlich spezifische Frage gestellt, also hinterlasse ich dies als Kommentar - Sie haben Farbe völlig vergessen. Höchstwahrscheinlich passt es nicht in Ihre Ästhetik, aber auf so etwas wie einem Generationenschiff wäre es entscheidend, sich eine kostengünstige, leicht austauschbare Verschleißoberfläche zu verschaffen. Selbst wenn Sie über fortgeschrittene Herstellungsfähigkeiten verfügen, müssen Sie den Kindern solche Dinge sowieso beibringen.
3D-Drucker, modulares Design und losziehen und nahe gelegene Asteroiden für Material ernten.
@RonJohn Ich denke, Sie ignorieren das wissenschaftsbasierte Tag. Das OP scheint nach einem Material zu suchen, das theoretisch die Tausende von Jahren der Abnutzung überstehen könnte, die ein Generationenschiff erfahren kann, basierend auf unserem wissenschaftlichen Verständnis von Materialien. Handwavium und Unobtainium haben in dieser Frage keinen Platz.

Antworten (17)

Titan

Immunität gegen Umwelteinflüsse Die unübertroffene Korrosionsbeständigkeit von Titan in der Architektur resultiert aus seinem stabilen, stark haftenden, schützenden Oberflächenoxidfilm. Da das Metall sehr reaktiv ist und eine starke Affinität zu Sauerstoff hat, bildet sich der vorteilhafte Oxidfilm spontan, wenn es Feuchtigkeit oder Luft ausgesetzt wird. Tatsächlich kann sich ein beschädigter Oxidfilm im Allgemeinen sofort selbst wiederherstellen.

Niedrigste Wärmeausdehnung Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Titan ist halb so hoch wie der von Edelstahl und Kupfer und ein Drittel von Aluminium. Es ist dem von Glas und Beton praktisch ebenbürtig, wodurch Titan mit diesen Materialien sehr gut verträglich ist. Dadurch ist die thermische Belastung von Titan sehr gering.

Geringes Gewicht Das spezifische Gewicht von Titan beträgt 4,51 g/cm3 – etwa 60 % des Gewichts von Stahl, die Hälfte des Gewichts von Kupfer und das 1,7-fache des Gewichts von Aluminium. Da Titan ein so leichtes Metall ist, belastet es die Struktur weniger. Es ist leicht herzustellen und ermöglicht eine einfache Installation.

Umweltfreundlich Aufgrund seiner relativen Trägheit in den meisten Atmosphären gilt Titan als umweltfreundlich. Es ist zu 100 % recycelbar und das Produkt aus nachwachsenden Rohstoffen.

Größte Festigkeit Titan hat nicht nur eine hervorragende mechanische Festigkeit (vergleichbar mit Baustahl), sondern ist auch langlebig und stoßfest. Sein Elastizitätsmodul (ein Maß für die Dehnungsrate) ist halb so groß wie der von Edelstahl. Dies bedeutet, dass Titan bei Erdbeben und anderen Perioden heftiger Bewegungen flexibler ist als andere Architekturmetalle.

https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=1299

Sie bauen auch Dinge für eine einfache Reparatur. Die oberste Schicht von Walkway ist austauschbar. Handläufe sind austauschbar. Wenn sich die Dinge abnutzen, werden sie zurückgenommen, eingeschmolzen und neu gegossen und wiederverwendet.

Entwerfen Sie alles modular, damit es bei Bedarf gelöst und ersetzt werden kann und das alte zu neuen Produkten recycelt werden kann.

Das Problem bei austauschbaren Verschleißteilen ist, dass Material als Staub oder sogar Gas verloren geht und das verlorene Material aller Teile vermischt wird. Daher müssen Sie eine 100%-effiziente Rückgewinnung von Mischmist haben
@ChrisH: also Nanomaschinen und Universal Constructor ...
@vsz ja, aber das ist eher so, als würde man die Reparaturbots aus Handwavium statt aus dem Schiff bauen - gut in der richtigen Geschichte
@ChrisH: Dein Schiff muss nur "viele tausend" Jahre überdauern, nicht Millionen. Ein Handlauf oder Gehweg aus Titan wird wahrscheinlich viele hundert oder tausend Jahre dauern, bis er neu gegossen werden muss, wobei nur ein winziges bisschen zusätzliches Titan aus den Titan-Massenreserven des Schiffes benötigt wird. Oder um den Verschleiß zu reduzieren, verwenden Sie etwas organisch recycelbares Material wie Holz oder einen „Teppich“ aus Pflanzenfasern als oberste Schicht über dem Titan. Organisches Material als Staub / Gas kann vom Ökosystem recycelt werden.
@PeterCordes Die letztere Lösung spricht mich besonders an, obwohl ich für den Wohnraum denke, dass Sie im Wesentlichen nie eine Neufassung benötigen würden. Es hat wahrscheinlich nicht viel Verschleiß erfahren, aber die Bronzedecke des Pantheons hielt 1500 Jahre, bevor sie vom Papst entfernt wurde, um Waffen herzustellen
Seien Sie vorsichtig ... es ist schwierig, Titan in Brand zu setzen, aber wenn ein Titanfeuer in Gang kommt, wird es !!SPASS!!
Einer der Hauptvorteile von Titan ist die großartige Mischung dieser Eigenschaften. Seine hohe Festigkeit und sein geringes Gewicht verleihen ihm beispielsweise eines der besten Festigkeits-Gewichts-Verhältnisse für Metalle. Der einzige Punkt, an dem es wirklich abfällt, ist das Verhältnis von Stärke zu Gewicht zu Kosten. Aufgrund der relativen Kosten von Titan werden häufiger billigere Metalle wie Aluminium und Stahl verwendet.
@ChrisH Sie brauchen keine 100% ige Erholung - Sie brauchen eine Erholung, die hoch genug ist, um die Reserven nicht zu erschöpfen.
Sie haben einen sehr wichtigen Vergleich übersehen: UNOBTANIUM! Es ist unendlich stärker, fast federleicht, flexibel und jede andere Eigenschaft, die Sie erfinden möchten! Und alles, was Sie tun müssen, um es zu erhalten, ist, einige Eingeborene und einen psychischen Baum zu töten! Oder Sie können Ihr eigenes Metall erfinden und ihm hoffentlich einen weniger geradezu idiotischen Namen als Unobtanium geben.
Sie bauen ein Generationenschiff, das Tausende von Jahren überdauern muss. Kosten sind kein Thema. Sie können nicht billig und wegwerfbar gehen.
@corsiKa, ja, aber das rundet auf 100%. Wenn Sie nur 99,9 % einer bestimmten Reserve pro Jahr zurückgewinnen, haben Sie nach 1000 Jahren nichts mehr übrig.
@ChrisH, der davon ausgeht, dass das gesamte Schiff jedes Jahr ersetzt wird. Wenn Ihr durchschnittlicher Teil 100 Jahre dauert und Sie eine Erholung von 99,9% haben, dann benötigt eine 3000-jährige Reise nur 3% Reservebedarf.
@Nosajimiki, nein, es wird ein Gesamtverlust von 0,1 %/Jahr als eine Art indikativer Worst-Case angenommen. Aber 99,9 % = 100 % in jeder Hinsicht. Tatsächlich 97% = 100% in einer vernünftigen Annäherung
Außerdem verbindet sich menschliches Knochenmaterial gut damit, also wenn Sie sich jemals langweilen .... en.wikipedia.org/wiki/Titanium_biocompatibility

Sie müssen sich grundsätzlich von der Idee verabschieden, ein Generationsschiff zu bauen und es in den Weltraum zu schicken.

Ein Generationenschiff muss selbsttragend sein, was die Fähigkeit einschließt, jeden Teil des Schiffes mehrmals zu recyceln und herzustellen. Diese Art von Fertigungskapazität brauchen Sie höchstwahrscheinlich ohnehin, wenn Sie Ihr Ziel erreichen.

Die Designkriterien enthalten einige Schätzungen darüber, wie gut Ihr Recycling funktioniert, und Sie werden so viele Ersatzteile/Ersatzmaterial mitnehmen, wie es Ihr Treibstoffbudget zulässt, aber effektiv wird Ihre Crew ihre Reise damit verbringen, ihr Schiff immer wieder neu zu bauen.

"Das Generationenschiff von Theseus I, II, III, IV und V"
+1 für den Hinweis auf die Notwendigkeit der Herstellung und Wartung. Wir nennen sie „Generationenschiffe“, aber sie sind wirklich kleine Städte, die alle Aspekte einer Stadt beinhalten, von Bildung und Rettungsdiensten bis hin zu Industrie und Fertigung. Der einzige Unterschied ist *kein Rohmaterial“, d. h. kein Holzeinschlag, Bergbau, ursprüngliche Landwirtschaft usw. Im Grunde genommen kein einziges Atom neuer Ressourcen während der gesamten Reise. Es wird alles recycelt.
@JBH Das ist nicht ganz richtig - Sie können Wasserstoff aus dem Weltraum sammeln und unter der Annahme von Fusionsreaktoren Helium erhalten. Ich bin mir nicht sicher, was Sie mit dem Helium machen würden, aber es ist nichts, was Sie mitgebracht haben.
@Spitemaster, ja. Ich habe "im Grunde" erwähnt. Sie könnten auch den zufälligen Stein aufheben ... aber die grundlegende Prämisse ist, dass Sie nicht so viel finden können, wie Sie brauchen. Das bedeutet, dass ein Teil des Schiffes nichts weiter als ein Rohstofflager ist.
@JBH - daher Cities In Flight heh.

Der Schlüssel liegt in dem Ökosystem, das Sie mitnehmen.

Bio-Technologie.

Ich behaupte, dass es um ein integriertes System geht, nicht nur um einen Aspekt dieses Systems.

Der Boden ist ein Gobelin-Rasen :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Namensnennung: grassfreelawns.co.uk

Die verschiedenen Arten von Bienen und anderen Insekten, die Sie zweifellos mitnehmen möchten, um Ihre neue Welt zu bevölkern, werden es lieben, ebenso wie die Würmer und Bodenbakterien. (Maulwürfe, Gophers, na ja - das ist deine Wahl)

  • Der Efeu und andere Ranken und Schlingpflanzen, mit denen Sie die Wände schmücken, dienen als feine, sich selbst reparierende Haltegriffe und Behausungen für Insekten (eine Nahrungsquelle für die vielen Vögel/Fledermäuse, die Teil Ihres Lebensraums sind).

  • Während es einige große gemeinsame Bereiche für Bäume, blühende Pflanzen (Insekten und Vögel) geben kann, kann der größte Teil der Sauerstoffproduktion aus Weizen/Gerste und anderen Nahrungspflanzen in Ihren landwirtschaftlichen Buchten stammen.

  • Fester menschlicher Abfall, der mit totem Pflanzenmaterial kompostiert wurde, würde natürlich als Düngemittel verwendet werden, ebenso wie Harnstoff, Spurensalze und Wasser aus dem flüssigen Abfall, um die lebensnotwendigen Pflanzen wachsen zu lassen. An dieser Stelle könnten auch Mineralien gewonnen werden, die für die Wiederaufbereitung von Metall- oder Keramikteilen erforderlich sind.

  • Stoffe, die die Bewohner brauchen, würden aus kompostierbaren Pflanzenfasern hergestellt, Kunstleder aus Bakterienmatten , Möbel aus Holz (siehe Futon ).

  • Ihre Aquakulturbuchten beherbergen und produzieren Fische, Austern, Garnelen, Algen und verschiedene Pflanzen sowie vielfältigere marine Lebensräume für die Transplantation in die neue Welt – wiederum durch Recycling des O 2 und anderer Nährstoffe.

Viele Samen, Knollen und Knollen würden konserviert und in Reserve gehalten, um nach einer Beschädigung wieder zu wachsen. All dies würde eine Wartung erfordern durch; Gärtner, Baumpfleger, Mikrobiologen, Chemiker, Habitat-Management-Spezialisten, Abfallrecycling-Ingenieure usw. Dies würde den zukünftigen Kindern reichhaltige Bildungsmöglichkeiten bieten und dazu beitragen, während der gesamten Reise praktische Fähigkeiten zu erhalten, die für die Besiedlung der Zielwelt erforderlich sind.

Die Leute, die du für die Wartung benötigst, sind auch die Leute, die du brauchst, wenn du auf deiner neuen Heimatwelt ankommst, das ist also ein Pluspunkt.

Gibt es irgendein Material für eine konstruierte Struktur oder eine Reihe von Systemen, die der Oxidation für die vielen tausend Jahre standhalten, die für die Reise erforderlich sind?

Aluminium bildet bei Kontakt mit Sauerstoff eine dünne Oxidschicht, die das darunterliegende Metall vor weiterer Oxidation schützt. Darüber hinaus hat Aluminium im Vergleich zu Eisen ein günstigeres Verhältnis von Elastizität zu Dichte, sodass es bereits für Anwendungen bevorzugt wird, bei denen es auf das Gewicht ankommt (ja, die Luft- und Raumfahrt ist eine solche Anwendung).

Die einzige Möglichkeit, diese Probleme zu überwinden, wäre, eine große Anzahl von sauerstofffreien Ersatzschiffen im Schlepptau zu haben, in die man einsteigen kann.

FALSCH. Ermüdetes Metall kann durch einen geeigneten thermischen Zyklus wiedergewonnen werden. Sie brauchen nur einige Ersatzteile und eine Thermocycling-Anlage.

Erwähnenswert ist, dass Aluminium schon bei recht geringen Belastungen ermüdet. Stahl kann einen viel höheren Bruchteil seiner Bruchdehnung aushalten, ohne dass Ermüdungsrisse entstehen. Wenn der Sicherheitsfaktor groß genug ist, müssen Sie sich im Grunde keine Sorgen um Ermüdung in Stahl machen. Das ist einer der vielen Gründe, warum es häufiger verwendet wird als Aluminium.
@RobinBennett Noch schlimmer (und direkt verwandt), Aluminium hat keine Ermüdungsgrenze . Es wird immer schwächer, wenn mehr Zyklen hineingesteckt werden, während Stahl und Titan gezeigt haben, dass sie zyklischen Belastungen unbegrenzt standhalten können, wenn bestimmte Schwellenwerte nicht überschritten werden. Grundsätzlich liegt der Grund für die Verwendung von Aluminium gegenüber Titan in den Kosten, die für Generationsschiffe kein Hauptanliegen sein sollten.
@JMac - danke, das war der Satz, der mir gefehlt hat.
Aluminium ist definitiv out. Flugzeugstrukturen aus Aluminium korrodieren schnell (ich arbeite daran), normalerweise dort, wo sie verbunden sind. Galvanische oder elektrolytische Korrosion wird auch an allen metallischen Verbindungen auftreten - sogar an Titan über (sagen wir) 50.000 Jahre. Das Innenleben des Schiffes muss zusammengefügt werden, und wir können nicht alles aus Titan herstellen. Wir bleiben auf dem Planeten Erde.

Für eine lange Zeit, aber nicht auf unbestimmte Zeit.

Es gibt eine Berechnung, die Sie durchführen müssen. Jedes Mal, wenn jemand einen Korridor entlanggeht, wie viel der Oberfläche wird abgetragen. Jedes Mal, wenn jemand einen Handlauf benutzt, wie viel wird abgenutzt. Schäden können repariert werden, ermüdetes Metall kann wärmebehandelt werden. Der Verschleiß von nicht-organischen Materialien geht für das System verloren und muss extra getragen werden, um es zu ersetzen.

Sie können zwar an austauschbaren Beschichtungen für Oberflächen arbeiten, aber auch solche, die Sie in Ihren eigenen Labors aus auf dem Schiff angebauten Pflanzen entwickeln können. Nach und nach werden die harten Oberflächen darunter abgenutzt und müssen ersetzt werden.

Sie können es vielleicht Tausende von Jahren hinausschleppen, aber früher oder später müssen Sie neue Materialien von außen besorgen. Egal wie strapazierfähig, egal wie sorgfältig Sie Schutzbezüge pflegen, nichts ist für die Ewigkeit.

Das gleiche gilt für Ihren Sauerstoff

Während die Luft und das Wasser in einem geschlossenen System möglicherweise für immer recycelt werden können. Das gilt nicht für Lecks, die Verwendung einer Luftschleuse, jedes Mal, wenn Luft aus dem Schiff entweicht, muss sie ersetzt werden. Auch hier müssen Sie gelegentlich mehr Luft / Wasser einfüllen, es sei denn, das System ist perfekt abgedichtet, was unwahrscheinlich ist.

Abgenutzte Steintreppe

In einer geschlossenen Umgebung kann wirklich kein Baumaterial als „verloren“ bezeichnet werden. Das Problem ist Ihre Fähigkeit, Dinge zu recyceln und wieder herzustellen, und das wird durch Ihr Energiebudget begrenzt sein. Das macht den Kernbrennstoff zum limitierenden Faktor. Der Staub dieser abgenutzten Stufen hätte gesammelt und bei genügend Willen und Kraft wieder zu einem künstlichen Stein gesintert werden können.
@StarfishPrime, das ist mit dem Stein eigentlich einfacher als mit Metall aus den anderen Antworten, aber es ist einfach ein Beispiel dafür, dass selbst die verschleißfestesten Materialien eine begrenzte Lebensdauer haben. Der Staub aus diesen Schritten landet höchstwahrscheinlich in der allgemeinen Kompostmischung mit all dem anderen allgemeinen Staub aus dem Behälter, der jedoch möglicherweise in ein Ersatzmaterial umgewandelt werden könnte.
Sie möchten eine tief verwurzelte Kultur des „leichten Umgangs mit den Dingen“ schaffen – anmutig und mit minimaler Belastung gehen und sitzen. Je weniger Dinge zugeschlagen und getreten werden, desto besser auf lange Sicht.

Selbst wenn Sie die exponierten Teile des Schiffes schützen könnten, werden Dinge wie Elektronik abgebaut. Sie benötigen eine Energiequelle und Motoren, um die Umgebung bewohnbar zu halten und am Ende der Reise, die auch Tausende von Jahren dauern muss, langsamer zu werden.

Die einzig praktikable Lösung ist die Wartung. Wie Sie vorschlagen, kann es schwierig sein, Ersatzteile für eine so lange Reise zu halten. Sie könnten vielleicht ein zweites, unbewohntes Versorgungsschiff schicken. Aber Sie brauchen wirklich Produktions- und Recyclinganlagen an Bord.

Sie könnten fortschrittliche 3D-Drucker in Betracht ziehen, die auf molekularer Ebene arbeiten, dh Replikatoren im Star-Trek-Stil. Sie könnten auch Nanotechnologie in Betracht ziehen, die in der Lage ist, Materialien im mikroskopischen Maßstab zu reparieren. Aber Sie werden immer noch einige industrielle Prozesse für Dinge wie die Energieerzeugung brauchen.

Ich denke, wenn man das Generationenschiff groß genug macht, kann man genügend redundante und sich gegenseitig verstärkende Systeme einbauen, dass sie vernünftig werden.

Schritte zum Erstellen eines Generationenschiffs:

  • Höhle einen Asteroiden vom Typ M aus, um ihn als Hülle zu verwenden
  • Holen Sie sich lebensnotwendige Ressourcen von Asteroiden der Typen C und S sowie von eisigen Kometen.
  • Importieren Sie Biomasse, um die Wohnkammer zu besäen (Dies ist wohl der schwierigste Teil, da die gesamte Saatbiomasse aus bereits bestehenden Ökosystemen intakt importiert werden müsste)
  • Verwenden Sie einen Orion-Antrieb für den Antrieb, unterstützt durch weniger energetische nukleare Antriebssysteme für eine feinere Steuerung

Schiffe konnten in der Größe von einigen hundert Metern bis zu Kilometern hergestellt werden.

Die Größe würde durch die geschätzte Flugzeit, die minimale Größe des lebensfähigen Ökosystems, die Materialstärke, die Kosten usw. bestimmt.

Das Schiff kann nicht sehr groß sein, da es im Vakuum des Weltraums einen minimalen atmosphärischen Druck halten muss (wie es viele Flugzeuge in unserer Atmosphäre tun). Wenn der Rumpf größer wird, muss er stärker und schwerer werden. Es muss viele kleine Module geben. Dies bedeutet, dass die Wiederaufarbeitung, dh. Das Schmelzen von Titan und das Gießen neuer Teile wird eine große Herausforderung sein.
Ich bin mir nicht sicher, ob dies ein Problem ist, wenn Sie 100 oder 1000 Meter Nickel-Eisen zwischen einer Hauptwohnkammer und dem Weltraum lassen. Die überwiegende Mehrheit dieses Schiffes ist ein natürlicher Nickel-Eisen-Asteroid im Vergleich zu einem vollständig hergestellten Schiff.

Größer denken

Tragen Sie zusätzliche Masse. Baue das Schiff in einen riesigen Asteroiden oder so. Ich weiß, dass Sie Einwände erhoben haben, weil es zu lange dauern würde, "um auf den neuesten Stand zu kommen", aber ich bin anderer Meinung. Eine Reise, die bereits Generationen dauert, kann es sich leisten, lange zu beschleunigen, solange Sie im Verhältnis zur Gesamtlänge der Reise schnell auf Geschwindigkeit kommen .

Hat das jemand besprochen?

Wenn es um Scifi-Weltraumkonzepte geht, lautet die Antwort auf diese Frage immer Isaac Arthur.

https://www.youtube.com/watch?v=H2f0Wd3zNj0

Frame-Herausforderung: Wenn Sie die Technologie haben, um ein Generationsschiff zu bauen, warum brauchen Sie dann Tausende von Jahren, um Ihr Ziel zu erreichen? Dies ist mit ziemlicher Sicherheit schwieriger, als ein Schiff zu bauen, das mit 1 g (oder sogar einem anständigen Bruchteil davon) beschleunigen und Sie in höchstens ein paar hundert Jahren (wahrscheinlich weniger) irgendwohin bringen kann.

Für die Mathematik, die erklärt, wie dies funktioniert, siehe diese verwandte Antwort auf der Schwesterseite Astronomy SE: https://astronomy.stackexchange.com/questions/14559/how-long-would-it-take-to-reach-the-edge -des-erreichbaren-universums/14562#14562

Um auch nur die nächsten Ziele in unserer stellaren Nachbarschaft (mit Entfernungen in der Größenordnung von 10 bis 100 Lichtjahren) zu erreichen, müssten wir in einigen hundert Jahren einen erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit erreichen, um dorthin zu gelangen. Alles, was weiter als 1000 Lichtjahre entfernt ist, wird auf absehbare Zeit (korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege) in weniger als 1000 Jahren unmöglich zu erreichen sein. Es sei denn, Sie möchten FTL-Reisen einbeziehen ... (aber andererseits gibt es dieses wissenschaftlich fundierte Ding ...)
@Inarion: 1g erreicht sehr schnell nahezu Lichtgeschwindigkeit. Es dauert nicht 1000 Jahre , um 1000 Lichtjahre zu reisen, ausgehend von Ihrem Bezugsrahmen als Reisender.
Wir können nicht weiter gegen die inhärente Trägheit mit 1 g beschleunigen, bis wir die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Wir können nicht einmal subatomare Massen auf annähernd diese Geschwindigkeit beschleunigen. Lichtgeschwindigkeit wird allgemein als unmöglich für alles außer Licht angesehen.
@Matt: Bitte steck mir keine unsinnigen Versionen der Physik in den Mund. Diese Antwort basiert zu 100% auf der Relativitätstheorie. Der Teil "aus Ihrem Bezugsrahmen" ist entscheidend.
Siehe diese Antwort auf der Schwesterseite Astronomie: astronomy.stackexchange.com/a/14562/2803
Hallo R. Entschuldigung, ich dachte, Sie sagten, dass Lichtgeschwindigkeit möglich ist. Aber ich bin mir nicht sicher, was Sie sagen. Stimmen Sie zu, dass die Idee unmöglich ist? Ich bin wirklich daran interessiert zu wissen, welche Technologie Sie im Sinn haben (falls vorhanden), die ein Raumschiff auf die erforderliche Geschwindigkeit bringen kann. Aktuelle Schätzungen (die recht variabel sind) besagen, dass bei derzeit erreichbaren Geschwindigkeiten für kleine Module eine Reise von mindestens 60.000 Jahren erforderlich sein wird. Wir haben immer noch keinen Zielplaneten, selbst an diesem Rand der Erforschung. Wenn Sie es nur nennen könnten, werde ich gehen und darüber lesen. Ich bin immer noch sehr skeptisch.
Sie brauchen ernsthafte Antriebstechnologie und Energie, um jahrelang oder sogar tagelang kontinuierlich mit 1 g zu beschleunigen, aber ich finde diese Art von Fortschritt plausibler als die Technologie, um ein Generationenschiff ohne eine überwältigende Wahrscheinlichkeit eines katastrophalen Ausfalls zu bauen. Einzelheiten zu den relativistischen Dingen finden Sie in der oben verlinkten Antwort.
Ja R, ich stimme zu. Bleiben wir einfach auf dem Planeten Erde und arbeiten an der Bevölkerungsreduzierung – was wahrscheinlich der beste Weg ist, die Menschheit vor einer unmittelbaren Katastrophe zu retten.

NEIN.

Dinge gehen kaputt. Sie werden Ihren Sauerstoff verlieren, weil das Recyclingsystem versagt. Alle Maschinen fallen mit genügend Zeit aus. Sie müssen viele Sätze austauschbarer Teile mit sich führen und hoffen, dass genügend Teile vorhanden sind, um Sie lebend an Ihr Ziel zu bringen. Aber zu viele Teile und die Tyrannei der Raketengleichung werden Sie beißen, weil Sie eine gigantische Menge an Treibstoff benötigen, um zu beschleunigen. Orion-Antriebe werden Sie nicht retten: Der Stress der nuklearen Explosionen ist gefährlich und die Platte oder die Stoßdämpfer können (werden) brechen, wenn Sie sie am meisten brauchen. Nuklearantrieb wird Sie nicht retten. Die Exposition gegenüber den heißen Neutronen, die sowohl bei der Spaltung als auch bei der Fusion freigesetzt werden, wird Ihre Maschinen beschädigen.

Auch Biosphären können zerbrechen. Ich kenne die Mindestgröße nicht, die ein Ökosystem haben muss, um einen Menschen ernähren zu können, und selbst wenn diese Größe klein genug ist, um in einem hohlen Asteroiden platziert zu werden, können Biosphären zusammenbrechen, wie es die Massensterben auf der Erde gezeigt haben. Eine kritische Art kann aussterben, beispielsweise durch einen ökologischen Zusammenbruch. Oder eine andere Art kann ungebremst wachsen und das Ökosystem zerstören, wie die Algenblüte. Und wie werden Sie Energie gewinnen, um Ihr Ökosystem zu ernähren, sobald Sie die Umlaufbahn des Mars verlassen haben? Von Maschinen, die mitten auf der Reise ausfallen?

Gut gesagt Geronimo! Ich habe die Frage gestellt, weil ich alle möglichen tiefen Denker zu diesem Thema gelesen habe, die die ersten Prinzipien der Machbarkeit zu ignorieren scheinen. Das Problem der menschlichen Psychologie wurde gut diskutiert, also dachte ich, ich würde ein weiteres grundlegendes Problem einwerfen, in der Hoffnung, einen Realitätscheck zu installieren. Nachdem Sie die obigen Antworten gelesen haben, werden Sie mir zustimmen, dass wir auf dem Planeten Erde bleiben und keine andere vielzellige Lebensform uns möglicherweise besuchen kann - einzelne Zellen in Kometen können es schaffen.

Bauen Sie ein 'Raketenschiff', das groß genug ist, dass es egal ist, woraus es besteht, da es seine eigene Atmosphäre mit sich zieht. Eine ungefähr kugelförmige mit einer Breite von etwa 13.000 km würde gut funktionieren. Vielleicht Planeten ernten, um dies zu tun. Dies wird einigermaßen verschleißfest sein, es sei denn, Ihre Passagiere fangen an, wirklich dumme Dinge zu tun (Haftungsausschluss: Anekdotische Beweise deuten darauf hin, dass dies ein größeres Risiko darstellt, als Sie dachten). Unter der Voraussetzung, dass dies nicht passiert, wird es viel länger halten, als Ihr typisches Generationsschiff ausgelegt wäre, sodass Sie es viel langsamer durch das Universum bewegen können. Sie müssen dann "nur" die Probleme lösen, wie Sie es beschleunigen können (0,5 g bringen Sie nach einer relativ kleinen Anzahl von Generationen an die meisten Plätze). und wie man es mit Energie versorgt (Eine ausreichend große Fusionsquelle würde funktionieren - keine Notwendigkeit, eine 1,4 m km breite zu haben, vielleicht mehrere Fusionsanlagen unter der Oberfläche zu vergraben). Wahrscheinlich würde es nicht schaden, das Schiff zum Drehen zu bringen, also drehen Sie es um eine Stange und platzieren Sie die Triebwerke / den Motor / was auch immer an einer Stange.

Schiffe im Planetenmaßstab sind eine Option - aber eine Beschleunigung von 0,5 g zerquetscht jeden vernünftigen Planeten in einen Pfannkuchen, vorausgesetzt, Sie können so viel Energie finden. Ich bin mir nicht sicher, wie schnell Sie sicher beschleunigen könnten, aber vielleicht würden 0,001 g die Zivilisation nicht beenden. Die Beschleunigung auf der Erde aufgrund des Mondes beträgt im Vergleich dazu 0,000005 g, und das reicht aus, um (einen Großteil) der Gezeiten zu verursachen.
@fluffysheap - Wenn die Beschleunigung konstant 0,5 g wäre (oder sich langsam ändert), bin ich mir nicht sicher, ob dies ein zu großes Problem verursachen würde. An einem Pol hätte die Schwerkraft 50 % der Erdanziehungskraft und am anderen 150 %. Die Schwerkraft auf der Oberfläche wäre nicht "vertikal" (dh zum Erdmittelpunkt) - was bedeutet, dass Sie in einem Winkel zum Horizont bauen würden und die Meere vermutlich alle an einem Pol enden würden. Ich verstehe nicht sofort, warum Sie den „Planeten“ zu einem Pfannkuchen zerquetschen, es sei denn, Sie hätten einen flüssigen Kern – was keine Voraussetzung ist.
Wie bauen wir etwas mit einem Durchmesser von 13000 Kilometern? Wie werden wir Planeten ernten?

Sie könnten sich selbst replizierende, selbst recyclende Wartungs-Nanobots haben, die auf molekularer Ebene arbeiten. Die einzige Eingabe, die Sie dann benötigen, ist irgendeine Form von Energie, um sie (und den Rest des Schiffes) am Laufen zu halten.

In größerem Maßstab könnte man ganze Teile des Schiffes umbauen oder ersetzen. Alles, was Sie brauchen, ist eine nahezu 100 % effiziente Recyclinganlage.

Am Ende werden Sie immer etwas Materie verlieren (sogar schwarze Löcher tun es), aber wenn Sie eine externe Energiequelle haben (zB die Strahlung eines Sterns) und Ihr Schiff wirklich fortgeschritten ist, könnte es Energie in Materie umwandeln.

Holen Sie sich nach einer Weile neues Material

Wenn Sie Jahrtausenden der Abnutzung nicht standhalten können, dann besorgen Sie sich einfach neues Material, um es zu ersetzen. Fangen Sie unterwegs Asteroiden ein oder machen Sie Boxenstopps auf Planeten, um neues Metall, Sauerstoff und Treibstoff zu erhalten.

Der interstellare Raum ist in Bezug auf verfügbares Material ziemlich glanzlos. Es fällt uns schwer, ein Antriebssystem zu finden, mit dem Sie einmal, geschweige denn mehrmals, auf Hochtouren kommen können. Der nächste Stern, den du erreichst, ist dein Ziel.
@Whitecold Warum sollte es ein Problem sein, einfach Ihren Kraftstofftank auf dem nächsten Planeten aufzufüllen und eine Route zum nächsten zu starten?
Weil Ihr nächster Planet weit, weit weg ist und die Gewinnung von Ressourcen schwierig ist, besonders wenn Sie sie in den Orbit bringen müssen. Die beste Strategie ist also, ein bewohnbares Sternensystem auszuwählen, dorthin zu gehen, eine Kolonie aufzubauen, und sobald sie groß genug geworden ist, kann sie ein Schiff einer weiteren Generation bauen, das weitergeht.
@Whitecold Das ist eine gute Grundlage für eine eigene Antwort, aber ich denke, wenn ein bewohnbarer Planet in der Nähe wäre, hätten wir die Frage überhaupt nicht.
Keine Notwendigkeit, Planeten abzubauen. Unbewohnbare Kometen und Zwergplaneten sind wegen ihrer geringeren Schwerkraft viel bessere Versorgungsquellen. Sie hüpfen also von Stern zu Stern und tanken an jedem Stopp auf, bis Sie an Ihrem endgültigen Ziel ankommen, wo es einen bewohnbaren Planeten gibt.
Hier könnte die alte Idee helfen, unbemannte Drohnen einfach von der Erde in alle Himmelsrichtungen zu schicken. Die Drohne erreicht ein Sternensystem, baut ein einfaches Asteroidenabbausystem und beginnt, Ressourcen zu horten, bis sie genug hat, um mit dem Bau weiterer Drohnen zu beginnen. Wenn Sie ein solches Netzwerk eingerichtet haben, können Sie tatsächlich von System zu System springen und alle Ersatzressourcen erhalten, die Sie unterwegs benötigen. Darüber hinaus funktioniert es auch gut für Erkundungszwecke.

Sie müssen das Schiff reparieren, und der schwierige Teil hängt an Ihrer Masse.

Ein Generationenschiff muss vollständig autark sein, und das bedeutet, Produktions- und Recyclinganlagen für alles zu haben. Das ist schwierig, wenn Sie nur ein paar hundert Leute haben, aber wenn Sie eine Million haben, plus guter Automatisierung, ist es nicht so unplausibel. Generationsschiffe müssen groß sein.

Ganz auf Verschleiß zu verzichten ist nicht praktikabel, alles nutzt sich ab, besonders wenn Menschen und andere Lebewesen darin weiterwachsen. Sie müssen reparieren und warten. Sogar der Staub kann aufgekehrt und recycelt werden. Es muss sein. Auf der Erde werden Materialien, die sich abnutzen, zu Staub und werden einfach weggeblasen und werden Teil des Planeten, aber im Weltraum wird Ihr Schiff in ein paar tausend Jahren knietief im Staub sein, wenn Sie Ihren Staub nicht entsorgen. Und wenn Sie es über Bord werfen, anstatt es zu recyceln, werden Ihnen bald die Vorräte und/oder das Schiff ausgehen.

Sie müssen sich also wirklich Gedanken darüber machen, wie viel Ihrer Masse in den Weltraum entweicht. Ein Teil davon wird Luft austreten, wenn Sie eine Luftschleuse öffnen, um Wartungsarbeiten durchzuführen. Einige davon werden Teile des Rumpfes sein, die von Mikrometeoren weggesprengt werden. Einiges davon wird Müll sein, den Sie einfach nicht recyceln können und über Bord werfen müssen (das müssen Sie auf ein extremes Minimum beschränken!), Und einiges wird nur ein paar Atome sein, die durch die Nähte herausrutschen. Aber all das summiert sich.

Isaac Arthurs Video über Archenschiffe behandelt dies ausführlicher. Ein Raumfahrzeug, das Masse verliert, hat effektiv eher eine Halbwertszeit als eine lineare Verlustrate, und je mehr Masse Sie verlieren, desto kürzer ist die Halbwertszeit. Egal, wie viel zusätzliches Material Sie mitnehmen, das Festhalten an der Masse, die Sie haben, dominiert. Aber irgendwann leckt es aus, und die einzige Möglichkeit, genug Material auf unbestimmte Zeit zu halten, besteht darin, es von Zeit zu Zeit anzuhalten und wieder aufzufüllen oder Ihr Schiff so groß zu bauen, dass es die Masse durch Schwerkraft und nicht durch Versiegelung hält.

Unter der Annahme, dass die zweite Option nicht realisierbar ist, hilft es immer noch, größer zu bauen. Angenommen, Sie werfen nicht absichtlich Material über Bord, ist die Leckage proportional zur Oberfläche des Schiffes, aber die Gesamtmasse ist proportional zum Volumen. Dennoch ist eine Ausdauer von einigen Zehntausend Jahren wahrscheinlich das Beste, was Sie tun können. Das ist gut für ein paar hundert Lichtjahre Reichweite bei 1-5% der Lichtgeschwindigkeit, also ist es realisierbar. Aber die Reichweite wird immer noch ein Problem sein.

Aber Nachschub ist praktisch. Nahezu jedes Sternensystem hat wahrscheinlich eine Oortsche Wolke, und Kometen bestehen im Grunde aus Raketentreibstoff. Asteroiden bestehen praktisch aus Baumaterial für Raumschiffe. Wenn Sie realistisch durch den interstellaren Raum reisen können, haben Sie per Definition die Möglichkeit, eine Oortsche Wolke zu erreichen. Alles, was Sie brauchen, ist eine Raffinerie an Bord, die in der Lage ist, ein paar Kometen zu Treibstoff zu verarbeiten, dann können Sie einen nahe gelegenen Asteroiden besuchen und alle schweren Materialien abholen, die Sie möglicherweise benötigen. Und dann können Sie Ihren Weg fortsetzen. Probleme bei der Nachlieferung liegen eher in der Verzögerung und Unannehmlichkeit des Anhaltens als in der technischen Unmöglichkeit. Über lange Strecken gilt: Je besser Sie abdichten und recyceln, desto schneller fahren Sie.

Die beste Option ist wahrscheinlich, einfach interstellare Asteroiden zu verwenden oder Kometen mit langer Lebensdauer mit ein wenig Gravitationsschleudern in Generationsschiffe zu verwandeln.

Es wird schneller sein als alles andere ähnlicher Größe, das wir jemals mit Motoren antreiben könnten, ohne die damit verbundenen Energiekosten.

Und alles, was wir dorthin transportieren müssen, ist eine kleine Kolonie mit der Produktionskapazität, um alle ihre Teile und weitere Teile für Erweiterungen und Ersatz zu bauen. Sogar die für Wartung und andere Aufgaben benötigte Bevölkerung konnte geschaffen werden, nachdem ein Kernteam die ersten Teile der Station geschaffen/gebracht hatte.

Jemand hat etwas über mangelnde Auswahl im Handwerk gesagt: Ich denke nicht, dass wir in mittelalterlichen Zünften denken sollten. Vielmehr wird jeder die Grundlagen vieler Fähigkeiten lernen und sich auf einige spezialisieren, die ihn interessieren oder in denen niemand sonst so talentiert ist. Wenn eine Aufgabe sehr unbeliebt ist, müssen die Leute sie abwechselnd tun, bis sie jemandem gefällt oder überzeugt werden können, es auf sich zu nehmen.

Der Asteroid braucht nur eine Fülle der flüchtigsten oder wichtigsten Materialien, von denen einige im Voraus mit Raketen dorthin transportiert werden können, oder vielleicht sogar durch Zusammenschluss von 2 oder 3 kleineren Asteroiden.

Wenn ein ausreichend großer Asteroid an dem Planeten vorbeifliegen würde, wäre es sogar möglich, ihn mit einer Schicht flüssigen Wasserstoffs oder dergleichen zu bedecken. Der Vorteil wäre, dass wenn etwas in Bewegung gesetzt wird, es aufgrund des Widerstands keine Fluchtgeschwindigkeit erreichen kann. Alles bleibt in einer Flüssigkeitsblase und kann recycelt werden.

Nebenbei bemerkt, gut gemischte Materialien (verbrauchte Ressourcen) können über die Jahrtausende recycelt werden, indem sie einfach Hitze, Verschleiß, Schwerkraft, Lösungsmitteln, Strom, Strahlung, Kristallisation usw. ausgesetzt werden. Es dauert eine Weile, aber Zeit ist nicht das Wesentliche auf einem Generationenschiff.

Metallische Strukturen können wirklich Jahrhunderte überdauern. Das Hauptproblem wären die verderblichen Waren (Lebensmittel, Wasser, Sauerstoff usw.). Wenn Sie sich vorstellen, dass der 3D-Druck weit genug fortgeschritten ist, bräuchten Sie nur einen ausreichend großen Vorrat an Rohstoffen, Metallen und Sachen für die Elektronik, aus denen Sie Ersatzteile herstellen können Das. Vielleicht kannst du unterwegs ein paar Asteroiden abbauen, um deinen Metallvorrat aufzufüllen.

Es wäre viel billiger und würde weniger Ressourcen verbrauchen, alle im tiefen Winterschlaf zu halten. Lassen Sie Roboter die ganze Arbeit, Wartung und Navigation erledigen.

Vielleicht sollte für alle Fälle eine kleine rotierende Crew von Menschen im Dienst sein.

Noch besser, tragen Sie einfach Samen und "fertigen" Sie Menschen, sobald Sie mit künstlichen Gebärmuttern an Ihrem Ziel ankommen. Ein winziges Schiff könnte mit dieser Methode möglicherweise Milliarden von Menschen befördern.

Die Idee eines Generationenschiffs vom Typ "Arche", in dem jeder jahrhundertelang in einem geschlossenen Raum leben soll, ist wirklich die ineffizienteste Methode.

Hallo Fred, wir sehen uns Reisen von mindestens 60.000 Jahren an (weshalb ich nicht glaube, dass es jemals passieren wird. Wer nimmt eine junge Familie mit auf eines dieser Schiffe?) Wenn wir davon sprechen, irgendwo Menschen zu säen Sonst gebe ich mein Geld in Zukunft lieber für Bier und Pizza aus. Das ist wahrscheinlich ein weiterer Grund, warum es nicht passieren wird. Mit freundlichen Grüßen.

Natürlich kann sie das, die Erde ist eine davon.

Ich denke, eine Möglichkeit, dieses Schiff zu bauen, besteht darin, eine Recyclingfabrik zu bauen, die aus den Prototypteilen das echte Raumschiff macht. Sie haben also bewiesen, dass Sie alle Teile recyceln können.

Natürlich sollte die Recyclingfabrik mit an Bord sein. Das Schiff so groß, dass alle Geräte mehrfach drauf sind (sogar die Recyclingfabrik).

Tatsächlich ist das einzige kritische Gerät, das Sie brauchen, etwas, das alles aufnimmt und Atome sortiert, um reines Material herauszuholen. Diese Technologie ist gar nicht so weit von uns entfernt. Das Grundprinzip ist das, was in einem Massenspektrometer passiert.

Sobald Sie das erreicht haben, besteht das einzige verbleibende Problem darin, das gesamte Material an Bord zu halten, damit das Raumschiff nicht aufgrund von Milliarden von unmerklichen Kollisionen verschwindet.

Wie und ich habe eine Art Energiegewinnungssystem vergessen, Sonnenkollektoren?

Hallo, willkommen bei worldbuilding.SE. Bitte nehmen Sie sich die Zeit, unsere Tour zu lesen, falls Sie es noch nicht getan haben. Ihre Antwort beantwortet die Frage nicht, das OP fragt, ob es ein Material gibt, aus dem ein Raumschiff hergestellt werden könnte, das Tausende von Jahren halten könnte. Ihre Antwort spricht dies nicht an und enthält kein mögliches geeignetes Material (oder stellen Sie die Frage in Frage und geben Sie an, dass es kein solches Material gibt). Bitte besuchen Sie das Hilfezentrum , um Anleitungen zur Beantwortung von Fragen zu erhalten, oder bearbeiten Sie Ihre Antwort, um die Frage des OP besser zu beantworten.
Bei der Frage "beliebiges Material oder Systemsatz" wird sogar ein Ersatzteillager erwähnt. Ihr Kommentar passt zu fast allen anderen Antworten.
Der eigentliche Wortlaut ist „jedes Material für eine technische Struktur oder eine Reihe von Systemen “ (Hervorhebung von mir). Das heißt, sie suchen nach einem Material, aus dem ein System oder eine Struktur konstruiert werden könnte, sie suchen nicht nach einer Reihe von Systemen. Außerdem denke ich, dass mit „Wartungsgeschäft“ ein Bereich gemeint ist, in dem Wartungsmaterial gelagert wird, und kein Geschäft, in dem Zubehör gekauft werden kann. Es ist leicht zu erkennen, wie diese beiden Sätze leicht falsch interpretiert werden können.