Kann eine übergroße Ansammlung angebundener großer Raumstrukturen existieren?

Ich wollte für jede Galaxie in meiner Geschichte ein Hauptziel/Hauptquartier schaffen, aber ein einzelner Planet oder eine Megastruktur erschien mir nicht großartig genug.

Meine Idee ist es, eine große Anzahl von Strukturen zu haben, von rotierenden Weltraumhabitaten bis hin zu nicht rotierenden Strukturen, die für Lagerung, Computer usw. verwendet werden. Alle Strukturen werden durch starke Kabel miteinander verbunden, um zu verhindern, dass sie sich wundern oder zu viel Treibstoff verbrauchen müssen, um zu bleiben seine Stellung.

Die Anordnung der verbundenen Weltraumstrukturen wird nichts umkreisen, sie werden an einem festgelegten Ort stationär sein, weit entfernt von Himmelskörpern, die sie durch Gravitation beeinflussen könnten.

Für die Strukturen und eventuell die Kabel werden Kohlenstoffnanoröhrchen, Stahl und Aluminium verwendet. Nanotechnologie wird innerhalb der Strukturen für verschiedene Zwecke eingesetzt.

Die Mehrheit der Strukturen wird Massen zwischen 100 Millionen und 10 Milliarden Tonnen haben, mit möglicherweise kleineren Strukturen mit geringerer Masse entlang der Kabel. Ich habe mich nicht für die Größe der gesamten Anordnung von Strukturen entschieden, für den Anfang dachte ich, dass es eine astronomische Einheit im Durchmesser sein könnte, aber wenn das möglich ist, könnte es größer sein.

Könnte eine Ansammlung von angebundenen Weltraumstrukturen wie dieser existieren, wenn sie in einem Abstand voneinander angeordnet wären, um zu verhindern, dass sie aufgrund der Schwerkraft zusammenbrechen? Wenn ja, wie groß wäre der Mindestabstand zwischen den Gebäuden und wie groß könnte eine Sammlung sein?

Wichtiger Moment, umkreisen sie etwas, wie einen Stern oder einen Planeten, oder es ist eine Infrastruktur, die weit von jedem Stern entfernt ist, mindestens die Hälfte von jedem Stern oder einem anderen massiven Körper. Da 10 Milliarden Tonnen keine Megastruktur für den Weltraum sind, ist es eher eine zufällige Größe von wenigen Kilometern, 100'000 sind eher winzige / kleine Dinge. Das Ganze 1 au ja das ist eine Megastruktur.
Sie umkreisen nichts oder befinden sich in der Nähe von großen Körpern, die sie gravitativ beeinflussen könnten. Ich habe 10 Milliarden Tonnen aus verschiedenen Quellen Schätzungen der Masse eines McKendree-Zylinders verwendet. Die Größe der gesamten Anordnung der verbundenen Strukturen wird etwa 1 au betragen, aber ich könnte größer werden, wenn es stabil ist.
Es ist besser, diese Informationen zum Hauptteil der Frage hinzuzufügen, da der Kommentarbereich entbehrlich ist und diese Informationen dort nützlicher sind. // Ja, Zylinder sind keine Megastrukturen, sie sind nur normale Strukturen, so wie ein typisches Haus auf der Erde keine Megastruktur ist. Wie sieht es mit dem Technologieniveau in der Umgebung aus? Nanotechnologie ist verfügbar, oder es ist ein Steampunk, oder, fügen Sie diese Informationen hinzu, es ist nicht besonders wichtig, kann aber nützlich sein.
Mindestens eine galaktische Kultur haben, die glaubt, dass ihre Verwaltung im zentralen supermassereichen Schwarzen Loch lebt. Sie werfen alle Statistiken und Berichte ins Loch und warten auf Antworten, die natürlich nie zurückkommen. Es ist eine glückliche Zivilisation :-)
Als Form würde ich ein geodätisches Polyeder (das ist im Grunde eine zu einer Kugel vollendete geodätische Kuppel ) vorschlagen , die man dann auch ineinander verschachteln könnte. Dies würde es einer Dyson-Kugel ähneln, außer dass es mit genügend Platz zwischen den Knoten vernünftiger möglich wäre. Und es wäre ziemlich beeindruckend im Aussehen. (Antworten sollten sich frei fühlen, diese Idee zu stehlen)
what-if.xkcd.com/127 Seien Sie vorsichtig im Umgang mit angebundenen Kabeln, die reißen können
Dies ist ein unbedeutendes Detail. Es ist Ihre Geschichte, winken Sie mit der Hand.
"stationär an einem festgelegten Ort, weit entfernt von Himmelskörpern, die sie durch Gravitation beeinflussen könnten" ist bedeutungslos. Die Schwerkraft hat eine unendliche Reichweite (obwohl sich Änderungen darin nur mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten) und alles befindet sich in einer Umlaufbahn um den gemeinsamen Massenmittelpunkt seines beobachtbaren Universums. Stationär hat auch wegen der Relativitätstheorie keine Bedeutung; Jeder Körper im freien Fall hat genauso viel Recht, sich stationär zu nennen wie jeder andere, und es gibt kein Experiment, das Sie lokal durchführen können, das den freien Fall von stationär unterscheiden kann
Um ein beeindruckendes künstliches Hauptquartier für die Regierung einer ganzen Galaxie oder sogar für die Regierung eines viel kleineren Sonnensystems zu bauen, müssen Sie in großen Dimensionen denken. Haben Sie jemals Larry Nivens Artikel „Größer als Welten“ gelesen? isfdb.org/cgi-bin/title.cgi?133302
@Tristan Einverstanden, alles im Universum wird aus allen Richtungen gezogen, ebenso wie Bewegungen innerhalb der Galaxie. Ich meinte nur, dass es innerhalb von Lichtjahren nichts gibt, was Teile der Anordnung stören kann, und mit stationär meinte ich, dass die gesamte Anordnung nirgendwo hintreibt würde die Anschlüsse viel mehr belasten.

Antworten (6)

Drehen Sie sie.

Trivialfall: zwei Strukturen

Betrachten Sie den trivialen Fall von zwei Megastrukturen, die aneinander gebunden sind. Ihre Schwerkraft (die bei den Massen, die Sie auflisten, fast nicht trivial sein mag) wird dazu neigen, sie zusammenzuziehen - aber wenn Sie sie umeinander drehen lassen, würde ihre Trägheit diese Anziehungskraft leicht überwinden. Sie müssen nur einen idealen Punkt finden (wahrscheinlich eine sehr leichte Drehung), an dem die Beschleunigung durch ihre Schwerkraft die Zentripetalbeschleunigung fast neutralisiert.

Wenn sie ausreichend ausbalanciert sind, muss das Kabel, das sie hält, theoretisch nicht sehr stark sein. In der Praxis möchten Sie einen großen Spielraum für Fehler haben - insbesondere wenn Gravitationsfelder von nahe gelegenen Körpern vorhanden sind, die Gezeitenkräfte verursachen könnten.

Ein Rad von Strukturen

Wenn Sie nun mehr als zwei Megastrukturen wünschen, kann dieses Schema immer noch funktionieren, solange die Strukturen und die Kabel in einer planaren und radialsymmetrischen Konfiguration zusammengebaut werden. Der am einfachsten zu visualisierende Cluster wäre ein "Rad" von Megastrukturen - vier davon, die durch Kabel verbunden sind, um ein Quadrat zu bilden; oder fünf davon als Fünfeck verbunden; oder sechs davon als Sechseck. Solange sie eine ausreichend ähnliche Masse haben , ist theoretisch dieselbe perfekte Auswuchtung erreichbar.

Einschränkungen

Wenn Sie jedoch unregelmäßig geformte Cluster haben möchten - oder dreidimensionale Layouts oder Aufbauten mit sehr unterschiedlichen Massen - würden all diese Faktoren das System komplizierter machen, was es schwieriger macht, eine "perfekte" Balance zu erreichen, und Sie werden es tun wahrscheinlich werden Sie dadurch eingeschränkt, wie stark Ihre Kabel sind.

Kleine Anmerkung: Wenn sie sich mit der richtigen Geschwindigkeit voneinander weg bewegen, um ihre Schwerkraft auszugleichen, dann kreisen sie gemeinsam und drehen sich nicht. Sie machen im Wesentlichen ein künstliches Pluto-Charon-System .
@Kadenz: Richtig! Ich meine, den Cluster von Megastrukturen drehen, nicht die Strukturen selbst. Ich werde zur Verdeutlichung bearbeiten.
Das macht Sinn, wenn sie sich in einer Ebene drehen, ich hatte ursprünglich an eine 3D-Gitter-ähnliche Anordnung gedacht, aber das ist möglicherweise nicht stabil.
"Ihre Schwerkraft (die bei den Massen, die Sie auflisten, vielleicht fast nicht trivial ist)" - für diese heruntergestimmt (vielleicht etwas zu überstürzt), stecken Sie die Zahlen wirklich ein, 10 Milliarden Tonnen sind nicht so viel, zwei solche Strukturen im Abstand von 1 km haben eine Rotationsdauer von etwa 2 h 15 min. Was mehr als 3 Körper und die 3D-Struktur eines solchen Clusters betrifft - Sie haben hier ein typisches 3-Körper-Problem und Instabilitäten, die erwähnt werden sollten

Schläuche statt Kabel

Es gibt keinen Wind. Im Weltraum, in einem 0-g-Zustand, mit einer Schwerelosigkeit des Konstrukts selbst, kann es machbar sein, ein Netz aus starren Verbindungen (Rohren) zu verwenden, um es zusammenzuhalten, d.h. viele Metallrohre, sagen wir 2-4 Meter Durchmesser, zwischen den Megastrukturen, die ein Netz oder eine kokonartige Anordnung bilden. Es ist stabil, Sie hätten ein vorhersagbares Verhalten des gesamten Konstrukts, die relative Position Ihrer Megastrukturkomponenten wird konstant sein, und Sie müssen keine Umlaufbahnen arrangieren oder Megatonnen zentrifugaler Spannungskräfte handhaben. Sie können diese Rohre für den pneumatischen Warentransport oder sogar als Korridore für den Personentransport verwenden.

In der Mitte könnten Sie eine Megastruktur „Hauptbahnhof“ haben, mit der die meisten Röhren verbunden sind.

Würden starre Rohre die Spannung eines großen Konstrukts aushalten? Welche Abstände wären Ihrer Meinung nach zwischen Megastrukturen erforderlich, um sicherzustellen, dass sie nicht einstürzen?
Du bist in Zero-G ohne Wind. Was würde dazu führen, dass die Megastrukturen "zusammenbrechen" oder sich irgendwohin bewegen? Kleine, langsame Ausrichtungsfehler können durch Biegen der Rohre von innen korrigiert werden. Und ich denke an viele dieser Röhren (Hunderte), nicht 4 oder 5. Natürlich, wenn ein Asteroid kollidieren würde, ist er weg ... aber ... seltener Umstand ...
Gut, nicht schlecht. Die Schwerkraft sollte übrigens berücksichtigt werden, zwei 10-Milliarden-Tonnen-Strukturen in einem Abstand von 1 km werden mit einer Kraft von etwa 6 Milliarden Newton oder 600'000 Tonnen angezogen
Ich hatte in der Vergangenheit eine ähnliche Idee, Rohre für eine kleinere Anordnung von Strukturen zu verwenden, aber da diese Version bis zu tausend oder sogar weit mehr verbundene Megastrukturen enthalten könnte, dachte ich, starre Verbindungsstrukturen würden zu viel Kraft auf sie ausüben.
Bei einer Struktur mit einem Durchmesser von 1 AE wäre es außerhalb oder in den Außenbezirken des Sonnensystems. Es gäbe nur Trägheit ... und anfängliche Bewegung, das zählt. Es werden keine anderen Kräfte auf die Struktur einwirken, es gibt keinen Grund für relevante externe Kräfte. Es könnten sehr langsame Kräfte auftreten ... oder ein langsamer Aufbau von Kräften ... Sie können die Rohre so anordnen oder das Innere des Rohrs manipulieren, um diesen Kräften entgegenzuwirken. Dies kann alles vollautomatisch erfolgen, es werden keine menschlichen Wachen benötigt.
@Goodies "Es werden keine anderen Kräfte auf die Struktur wirken" - vergessen Sie nicht die Schwerkraft der Struktur selbst. Wenige Dinge mit einer Masse von Milliarden Tonnen sind nicht viel, aber einige Millionen oder mehr davon - darauf muss man achten. OP will großartig und episch, also denke ich, dass Millionen nicht die Grenze sind, um ein in astronomischen Einheiten gemessenes Volumen zu besetzen
Ok, eine Milliarde Tonnen sind 1e9 mal 1e3 kg, also 1e12 kg. Eine Million davon wiegen zusammen 1e18kg, was etwa 0,01% der Mondmasse entspricht. Wenn die gesamte Struktur im Durchmesser über 1 AE Raum verteilt ist, muss die Schwerkraft des Konstrukts selbst meiner Meinung nach nicht berücksichtigt werden. Das komplette Konstrukt wird in die Sonne fallen oder um die Sonne kreisen.. was zu inneren Spannungen führt.. aber diese Kräfte entwickeln sich sehr langsam und können kompensiert werden..
@Goodies Ja, was du sagst, ist richtig, und es ist Teil der Frage von OP, wie groß das Ding sein kann, sowohl in Bezug auf Masse als auch auf Größe. 1 au Durchmesser oder ein Radius für eine Konstruktion oder ein System davon ist ziemlich viel, und als ich Millionen sagte, war es nur ein Beispiel, ich habe die Zahlen nicht eingefügt. Es wird einen Punkt oder Zustand geben, an dem die Schwerkraft eine Rolle spielt. Nehmen Sie Ihre Tonnen als Beispiel, eine Million Knoten in einem Radius von 1.au bedeutet eine Entfernung zwischen den Knoten von etwa 2,5 Millionen km, und Röhren werden sinnlos, und diese Konfiguration wird in der Tat für einige Zeit ohne irgendetwas alleine bestehen.
Um Ihre Antwort zu verbessern, können Sie abschätzen, wie groß die Struktur an diesen Grenzen und darunter sein wird, da Sie nicht an etwas interessiert sind, das von seiner eigenen Schwerkraft beeinflusst wird - bis wann / welche Grenzen der Schwerkraft ignoriert werden können und derartige.

Die Schwerkraft wäre kein großes Problem.

Wenn Sie es berechnen und davon ausgehen, dass 10 Milliarden Tonnen schwere Objekte in 10 Kilometern Entfernung bewegt werden, entspricht die Kraft ungefähr dem Schub der Thrust of Saturn V-Rakete bei 60 Millionen Newton.

Kabel sind nicht so nützlich.

Kabel lassen keine Kraft verschwinden, und das ist genug Kraft, um viele Kabel zu zerreißen. Sie können sie verkabeln, wenn Sie möchten, aber das wirkt den Kräften nicht entgegen.

Sie könnten die Stationen für zusätzliche Stabilität zu einem Ring oder einer Kugel machen

Wenn Sie einen Massenring haben, ist die Nettoanziehung zu einem Objekt ziemlich gering, da andere Objekte ihr entgegenwirken. Es ist ein bisschen instabil, aber es wird einfacher zu handhaben sein.

Wenn Sie eine Kugel haben, ist sie sehr stabil.

Dies könnte die Kraftstoffkosten auf das reduzieren, was zum Stabilisieren von Teilen erforderlich ist.

Danke für den Taschenrechner für die spätere Verwendung, aber da ich Tausende von verbundenen Strukturen haben werde, bin ich mir nicht sicher, wie ich es berechnen soll. Ich habe mir vorgestellt, dass es eine Kugel oder eine Art 3D-Gitter ist. Warum sagen Sie, dass eine Kugel dieses Typs sehr stabil sein wird?
Wenn Sie Objekte richtig platzieren, gibt es für eine Kugel keine andere Anziehungskraft als nach innen, der Sie entgegenwirken können, wenn sie sie umkreist. So funktioniert eine Dyson-Kugel in Bezug auf Stabilität.
"Man könnte die Stationen zu einem Ring machen". Als Sie Halo zum ersten Mal sahen, waren Sie von seiner Magestät geblendet?

Du erwähnst Ring World, vergisst aber die Fleetworlds der Puppeteers.
Arrangieren Sie Ihre Strukturen zu einer Klemperer-Rosette . Die Rosette erfordert Stationshaltemechanismen, aber bei dieser Größenordnung ist das kein Problem.

Eine Klemperer-Rosette ist ein Gravitationssystem aus schwereren und leichteren Körpern, die in einem sich regelmäßig wiederholenden Muster um ein gemeinsames Schwerpunktzentrum kreisen. Es wurde erstmals 1962 von WB Klemperer beschrieben und ist ein Sonderfall einer zentralen Konfiguration.

Ihre Objekte müssen auch genügend Masse haben, um eine gewisse Schwerkraft auf die anderen Objekte in der Rosette auszuüben. Verkleinert genug Röhren/Kabel usw. dazwischen ist möglich.

Ring

orbitaler Ring https://www.reddit.com/r/IsaacArthur/comments/8ku618/orbital_ring_cable_thickness/

Sie können Ihre große Anzahl von Megastrukturen um eine ausreichend große Masse im Orbit haben. Megastrukturen können durch Kabel verbunden sein oder vielleicht haben sie einfach magnetische Puffer, um eine gewisse Bewegung relativ zueinander zu ermöglichen. Sie haben einen Orbitalring gebaut . Sie werden immer noch Ihre starken Kabel brauchen. Diese sind in SF oft aufgetaucht und es gibt viel über künstliche Ringe auf dem WB-Stack.

OK, Sie haben keine Gezeitenkräfte, die sie relativ zueinander herumschieben, aber Sie haben die Impulsübertragung durch Ankommen und Verlassen verschiedener Module, und dies könnte sich im Laufe der Zeit systematisch aufbauen (z. B. kommen Besucher immer bei Modul A an, mit dem Shuttlebucht auf der dem Cluster abgewandten Seite; sie machen ihre Tour und fahren dann von Modul B ab.)

Meine Lösung besteht darin, keine einfache Spannung in Kabeln zu verwenden, um sie zusammenzuhalten. Die Kabel – oder noch besser, Rohre, die Versorgungsleitungen transportieren oder sogar den Durchgang ermöglichen – haben Dehnungsfugen, um entweder etwas auseinander zu gleiten oder sich etwas zu begradigen. In der Zwischenzeit fungiert dies als Sensor, der eine aktive Korrektur auslöst.

Die Korrektur ist keine Rakete, die Treibstoff in den Weltraum wirft, um für immer verloren zu sein! Da Sie diese Leitungen haben, können Sie sie vielmehr verwenden, um Ballast herumzuschieben oder sehr sanft gegeneinander zu drücken und zu ziehen.

Wenn sich A und B auseinander bewegen, wird dies wahrgenommen und obwohl das Kabel zwischen ihnen noch locker ist, kann es gerissen werden, um eine Anziehungskraft zu erzeugen. Dies könnte erreicht werden, indem jeweils ein kleiner Abschnitt des Kabels in einer Welle zusammengezogen wird, die sich von einem Ende zum anderen bewegt; Dadurch wird die Kraft übertragen, obwohl das Kabel schlaff ist, ohne es herumschlagen zu müssen. Dies kann sowohl zum Drücken als auch zum Ziehen verwendet werden.

Wenn die Verbindungsrohre Wasser oder Nahrung für Replikatoren oder andere materielle Dinge führen, könnte ein Ungleichgewicht in Angebot und Nachfrage die Ursache für den Unterschied in der Dynamik sein. Durch absichtliches Verschieben von Material kann dies korrigiert werden. Vielleicht wird Wasser zwischen A und B gepumpt, um genau dem Tagesrhythmus der Pendler entgegenzuwirken, die morgens von A nach B und abends von B nach A fahren. Im Allgemeinen können solche Routinetätigkeiten, ob Personen pendeln oder Warenströme, die von verschiedenen Modulen produziert und verbraucht werden, ebenfalls geplant und antizipiert werden. Die Logistik kann versuchen, das Nettoungleichgewicht zu reduzieren, indem sie die Dinge richtig plant, und vermeiden, dass Ballast nur aus Korrekturgründen umgelagert werden muss. Planen Sie einfach den Lieferplan für etwas, das Sie ohnehin transportieren müssen.

Kann eine übergroße Ansammlung angebundener großer Raumstrukturen existieren?
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