Es hängt vom Universum ab.

Das Problem mit Raumschiffen, die unter Wasser gehen, ist, dass sie normalerweise nur für eine Sache gebaut sind. Eine der berühmtesten Szenen aus Futurama ist, als das Raumschiff der Crew im Ozean versinkt:

Prof. Farnsworth: Lieber Gott, das sind über 150 Atmosphären Druck!

Fry: Wie vielen Atmosphären kann dieses Schiff widerstehen?

Prof. Farnsworth: Nun , es ist ein Raumschiff, also würde ich irgendwo zwischen null und eins sagen .

Es gibt jedoch viele Raumschiffe in der Fiktion, die für höhere Druckniveaus gebaut sind. Hier sind nur einige Beispiele. Diese Liste ist keineswegs vollständig.

Die Leviathaner , biomechanoide Schiffe in den Farscape -Geschichten, waren in der Lage, das Gehen und Manövrieren unter Wasser zu überleben, obwohl sie von außen nicht genau druckdicht waren.

In X-Com: Terror From The Deep leben die Aliens, die die Erde angreifen, auf dem Grund der Ozeane. Die letzte zu stürmende Basis ist der Marianengraben. Ihre Schiffe arbeiten sowohl in Abgrundtiefen als auch im Weltraum.

Die Deep Angel Supercav Online-Sci-Fi-Serie hatte superkavitierende Kämpfer, die sowohl im Weltraum als auch unter Wasser eingesetzt werden konnten.

In Michael Crichtons Sphere wird ein Raumschiff aus der Zukunft auf rund 300 m versenkt, schafft es aber trotzdem ins All.

Im Star Wars - Universum kann das Angriffsschiff der Trident-Klasse unter Wasser und im Weltraum reisen.

In den Videospielserien Masters oder Orion sind die Trilarianer eine aquatische Rasse, die ihre Städte unter Wasser baut – daher werden ihre Schiffe vom Wasser in den Weltraum gebracht.

In Flight of the Navigator geht das Schiff Trimaxion Drone Ship unter Wasser.

Und so weiter, wobei jedes Jahr mehr und mehr Unterwasser-SciFi hinzugefügt werden.

Raumschiffe sollen nicht viel äußerem Druck standhalten

Werfen Sie einen Blick auf unsere Schwesterseite Space.SE und die Frage Haben Raumfahrzeuge ähnliche Anforderungen an die strukturelle Integrität wie U-Boote? für einige Informationen zu diesem Problem. Hier sind einige Zitate, die für diese Frage relevant sind und aus den Antworten stammen:

Als nächstes das Raumschiff. Um dorthin zu gelangen, muss es hell sein. Ein leichter Tritt hätte Apollos Wände durchbohren können, ISS ist robuster, aber es muss immer noch 1 bar Druckunterschied nach außen standhalten (das entspricht nur 10 m Eintauchtiefe) und wieder - nach außen, das bedeutet, dass keine Querträger erforderlich sind um ein Knicken zu verhindern; Es hat eine natürliche Tendenz, sich wie ein Ballon aufzublähen.

Das grundlegende Problem ist, dass ein U-Boot ziemlich tief gehen und dem Druck des gesamten Wassers und der Atmosphäre rundherum standhalten soll - während ein Raumschiff dem gesamten Druck von innen nach außen standhalten soll.

Raumfahrzeuge sind für einen Innendruck von nicht mehr als einer Atmosphäre ausgelegt; U-Boote sind so konstruiert, dass sie Dutzenden von Atmosphären äußeren Drucks standhalten.

Die Unterschiede in den Anforderungen sind groß.

Die strukturellen Elemente eines Raumfahrzeugrumpfs arbeiten überwiegend unter Spannung, bei einem signifikanten Bruchteil der Streckgrenzen des Materials, und die wahrscheinlichste Versagensart wäre ein Zugbruch. Die Bauteile eines U-Boot-Rumpfes arbeiten überwiegend unter Druck, und die wahrscheinlichste Ausfallart wäre Knicken.

Für eine interessante Wendung zu Ihrer Frage möchten Sie vielleicht auch eine Frage auf WorldBuilding.SE lesen: Wäre ein U-Boot ein großartiges Raumschiff? . Die Antworten geben einige interessante Einblicke in Probleme mit dem umgekehrten Weg, wie z. B. riskantes Kacken (ich denke, das ist das größte und bei weitem lustigste Problem, das in diesem Thread beschrieben wird).

Dafür gibt es einige mögliche Gründe. Ich werde hier ein paar grundlegende Annahmen treffen, nämlich dass die Menschen auf diesen Schiffen Ihre typischen Sauerstoffatmer von halbwegs erdähnlichen Planeten sind.

Form und Antrieb

Raumschiffe werden im Großen und Ganzen im Weltraum sein. Sie müssen sich keine Gedanken über die Aerodynamik machen, es sei denn, sie streben einen atmosphärischen Eintritt an, was bestenfalls eine Minderheit von dem ist, was sie tun. Geht man von einem erdähnlichen Standardplaneten aus, ist Wasser mehrere Größenordnungen dichter als Luft, was bedeutet, dass die Stromlinienform plötzlich kritisch wird, wenn Sie sich mit beliebiger Geschwindigkeit unter Wasser bewegen wollen. Ein richtig stromlinienförmiges Raumschiff ist kaum unmöglich, aber es wird der Optimierung für Fracht/Waffen/Motoren/usw. im Wege stehen, was ohne guten Grund dagegen spricht.

Es gibt auch das Problem, irgendwohin zu gehen. Wie ich gerade sagte, können Sie unter Wasser nicht wirklich schnell fahren, einfach aufgrund der Notwendigkeit, die enorme Wassermasse vor Ihrem Schiff zu bewegen (was die erforderliche Kraft vervielfacht). Ich kann nicht vorhersagen, was in den Motor Ihres Raumschiffs geht, aber es ist wahrscheinlich etwas extrem Hochenergetisches; Um von einem Planeten in den Weltraum zu gelangen, braucht man Energie . Ich weiß nicht, was es tun würde, solche Motoren unter Wasser abzufeuern, aber ich bezweifle stark, dass es gut für das Schiff wäre, so viel Leistung direkt in der Nähe der Motoren zu haben (wer weiß wie viel Wasser verdampft und wahrscheinlich eine Schockwelle erzeugt durch die plötzliche Ausdehnung) nicht mehr, als es einem unglücklichen Meereslebewesen in der Nähe des Gebiets helfen würde.

Druck

Raumschiffe sind so konstruiert, dass sie die Atmosphäre zurückhalten: Sie sind so konstruiert, dass sie dem Druck von innen widerstehen, da eine explosive Dekompression offensichtlich unerwünscht ist. Das Betreten der Atmosphäre kehrt diese Belastung um, aber es ist eine vernünftige Sache, dafür zu entwerfen. Ins Wasser gehen? Weit genug unter Wasser zu gehen, um Ihr Raumschiff unterzutauchen (vorausgesetzt, wir sprechen von etwas Größerem als einem Ein-Mann-Kämpfer), wird mehrere Druckatmosphären auf das Äußere ausüben, eine Belastung, für die es wahrscheinlich nie ausgelegt war, aus dieser Richtung zu widerstehen (entworfen). um einer einzigen Druckatmosphäre von innen standzuhalten). Sie werden ziemlich schnell Lecks bekommen, besonders wenn Sie mehr als hundert Meter oder so unter Wasser tauchen wollen.

Brauchen

Im Allgemeinen sind Maschinen spezialisiert: Sie sind für eine bestimmte Aufgabe gemacht und machen sie gut. Der Versuch, eine Maschine (in diesem Fall Ihr Raumschiff) dazu zu bringen, zu viele Dinge auf einmal zu tun, wird es exponentiell teurer machen und wahrscheinlich der Verwendung verschiedener spezialisierter Maschinen für die anstehenden Aufgaben unterlegen sein (in diesem Fall mit einem richtigen U-Boot oder etwas anderem). ein solches Schiff für die Unterwassererkundung und das Verlassen des Weltraums für das Raumschiff).

Dies ist wahrscheinlich der wichtigste Grund von allen: Es gibt keinen wirklichen Grund, all die zusätzlichen Credits dafür auszugeben, Ihr Raumschiff tauchfähig zu machen, wenn Sie diese Credits für ein geeignetes U-Boot für diesen Zweck ausgeben könnten und noch etwas übrig haben, um Ihr Raumschiff zu verbessern für andere Zwecke (wie das Hinzufügen eines Frachtmoduls zu Ihrem Raumschiff, um das U-Boot aufzunehmen). Der wirtschaftliche Fall existiert nicht wirklich.

Ich werde das herausfordern.

Alle landungsfähigen Raumschiffe sind dazu in der Lage.

Das Space Shuttle glitt zu seiner Landung. Zugegeben, nicht sehr gut, aber es ist ein weiterer Fall von Samuel Johnsons Leistungshund – Sie sind erstaunt, dass es überhaupt passiert. SpaceX hat erhebliche Anstrengungen unternommen, um eine Rakete auf ihrem Heck zu landen. Aber die Mercury-, Gemini- und Apollo -Kapseln spritzten alle in den Ozean. Offensichtlich können sie daher zumindest ein gewisses Eintauchen in Wasser überleben. Es ist nicht genau bekannt, wie weit sie nach der Wasserung sanken, bevor sie wieder an die Oberfläche trieben, aber sie werden richtig untergegangen sein.

Diese amerikanischen Kapseln wurden alle zum Schwimmen entwickelt. Die Sojus sind es nicht, und ihre Missionen hatten alle die Absicht, in der Steppe zu landen, also musste niemand dafür sorgen, dass sie schwebten. Außer dass Sojus-23 auf einem zugefrorenen See landete, durch das Eis krachte und auf den Grund sank. Der Tengiz-See ist offenbar zwischen 2,5 m und 6,7 m tief. Die Kapsel (und die Kosmonauten) überlebten einwandfrei – das einzige Problem bestand darin, darauf zu warten, geborgen zu werden.

Warum sind Kapseln dazu in der Lage, wenn die Wände der ISS so dünn sind? Die einfache Antwort ist, dass sie für den Wiedereintritt gebaut sind . Wenn man bedenkt, dass die Kapsel so konstruiert ist, dass sie ihre Besatzung nicht schlimmeren als kontinuierlichen 10-G-Lasten aussetzt, braucht das eine ernsthafte strukturelle Stärke! Während der größte Teil dieser Last vertikal auf die Kapsel wirkt, gibt es auch beträchtliche Seitenlasten, sodass die Kapsel sehr großen Belastungen in allen Richtungen standhalten muss.

Dies führt auch zu Druck auf die Platten. Im Weltraum gibt es natürlich 1 atm Druck von innen nach außen. Beim Wiedereintritt ist es jedoch eine technische Herausforderung, überhitzte Luft aus der Struktur fernzuhalten – dies war der Grund für den Verlust von Columbia . Daher müssen alle Paneele auch einem erheblichen Druck von außen standhalten. Die ISS kann Annahmen über nach außen drängende Paneele treffen, aber alles, was durch den Wiedereintritt geht, muss in beiden Richtungen verriegelte Paneele haben. Ich habe keine Zahl dafür, aber ich würde mindestens ein paar Atmosphären Druck erwarten.

Dies gibt uns eine endgültige Antwort. Wenn Ihr Raumschiff nicht in die Atmosphäre eindringen kann, kann es wahrscheinlich nicht unter Wasser überleben. Aber wenn Ihr Raumschiff für den Eintritt in die Atmosphäre gebaut ist, wird es immer in der Lage sein, zumindest bis zu einem gewissen Grad unter Wasser zu überleben. Um genau zu wissen, wie tief Ihr hypothetisches Raumschiff gebaut wurde, wären detailliertere Kenntnisse der Spezifikationen erforderlich, aber niemand sollte überrascht sein, dass es unter Wasser vollkommen glücklich ist. Wenn es für 2 Atmosphären Außendruck beim Wiedereintritt ausgelegt ist, bedeutet dies, dass es für eine Tiefe von 10 m ausgelegt ist.

U-Boote (und alle Wasserfahrzeuge) haben einen sorgfältig entworfenen Auftrieb. Sie dürfen nicht dichter und nicht weniger dicht als Wasser sein.

U-Boote haben Ballasttanks (um ihren Auftrieb zu verwalten).

Sie haben ein geeignetes Antriebssystem – z. B. Propeller, ein Ruder, Trimmtanks (zur Steuerung der Fluglage) und eine hydrodynamische Form.

Ganz zu schweigen von Instrumenten (Sonar usw.).

Und Druck (bereits in anderen Antworten erwähnt).

Sie könnten tauchfähig sein, aber nur, wenn sie dafür konstruiert wurden.

Das einzige, was an einem Raumschiff von Natur aus angemessen ist, ist, dass es luftdicht ist.

Kurze Antwort

In einer realistischen Welt werden die meisten Schiffe für eine einzige Umgebung optimiert (Weltraum für Raumstationen, Fahrräder für Land oder U-Boote für Unterwasser). Einige Schiffe können in zwei Umgebungen reisen, aber sie sind in keiner Umgebung gut, und je unterschiedlicher die beiden Umgebungen sind, desto schwieriger ist es, die Existenz des Schiffes in Ihrer Welt zu rechtfertigen.

Obwohl zum Beispiel fliegende Autos existieren … irgendwie (siehe Bild unten) … sind sie kommerziell nicht rentabel. Sie sind zu teuer für den täglichen Weg zur Arbeit (Fahrräder, Busse und Autos sind die besseren Alternativen), aber nicht effizient genug für Flüge über Kontinente hinweg (ein Verkehrsflugzeug wäre besser).

Das heißt nicht, dass ein Schiff, das auf See und im Weltraum reisen könnte, nicht existieren könnte ... aber es müsste einen zwingenden Grund dafür geben, dass es existiert. Zum Beispiel kann ein Ozeanplanet, der auf Unterwasserbergbau und Handel mit anderen Sternensystemen spezialisiert ist, Grund dafür haben, dass Raumschiffe als Tauchboote dienen - aber selbst in diesem extremen Fall wären diejenigen, die unter Wasser sein müssen (die Bergleute), nicht diejenigen müssen im Weltraum sein (die Händler).

Ein solches Schiff könnte als Spielzeug für eine sehr wohlhabende Person oder als Spy-Fi-Gerät (wie James Bonds Tauchauto - siehe unten) oder als experimentelles Fahrzeug in einem Forschungslabor existieren. Es gibt mit ziemlicher Sicherheit keinen Grund dafür, dass es allgemein verwendet wird, da es nicht kommerziell rentabel wäre.

Du hast um Gründlichkeit gebeten....

Qualifikation: Ich bin ein Planetenwissenschaftler mit Hochschulabschluss, spezialisiert auf Fluid-/atmosphärische Dynamik und ein Liebhaber von Science-Fiction.

Eine gründlichere Antwort hängt von vielen Dingen ab, aber in Bezug auf die Physik kommt es auf Dichte, Reisegeschwindigkeit, Druck und Technologie an.

Dichte und Reisegeschwindigkeit

Je dichter ein Medium ist, desto mehr Kraft braucht es, um sich hindurchzubewegen. Aus diesem Grund ist es leicht, sich durch Luft zu bewegen, schwieriger durch Wasser und schwierig, sich durch dicken Schlamm zu bewegen (es gibt andere Effekte, aber die Dichte allein würde ausreichen, um diese Beobachtungen zu erklären).

Je schneller Sie sich durch eine Flüssigkeit bewegen, desto mehr Widerstand leistet sie Ihrer Bewegung.

In der Fluiddynamik werden diese Effekte zusammen in dem als "Staudruck" bezeichneten Konzept erfasst. Dieser "Druck" ist die Verlangsamungskraft pro Flächeneinheit, die ein Objekt erfährt, das sich durch ein Fluid bewegt, und ist im Allgemeinen proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit relativ zum Fluid multipliziert mit der Dichte des Fluids. Der Staudruck ist die Kraft pro Flächeneinheit, die ein Objekt erfährt, wenn es Partikel in einer Flüssigkeit wegdrückt, durch die es sich bewegt. Für einen Experten ist "Staudruck" etwas anders als "Luftwiderstand", aber er ist ähnlich genug, dass Sie ihn wahrscheinlich in vielen Situationen als gleich ansehen können.

Wenn die Schwerkraft dazu führt, dass ein Fallschirmspringer immer schneller durch die Atmosphäre fällt, steigt der Staudruck der Atmosphäre auf den Fallschirmspringer mit der Geschwindigkeit (und sehr leicht, wenn die atmosphärische Dichte näher an der Oberfläche zunimmt). Wenn der Staudruck multipliziert mit der Querschnittsfläche des Fallschirmspringers gleich der Schwerkraft ist, gleichen sich die Kräfte aus und der Fallschirmspringer erreicht die Endgeschwindigkeit.

Druck

Wie andere angemerkt haben, sind Raumschiffe so gebaut, dass sie bestimmten Druckbedingungen standhalten. Sie müssen einer Explosion (durch inneren Luftdruck) im Vakuum des Weltraums und einem ausgeglichenen Luftdruck auf der Oberfläche eines Planeten standhalten.

Der Oberflächendruck an einem bestimmten Punkt auf der Oberfläche ist buchstäblich gleich dem Gewicht pro Flächeneinheit der darüber liegenden Atmosphäre. Das Gleiche gilt unter Wasser: Der Druck in einer bestimmten Tiefe ist gleich dem Oberflächendruck (eine Atmosphäre) plus dem Gewicht des Wassers pro Flächeneinheit über dieser Tiefe.

Hier wird es unscharf: Einige Planeten, wie Jupiter und Saturn, haben sehr dichte Atmosphären. Einerseits könnte eine bestimmte Welt eine wirklich dichte Atmosphäre haben – in diesem Fall müssten Raumschiffe, die den Planeten besuchen , eher wie U-Boote gebaut werden, um dem unglaublichen Druck standzuhalten. Andererseits könnte die Atmosphäre dünn sein und der "Ozean" könnte aus einer exotischen Flüssigkeit bestehen, die weniger dicht als Wasser ist. In diesem Fall müssten U-Boote nicht so stark gegen Druck befestigt werden, da der Druck mit der Tiefe weniger zunehmen würde als in den Ozeanen der Erde. In beiden Fällen sehen U-Boote eher wie Raumschiffe aus, je nachdem, für welche Tiefe sie ausgelegt sind.

Wie andere angemerkt haben, ist eine dickere Hülle zum Schutz eines Behälters vor Druckextremen schwerer. Die zusätzliche Masse würde bedeuten, dass die Antriebssysteme härter arbeiten müssten. Somit würde ein schwereres Schiff größere (oder bessere) Motoren und/oder mehr Treibstoff benötigen – beides würde die Masse des Schiffes erhöhen, was wiederum mehr Treibstoff erfordern würde und so weiter. Weitere Informationen finden Sie in der Raketengleichung .

Antrieb

• Strahltriebwerke würden nicht funktionieren, weil sie Luft (Sauerstoff) aufnehmen. Sie würden im Vakuum des Weltraums nicht gut funktionieren und sich nicht entzünden.
• Raketen funktionieren theoretisch gut unter Wasser, weil sie keine Luft benötigen (bis zu einem Grenzdruck) – deshalb funktionieren sie gut im Weltraum.
  • Extrem hohe Drücke würden die äußere Flüssigkeit in die Rakete drücken und die Rakete völlig überwältigen, so dass sie den Auspuff nicht aus der Düse zwingen könnte.
• Propeller funktionieren gut unter Wasser, aber nicht im Weltraum, weil sie Material nach hinten drücken, wodurch sich das Schiff vorwärts bewegt. Im Weltraum gibt es im Wesentlichen nichts zu schieben.

Was futuristische und/oder hypothetische Antriebssysteme betrifft, hängt es von der Technologie, der Dichte und dem Universum ab. Können überlichtschnelle Motoren unter Wasser arbeiten? Fragen Sie den Autor/Eigentümer des Universums, warum oder warum nicht.

Übergang zwischen Atmosphäre und Ozean

Ein Raumschiff muss in der Lage sein, reibungslos aus dem Vakuum des Weltraums in eine Atmosphäre einzudringen. Aus diesem Grund haben viele Verstrebungen, um sie zu bremsen, wenn sie mit enormer Geschwindigkeit in die Atmosphäre eintreten, und Hitzeschilde, um die Hitze abzuleiten. Das funktioniert, weil die Dichte zwischen der Oberkante der Atmosphäre und der Oberfläche sehr langsam variiert. Physikalisch gesehen bedeutet die langsam zunehmende Dichte, dass der Staudruck auf das Schiff langsam genug variiert, so dass das Schiff – und seine Insassen! -- keine plötzliche und schädliche Verzögerung erfahren.

Jedes Schiff, das von einer Atmosphäre zu einem Ozean fährt, muss für den Übergang von der Atmosphäre mit geringerer Dichte zum Ozean mit höherer Dichte gebaut werden. Menschliche Körper können den Übergang bei niedrigen Geschwindigkeiten bewältigen, wie wenn wir von der Seite ins Poolwasser springen, aber nicht bei höheren Geschwindigkeiten, wie wenn wir von einem hohen Sprungbrett 10+ Meter über der Oberfläche eines Gewässers einen Bauchsprung machen.

High Speed ​​Impact: mehr Schadenspotenzial

Aufprall bei niedriger Geschwindigkeit: weniger Schadenspotenzial

Dies liegt daran, dass die höhere Geschwindigkeit den Staudruck erhöht. Der Staudruck der Luft ist vernachlässigbar, aber der Staudruck, wenn wir auf das Wasser treffen, kann schmerzhaft sein! Auf genau die gleiche Weise und aus genau den gleichen Gründen müsste jedes Schiff, das zwischen Atmosphäre und Ozean wechselt, gebaut werden, um dem plötzlichen – und potenziell gefährlichen – standzuhalten! - Erhöhung des Staudrucks, der das Schiff verlangsamen würde. Der Staudruck wird minimiert, wenn die Oberfläche verringert wird. Aus diesem Grund schmerzt das Bauchklatschen (größere Fläche ==> größere Stoßkraft ==> größere Verzögerung) mehr als das Eintauchen mit vor der Brust gekreuzten Armen und nach unten gerichteten Zehen (kleinere Fläche ==> kleinere Stoßkraft ==> kleiner). Verzögerung).

Tauchen mit großer Oberfläche: mehr Schadenspotenzial

Tauchen mit geringer Oberfläche: weniger Schadenspotenzial

Auf der Erde würde ein Raumschiff, das mehr als ein paar Dutzend Meter pro Sekunde fliegt, beim Aufprall auseinanderbrechen, wenn es versuchen würde, ins Wasser zu „tauchen“, es sei denn, es wäre wesentlich stärker befestigt, als es unsere derzeitige Technologie zulässt.

Dieser Effekt wäre bei Planeten mit Atmosphären geringer Dichte und Ozeanen mit hoher Dichte ausgeprägter, und er wäre weniger ausgeprägt bei Planeten, die einen geringeren Dichteunterschied zwischen Atmosphäre und Ozean aufweisen.

Überlegungen zur Form

Da die Dichte in einem Ozean sehr hoch ist, ist der Staudruck erheblich. Aus diesem Grund haben unsere U-Boote eine stromlinienförmige Form, um den Staudruck und den Luftwiderstand zu minimieren.

Nehmen Sie zum Zwecke der Argumentation durch Intuition an, dass die Internationale Raumstation Motoren und einen Rumpf hatte, der stark genug ist, um sich unter Wasser zu bewegen. Es ist nicht in einer effizienten hydrodynamischen Form und die Motoren müssten sehr hart arbeiten. Wenn man sich schnell genug durch das Wasser bewegt, ist es außerdem möglich, dass einige seiner Komponenten abbrechen.

Raumschiffe, die nur für den Weltraum bestimmt sind, müssen keine aerodynamischen oder hydrodynamischen Formen haben, da sie nicht durch Luft oder Wasser reisen. Beispiel: der Todesstern oder orbitale Raumstationen.

Raumschiffe, die auf Planeten landen, müssen zumindest einigermaßen aerodynamisch sein, damit sie nicht in der Atmosphäre verglühen oder Teile abbrechen. Beispiel: X-Wings in Star Wars oder das Raumschiff USS Enterprise aus Star Trek. Je höher die atmosphärische Eintrittsgeschwindigkeit oder je größer der Dichtegradient in der Atmosphäre (z. B. je größer die planetarische Schwerkraft), desto stärker wird dieser Effekt sein.

Einige Schiffe, wie die TARDIS aus dem Doctor Who -Universum, können auf einem Planeten landen, ohne durch die Atmosphäre oder den Ozean zu reisen. Aus diesem Grund müssen sie weder aerodynamisch noch hydrodynamisch sein.

Zusammenfassung / Fazit

Verschiedene Schiffe werden für verschiedene Zwecke gebaut. Wenn ein Schiff für einen bestimmten Satz von Bedingungen gebaut wird (z. B. nur im Weltraum, nur in der Luft, nur unter Wasser), kann es für diese Bedingungen optimiert werden. Wenn ein Schiff so konstruiert ist, dass es sehr unterschiedliche Bedingungen erfährt, ist es viel schwieriger, das Schiff für beide Bedingungen zu optimieren, sodass Opfer (z. B. subideale Konstruktionen wie Schiffe mit höherer Masse) gebracht werden müssen. Je unterschiedlicher diese Bedingungen sind, desto schwieriger ist es.

Theoretisch kann ein Auto zu einem U-Boot umgebaut werden, aber es wäre weder ein großartiges U-Boot noch ein großartiges Auto:

Ein Schiff kann in die Luft und auf den Boden fliegen, aber es ist weder ein großartiges Auto noch ein großartiges Flugzeug:

Ein Flugzeug kann in den Weltraum fliegen, aber es ist weder ein großes Flugzeug noch ein großes Raumschiff:

Diese ausgefallenen Transportschiffe versuchen, Reisen in nur ZWEI verschiedenen Umgebungen mit einem einzigen Übergang zu ermöglichen. Damit ein Raumschiff unter Wasser reisen kann, müsste es für Wasser, Luft und Weltraum ausgelegt sein – DREI verschiedene Umgebungen mit zwei Übergangsbereichen.

Es gibt etwas in dieser Richtung, das fast real war, aber nie gebaut wurde.

Bereits 1963 gab es einen Vorschlag für den „ Sea Dragon “. Diese massive Rakete war zwar nicht tauchfähig im Sinne eines U-Bootes, aber 150 m (490 ft) lang und 23 m (75 ft) im Durchmesser und hätte direkt aus dem Meer gestartet werden können.

Es könnte schätzungsweise 550 Tonnen (540 lange Tonnen; 610 kurze Tonnen) oder 550.000 kg (1.210.000 lb) in die niedrige Erdumlaufbahn (LEO) befördern.

Die erste Stufe wäre von einem enormen Schubmotor mit 79.000.000 lbf (350.000 kN) angetrieben worden. Vergleichen Sie das mit der Saturn V-Rakete mit 140.000 kg (310.000 lb) Nutzlast für LEO und 7.891.000 lbf (35.100 kN) Schub.

Weil es nicht dafür ausgelegt ist und es nicht als lohnenswert erachtet wurde, das Design daran anzupassen.

Im Großen und Ganzen besteht die Aufgabe eines Raumschiffs (insbesondere eines, das in der Luft und im Weltraum fliegt) darin, Luft im Schiff zu halten und beispielsweise Erwärmung und atmosphärischen Kräften zu widerstehen. Im Gegensatz zu einem U-Boot muss es keinen hohen Außendrücken oder Eintauchen standhalten.

Dies führt zu einigen Konstruktionsvereinfachungen – externe Druckanforderungen sind viel geringer, und Sie können wasseranfällige Komponenten (gegen Regen) abschirmen, anstatt sie abzudichten. Zur Erleichterung der Wartung können externe Zugangsklappen hinzugefügt werden. Hitzeablationskacheln lassen sich zum Austausch wahrscheinlich leicht lösen.

All diese Dinge werden ohne große Rücksicht auf das Untertauchen ausgewählt, und als Folge wird ein Bad in einem See (obwohl es unwahrscheinlich ist, dass es vollständig tödlich ist) der Besatzung wahrscheinlich endlose Kopfschmerzen bereiten. Und denken Sie nicht einmal an Ozeane - wenn sie unseren ähnlich sind, wird das Salzwasser auf dem Schiff durch bloßes Eintauchen eine echte Nummer machen, ganz zu schweigen von dem Versuch, wie ein U-Boot zu tauchen.

Jedes Raumfahrzeug, das sowohl für den atmosphärischen als auch für den exo-atmosphärischen Einsatz ausgelegt ist, muss im Wesentlichen nach Luftfahrtstandards gebaut werden – wobei die Massenbegrenzung der Schlüssel ist. Unter jeder realen Physik ist es sehr energieintensiv, Masse auf Fluchtgeschwindigkeit zu bringen, was bedeutet, dass jedes eingesparte Gramm es wert ist, eingespart zu werden.

Raumfahrzeuge müssen vielen Dingen standhalten; aber wenn es darum geht, erdähnliche Planeten (und den Raum zwischen ihnen) zu durchqueren, ist Hochdruck kein solcher; gerade genug, um etwa 1 BAR zu halten. U-Boote hingegen sind unglaublich schwer, da sie viel mehr Druck aushalten müssen. Beispielsweise sind das U-Boot der Kilo -Klasse und die Internationale Raumstation beide ungefähr gleich groß (~70 m), aber die Kilo -Klasse wiegt ungefähr fünfmal so viel (2000-2400 Tonnen im Vergleich zu 400 Tonnen).

TL; DR - es sei denn, Sie haben einen außergewöhnlich zwingenden Grund, warum das Raumschiff unter Wasser und in den Weltraum gehen müsste (anstatt zwei separate Fahrzeuge zu haben), dann wäre es die großen Kompromisse nicht wert.

Weil es voller Luft ist

Es ist, als würde man versuchen, einen Ballon unter Wasser zu setzen, und die Triebwerke sind einfach nicht stark genug.

Ein Langstrecken-Raumschiff muss Nahrung und Wasser bereitstellen und mit Abfall umgehen, und dieses Problem wird durch Farmen an Bord gelöst, wo Pflanzen und Pilze den Abfall absorbieren, Nahrung produzieren, Sauerstoff produzieren und im Allgemeinen alle am Leben erhalten. Dies erfordert eine große Luftmenge.

Gleichzeitig wird das Fahrzeug so leicht wie möglich konstruiert, sodass der Rumpf des Fahrzeugs möglicherweise nicht sehr schwer ist.

Das Endergebnis ist, dass seine Gesamtdichte 1/5 von Wasser beträgt, sodass seine Motoren das 4-fache seines Gewichts an Schub benötigen würden, um unter Wasser zu gehen. Aber 4G ist ziemlich unangenehm und wird Sie aufgrund von Treibstoff- / Reaktionsmassenbeschränkungen nicht viel schneller machen, sodass die Triebwerke einfach nicht so stark sind.

Bearbeiten: Da ArtisticPhoenix Kraftstoff erwähnte, dachte ich, ich würde die Dichte davon nachschlagen. Flüssiger Sauerstoff ist mit 1,141 kg/L etwas dichter als Wasser, aber flüssiger Wasserstoff ist mit 0,071 kg/L sehr leicht. In den richtigen Proportionen ist das eine Gesamtdichte von 0,427. Jetzt sollte ein Raumschiff in der Lage sein, sich mit dieser Art von Dichte unter Wasser zu bewegen, aber es ist eindeutig nicht das richtige Fahrzeug für diese Aufgabe.

Es ist auch eine Frage der Effizienz. Raumfahrzeuge sind gewichtsempfindlich: Je mehr Masse, desto mehr Energie wird benötigt, um das Raumfahrzeug zu bewegen. Dies ist besonders verbreitet, wenn es sich von der Oberfläche eines Planeten in die Umlaufbahn bewegt, wo das Raumfahrzeug der Schwerkraft des Planeten entgegenwirken muss.

Man könnte ein Raumschiff bauen, das auch unter Wasser reisen könnte. Die Straffung zur Reduzierung der Atmosphärenreibung beim Übergang von der Oberfläche in die Umlaufbahn würde auch unter Wasser Vorteile bringen. Da beide Situationen eine künstlich erzeugte Atmosphäre erfordern, wäre das Lebenserhaltungssystem im Wesentlichen dasselbe ... sowohl U-Boote als auch Raumfahrzeuge haben heute Systeme, um CO2 aus der Luft zu entfernen und Sauerstoff hinzuzufügen.

Allerdings ... der unter Wasser auftretende Druck ist das Gegenteil von dem, dem ein Raumschiff ausgesetzt ist ... Anstatt 1 atm von innen nach außen zu drücken, bewältigt ein U-Boot den Druck von außen nach innen. Außerdem sind die unter Wasser auftretenden Drücke weitaus größer, was eine viel stärkere (und schwerere) Konstruktion erfordert, die im Weltraum nicht von Vorteil wäre.

Sie könnten also ein Raumschiff bauen, das auch unter Wasser gehen kann, aber es wäre extrem schwer und würde enorme Mengen an Energie erfordern, um sich zu bewegen.

Ein effizienterer Ansatz könnte die LOR-Methode widerspiegeln, die für die Apollo-Mondmissionen verwendet wird: ein Hauptraumschiff, das für Langstreckenreisen und Wiedereintritt gebaut wurde, mit einem spezialisierten Raumschiff, das für die Mondlandung optimiert ist. Ihr Raumschiff könnte einfach ein kleines U-Boot für Unterwasseroperationen tragen, ohne die enorme Gewichtsstrafe zahlen zu müssen, wenn das gesamte Raumschiff unter Wasser gebracht wird.

Druck

Kurze Antwort: Raumschiffe sind nicht darauf ausgelegt, unter Druck zu stehen.

Lange Antwort: Die meisten Raumschiffe operieren im Weltraum. Es gibt im Allgemeinen keine (oder vernachlässigbar wenig) Luft im Weltraum, und unter der Annahme, dass das Raumschiff Menschen befördert, wird es im Inneren des Raumschiffs nur eine Druckatmosphäre (~ 14 PSI) geben. Andererseits ist Wasser viel, viel dichter als Luft, daher sind die meisten U-Boot-Schiffe (wie U-Boote) so gebaut, dass sie hohen Drücken standhalten. Der Druck in 490 Metern (der Betriebstiefe für das Atom-U-Boot der Seawolf-Klasse) beträgt ungefähr 1672 PSI. Ein Raumschiff wäre einfach nicht in der Lage, solchen Belastungen standzuhalten.

Antrieb

Kurze Antwort: Raketen sind nicht vollständig wasserdicht und Raketentriebwerke nicht so gut unter Wasser.

Lange Antwort: Flüssigtreibstoff- und Festbrennstoff-Raketentriebwerke enthalten sowohl Oxidationsmittel als auch Treibstoff, sodass sie theoretisch unter Wasser betrieben werden könnten. Leider ist eines der Hauptprobleme dabei, dass eine Zündung unter Wasser unmöglich wäre. Außerdem sind viele Raumschiffe nicht vollständig luftdicht; Nur die passagiertragenden Bereiche sind luftdicht. Dies schafft Probleme, da Wasser in die Hohlräume des Raumschiffs eindringen könnte und Wasser nicht gut mit Elektronik (und vielen anderen Dingen) zusammenspielt.

Wendigkeit

Kurze Antwort: Raumschiffe sind nicht an Wasserbeständigkeit angepasst.

Lange Antwort: Wie wir bereits erwähnt haben, ist Wasser sehr dicht. Raumschiffe arbeiten im Allgemeinen im Vakuum, daher ist der Wasser-Luft-Widerstand für sie kein Problem. Leider ist Wasser viel einschränkender als Luft-/Vakuumbedingungen, daher wird es wichtig, Ihr Raumschiff zu stromlinienförmig zu machen, wenn es unter Wasser geht. Andernfalls wird Kraftstoff verschwendet, da das Fahrzeug hydrodynamisch nicht optimiert ist.

Korrosion

Kurze Antwort: Wasser wird Ihr Raumschiff korrodieren.

Lange Antwort: Raumschiffe kommen (im Allgemeinen) nicht mit korrosiven Verbindungen in Kontakt, außer möglicherweise dem Motor (der ständig mit Oxidationsmitteln in Kontakt steht). Meerwasser ist stark ätzend (es ist sehr salzhaltig und Salz verträgt sich nicht gut mit Metall), sodass ein Raumschiff, das regelmäßig (oder sogar gelegentlich) unter Wasser ging, eine Oxidationskontrolle erfordern würde (zusätzlich zu all den anderen Modifikationen, die es erfordern würde, um zu gehen). unter Wasser). Viele Schiffe, Fahrzeuge, deren einzige Aufgabe es ist, unter Wasser zu sein, haben dies nicht, was bedeutet, dass sich die Korrosionsbeständigkeit eines Raumschiffs als unglaublich mühsam erweisen wird.

Fazit

Raumschiffe können nicht unter Wasser gehen, weil sie nicht dafür ausgelegt sind, Druck standzuhalten, nicht gebaut sind, um Wasserlecks standzuhalten, aufgrund von Meerwasser korrodieren und nicht für die Reise durch Wasser optimiert sind.

Die anderen Antworten haben bereits die größten Probleme aufgeworfen, wie z Ballast benötigt und eine andere Art des Antriebs. All dies würde es schwierig oder sogar unmöglich machen, hohe Geschwindigkeiten zu erreichen und viel zu transportieren.

Eine andere Sache, die nicht erwähnt wird, ist, dass Materialien, die heute in Raumfahrzeugen verwendet werden, durch Salzwasser oder was auch immer der Ozean / See sein wird, beschädigt werden.

Ein mögliches Fahrzeug, das mir einfiel, war etwas Ähnliches wie ein Spaceshuttle, das wie ein Wasserflugzeug verwendet werden kann, indem die Motoren vor Flüssigkeiten geschützt und eine Art Schwimmvorrichtung eingesetzt werden

Es gibt viele Probleme.

1. Das Wasser selbst:

Raumschiffe sind so konzipiert, dass sie in Umgebungen nahe dem Vakuum reisen können. Aerodynamisches Design spielt also keine Rolle. Selbst wenn das Raumschiff beschließt, in die Atmosphäre einzudringen, kann es sich wahrscheinlich durchschlagen. Aber Wasser? Wasser ist DICH. U-Boote brauchen ein ernsthaftes aerodynamisches Design, um sich effizient durch Wasser zu schneiden. Wenn ein Raumschiff nicht aerodynamisch konstruiert ist, wäre der Versuch, durch Wasser zu reisen, wie das Schwimmen durch Gelatine: langsam und ernsthaft kein Spaß.

2. Der Druck:

Raumschiffe sollen durch den Weltraum reisen. Falls dies nicht allgemein bekannt war, ist der Weltraum WIRKLICH leer. Der Rumpf eines Raumschiffs kümmert sich mehr darum, Dinge, die drinnen sind, drinnen zu halten. Wenn etwas tiefer ins Wasser geht, steigt der Druck. Es gibt einen Grund, warum U-Boote mit dickerer Panzerung gebaut werden als Panzer. Wenn ein Raumschiff versucht, in die Tiefe zu gehen, wird es schnell undicht und kann sogar wie eine Blechdose zerknittern.

3. Der Eintritt:

Sie alle kennen das Sprichwort: Wenn man aus großer Höhe fällt, sind Wasser und Beton ungefähr gleich. Daher müssen Dinge, die ins Wasser eindringen, entweder aus dem Inneren des Wassers heraus starten oder eine kleine Aufprallfläche bieten. Wenn man bedenkt, dass Raumschiffe riesige, flache, kraftstofffressende superschnelle Monstrositäten sind, würden sie wahrscheinlich beim Aufprall auf dem Wasser auseinanderbrechen.

4. Die Gründe:

Es gibt einen Grund, warum Raumschiffe SPACE-Schiffe genannt werden. Sie sind für die Raumfahrt und nur für die Raumfahrt optimiert. Es ist viel besser, spezialisierte Fahrzeuge für jeden Job zu haben, als ein Alleskönner-Master-of-nones. Es gibt keinen Grund, warum jemand ein Raumschiff in ein Gewässer bringen würde, wenn er genauso einfach ein U-Boot vom Schiff herunterholen und die gleiche Arbeit viel einfacher und bequemer erledigen könnte.

Ich bin zu spät zur Party hier, aber ein weiterer Grund, den ich noch von keinem anderen gesehen habe: Raumschiffe könnten die Hydrodynamik realistischerweise ignorieren, wenn sie nur durch den Weltraum fliegen müssen. Fiktive Raumschiffe sollen nur beeindruckend aussehen, und viele von ihnen würden sich wie ein Anker durch das Wasser bewegen. Obwohl mehr wie Flugzeuge oder Schiffe aussehen.

Um die Frage direkt zu beantworten, der Grund, warum ein Schiff in einer Science-Fiction-Geschichte nicht unter Wasser gehen kann, ist, dass es ein Handlungsinstrument ist, das dazu bestimmt ist, einen Teil der Geschichte voranzutreiben. Auf dieser Ebene gibt es keinen Grund dafür, abgesehen von dem, was der Autor entscheidet.

Wenn Sie nach einer eher auf der Realität basierenden Antwort suchen, waren die Antworten zu den Designunterschieden zwischen U-Booten und Raumschiffen ziemlich gut. Eine andere zu berücksichtigende Sache ist, dass ein "echtes" Raumschiff wahrscheinlich nicht in der Lage wäre, in eine Atmosphäre einzudringen, ohne zu verbrennen. Ein "echtes" Raumschiff wäre wahrscheinlich nicht in der Lage, etwas anderes zu tun, als leicht zu ändern, wo es schließlich abstürzt, wenn es versucht, auf einem Planeten zu landen. Und jedes Schiff, das es tatsächlich in einem Stück an die Oberfläche geschafft hat, würde danach wahrscheinlich nie der planetaren Schwerkraft entkommen. Sie müssen wirklich in der Lage sein, all dies zu tun, bevor Sie überhaupt daran denken, unter Wasser zu gehen.

Ihnen fehlt die mittlere Luftschicht zwischen dem Vakuum des Weltraums und flüssigem Wasser.

Sie können Raumschiffe haben, die niemals in die Atmosphäre eintreten und daher einen anderen Antrieb und eine andere Form haben als Flugzeuge, die die Atmosphäre nie verlassen, was wiederum einen anderen Antrieb und eine andere Form als ein U-Boot hat.

Jeder Fahrzeugtyp hat andere Probleme und eine völlig andere Technik. Raumschiffe brauchen Strahlenschutz. U-Boote müssen wasserdicht sein. Flugzeuge brauchen aerodynamisches Design.

Theoretisch könnte man ein Raumschiff bauen, das unter Wasser gehen kann, aber das macht es teurer und komplizierter als drei separate Fahrzeuge und weniger effizient als ein Spezialfahrzeug.

Wenn Sie die "offene" Düse am Ende Ihres Raumschiffs nicht schließen können, könnten Sie nicht einfach sagen, dass, wenn das Meerwasser durch die Düse in das Schiff eindringt, alle zurückbleibenden Spuren von Meerwasser zu einem Motorausfall oder zum Explodieren des Motors führen würden ? wodurch die Fähigkeit des Schiffes, unter Wasser zu gehen, eliminiert wird. oder dass der Schiffsrumpf aus einer speziellen Legierung besteht, die auf Meerwasser reagiert, was zu einem Mangel an Rumpfintegrität führt, wodurch die Raumfahrt für das Schiff nicht mehr lebensfähig wird.

Natürlich hängt es vom Universum ab, oder besser gesagt von den Raumschiffen im Universum, aber eine wahrscheinliche Erklärung ist Druck. Im Weltraum herrscht hartes Vakuum. Unter Wasser herrscht starker äußerer Druck. Selbst wenn die Motoren funktionieren würden (ziemlich groß, wenn), würde der Rumpf den Druck nicht lange überstehen.

Das Star Trek-Universum enthält eine Reihe von Beispielen für Raumfahrzeuge, die entweder in flüssigen oder gasförmigen Hochdruckumgebungen betrieben werden, darunter:

• The Delta Flyer (Voyager-Folgen „ Extreme Risk “, „ Thirty Days “)
• USS Voyager (Folge „ Scorpion “)
• USS Enterprise (TOS: Das Immunitätssyndrom )

In jedem Fall werden die "Realitäten" der Situationen entweder ignoriert oder mit der Hand geschwenkt . Der Delta Flyer ist angeblich aus speziellen (mehrdeutig spezifizierten) Materialien gebaut, damit er in der Atmosphäre eines Gasriesen operieren kann, aber er ist irgendwie auch in der Lage, in einer späteren Episode bequem in eine aquatische Umgebung zu spritzen und darin untergetaucht zu operieren für die es ursprünglich nicht entwickelt wurde. In ähnlicher Weise betritt die Voyager irgendwie den "flüssigen Raum" und navigiert erfolgreich, und die Enterprise (und eines ihrer Shuttles) betritt und navigiert erfolgreich das Protoplasma einer riesigen (planetengroßen) Zelle.

Der Punkt hier ist, dass dies Beispiele für mehr Fantasy-Sci-Fi als harte (wissenschaftsbasierte) Science-Fiction sind. Obwohl das Star Trek-Franchise auf wissenschaftliche Berater zurückgreift, scheint es eher für überzeugendes Techno-Geschwätz als für wissenschaftlich plausible Szenarien zu sein.

Wenn Sie die Frage "Warum können sie nicht ..." stellen, müssen Sie Beispiele berücksichtigen, wo dies vorkommt und wie (wenn überhaupt) es im Universum erklärt wird. Wie in anderen Antworten angegeben, haben Raumfahrt- und Tauchstrukturen sehr unterschiedliche, wenn nicht widersprüchliche Designanforderungen. Sicher, Sie könnten wahrscheinlich ein U-Boot in den Weltraum starten, und es könnte erfolgreich eine innere Atmosphäre enthalten, aber es wäre schrecklich (unpraktisch) schwer für etwas, das auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden muss, um in angemessener Zeit irgendwohin zu gelangen, wo es sich lohnt .

Der Druck des Wassers wird das Schiff mit Sicherheit beschädigen, da es nicht zum Untertauchen ausgelegt ist. Ein weiteres Problem würde das Antriebssystem darstellen. Je nachdem, welchen Antrieb das Schiff hat, funktionieren viele nicht, wenn plötzlich Wassermassen den Maschinenraum oder den Reaktor oder was auch immer dort überschwemmen.

Eine mögliche Lösung findet sich in The Gateway Special von Jerry Oltion. Der Autor schlug die Verwendung eines U-Bootes vor, und sofern es den Übergang in den Weltraum überlebt, sollte es auch in der Lage sein, in die Umgebung zurückzukehren, für die es entworfen wurde. Es ist keine elegante Lösung, aber es ist zumindest eine Lösung.