Welcher Fackelschiffsmotor erfordert das am wenigsten komplexe Steuersystem?

Nuklearer Impulsantrieb und nukleare Salzwasserraketen

Von den anderen Antriebsmethoden scheinen diese beiden die am wenigsten komplexen zu sein. Die anderen Methoden erfordern Steuerungssysteme, die in den Betrieb des Reaktors selbst eintauchen, in einigen Fällen auf ein fast intimes und unmögliches Niveau (für die Einschränkungen).

Bei einer Spaltfragmentrakete möchte man die Menge der Neutronen, die von den spaltbaren Materialien freigesetzt werden, konsistent und ohne große Fehler überwachen, sonst riskiert man eine Überreaktion des Neutronenbeschusses – eine Kernschmelze. Diese Arten von Taschenlampen erfordern auch eine gewisse elektromagnetische Kanalisierung, die selbst ein Subsystem von Monitoren und Steuerungen rechtfertigt. Sollte dies fehlschlagen, besteht die Gefahr, dass die Austrittsdüse der Rakete und möglicherweise andere Dinge beschädigt werden. Es gibt auch andere Einschränkungen des Betriebs des Geräts, über deren Überwachung und Steuerung man nachdenken sollte, wie z. B. die Temperatur der ionisierten Partikel (Sie arbeiten im Bereich von potenziell Zehntausenden von Grad Kelvin, mindestens einige Tausend). und die verschiedenen Integritäten der Komponenten des Geräts; Wenn es ein rotierender Reaktor ist,

Gaskernraketen haben den Vorteil, dass sie viel höhere Temperaturen und damit einen höheren spezifischen Impuls erreichen können. Mit großer Macht kommt große Verantwortung. Ein Steuersystem für diesen Brenner müsste die Temperaturen der Düse und des Behälters des Kerns überwachen, die die strukturellen Stützen des Designs sind (wegen ihrer Temperaturbegrenzungen). Man möchte die strukturelle Integrität des Sicherheitsbehälters überwachen und einen Neutronenmoderator steuernum die Häufigkeit von Reaktionen zu erhöhen oder zu verringern. Diese Konstruktion erfordert auch einen effektiven Kühlmechanismus, entweder durch externe Kühler oder gasförmiges/flüssiges Kühlmittel, das durch die Düse strömt. Um die strukturelle Integrität aufrechtzuerhalten oder den spezifischen Impuls zu maximieren/minimieren, möchte man die Geschwindigkeit steuern, mit der dieser Mechanismus Wärme abgibt. Darüber hinaus wird angenommen, dass es auch eine interne Absorption von Wärmestrahlung geben muss, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu steuern. Wolframpartikel scheinen die beliebteste Wahl zu sein, und die Geschwindigkeit, mit der diese Partikel durch den Reaktor gedrückt werden, müsste aus ähnlichen Gründen wie der Kühlmechanismus kontrolliert werden, um die Degeneration der Komponenten des Geräts zu verzögern.

Eine Fusionsrakete hat den Vorteil, dass sie nicht schmelzen kann. Ein Großteil des Konzepts eines Fusionsbrenners ist theoretisch. Es scheint zwei vorherrschende Arten zu geben: Trägheits- und magnetische Eindämmung.

• Für den ersten müsste man Brennstoffpellets in den Reaktor einspritzen und sie mit hochenergetischen Strahlen von Photonen oder Elektronen zünden, treffen Sie Ihre Wahl. Sie benötigen eine zuverlässige Methode zum Einspritzen des Pelletbrennstoffs und eine zuverlässige Methode zum Aktivieren der Strahlen genau zum richtigen Zeitpunkt und in der richtigen Intensität. Normalerweise würden Sie diese Dinge in einer Vakuumkammer tun, sodass der Zustand des Vakuums kontrolliert werden müsste. Für eine erfolgreiche Fusionsreaktion müsste man viele Strahl-zu-Strahl-Energieverhältnisse auf sehr kurzen Zeitskalen (vielleicht Mikrosekunden) steuern. Dies scheint für ein analoges System unmöglich zu sein.
• Zweitens würden Sie eine Vielzahl von Kontrollmechanismen und Monitoren benötigen, um ein magnetisches Eindämmungsfeld innerhalb kleiner Fehlergrenzen aufrechtzuerhalten. Was Sie im Wesentlichen tun, ist, zwei mächtige Kräfte auszugleichen: einen magnetischen Druck und einen Plasmadruck. Ein Fusionsreaktor arbeitet ständig daran, Turbulenzen zu überwinden, die durch mit hoher Geschwindigkeit fließende Ionen entstehen, wenn sie von magnetischen Feldlinien getragen und geleitet werden. Sie müssen sich um die Mengen des Brennstoffs kümmern, die aus dem magnetischen Sicherheitsbehälter austreten und mit den Wänden der Reaktionskammer in Wechselwirkung treten. Alles in Echtzeit und ohne elektronische Rechner. Was die erforderlichen Steueroberflächen betrifft, so müssten Sie beim Betrieb eines Fusionsreaktors ein Helikopter sein, der fast jeden Aspekt seines Betriebs steuert, überwacht und in Echtzeit analysiert.

Nukleare Salzwasserraketen sehen vielversprechend aus. Die Kraftstoffmenge, die Sie einem davon zuführen, und die Temperatur, die es erreicht, spielen fast keine Rolle. Eine Art der Steuerung wäre das Kraftstoffzufuhrsystem. Die Partikel, die den Kernbrennstoff bilden, sollen nicht alle mit der gleichen oder sogar mit einer regelmäßigen Geschwindigkeit diffundieren. Sie nehmen einen breiten Bereich von vielen Größenordnungen ein, und so ist es möglich, dass sich frei bewegende Partikel des Kraftstoffs in das Kraftstoffzufuhrsystem zurückwandern und das System möglicherweise beschädigen oder zerstören können. Natürlich möchten Sie sowieso die Kraftstoffeinspritzrate kontrollieren, um die Beschleunigung und so weiter anzupassen, aber dies ist ein weiterer Grund, diese Kontrolle zu haben. Wenn ein Detektor erkennt, dass eine ausreichend große Menge des Kraftstoffs durch seine eigene Diffusionsrate zurück in das System beschleunigt wird, dann möchten Sie vielleicht das System für kurze Zeit schließen und die Störung vorbeiziehen lassen. Dies scheint die einzige Bedienoberfläche für dieses Gerät zu sein.

Mit nuklearem Impulsantrieb wurde in der Vergangenheit experimentiert (siehe Projekt Orion) und ist ziemlich gut verständlich. Was Sie im Wesentlichen tun, ist, kleine (oder große, wenn Sie nach einer guten Zeit suchen) Atomsprengstoff hinter Ihr Schiff fallen zu lassen und sie in einer Entfernung zur Detonation zu bringen, in der es sowohl "sicher" ist als auch die Explosion einen guten Teil davon abgeben wird Schwung auf Ihr Handwerk. Sie brauchen eine Steuerung, um die Bomben abzuwerfen, und eine Steuerung, um die Bomben zu zünden. Das intermittierende Zeug müssen Ihre analogen Computer herausfinden. Das Ablegen sollte einfach sein. Lassen Sie eine weitere Bombe los, während Ihr Fahrzeug den von der vorherigen Explosion übertragenen Schwung erfährt, damit Ihr Schiff davon weg beschleunigt. Meine persönliche Empfehlung ist, dass Sie den eigentlichen Timer (Detonationssteuerung) nicht auf die Bombe selbst legen. Lassen Sie die Bombe durch eine äußere Kraft aktiviert werden, wie einen fokussierten Laserstrahl, der einen Teil ihrer Oberfläche verdampft, eine "Zündschnur" oder ein Hochgeschwindigkeitsprojektil, das dagegen schlägt, abgefeuert vom Schiff, vielleicht eine Kanone. Warum? Sicherheitsgründe natürlich. Nicht, weil es cool wäre, den ganzen Tag auf Atombomben zu schießen.

Der Orion Nuclear Pulse Drive ist der nächste Kandidat. Mit Ausnahme des Timing-Mechanismus zum Zünden der nuklearen Impulseinheiten könnte man eigentlich alles andere durch einen direkten mechanischen Antrieb erledigen lassen. Der Mechanismus zum Laden der Impulseinheiten basierte auf einem Verkaufsautomaten, und die Kanone zum Abfeuern der Impulseinheiten hinter dem Schiff war im Wesentlichen eine riesige Luftkanone. Mechanische Timer können die meisten Geräte betreiben, und das Timing der Schüsse könnte durch ein Nockensystem in den Stoßdämpfern moderiert werden, um den Timing-Zyklus auszulösen.

Es ist vielleicht die ultimative Art von Dieselpunk-Technologie, die man sich vorstellen kann, und wenn die General Atomic-Crew ihre Finanzierung erhalten hätte, hätten sie gemäß ihrem Zeitplan Ende der 1960er Jahre zum Mars und 1975 zum Saturn fliegen können

Am wenigsten aufwändig: alles per Hand.

Quelle

Wenn Sie Retro wollen, gehen Sie voll auf Retro. Ketten, Riemenscheiben und Hauptstärke. Ihr Modell wird eine Eisengießerei aus der Mitte des 19. Jahrhunderts sein. Anstelle dieses (alarmierend aussehenden) Schmelztiegels haben Sie eine sich selbst erhaltende Fusionsreaktion, die von HG Wells The World Set Free gehoben wurde. Ihre Crew richtet ihre verschiedenen Raketen in die vom Kapitän geforderte Richtung und löscht oder zündet die Reaktionen wie gerechtfertigt. Es braucht mehrere Männer ohne Hemd, die sich anstrengen, um eine der Raketenröhren auszuschalten – so bekommt man das Ding zum Drehen.

Ich glaube nicht, dass es viel einfacher geht als die nukleare Salzwasserrakete; Sie sollten, je nach Konstruktionsspezifikation, in der Lage sein, eine nukleare Salzwasserrakete mit mechanischen Ventilen, Kardanringen und Kreiseln zu steuern und zu kontrollieren. Dies liegt daran, dass nukleare Salzwasserraketen im Prinzip das gleiche Design verwenden wie flüssigkeitsbetriebene chemische Raketen, nur mit mehr Delta-V und höherer Brennstoffenergiedichte. Alles, was Sie steuern müssen, ist die Kraftstoffflussrate zur Reaktionskammer und die Richtung des Abgases aus dieser Reaktion.

Das Zeichnen von Orbitalmanövern ist ein anderer Fischkessel und erfordert viel mehr Rechenleistung, es sei denn, es wird "durch Vermutung und von Gott" mit Marque One Augapfel, vielleicht einem Sextanten, und manueller Steuerung durchgeführt, was es sein könnte. Selbst ein vollständig digitales System muss nicht viel komplexer sein als das der Saturn Vs , und Ihr Smartphone hat um Größenordnungen mehr Rechenleistung.