Wie könnte ein einfaches U-Boot mit 100 v. Chr. Technologie gebaut werden?

Es gibt zwei historische Beispiele.

Zuerst schufen die Griechen zu Alexanders Zeiten ein U-Boot im Stil einer Taucherglocke (Sie erfanden auch eine Dampfmaschine ) . Das ist also mit Sicherheit wiederholbar. Ändern Sie den Stil der Taucherglocke so, dass der Luftschlauch an einer Schwimmvorrichtung befestigt und hinterher gezogen wird und die Soldaten am Boden entlang marschieren können. (Zugegeben, in einigen Bereichen wäre der Meeresboden nicht fest genug, um darauf zu marschieren.)

Zweitens gibt es einen historischen Bericht über ein U-Boot, das im mittelalterlichen Europa gebaut wurde, um Flüsse zu befahren. Das Buch (Singular Account) berichtete über die aufgeblasenen Schweineblasen als Ballast und hatte eine Besatzung von 6-12 Männern, die an Rudern arbeiteten. Als die Luft schwer zu atmen war, gab der Alchemist des Monarchen ein paar Tropfen von etwas in die Luft ab, das sie erfrischte.

Die Freisetzung einer Chemikalie, die den Kohlenstoff aus CO2 stiehlt und das O2 wieder in die eingeschlossene Atmosphäre freisetzt, würde das gleiche Ergebnis erzielen.

Hier ist ein Link. http://www.submarine-history.com/NOVAone.htm

Was Sie wissen wollen, ist, ob die alten Römer eine künstliche Atmosphäre entwerfen und bauen konnten. Ich werde sagen, es ist unwahrscheinlich. Der Bau des U-Boot-Rumpfes und der Antriebssysteme wäre jedoch möglich gewesen. Sie hatten Zugang zur Archimedes-Schraube und zur wasser- und luftdichten Holzbearbeitung. Sie hätten ein Flachwasser-U-Boot bauen können.

Der Bau eines Druckluftbehälters zur Aufnahme zusätzlicher Luft würde wahrscheinlich nicht allzu viel kosten, obwohl ich bezweifle, dass die Römer über die Art der Präzisionsbearbeitung verfügten, die für die Herstellung guter Armaturen erforderlich war. Dieser Typ hat mehr über ihre Grenzen zu sagen . Sie hätten Beutel aus Tierhaut herstellen und etwas Luft hineinpressen können, sodass für diese keine Bearbeitung erforderlich wäre.

Das Problem in künstlichen Atmosphären ist, dass sie nicht genug Sauerstoff bekommen, aber zu viel CO2 haben. Kohlendioxidwäscher werden praktisch überall dort eingesetzt, wo eine künstliche Atmosphäre benötigt wird. Viele laufen mit Atemkalk oder ähnlichen Chemikalien. Die Entdeckung der Eigenschaften von Atemkalk ist relativ neu. Es gibt ein 1949 erteiltes Patent zur Anwendung von Atemkalk als CO2-Wäscher. Es verweist auf ein Patent für die Verpackung von „ Ätzalkali “ aus dem Jahr 1888. Dies impliziert für mich stark, dass die Erfindung irgendeines CO2-Wäschers weit über das hinausgeht, was die Römer hätten erfinden können. Sicher, sie hätten Glück haben können, aber sie hätten überaus viel Glück gehabt.

Ohne Schrubber würden all diese frühen U-Bootfahrer mit ihren Druckluftflaschen wissen, dass ihre Nasen wirklich schlimm brennen und sie das verzweifelte Bedürfnis verspüren, an die Oberfläche zu gelangen.

Nachtrag: Die Römer waren fantastische Ingenieure. Ich fand diese ziemlich lange Liste von technischen Innovationen , die sie gemacht haben. Zu spät für den in dieser Frage angegebenen Zeitrahmen, aber immer noch beeindruckend, zeigt die oben erwähnte Liste, dass die römischen Ingenieure bis zum Ende des 3. Jahrhunderts n. Chr. über alle Mechanismen verfügten, die zum Bau einer Dampfmaschine erforderlich waren. Sie taten es nicht, aber alle Komponenten waren da.

U-Boote für den Krieg (insbesondere in einer Welt ohne Sonar oder Hubschrauber) müssen nicht vollständig tauchfähig sein. Sie können halbtauchfähig sein. Das heißt, der Schiffskörper befindet sich direkt unter der Wasseroberfläche und Teile des Schiffes wie Schnorchel und Periskope befinden sich immer über der Oberfläche.

Da sie nie außer Kontakt mit der Oberfläche sind, benötigen sie keine Luftzufuhr, sondern nur eine gute Belüftung. Sie können sehr Low-Tech sein. Nur das Wissen über die Physik des Schwebens (Archimedes) ist erforderlich, um eines zu bauen.

Heute sind Halbtaucher besser bekannt als Kokain-U-Boote oder Narco-U-Boote. Die meisten werden in Kolumbien gebaut und dienen dem Drogenschmuggel (google "narco submarine"). Einige der fortgeschritteneren Versionen können für kurze Zeit untergetaucht werden.

Wie man 100 v. Chr. ein U-Boot mit Materialien und Technologien baute, die den Römern damals bekannt waren, basierend auf dieser Liste von Technologien . Wir gehen davon aus, dass sich ein moderner Schiffbauingenieur an den Ufern des Mittelmeers wiederfindet

Waffensysteme: Messingbohrer oder Säbelsägen, die am Rumpf des U-Bootes montiert sind und zum Angriff auf den Kiel feindlicher Schiffe verwendet werden. Schiffszimmerleute können auf See keine gebrochenen Kiele reparieren, aber sie können Löcher im Rumpf reparieren. Dem U-Boot fehlt die kinetische Energie/der Impuls für Rammangriffe.

Hull: Einfach. Völker des Mittelmeers segeln seit Jahrhunderten/Jahrtausenden über die Meere, bevor unser Schiffsarchitekt auftaucht. Das Formen von Holz in luft- und wasserdichte Formen sollte für einen versierten Schiffbauer nicht schwierig sein. Dieser Teil ist definitiv gelöst.

Antrieb: Eine primitive Schraube könnte aus Messing gegossen werden . Die Arbeit mit Gussmessing eröffnet enorme Möglichkeiten für Strukturbauteile in diesem U-Boot.

Sichtbarkeit: Die Römer waren überraschend gute Glasbläser. Unser Architekt musste möglicherweise nur einige Teile mit bestimmten Abmessungen bestellen, um Bullaugen im Rumpf zu bilden.

Atmosphäre: Das ist der schwierige Teil. Da unser Architekt kein Chemiker ist, fehlt ihm das Chemiewissen, um Atemkalk (oder einen der anderen in anderen Antworten beschriebenen CO2-Wäscher) herzustellen. Er würde sich mit Druckluft auskennen und möglicherweise einen in Metall gelagerten primitiven Luftkompressor konstruieren Panzer. Dichtungen könnten aus geöltem Leder oder Wachs bestehen, das zwischen zwei Metallstücke gepresst wird, damit der Lufttank die Luft besser hält. Es könnte ein Rohr hergestellt werden, obwohl dies ein Kompromiss bei der Entwicklungszeit sein könnte.

Psychologische Kriegsführung: Er weiß, dass die Römer und römischen Feinde abergläubische Menschen sind. Also fügte er dem U-Boot einige Elemente hinzu, die jeden, der es sah, glauben ließen, er hätte ein Seeungeheuer gesehen, wenn es auftauchte.

Handwerkliche Verfügbarkeit und Finanzierung: Viele dieser Innovationen würden die besten Handwerker erfordern, die das Römische Reich zu bieten hatte. So viele Menschen und die Mengen an Material für Experimente würden einen großen Finanzierungsbedarf und einen starken Sponsor erfordern. In eine solche Position zu kommen, ist eine ganz andere Frage. Vielleicht eine Inspiration von Twains "A Connecticut Yankee in King Arthur's Court".

Ich glaube nicht, dass das möglich ist:

TL; DR: Das U-Boot wird viel, viel zu langsam sein und kann nicht einfach von einem Römer bewaffnet werden.

Ein Taucheranzug mit Soda Lime CO ₂ -Extraktor könnte funktionieren, aber das habe ich nicht behandelt.

Wasserdruck

Die Römer konnten sicherlich Schiffe bauen. Es macht Sinn, dass ein römischer Schiffsbauer ein vage U-Boot-artiges Unterwasserschiff bauen könnte. Da das Schiff jedoch unter Wasser stehen wird, muss es einem etwas höheren Wasserdruck standhalten. Wolfram Alpha sagt mir, dass der Druck 10 Fuß unter dem Meeresspiegel 130 kPa beträgt. Wie Mike Lin den Kommentaren erwähnt, würde sich ein Holzrumpf unter Wasser biegen und biegen, genau wie ein normaler Schiffsrumpf. Wenn sich der Rumpf biegt, öffnen sich die Nähte kurz und das U-Boot wird undicht. Auf einem gewöhnlichen Schiff wird dieses Wasser gepumptoder über Bord geschaufelt werden, aber auf einem U-Boot geht das nicht wirklich. Das U-Boot würde sinken und nicht mehr auftauchen können. Sie könnten das U-Boot aus einem "wasserdichten starren Ganzmetallrumpf" herstellen. Ich bezweifle, dass die Römer leicht ein hohles Metallstück in U-Boot-Größe gießen könnten. Das Schiff aus kleineren Metallplatten herzustellen, würde die gleichen Probleme mit sich bringen wie ein Holzschiff.

Manövrieren

Ein weiteres Problem wäre das Manövrieren. Moderne U-Boote tauchen, indem sie Wasser in spezielle Kompartimente leiten und an die Oberfläche gelangen, indem sie das Wasser aus diesen Kompartimenten entfernen (normalerweise durch Einpumpen eines Gases). Dies wäre für die Römer schwierig zu replizieren, da sie nicht über die für die Herstellung eines solchen Geräts erforderliche Feinmechanik verfügten und auch keinen Zugang zu Druckgas zum Spülen der Tauchkammern hatten.

Reibung überwinden

Haftungsausschluss: Dieser Abschnitt basiert vollständig auf meinem 10-Minuten-Google. Wenn Sie (der Leser) wissen, wovon Sie sprechen, dann habe ich kein Problem damit, dass Sie dies mit einer Bearbeitung verbessern. Hinweis Hinweis.

Eine Sache, die die anderen Antworten nicht abdecken, ist, dass es schwierig ist, sich unter Wasser zu bewegen . Diese Physics.SE- Frage und diese verlinkte Site geben hilfreich die folgende Gleichung an, um die auf Ihr U-Boot ausgeübte Widerstandskraft zu ermitteln:

Wir gehen davon aus, dass die Vorderseite des U-Bootes kugelförmig ist ( nehmen Sie ein kugelförmiges U-Boot in einem perfekten Vakuum an ... ) mit einem Radius von 2,5 Metern. Wenn ich die Tabelle aus dem zweiten Link richtig verstehe, dann ist der Luftwiderstandsbeiwert ($c_d$) des Rumpfes sollte etwa sein$1.1$(oder zwischen einem Menschen und einem Kabelbündel - was meine (sehr schlechte) Einschätzung für ein Holzsub ist).

Wir haben:
$c_d = 1.1$
$ρ = 1000$(Dichte der Flüssigkeit,$1000kg/m^3$für Wasser)
$v = 3.3$(Zielgeschwindigkeit,$m/s$, ~ 2-fache Schrittgeschwindigkeit)
$A = 2\pi2.5^2 = ~39.27m^2$(Bereich der U-Boot-Vorderseite)

Was uns gibt:

Selbst wenn meine Berechnung unverschämt falsch ist ( das muss es sein ), glaube ich nicht, dass ein einzelner Römer oder eine kleine Gruppe von Menschen in der Lage wäre, das U-Boot mit irgendeiner Geschwindigkeit anzutreiben.

Römische Schiffe hatten viele Ruder. Die Triere zum Beispiel hatte 170 Ruderer. Wenn wir alle 170 in das oben beschriebene U-Boot stecken, müssten sie jeweils 615 N Kraft aufwenden, um eine Geschwindigkeit von$2.2 m/s$dh: etwas mehr als Schrittgeschwindigkeit.

Luft

Mit 170 Mann an Bord braucht Ihr Schiff viel Luft. Ich glaube nicht, dass die Römer Druckluft haben konnten, zumindest nicht mit dem erforderlichen Druck. Soda Lime könnte einigen Leuten reichen: ( Zitat aus meinem frühen Entwurf )

Wie die anderen Antworten gezeigt haben, ist das Entfernen von CO ₂ aus dem Schiff Ihr Hauptanliegen, und Sie können dies mit Natronkalk tun , der aus Calciumhydroxid (Kalkwasser, zu dem die Römer Zugang hatten) und Natriumhydroxid (auch bekannt als Natronlauge ) hergestellt wird , auch bekannt als Lauge). Die Herstellung von Atemkalk liegt in Reichweite der Römer.

Aber mir wurde klar, dass das mit 170 Mann nicht ausreicht. Sie benötigen entweder einen Trichter und einen Blasebalg für Luft (besser einen großen Trichter) oder viel Atemkalk.

Bewaffnung

Die Triere verließ sich auf Geschwindigkeit, um feindliche Schiffe zu rammen , da die Römer keine Kanonen oder andere praktische Ziel- und Schusswaffen hatten. Einige Schiffe hatten Trebuchets. Rammen kommt für das U-Boot nicht in Frage, ebenso wie Unterwasser-Trebuchets, so dass die Bewaffnung für Ihren römischen General schwierig, wenn nicht sogar unmöglich sein wird. Dronzweist in den Kommentaren darauf hin, dass eine Unterwasser-Balliste verwendet werden könnte, ohne Umschweife. Dies ist möglich, aber die Leistung der Balliste wird durch Wasser beeinträchtigt, sodass die Endgeschwindigkeit und -kraft jedes Bolzens begrenzt wäre. Es wird immer noch schwierig sein, das U-Boot zu bewaffnen.

Schauen Sie sich auch das Tauchsystem von Leonardo an ( siehe auch hier ).

Während seiner Arbeit in Venedig, der „Wasserstadt“, entwarf da Vinci im Jahr 1500 seine Tauchausrüstung für Schleichangriffe auf feindliche Schiffe unter Wasser. Der Taucheranzug aus Leder war mit einer taschenartigen Maske ausgestattet, die dem Taucher über den Kopf gezogen wurde. An der Maske waren um den Nasenbereich herum zwei Rohrrohre befestigt, die zu einer auf der Oberfläche schwimmenden Taucherglocke aus Kork führten.

Luft wurde von der Öffnung der Röhren zum Taucher darunter geliefert. Die Maske war auch mit einem ventilbetriebenen Ballon ausgestattet, der aufgeblasen oder entleert werden konnte, damit der Taucher leichter auftauchen oder sinken konnte. Darüber hinaus enthielt die Erfindung der Tauchausrüstung von Leonardo da Vinci einen Beutel, in den der Taucher urinieren konnte.

Die Fernsehsendung, die ich gesehen habe, wo sie gebaut und es ausprobiert haben (Korrektur eines absichtlichen Fehlers in der Zeichnung), stellte fest, dass der schwimmende Teil ein Luftreservoir halten würde, wenn er vollständig unter Wasser gezogen würde. Soldaten konnten sich beim Schnorcheln bewegen und für den endgültigen Anflug vollständig tarnen oder für ihre Arbeit tief tauchen. (Siehe diesen Video- Timecode 3:50 für das "Pull Under"-Konzept, von dem ich spreche.)

Das könnte von Römern hergestellt und als Infanterie eingesetzt werden. Der Schwimmer/Reservoir entwickelt sich mit größeren Luftblasen und gemeinsamen Schnorchelbojen, die sich selbst in kleine Wasserfahrzeuge verwandeln, zu einer verlängerten „All-under“-Zeit.

Stellen Sie sich den interessanten Unterschied zu Ihrem Standard-U-Boot-Konzept mit geschlossenem Rumpf vor: Taucher breiten sich aus oder werden in einem offenen Rahmen zum und vom Standort gesammelt, anstatt in einer geschlossenen Dose.

Da diese Technologie sicherlich auch für Bauprojekte verwendet werden würde (wie Casons und Glocken schließlich in unserer Zivilisation waren), ist es plausibel, dass sie herausfinden könnten, dass das Tragen von Kalk die Luft länger gut hält. Die Armee war auch das Ingenieurkorps und würde Dämme und Häfen bauen sowie die des Feindes zerstören. Da sie mit der Unterwasserausrüstung vertraut sind, könnten sie natürlich versuchen, so etwas wie Casons oder Glocken für effiziente Bauarbeiten zu verwenden, um länger auf der Baustelle zu bleiben: Es ist nur das überdimensionale Pull-Under-Resovour, das mit Seilen und Gewichten suken wird. Das weiterentwickelte Konzept eines nicht versiegelten Wasserfahrzeugs, das vom Schwimmer/Beutel für einen Benutzer abstammt, ist im Wesentlichen eine mobile Taucherglocke.

Sie würden Zement und Ziegel und dergleichen in der Glocke tragen, würde ich denken, denn dafür verwenden sie sie. Und sie könnten feststellen, dass Zement (Branntkalk ist der Hauptbestandteil) die Luft länger hält.

Die einzige Komponente, die 100 v. Chr. nicht erhältlich war, ist das Kristallglasfenster. Ohne eine Quelle für hochwertiges Klarglas einzuführen, müssten Sie sich etwas anderes überlegen. Vielleicht haben sie winzige durchsichtige Glas- oder Quarzstücke gefunden und einfach Gucklöcher gemacht, oder sie haben nicht den ganzen Kopf bedeckt, sondern ein Mundstück wie den heutigen Schnorchel verwendet.

Die Römer waren in der Lage, große Metallstrukturen zu gießen. Sie KÖNNEN große Metallteile auf Sand gießen, indem Sie ein Loch in den Boden graben und ein Stück Wachs als Form verwenden. Wenn wirklich benötigt, ist dieser Teil nicht so schwer. Eine große Bronzeglocke unterscheidet sich nicht allzu sehr davon. Aber das Problem mit der Technologie ist, dass Sie das tun, was Ihrer Meinung nach in Ihrer Reichweite ist. Mit einem Römer über den Bau eines Unterwasserschiffs zu sprechen, ist, als würde man einen mittelalterlichen Mann bitten, in die Hölle zu fahren. Er wird es nicht akzeptieren.

Sie können eine große geschlossene Glocke verwenden, um unter Wasser zu gehen. Da Sie keine Druckluft haben, können Sie Ballasttanks nicht zur Kontrolle der Tiefe verwenden. Sie haben zwei Möglichkeiten: Binden Sie Ballastgewichte über Kabel an Ihren Rumpf, deren Länge Sie steuern können. Wenn die Ballastgewichte den Boden berühren, hört Ihr U-Boot auf zu tauchen (die Glocke ist weniger dicht als das verdrängte Wasser), gibt ihm Länge und Ihr U-Boot steigt usw. Die andere Möglichkeit besteht darin, zwei Schwimmer über Wasser zu halten und Ihr U-Boot daran zu binden. Die erste Option ist riskant, Sie wissen (noch) nicht, wie tief der Ozean ist, die andere Option hält ein Ziel die ganze Zeit sichtbar. Wenn die Schwimmer aus Bronze oder einem anderen starken Metall bestehen und Sie nachts angreifen und sie schwarz gestrichen sind, hat Ihr Ziel möglicherweise keine Möglichkeit, seine Annäherung zu erkennen.

Der realistischste Ansatz besteht darin, Taucher einzusetzen und Schiffe im Hafen anzugreifen.