Wie würde eine planetengroße Computerleistung Strom erhalten?

Stellen Sie sich vor : Eine Kardashev-Zivilisation vom Typ I lebt hauptsächlich auf einem Planeten, der der Erde analog ist, mit einem Mond, der dem Erdmond entspricht. Schließlich wird die Gesellschaft so komplex, dass Maschinen, die den Raum füllen, zu einem ernsthaften Problem werden: Die wachsende Weltbevölkerung braucht mehr Nahrung als Maschinen, aber sie möchte immer noch beides mit dem Raum, der ihr zur Verfügung steht, in Einklang bringen.

Ihre Lösung: Bau eines todessternähnlichen Objekts, ungefähr so ​​groß wie ihr existierender Mond, im Orbit. Seine Funktion besteht darin, alle für die Zivilisation erforderlichen Berechnungen durchzuführen, und noch einige mehr; Es übernimmt die gesamte Speicherung von Daten und anderen Dingen, auf die der Planet drahtlos zugreifen kann, um Platz für Ackerland und Wohngebiete zu Hause zu schaffen.

Lassen Sie uns ignorieren, sofern dies nicht erforderlich ist:

  • Wie ein solches Objekt konstruiert wird. Nehmen wir an diesem Punkt im Leben der Zivilisation einfach an, dass der Bau plausibel ist.
  • Woher die Ressourcen für den Bau kommen. Gehen Sie davon aus, dass alle notwendigen Materialien relativ einfach aus dem inneren Asteroidengürtel beschafft und transportiert werden können. Irgendwie.
  • Warum es so groß sein muss. Angenommen, diese Zivilisation plant, sich für die kommenden Jahrhunderte oder Jahrtausende auf dieses Objekt zu verlassen, also bauen sie es mit weitaus mehr Rechenleistung, als sie derzeit benötigen.

Aber lassen Sie uns Folgendes nicht außer Acht lassen:

Wie würde ein solches Objekt in diesem Szenario realistischerweise Strom erhalten?

Beachten Sie, dass diese Methode auf oder innerhalb des Satelliten sein sollte, dass sie das gesamte Volumen der Kugel mit Strom versorgen sollte und dass es eine Möglichkeit geben sollte, ihre Auswirkungen auf die Maschinerie zu reduzieren, wenn sie Wärme erzeugt.

„Warum sollte eine Zivilisation so etwas bauen?“ ist keine gute Frage für diese Seite. Für zukünftige Referenzen siehe die Sandbox auf der Worldbuilding-Meta- Site.
Sie haben hier mehrere Fragen, von denen einige möglicherweise nicht direkt beantwortet werden können. Zum Beispiel, wie es aufgebaut wäre. Wir wissen es nicht. Ein Objekt, das groß genug ist, um eine eigene Oberflächengravitation zu haben, ist nichts, wofür wir die technische Lösung haben: Alle bekannten Baumaterialien verhalten sich auf diesen Skalen wie Flüssigkeiten (tldr: deshalb ist die Erde rundlich).
@JDługosz Vielen Dank für das Feedback. Ich habe ausdrücklich gesagt, dass ich das aber nicht wissen muss. Ich möchte nur Ideen für andere Aspekte dieses Mondes. Bitte lesen Sie die ganze Frage.
@Draco18s Danke für das Feedback, aber darum habe ich nicht gebeten. Das steht unter "Dinge, die mich nicht interessieren", und die eigentliche Frage ist eine ganz andere.
Trotzdem sind es fünf Fragen in einer und Dinge wie „Erhalten und reparieren Sie sich effektiv wie ein lebender Organismus“. sind nicht zu beantworten, ohne zu wissen, wie es überhaupt gebaut wurde. Abgestimmt, um als zu breit gehalten zu werden. Reduzieren Sie es bitte auf eine Frage, wir können es nicht vollständig für Sie entwerfen.
@Mołot Vielen Dank für Ihr Feedback, ich habe jetzt die weniger wichtigen Ideen herausgeschnitten und werde später in anderen Beiträgen nach diesen fragen. Es sollte jetzt viel fokussierter werden.
Wünschen Sie explizit 2 Objekte, oder ist es in Ordnung, wenn sich dieses Objekt auf dem Mond selbst befindet.
@MolbOrg Zwei explizit wären ideal, aber ich bin immer offen für Alternativen
FTL-Kommunikation ist also möglich oder es muss überhaupt keine Berechnung in (nahezu) Echtzeit durchgeführt werden?
Vielleicht interessieren Sie sich allgemein für transhumanist.com/volume5/Brains2.pdf . Das Papier untersucht die Einschränkungen, die durch Energieverbrauch, Wärmeerzeugung, Signalgeschwindigkeit, (theoretische) Informationsdichte in Materie usw. auferlegt werden.
Übrigens denke ich, dass eine Zivilisation, die einen Computermond baut und mit Strom versorgt, keine Kardashev-Typ-I-Zivilisation mehr ist, da wahrscheinlich mehr Energie benötigt wird, als ihren Planeten erreicht (um den Planeten und den Mond mit Strom zu versorgen ) . Die Antwort von Andreas zeigt dies, indem er eine Dyson-Sphäre vorschlägt, das typische Typ-II-Zivilisationsgerät.
Verfügt Ihre Zivilisation über FTL-Kommunikationstechnologie? Der Erdmond ist etwa 1,2 Lichtsekunden von der Erde entfernt. Das ist eine ziemlich erhebliche Latenz. Ich möchte sicherlich nicht 2*1,2 Sekunden warten müssen, um die Ergebnisse für alle Rechenoperationen auf meinem Computer zu erhalten.
Können wir einfach mit einer Dyson-Sphäre gehen?
@ Cursed1701 Eine Reihe von Antworten und anderen Kommentaren sprechen dies bereits an - die Antwort lautet nein, da die Energie nicht sicher zum Satelliten gelangen konnte
Ich wollte den Standpunkt von @ Ajedi32 betonen, um realistisch zu sein, müssen Sie entweder eine "plausible" Erklärung für Latenzprobleme haben (2,4 Sekunden für jedes Ergebnis sind LANGSAM: siehe "ansible" in Ender's Game) oder Sie müssen noch über geringe Rechenkapazitäten verfügen auf der Erde (vielleicht nur tragbare Geräte), die die einfachsten Anfragen bearbeiten würden.
Die Stromversorgung ist keine große Sache. Die Hitze loszuwerden ist viel schlimmer. Es ist nicht einfach, eine Wärmepumpe im Vakuum zu bauen :)
Warum bauen Sie es mit mehr Rechenleistung, als Sie derzeit benötigen? Du wirst immer mehr brauchen . Ich denke, es ist realistischer, dass sie manchmal dorthin reisen, alte Technik entfernen und durch neue Technik ersetzen. Einige Teile mögen wirklich alt sein, andere wirklich neu, aber es wird trotzdem einen einzigen riesigen Computer bilden

Antworten (7)

Ich mag Ihre ursprüngliche Formulierung mehr, da sie einige Ihrer Gedanken zu einer solchen Konstruktion zeigt.

a) Kollisionen verhindern

  1. Sie können diese Struktur auf dem Mond selbst bauen.

  2. Wenn Sie es in einem niedrigeren oder höheren Orbit bauen, dauert es Ewigkeiten, bis eine Kollision stattfindet, falls überhaupt. Es gibt viel Platz zwischen Planet und Mond, wo eine solche Konstruktion vollkommen in Ordnung ist.

  3. Bauen Sie es in der gleichen Umlaufbahn wie der Mond, aber auf der gegenüberliegenden Seite der Erde. Es wird einige Positionskorrekturen erfordern, aber was die Materialien betrifft, sollte es kein Problem sein. (Machen Sie es genauso, als würden Sie Materialien zur Mondstation transportieren.)

b) Macht

Solarstrom ist eigentlich keine schlechte Wahl, da es Ihnen in erster Linie um die Innenraumtemperatur geht. Solarenergie liefert die gleiche Größenordnung an Energie wie die Abwärme, die Sie von Ihrer Station abstrahlen können.

Solar ist zuverlässig; Es wird lange funktionieren, wird Ihre Station nicht in die Luft jagen und ist ein konstanter, stetiger Energiefluss.

Sie irren sich, wenn Sie sagen, dass die Station in einem zu spitzen oder zu stumpfen Winkel steht, um sie effektiv mit stationären Sonnenkollektoren zu verwenden . Die Station soll mit Winkelgeschwindigkeit 2 rotieren π rad pro Jahr, so dass es mit einer Seite der Sonne zugewandt ist (es wird kleine Störungen, Parallaxen, eine nicht perfekt kreisförmige Erdumlaufbahn geben, und die Konstruktion sollte den Erdschatten vermeiden, indem sie Umlaufbahn -> Umlaufzeit wählt).
Für die meisten Umlaufbahnen (für Umlaufbahnen mit einer Neigung von mehr als wenigen Grad) wird es 2 Mal pro Jahr geben, wenn der Erdschatten einen kleinen Abschnitt dieser Umlaufbahn bedeckt, und die Station sollte für diese Zeit nicht dort sein. Also sollten wir Sonnenfinsternisse einfach vermeiden, aber das ist eigentlich eine seltene Situation und keine sehr lange Dauer, wie wir sie auf Mondbeispielen sehen können, und es ist möglich, sie zu vermeiden, falls wir Orbit und Phasenwinkel unserer Station darauf einstellen umkreisen und einige Mittel haben, um die Umlaufbahn ein wenig zu korrigieren.

Wenn Sie thermonukleare Energie haben - großartig, aber um die Menge an Energie zu übertreffen, die Sie von Solarenergie erhalten, benötigen Sie einen großen Heizkörper, der fast so groß ist wie Sonnenkollektoren für die gleiche Stromerzeugung. Thermonuklear kann effizienter sein, wenn Radiatoren bei höheren Temperaturen arbeiten können (weil das heiße Ende des thermonuklearen Reaktors Millionen von Kelvin beträgt).

  • Die Temperatur des heißen Endes des thermonuklearen Reaktors beträgt Millionen Kelvin, die Temperatur des Plasmas, bei der die Reaktion stattfindet. Wenn das kalte Ende also 10000 K beträgt, kann der potenzielle Wirkungsgrad 99,99% betragen, und 10000 K des Strahlers (Plasmakugel, die im Magnetfeld enthalten ist) strahlen ab 10000 mehr Energie als 1000K Strahler. Der Wirkungsgrad von TR wird nicht 99,99% betragen, hauptsächlich weil wir nicht in der Lage sind, alle Arten von Energie, die im Prozess freigesetzt wird - Neutronen, Gamma, Myonen - bei dieser Temperatur (Millionen Kelvin) umzuwandeln, wie wir es mit Plasma tun können. Und Energie, die auf eine Weise freigesetzt wird, die wir nicht effizient nutzen können, kann einen erheblichen Teil der Gesamtenergie ausmachen, sie unterscheidet sich für verschiedene Reaktionen, aber sie macht 10 Prozent davon aus.

c) Temperatur und Leistung

  • Generator : Die Temperaturen der heißen und kalten Reservoirs Ihres Stromerzeugungssystems definieren den Carnot-Wirkungsgrad: Effizienz = T h Ö t T c Ö l d T h Ö t

  • Strahler : Der Wärmestrahler arbeitet mit Schwarzkörperstrahlung. Die Leistungsemission eines schwarzen Körpers folgt dem Stefan-Boltzmann-Gesetz, Q = σ T 4 , wo σ = 5.67 × 10 8 W m 2 K 4 , wo T ist die Kühlertemperatur.

  • Nehmen Sie eine gewünschte Innentemperatur von 300 K an

Für die Solarstromerzeugung T h Ö t beträgt etwa 6000 K als Maximum; Wenn das Kältereservoir 1000 K beträgt, beträgt der maximale Wirkungsgrad etwa 83 Prozent. Wenn die Temperatur des Heizkörpers 1000 K beträgt, emittiert er 56700 W von jedem Quadratmeter Oberfläche. Für jedes produzierte 1 MW Strom sollten Sie ungefähr 3,62 haben m 2 des Heizkörpers und etwa 245 m 2 des Sammlers.

Ein zweiter Satz Heizkörper wird verwendet, um Wärme abzuleiten und die internen Strukturen des Systems zu kühlen, wobei wir diese 1 MW Elektrizität (die schließlich 1 MW Wärme erzeugt) verwenden, um einige Berechnungsarbeiten durchzuführen. Angenommen, die Kühlmitteltemperatur beträgt etwa 300 K (wie die Innentemperatur) am Eingang des Kühlers und 250 K Kühlmittel am Ausgangsende vom Kühler zurück in das interne System, dann beträgt der durchschnittliche Energiefluss vom Kühler: j = σ 5 300 5 250 5 300 250 330 W / m 2

  • 1/5 kommt von der Integration σ T 4 Δ T , es ist eine Art durchschnittlicher Fluss vom Kühler über die Oberfläche dieses Kühlers, aufgrund von Temperaturänderungen von 300 K auf 250 K auf der Kühleroberfläche. Wir pumpen den Wärmeträger mit 300 K in den Heizkörper und geben ihn mit 250 K zurück. Der Kühler hat heißere Zonen und kühlere Zonen. Und wenn wir einen Heizkörper haben, der in 50 Zonen (für jeweils 1 K) mit gleicher Oberfläche für jede Zone unterteilt ist, ist die durchschnittlich emittierte Energie das Integral, das durch die Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeträger, den wir ein- und auspumpen, geteilt wird.

  • Das Ergebnis ist nur eine Annäherung und beinhaltet keine anderen Effekte, die dort vielleicht gut zu berücksichtigen sind - wie die Wärmekapazität ist keine strikte Konstante und wenn der Wärmeträger die Phase Gas-Flüssigkeit-Feststoff ändert. Der Wärmeträger kann ein fester Gegenstand sein, den Sie nur physikalisch als festen Gegenstand bewegen. Diese Details hängen von der jeweiligen Ausführung und Konstruktion des verwendeten Kühlers und Wärmeträgers ab.

  • Auch verwende ich hier und in anderen Berechnungen unten 1 Seite des Strahlers, aber für flache Strahler ist es möglich, beide Seiten zu verwenden (beide Seiten emittieren Energie, es ist irgendwie mein Fehler, weil ich an kugelförmige emittierende Oberflächen gewöhnt bin), also für Flachheizkörper 1/2 Fläche meiner Berechnungen möglich.

  • freundlicherweise hinzugefügt von kingledion Obergrenze für die Dicke des Kühlergehäuses aus Aluminium.

    Um diese Wärmeübertragung zu unterstützen, benötigen Sie einen ausreichenden Wärmefluss in Ihrem Heizkörper. Unter der Annahme eines Aluminiumkühlkörpers (Wärmeleitfähigkeit k = 205 W m K ), dann unter Verwendung des 1-d-Fourier-Gesetzes 330 W m 2 = 205 W m K d T d x , d T d x = 1.6 K m = 50 K x , so dass der Heizkörper nicht dicker als 31 Meter sein darf oder der Wärmefluss zu gering ist. Wärmefluss ist kein Problem.

Für jedes 1 MW Strom, das in der Station verbraucht wird, benötigen Sie etwa 3030 zusätzliche Quadratmeter Heizkörper. Sie können eine aktive Kühlung verwenden und haben eine höhere Kühlertemperatur und damit weniger Oberfläche. Mit 600K erhalten Sie eine 16-fache Reduzierung der Heizkörperoberfläche, aber die Gesamtenergieeffizienz des Systems sinkt.

Die Wärmeabstrahlungseffizienz dieses Systems ist bereits ein Problem. Bei einer Radiatortemperatur von 1000K kann die Oberfläche einer Station von der Größe des Mondes 56700 ausstoßen W / m 2 . Und für jeden Quadratmeter Oberfläche gibt es 580000 Kubikmeter Volumen in einer "Todesstern"-ähnlichen Kugel, wo diese 1 MW Energie genutzt werden kann. 56700W gebraucht da ist buchstäblich nichts, da eine 1x1x2 Meter Box Server locker 10kW verbrauchen kann. Um dieses Volumen effizient zu nutzen – sagen wir 1 kW pro Kubikmeter Volumen – sollte die Oberfläche Ihres Heizkörpers etwa 10000-mal größer sein als die gesamte Oberfläche Ihrer Mondstation.

Diese Volumeneffizienz ist der Grund, warum es keine schlechte Idee ist, auf dem Mond selbst zu bauen, da Sie kaum das gesamte Volumen einer Kugelstation benötigen würden. Sie könnten eine 50-100 Meter dicke Schicht mit einem heißen Strahler (1000 K) und eine etwa 1 Meter dicke Schicht mit einem 300 K-Strahler verwenden, die den Mond bedeckt.

Sie könnten dieses Problem immer noch lösen und 1 kW pro Kubikmeter Volumen packen, aber die Kühlergröße wird riesig sein. Falls es sich um eine andere Kugel handelt, sollte sie einen Radius von 173000 km haben (was sich auf halbem Weg vom Mond zur Erde erstrecken würde; oder 2,5 der Größe von Jupiter). Wenn es sich um eine Scheibe handelt, muss der Radius doppelt so groß sein: 346000 km. Und das ist, wenn die Strahlertemperatur 1000 K beträgt, ist sie bei 300 K 13-mal größer, sowohl für die Kugel als auch für die Scheibe.

d) Selbstreparatur

Die Station würde mit der gleichen Technologie repariert, mit der Sie sie gebaut haben. Wenn wir den Strahler in Mondgröße betrachten, werden es 37,6 Millionen Quadratkilometer einer 1-100 Meter dicken Struktur sein. Also sollten Sie dort wahrscheinlich einen Ersatz für menschliche Arbeit verwenden, wahrscheinlich müssen 100% davon durch eine Art automatisches Gebäudeproduktionssystem ersetzt werden. Denn selbst wenn Sie für 99 % der Arbeiten (einschließlich Teleoperation) automatische Baumaschinen verwenden und immer noch 1 % der Arbeiten nicht aus der Ferne erledigen können, ist die Situation ähnlich wie bei Menschen, die 376.000 km bauen müssen 2 von ihnen selbst und es entspricht in etwa dem Bau von 300 Städten mit jeweils 5 Millionen Einwohnern, es braucht viele Arbeitskräfte (Arbeitskräfte) von Hunderten von Millionen Menschen, sie werden lebenserhaltend und alle möglichen Dinge brauchen, die Menschen brauchen, also müssen sie leben dort um Hunderte von Millionen. Und diese Situation wird unvereinbar sein mit der Begründung, den Weltraum auf der Erde freizugeben, da es offensichtlich zeigt, dass Menschen mit diesem technologischen Niveau im Weltraum leben können.

Verwenden Sie einfach Blöcke, produzieren Sie sie und ersetzen Sie sie, wenn sie kaputt sind, und recyceln Sie kaputte. Wenn Sie dort einen Menschen verwenden, wird Ihre gesamte Idee, diese Sache zu tun, von vornherein ruiniert.

Es sind andere Optionen möglich, aber Sie müssen immer noch ein Programm für Wartung und Reparatur haben (auch bekannt als Software- und Hardwarelösungen): Es repariert sich nicht selbst, wenn der Entwickler diesen Prozess nicht als Teil des Systems entwickelt hat. Der Konstrukteur muss auswählen, welche Technologien für die Reparatur verwendet werden sollen. Nanomaschinen, Mikromaschinen, Makrostoffe und Roboter könnten alle verwendet werden, aber dies wäre die gleiche Technologie, die Sie zum Bau der Station verwendet haben.

Einfachster Algorithmus zum Reparieren, nur Abriss des alten Blocks und Einbau eines neuen an dieser Stelle.

e) Eigene Schwerkraft

Ich werde den YouTube-Kanal von Isaac Arthur , die Megastructures- Wiedergabeliste, die ersten 6 Videos (wie sie in den Titeln nummeriert sind) oder das 5. Shell Worlds empfehlen , wenn ich mich richtig erinnere.

Achten Sie auf aktive Stützstrukturen, was sind ihre Fähigkeiten. Die Schwerkraft des Körpers ist dort also kein großes Problem (Körper als Mond).

  • Kurz gesagt, man kann eine Schichtstruktur aufbauen, die von aktiven Stützstrukturen unterstützt wird (sie funktionieren genauso wie eine Startschleife , die über der Erdatmosphäre aufgehängt werden kann). So kann jeder Stress, der durch die Schwerkraft des Körpers selbst entsteht, auf diese Weise kompensiert werden.

  • Diese aktiven Strukturen können verwendet werden, um Energie in der Station zu übertragen und Wärme von der Station zu übertragen.

  • Die in dieser Antwort verwendete Technologie kann verwendet werden, um Probleme mit Ihrer Station zu lösen (da sie in der Lage ist, eine aktive Stützstruktur zu implementieren, und tatsächlich als Antwort verwendet wird).

    Das Problem bei dieser Lösung ist, dass Sie Ihre Station nicht explizit bauen müssen, aus den von Ihnen genannten Gründen: für die zukünftige Nutzung und um Platz auf der Erde freizugeben. Aber eine solche Station kann aus anderen Gründen existieren, zum Beispiel - wir brauchen nur einen großen Computer. ( Ed-Anmerkung: unklar, bitte klären - überwältigte Lösungen für die Bedürfnisse / Gründe der Operation: Auf die gleiche Weise ist es möglich, alles von der Erde in den Weltraum zu bewegen (Produkte, Menschen, Tiere), jedes Jahr eine neue Erde mit Jupiter-Materie zu bauen usw. Problem wird nicht existieren, oder wird eine völlig andere Lösung haben. Aber Raw-Rechenleistung ist immer ein guter Grund, wo zu verwenden ist kein Problem, Problem ist, genug zu haben)

Motivation ist ein großes Problem in Ihrer Frage, aber ich betrachte das auch als eine Sache, die man ignorieren sollte, zusammen mit Problemen, wie man Materialien bekommt, wo man Energie bekommt, welche Technologien zum Bauen verwendet werden usw.

In Bezug auf Schwerkraft- und Systemeffekte - wenn die Erde 2 Monde derselben Masse hat, hat dies keine Auswirkungen auf das Sonnensystem und keine großen Auswirkungen auf die Erde (es wird einige geben, Gezeiten werden erheblich reduziert, wie sich die Atmosphäre verhält (Windkarten können sich ändern )).

Wenn Sie die Station jedoch nach L1 verschieben und das L1-Instabilitätsproblem lösen (z. B. durch Lösen und Zusammenziehen von Gegengewichten, die Teil der Station selbst sein können, wie Kerne und Strahler), betragen die Schwerkraftkräfte von diesem Körper 4% im Vergleich zum Mond Kräfte, mit denen alle Auswirkungen, die dieser Körper auf die Erde haben könnte, einschließlich Gezeitenproblemen, erheblich reduziert werden.

Aber angesichts der Heizkörperprobleme, wenn die Größe der Struktur dadurch begrenzt ist, dass die Größe der Heizkörper gleich der Mondoberfläche ist, dann wird die Masse der gesamten Konstruktion unbedeutend sein, 0,00X% der Mondmasse - und es wird keine Auswirkungen auf die Erde haben.

Kritik

Kurz gesagt, wenn Sie die im ursprünglichen Beitrag genannten Probleme haben, ist es sehr schwierig, sowohl auf der Erde zu bleiben als auch diese Station zu bauen. Es werden beträchtliche Mengen an im Weltraum erzeugter Energie, bewegten Materialien usw. benötigt. Wenn Sie dies bereits tun können, ist es möglicherweise einfacher, Weltraumlebensräume zu bauen, die frei von vielen Einschränkungen sind, einschließlich der von Ihnen erwähnten.

Ich bin beeindruckt und verblüfft von diesem Gedanken. Das ist sehr, sehr hilfreich! Danke @MolbOrg
@Zxyrra kein Problem, große Konstruktionen im Weltraum sind mein Sweetspot.
@Zxyrra und schauen Sie sich wahrscheinlich "Diskworld" an, dies ist das 6. Video in der Wiedergabeliste - es ist möglicherweise eine bessere Form für Ihre Station als die Kugel, da Sie mehr Oberfläche als Volumen benötigen. Kugeln sind gut für die entgegengesetzte Situation.
Ich habe diesen Beitrag aus Gründen der Übersichtlichkeit stark bearbeitet. Lassen Sie mich wissen, wenn ich etwas falsch geändert habe. Ich habe einige Notizen für Dinge hinterlassen, die ich nicht verstanden habe. Ich habe mir auch die Freiheit genommen, das Fouriersche Gesetz für den Wärmefluss hinzuzufügen: Ein Aluminiumheizkörper würde problemlos alle Ihre Wärmeabfuhranforderungen im Bereich von 250 bis 300 K erfüllen.
@kingledion danke, deine Änderungen werden von mir sehr geschätzt und sind nützlich für mich. Ich habe einige Klarstellungen hinzugefügt und an einigen Stellen Aufzählungslisten umgekehrt (bewahre Randnotizen lieber als Aufzählungslisten auf, sie werden als Notizen und Klarstellungen verwendet, sind aber nicht so wichtig oder Hauptteil der Antwort, sodass sie leicht übersprungen werden können).
@kingledion Über Heizkörper, ja, das ist dir aufgefallen, du bedenkst verschiedene Modelle davon, als ob sie Teil der Hülle der Station wären, was nicht unbedingt der Fall ist, insbesondere wenn ihre Oberfläche viel größer ist als die Oberfläche des Kerns. Es ist ein großes Thema für sich. (2 Seiten) 120000 km Scheibe, 5.2e+21 J zum Ableiten. Aber wenn Kühler und Kern dasselbe sind, was es angesichts der Schwierigkeiten beim Bewegen des Kühlmittels wahrscheinlich sein sollte, dann ja, und dieser Absatz könnte vollständig durch Ihre Berechnungen ersetzt werden. Ich hatte gerade ein anderes Modell, das ohne geeignete Technik wahrscheinlich zu schwierig zu machen ist.

Konzentrieren wir uns auf die Frage "Wie erhält es Strom", wie Sie möchten :)

Ich schlage vor, eine Dyson Sphere zu verwenden . Es ist die zuverlässigste und leistungsfähigste Energiequelle, die Sie in unserem Sonnensystem erhalten können. Wenn das nicht das ist, wonach Sie suchen, warum bauen Sie nicht ein paar Fusionskraftwerke in Ihren Todesstern? Wenn diese Technologie nicht verfügbar ist, werden auch Kernkraftwerke ausreichen. Und wenn sie auch nicht das sind, was Sie brauchen, können Atombatterien für eine laaaange Zeit niedrige Energieniveaus erzeugen (iirc, es gibt radioaktive Materialien, die Energie für 17.000 Jahre und mehr liefern können). Sie werden jedoch viele davon benötigen.

Was auch immer Sie tun, keine Energiequelle kommt ohne Wartung aus, und angesichts von Dingen wie dem Moores Law muss Ihr Computer ohnehin ständig aktualisiert werden. Außerdem ist die Strahlung im Weltraum für Computerteile nicht freundlich, was eine umfassende Abschirmung und den Austausch defekter Teile erfordert. Ich bin mir also ziemlich sicher, dass Ihr Mond voller Leute sein wird, die den Computer warten und daran arbeiten.

Eine Dyson-Sphäre wäre normalerweise großartig, aber da dies ein Satellit im Orbit um einen Planeten ist, wäre es für Energie aus dieser Sphäre schwierig, ihr Ziel zu erreichen. Fusion hingegen wäre ideal, aber würde die thermische Energie einer so großen Anlage nicht die Maschinen zum Schmelzen bringen? Mit anderen Worten, kann es in diesem Umfang auch mit fortschrittlicher Technologie kontrolliert werden?
@Zxyrra-Fusionsanlagen verwenden starke Magnetfelder, um das superheiße Plasma an Ort und Stelle zu halten. derzeit sind diese felder bis zu 10 tesla stark, da braucht man natürlich etwas abstand zwischen den kraftwerken und den computern. Das Wärmemanagement wird ein Problem sein, aber ich denke, in Ihrem mondgroßen Computer ist mehr als genug Platz, um Kraftwerke von Berechnungen zu trennen. Unterschätzen Sie auch nicht den Stromverbrauch und die entstehende Abwärme von Computern. Im Weltraum ist es ein Problem, Wärme abzuführen, und Ihr System benötigt sowieso sehr aufwendige Kühlsysteme :)
Zum Thema Wärmeableitung sollten Sie Ihren Computer möglicherweise besser weit von der Sonne entfernt aufstellen. Sie müssen es nicht unnötig behindern, indem Sie es auf die gleiche Temperatur wie die Erde bringen. Ich gehe davon aus, dass 1. Sie hohe Rechenaufgaben darauf ausführen werden, denen ein paar Minuten Latenz nichts ausmachen, und 2. da Sie die Technologie zum Abbau von Asteroiden haben, haben Sie die Technologie, um die Leute zur Station zu bringen Wartung.
@csiz Würde die Entfernung nicht die Datenübertragung zurück zum Planeten verlangsamen? Und was wäre, wenn es von der Sonne verdeckt würde, wenn es sich schneller drehte als der Planet der Zivilisation? etc
@csiz, aber wenn Sie es weiter weg bewegen - sagen wir in die Marsentfernung, erhalten Sie bereits einige Minuten Signalverzögerung. Ich würde davon ausgehen, dass dies den Zweck externer Berechnungen insgesamt übertrifft und es in 99% aller Fälle schneller macht, nur die Berechnungen auf der Erde durchzuführen. Das OP wollte, soweit ich es verstanden habe, dass alles im "Mond" aufbewahrt wird. Apropos Mond – Sie könnten Ihren Computer im Schatten der Erde oder des Mondes verstecken, um die Hitzeprobleme mit der Sonne zu verringern.
@Zxyrra Latenz würde definitiv in der Größenordnung von Minuten liegen. Aber ich glaube nicht, dass die Übertragungsgeschwindigkeiten langsamer wären. Erwägen Sie den Bau von Relaisstationen auf dem Weg, damit die Signalverschlechterung kein Problem darstellt. Dies würde auch Ihr Problem der fehlenden Sichtverbindung (Sonne im Weg) lösen.
@AndreasHeese das hängt davon ab, an welche Berechnungen OP gedacht hat. Ich stellte mir Probleme mit einer relativ einfachen Frage und Antwort vor, die wahnsinnig schwer zu berechnen sind; Beispiel: Hier sind 10 TB Algorithmus und Startdaten, simulieren Sie das Universum. Oder wenn sich die Datenquelle wie ein riesiger Supercollider auch im Weltraum befindet. Es gibt auch keine Umlaufbahn, in der Sie dauerhaft im Schatten bleiben können.
Wenn Sie mit "Atombatterien" RTG (Radioisotop-Wärmegenerator) meinen, ist dies keine wirklich gute Wahl, um wie Sie erwähnt viel Strom daraus zu ziehen. Da es mit Thermoelementen Strom erzeugt, hat es auch einen sehr geringen Wirkungsgrad und würde viel mehr Wärme erzeugen als ein normales Kraftwerk (bei gleicher Energieabgabe). Der Hauptvorteil von RTGs ist die zuverlässige Stromversorgung, da sie keine mechanischen Teile verwenden (sie könnten praktisch ohne Wartung für eine Lebensdauer von 10 Jahren gebaut werden, weshalb die NASA sie für zukünftige Marsmissionen in Betracht zieht).

Das gesamte Paradigma des massiven Maßstabs, des Umgangs mit enormen Mengen an Energie und der Ableitung von Wärme führt wirklich zu dem Schluss, dass Sie überhaupt kein mondgroßes Objekt wollen . Vielmehr müssen Sie das Volumen der Computergeräte, die Sie bauen möchten, nehmen und es über ein großes Volumen im Raum verteilen.

Dies hat eine Vielzahl von Vorteilen:

Zunächst einmal skaliert es schön. Jeden Tag kann Ihr Startsystem eine beliebige Anzahl von Computergeräten in den Orbit oder in den Weltraum bringen (dazu später mehr). Ihr System ist vom ersten Tag an verfügbar und lässt sich weiter skalieren, ähnlich wie das Hinzufügen von Racks zu den Serverfarmen von Cloud-Computing-Unternehmen oder riesigen Rechenzentren wie Amazon.com oder Google.

Zweitens kann jedes Element zur Energiegewinnung dem Sonnenlicht ausgesetzt werden. Sie müssen sich keine Sorgen um riesige Fusionsreaktoren, geothermische Zapfstellen, Kabelbündel und HF-Störungen aus dem elektrischen System machen, jeder Chip ist an einer kleinen Solarzelle befestigt, die Energie liefert.

Drittens wird die Carnot-Effizienz (über die MolbOrg in seiner Antwort sprach) extrem hoch sein, da jedes Element dem Weltraum ausgesetzt ist. Das heiße Ende ist die Solarzelle, die der Sonne ausgesetzt ist, während das „kalte Ende“ auf den Weltraum gerichtet ist und auf die Hintergrundtemperatur des Universums strahlt. Im äußeren Sonnensystem würden Sie realistischerweise auf einen unendlichen Kühlkörper mit einer Temperatur von 3K strahlen. Im inneren Sonnensystem ist die Hintergrundtemperatur etwas höher. (Das ist übrigens einer der Gründe, warum Solarzellen hier auf der Erde ihre Schwierigkeiten haben, die Temperaturunterschiede zwischen heißer und kalter Seite der Zellen sind sehr begrenzt).

Schließlich wird das tatsächliche Materialvolumen weit unter dem eines mond- oder planetengroßen Supercomputers liegen, da keine Stützkonstruktionen, Verkabelungen, Kühlkreisläufe, Kantinen für das technische Personal (oder Ladeschränke für die Roboter), Zugangstunnel usw. erforderlich sind Anders ausgedrückt, man kann das Volumen der tragenden Struktur abziehen und so viel Rechenleistung mit einem kleineren Budget haben, oder das gesamte Budget für Rechenelemente verwenden und eine viel größere Menge an Rechenleistung haben.

„Wow!“, sagen Sie, „wo bekomme ich so ein System her?“

Erstaunlicherweise basiert diese auf der Arbeit von Keith Lofstrom (Erfinder des Lofstrom Loop ), und er nennt diese Idee „ Server Sky “. Frühe Versionen können sich im Orbit um den Planeten selbst befinden, um das Konzept zu testen und eine geringe Latenzzeit zu gewährleisten (da die Elemente nahe beieinander und in der Nähe von Uplink-Punkten auf der Erde liegen). Später können diese Elemente zu den L4- und L5-Punkten verschoben (oder neue gestartet) werden, sodass Sie mit viel mehr Rechenleistung riesige Elementwolken im freien Raum haben können. Der "Server Sky" im Low Earth Orbit kann als Cache beibehalten werden, sodass Benutzer am Boden immer noch hohe Geschwindigkeiten erhalten.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Konzeptionelles Design eines einzelnen Server Sky-Elements

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Server Sky 1.1 in GEO, der rund um die Uhr über einem Punkt auf der Erde schwebt

Lofstrom schrieb einmal einen kleinen Artikel über Server Sky (den ich leider nicht abrufen konnte), in dem es um die ultimative Entwicklung des Systems ging, wobei ein Dyson-Schwarm von Billionen von Elementen die Umlaufbahn von Uranus um die Sonne teilte und nutzte den kalten Hintergrund des Weltraums, um ein hohes Maß an Effizienz im Computer- und Energieerzeugungssystem aufrechtzuerhalten. Sie können sich untergeordnete Server Sky-Wolken vorstellen, die an verschiedenen Lagrange-Punkten im gesamten Sonnensystem verstreut sind, oder einen künstlichen „Asteroidengürtel“, der als Speicher und Cache für die massive Server Sky-Wolke in den fernen Bereichen des Sonnensystems fungiert.

Dies ist also ein relativ einfaches, massiv skalierbares, modulares System, um die Ziele einer massiven Computerinfrastruktur für eine K1-Level-Zivilisation zu erreichen. In seiner voll entwickelten Form mit Elementwolken im tiefen Sonnensystem ist es ein Analogon von Dyson Swarms, ein Matrioshka-Gehirn zu erschaffen , das die gesamte Rechenleistung bereitstellen sollte, die ein einzelnes Sonnensystem benötigen könnte.

+1 für die Tatsache, dass Ihr Problem bei K1 weniger Ackerland und mehr Wärmeableitung ist, und für eine realistischere Computronium-Lösung. Dies weist auch den Weg hin zu einer K2-Zivilisation.
Gute Antwort. Mit 3K-Infinite-Kühlkörper ist das nicht so einfach. Potenziell ja, kein Problem. Praktisch nicht so einfach. Hier ist das Verjüngungsverhältnis des Schattenkegels wichtig. Ein Beispiel für dieses Problem finden Sie in dieser Antwort worldbuilding.stackexchange.com/a/46563/20315 . Wenn das CPU-Feld größer als 2,3 Lichtsekunden (größer als die Sonne) ist, kann diese Konstruktion einen unendlich langen Kühlerzylinder haben, oder in diesem Fall wird wahrscheinlich ein Zylinder mit einer Länge von 17 Lichtsekunden ausreichen. Wahrscheinlich ist das möglich und für kleine Konstruktionen muss ich darüber nachdenken, aber Schwärme von solchen Konstruktionen sollten spärlich sein, interessant.

Mein Bauchgefühl ist, dass Sie ein Paradigma aus den 1960er Jahren, den Mainframe, auf die ferne Zukunft übertragen. Wenn ich aktuelle Trends prognostiziere, stelle ich mir vor, dass die Datenverarbeitung in Zukunft ganz anders aussehen wird. Es wird schwer zu sagen sein, weil alles ein Computer sein wird . Alle menschlichen Artefakte werden intelligent und vernetzt sein. Es ist möglich, dass sich selbstorganisierende Computer mithilfe von selbstreplizierender Nano- oder Mikrotechnologie in die Erdkruste ausbreiten. Low-Power wird ein Paradigma sein, und alles wird nur Wärmeunterschiede (einschließlich geologischer) oder Licht als Energiequelle nutzen und somit nicht zur globalen Erwärmung beitragen. Die Rechenleistung ist dort, wo Sie sie brauchen (was nützt eine Antwort des schnellsten Computers, wenn sie die Ewigkeit von 2 Sekunden braucht, um anzukommen?).

Aber andererseits wende ich vielleicht nur ein Paradigma der 2010er Jahre auf die ferne Zukunft an.

Das Problem ist nicht, wie es die Energie erhalten könnte (könnte die interne Kernenergiequelle wie ein Stern nutzen, scheint viel Energie für alles zu haben), sondern wie es die Wärme ableiten würde, ein viel größeres Problem bei modernen, von Menschen gemachten Maschinen.

Es sei denn, eine fortschrittliche Technologie ermöglicht es dem Computer, bei Sterntemperaturen zu arbeiten, was ihn zu einem "denkenden Stern" macht.

Das ist wichtig. Ein Computer in der Größe eines Todessterns würde sich selbst zu Schlacke schmelzen, weil er die Abwärme nicht loswerden kann. Führen Sie das folgende Experiment durch: Öffnen Sie Ihren Computer, spielen Sie Overwatch für 2 Stunden und legen Sie dann Ihren Finger auf den CPU- oder GPU-Kühlkörper. Legen Sie dann einen Eiswürfel auf Ihren Finger für die Verbrennung dritten Grades, die Sie gerade bekommen haben. Stellen Sie sich nun vor, wie heiß ein Computer in der Größe eines Todessterns wird, wenn kein Lüfter in Sicht ist.
@kingledion Es wird wahrscheinlich nicht sofort dein Fleisch verkohlen, also wahrscheinlich 2. Grad.
@Yakk Mist, ich verwechsle immer Verbrennungen 1. und 3. Grades.

Ich habe irgendwo gelesen, dass in unserer Magnetosphäre wirklich gigantische elektrische Ströme kreisen. Kann es für eine Maschine der Größe, an die Sie denken, eine Lösung geben, die einen flüssigen Eisenkern, ein großes Magnetfeld und das Einfangen von Sonnenwindladung als Energie beinhaltet? Jemand mit besserer Physik als ich könnte diese Idee vielleicht erweitern.

Wie viel Energie wäre das im Vergleich zum herkömmlichen Solarstrom?
Sie müssen nur die Vogonen davon abhalten, es für ihre Umgehung in die Luft zu sprengen, bevor die Berechnung abgeschlossen ist. 42?
@JDługosz en.wikipedia.org/wiki/Birkeland_current schlägt 100.000 Ampere in ruhigen Zeiten bis 1.000.000 Ampere während Sonnenstürmen vor. Ich habe keine Zahlen für Solarenergie, die vermutlich für die Hälfte der Zeit Null ergibt, aber die Verwendung des einen schließt das andere nicht aus
Sie sollten das in der Antwort bearbeiten (und dann diese Kommentare bereinigen).
@Innovine Es ist erwähnenswert, dass Strom Ihnen keine Kraft gibt. Leistung ist Strom mal Spannung, also sind 1.000.000 Ampere bei 1 V nur 1 MW, was nicht wirklich viel ist. Dieses Papier schlägt vor, dass der Potentialabfall an den Polen eher bei 60 kV liegt, sodass Sie 60 GW elektrische Leistung oder etwa 15 kim² Sonnenkollektoren im Weltraum erhalten können.
Es lohnt sich also nicht, es zu bearbeiten :p

Konzentrieren wir uns auf die Hauptfrage. Der Mond, auf dem der Supercomputer gebaut werden würde, sollte einen heißen Kern haben, wie die Erde, aber nicht unser Mond, um seine geothermische Energie zu nutzen .

Wenn die Zivilisation weit genug fortgeschritten ist, um einen Supercomputer von der Größe eines Planeten bauen zu können, sollte sie in der Lage sein, die Energie aus der Tiefe des Mondes effizient zu entnehmen, als erster Schritt beim Entwurf dieses kolossalen Systems.

In dieser Situation ist der existierende Mond analog zu unserem; geothermische Energie wäre ideal und sehr nützlich, aber a) unser Mond verfügt nicht über eine erhebliche Menge an geothermischer Energie, und b) diese Menge an geothermischer Energie versorgt möglicherweise nicht die gesamte Oberfläche des Mondes, abgesehen vom Volumen eines anderen Mondes.
Geothermie ist eine andere Art, Natural RTG zu sagen. Da dies ein künstlicher Himmelskörper von der Größe des Mondes ist, wäre jede natürliche Strahlung zerfallen, und jede eingebrachte Strahlung wäre künstlich ...