¿Cuánto durarían un submarino de clase Virginia y su tripulación si fueran transportados a una órbita terrestre estable?

Answer 1

Días tal vez.

Las escotillas en los submarinos están construidas para mantener la presión FUERA, no ENTRADA. Perderían el aire bastante rápido.

Incluso si pudiera sellar el barco para mantener el aire adentro, todavía tendría el problema de producir agua (necesita agua de mar y energía para destilar el agua), producir oxígeno (necesita agua y energía para dividir H20 en O y H2 ), produciendo energía (los reactores necesitan enfriar su circuito secundario con agua de mar), aire acondicionado (necesita energía y poder descargar el calor no deseado por la borda con agua de mar), alimentos (solo puede transportar tanta comida y puede ‘ t refrigere o congele los alimentos sin electricidad ni refrigeración), eliminación de basura (menos problema, pero la Unidad de eliminación de basura (TDU) usa la gravedad para que las latas y bolsas caigan del fondo. El sonar sería inútil (el vacío del espacio no funciona) no transfiera el sonido demasiado bien).

Dado que la tasa de fuga de las escotillas es una función del delta de presión, puede forzar las escotillas más apretadas, aplicar un sellador y reducir la presión interna lo suficiente como para minimizar las fugas y complementar los suministros de O2 y mantener la presión interna con los bancos de aire adentro Los principales tanques de lastre. El sello del eje de emergencia del barco también tendría que estar activado para no perder aire alrededor del eje de propulsión.

Moverse dentro sería difícil ya que la nave no está construida para un entorno de gravedad cero. No habría forma de navegar ya que el timón y los aviones de control son inútiles. Las hélices no funcionan bien en el vacío.

Los tanques de agua y sanitarios recortados se filtrarían de sus respiraderos y los inodoros utilizan la gravedad para descargar. Podrías volar los tanques san por la borda, pero como el tubo de recogida está en el fondo del tanque, también estarías perdiendo mucho aire de esa manera.

Otro problema sería la batería principal. Está construido con muchas células de plomo y ácido y sin la gravedad que mantiene el electrolito alejado de los respiraderos, el ácido se escaparía a medida que se formaba hidrógeno y causaría estragos en las cosas. También dejaría de ser una fuente de poder con bastante rapidez.

Estoy seguro de que hay un millón de otras cosas que me he perdido, pero esas son las pinceladas amplias.

La reentrada sería … emocionante.

Answer 2

Tl; dr: El submarino, muy probablemente, estaría bien. Sin embargo, su tripulación estaría en problemas.

En primer lugar, déjame asegurarte que el submarino, con toda probabilidad, no explotaría. Los submarinos generalmente están sujetos a 50-80 atmósferas de presiones externas en el océano, por lo que, con suerte, mantener una atmósfera de presión interna no sería un problema.

Además, el casco, al ser hermético, la tripulación podría respirar tranquilo (¡por cuánto tiempo, esa es la pregunta!). El hecho de que el agua no encuentre una manera de entrar a 60 atmósferas de presiones externas sugiere que el aire no escaparía fácilmente.

¡Hasta aquí todo bien!

El problema obvio que enfrentaría la tripulación sería el del aire. Los submarinos nucleares utilizan principalmente la electricidad generada por los reactores nucleares para generar oxígeno a partir del agua que extraen del océano. Sin embargo, en el espacio, no hay agua. Aunque los submarinos pueden tener suministros de oxígeno de emergencia que les permitan respirar durante unos días, los suministros eventualmente se agotarán.

Otro problema que la tripulación podría enfrentar es el de calentar (y mantenerse fresco). Al ir al espacio, puede someter los objetos a temperaturas muy variables. Aunque el vacío del espacio no tiene temperatura, los objetos que viajan a través del espacio sí. Dado que el submarino está en órbita, lo más probable es que orbite alrededor de la Tierra con un “día” y una “noche” durante cada órbita. Las temperaturas que experimentan los objetos en el espacio a menudo son bastante extremas en comparación con lo que experimentarían los mismos objetos aquí en la Tierra.
Entonces, el submarino, mientras mira hacia el lado soleado, tendría un problema para mantenerse fresco. El espacio no es conductivo y, a diferencia del agua, la transferencia de calor no se realiza por convección. Entonces, la pérdida de calor al espacio, a través de la radiación, sería la única opción. Resulta que el calor perdido en el espacio desde el submarino sería muy bajo en comparación con el calor recibido por el submarino del sol. Y, entonces la temperatura dentro del submarino aumentaría. Sin un mecanismo de enfriamiento en su lugar, es probable que los interiores se calienten bastante rápido.
Mientras que a la sombra de la tierra, las temperaturas bajarán. Sin embargo, mantenerse calientes es lo que los submarinos están diseñados para hacer, especialmente porque están sujetos regularmente a temperaturas del agua del océano de 4 grados centígrados. Sin embargo, debido al hecho de que el espacio es mucho más frío, parece que perderán calor mucho más rápido que el ambiente normal de 4 grados Celsius, por lo que tendrán que hacer funcionar su reactor solo para mantenerse calientes.

La propulsión probablemente sea un problema. Sin embargo, si descubrieran una forma de unir misiles autopropulsados ​​al submarino (en lugar de ser disparados desde él) y usar la propulsión del misil para moverse, eso podría funcionar.

Answer 3

¡Qué pregunta tan interesante! Algo fuera de mi área de especialización, pero haré todo lo posible para responder.

En primer lugar, es poco probable que tenga problemas con la presión. Los cascos de presión de los submarinos están diseñados para profundidades de inmersión que los someten a presiones muy superiores a una atmósfera (que es alrededor de lo que experimentarías en órbita). Puede haber algunas complicaciones para que la presión sea repentinamente negativa (al menos desde la perspectiva de los diseñadores del submarino), pero más bien lo dudo.

La duración del crucero de un submarino de ataque rápido parece ser de unos 6 meses (según Rick Campbell, aquí: Los fundamentos sobre los submarinos de propulsión nuclear de EE. UU.). Sin embargo, no podrías durar tanto tiempo. Los submarinos nucleares modernos obtienen su aire y agua del agua de mar, de la cual típicamente tienen un suministro abundante. En el vacío del espacio, eso es algo menos cierto. Como resultado, tiene una especie de escenario de elección de Sophie: ¿reserva su agua potable para beber o la usa para reponer el aire? Dado que los submarinos también vienen con depuradores de CO2 bastante eficientes, mi intuición es que estarías limitado por la disponibilidad de agua dulce. No pude encontrar ninguna cifra sobre el suministro de agua dulce o las instalaciones de reciclaje que pudieran estar en su lugar (sospecho que este último es mínimo), por lo que tendré que darle un WAG de alrededor de dos semanas para el cumplido completo, en Condiciones ideales (para un submarino en el espacio).

Pasando a la última parte de su pregunta, el principal problema con un submarino nuclear para viajes espaciales es que su método nominal de propulsión se basa en estar rodeado de agua de mar. Los submarinos de la clase Virginia usan chorros de bomba, que están más cerca de los motores de cohetes que las hélices o tornillos. Supongamos que podemos convertir el motor en un cohete térmico nuclear (que en realidad no sería TAN difícil, en comparación con ponerlo en órbita en primer lugar) y obtener algunos números de eficiencia.

El desplazamiento de una Virginia es de 7,900 toneladas métricas, o 7.9 millones de kilogramos. Supongamos que esto es lo que pesa, la densidad del agua suele ser una buena suposición para la densidad general de las cosas. Supongamos además una fracción de carga útil del 90%: este es el peso de la carga útil y el combustible juntos dividido por el peso total, y una fracción de masa de la carga útil (carga dividida por el peso total) del 5% (más de 5 veces mejor que la mayoría cohetes, pero ya estamos en órbita, que está ‘a mitad de camino a cualquier lugar’). Esto nos da una masa total de combustible de 395,000 kg.

El reactor en Virginia puede bombear 30 MW de potencia. El artículo de Wikipedia del que saqué eso no especifica si es térmico o mecánico, pero seamos conservadores y asumamos que todo es térmico. La potencia está relacionada con el empuje y la velocidad de escape de la siguiente manera:

Potencia = Empuje * Velocidad de escape / 2

El impulso específico para el motor NERVA, que yo sepa, el único cohete térmico nuclear que haya tenido una prueba de fuego caliente, fue de alrededor de 850 segundos. Eso estaba usando un propulsor de hidrógeno. Dado que el impulso específico multiplicado por 9.8 metros por segundo al cuadrado nos da la velocidad de escape, nuestra velocidad de escape para este viaje es de alrededor de 8.33 kilómetros por segundo, y nuestro empuje es de aproximadamente 7.2 kN. Con 7,9 millones de kilogramos (gigagramos?), Eso es casi 0,001 metro por segundo de aceleración.

¿Hasta dónde puede llevarnos esto?

Bueno, la ecuación del cohete se basa en la fracción de masa y el impulso específico, de los cuales ya tenemos suposiciones. Al conectar nuestros números, obtenemos un delta V de casi 25 kilómetros por segundo. Este es un número excelente, capaz de llevarnos a casi cualquier parte del sistema solar y un poco más de la mitad de lo que necesitaríamos para escapar por completo de la gravedad del Sol. Simplemente llegaríamos allí muy lentamente, lo cual es una verdad bastante común con los cohetes: cuanto más lento vaya, más lejos podrá ir (vea los impulsores de iones para otro ejemplo).

Este es un análisis bastante pésimo (en particular, mantuve la masa del submarino igual después de convertir el 95% en hidrógeno, lo que requirió un gran aumento de volumen; en retrospectiva, obviamente, debería haber mantenido el volumen constante y derivar mi fracción de masa que manera, con suposiciones adecuadas sobre la masa del casco de presión, pero no voy a volver ahora). Sin embargo, con suerte le dará una buena idea de cómo puede abordar este tipo de experimentos mentales y las ecuaciones relevantes involucradas en este.

Gracias por la pregunta de respuesta, ¡fue muy divertido!

Answer 4

El submarino nuclear más pequeño y probablemente más ligero que conozco es el NR-1 de la Marina de los EE. UU.
El NR-1 está diseñado para sumergirse a una profundidad de 725 metros, por lo que el casco debe soportar una presión (desde el exterior) de aproximadamente 70 atmósferas. Por el contrario, una nave espacial solo tiene que soportar una presión diferencial de una atmósfera desde adentro hacia afuera. La mayoría de los metales son más fuertes en tensión que en compresión, por lo que el espesor requerido para soportar esa presión es bastante pequeño. Una vez que esté en el espacio, ¿qué podría hacer con un submarino? El sistema de propulsión podría generar electricidad, pero las hélices no funcionarían, ni ninguno de los controles de actitud. Los submarinos pueden generar oxígeno por electrólisis del agua, pero no hay agua en el espacio. En resumen, simplemente no sería práctico.
Por lo tanto, hay muchos problemas (dado que ha anulado el problema principal del lanzamiento) Los problemas principales restantes son el oxígeno y la energía: si encuentra una manera de producir oxígeno y energía en el espacio a bordo de un submarino con un dispositivo portátil ligero y compacto, entonces existe la posibilidad de que crees una subcosmina (eso es lo que pensé que se llamaría un subespacio espacial si haces uno: p)

Answer 5

Los submarinos son increíblemente fuertes en comparación con las naves espaciales. Piense en los tanques en la tarjeta de un soldador en comparación con un globo. Por lo tanto, un submarino se mantendría muy bien en órbita y proporcionaría mucho blindaje contra la radiación cósmica y solar. Poner un submarino en órbita sería un gran problema, pero me has liberado de ese anzuelo en particular. (¡Uf!)

Entonces, sus grandes problemas serán el control de aire y calor. Los submarinos nucleares producen oxígeno del agua de mar y eliminan el dióxido de carbono. Estarías limitado al aire en el submarino y a cualquier reserva que tengas a mano. Los submarinos diesel-eléctricos más antiguos podrían resistir no más de dos o tres días, así que imaginemos que su aire duraría aproximadamente una semana.

El control del calor sería un problema mucho peor. La gente habla sobre el frío del espacio, pero el problema generalmente es deshacerse del exceso de calor. Las personas producen aproximadamente tanto calor como la misma cantidad de bombillas, por lo que se calentará bastante rápido. El casco negro irradiaría calor residual de manera bastante efectiva, pero también absorbería energía solar con la misma rapidez. El estrés térmico en el casco se volvería enorme. El casco probablemente manejaría eso, pero las escotillas, glándulas, accesorios y demás probablemente no.

Tampoco tendrá agua de mar para los intercambiadores de calor del reactor nuclear, por lo que deberá apagar el reactor muy rápidamente. (Realmente no sé qué tan rápido, imagino, horas, pero supongo). Tampoco pasaría mucho tiempo antes de que el núcleo del reactor comenzara a derretirse. (Nuevamente, no sé cuánto tiempo, quizás un día, pero supongo que aquí también.) ¡Esto no es algo bueno! (“¿Crees, Capitán Obvio?”)

Creo que te gustaría que Scotty te llevara de regreso a puerto en un día más o menos.
Ya sabes, en realidad no estaba pensando en responder esto, ¡pero ha sido divertido!

Answer 6

En primer lugar, no ignoraré nada. En segundo lugar, debido a la falta de entrenamiento espacial (ya que son tripulaciones de submarinos) caerían inconscientes durante un período de tiempo mucho más largo que los científicos espaciales, lo que podría causar migrañas y cualquier síntoma que pudiera ser; por lo tanto, deben someterse a entrenamiento espacial (al menos necesitan acostumbrarse a las condiciones de gravedad cero del espacio exterior ignorando las condiciones del espacio exterior). Aparte de eso, debido a la temperatura muy alta generada debido a la combustión del combustible, la fricción con el aire y la aceleración, el reactor nuclear podría volverse inestable y explotar. Incluso entonces, si debido a algunos milagros no sucede, debido a un cambio repentino en las temperaturas exteriores en el espacio, seguramente se volvería inestable. Incluso si ignoro el hecho e instalo un motor más seguro similar al que se usa en un transbordador espacial, requeriría un cuerpo de clase de transbordador espacial para resistir las condiciones externas, si la tripulación necesita mantenerse con vida, y por muy grandes que sean los tanques de oxígeno. seguramente se acabará algún día, a menos que se haya inventado una tecnología milagrosa para producir oxígeno utilizando la energía solar de la materia espacial. Si se realizan algunas modificaciones en el submarino para permitir sus maniobras en el espacio, debe instalarse con algún tipo de chorros utilizados en transbordadores espaciales, en lugar de hélices. Entonces, en última instancia, se convertiría en un transbordador espacial en la forma de un submarino de clase Virginia con tripulación de submarinos que han recibido entrenamiento espacial para poder permanecer al menos durante un tiempo notable en el espacio.

Apéndice : aunque diseñarlo sería un asunto muy complejo, debido al hecho de que la dinámica del cuerpo del transbordador espacial y la dinámica del cuerpo del submarino son completamente diferentes, y tendrían que hacer incontables no. de ajustes a su cuerpo, comenzando desde el cuadrado 1, si tiene que mantenerse en una órbita estable de la Tierra, por lo que ya es un fracaso.

Nota : ya ha realizado la mayoría de los ajustes en sus suposiciones (ignorando los problemas) para transformarlo en un transbordador espacial. 😛

Answer 7

El excelente libro “¿y si?” por Randall Munroe responde a esta pregunta, y muchas más. Algunas de las preguntas también se responden en su sitio web http://what-if.xkcd.com/archive/