Combien de temps un sous-marin de classe Virginia et son équipage dureraient-ils s'ils étaient transportés sur une orbite terrestre stable?

Andrew Wygle

Quelle question intéressante! Un peu en dehors de mon domaine d’expertise, mais je ferai de mon mieux pour y répondre.

Tout d'abord, il est peu probable que vous rencontriez des problèmes de pression. Les coques de pression des sous-marins sont conçues pour des profondeurs de plongée qui les soumettent à des pressions bien supérieures à celles de l'atmosphère. Il peut y avoir des complications pour que la pression soit soudainement négative (du point de vue des concepteurs du sous-marin, au moins), mais j'en doute.

La durée de croisière d’un sous-marin d’attaque rapide semble être d’environ 6 mois (selon Rick Campbell, ici: Les bases des sous-marins à propulsion nucléaire américains). Cependant, vous ne seriez pas en mesure de durer aussi longtemps. Les sous-marins nucléaires modernes fabriquent leur air et leur eau à partir d’eau de mer, dont ils ont généralement un approvisionnement abondant. Dans le vide spatial, c’est moins vrai. En conséquence, vous avez une sorte de scénario de choix pour Sophie - réservez-vous votre eau potable pour boire, ou l’utilisez-vous pour refaire le plein d’air? Étant donné que les sous-marins ont aussi des épurateurs de CO2 assez efficaces, vous "seriez limité par la disponibilité de l'eau douce. Je ne pouvais pas trouver de chiffres sur le stockage de l'eau douce ou les installations de recyclage qui pourraient être en place (je soupçonne que ce dernier était minime), alors je vais devoir vous accorder un GPA d'environ deux semaines pour le compliment complet. conditions idéales (pour un sous-marin dans l'espace).

Passant à la dernière partie de votre question, le principal problème avec un sous-marin nucléaire pour voyager dans l’espace est que sa méthode de propulsion nominale repose sur l’eau de mer. Les sous-marins de la classe Virginia utilisent des jets de pompe, plus proches des moteurs-fusées que des hélices ou des vis. Supposons que nous puissions convertir le moteur en une fusée thermique nucléaire (ce qui ne serait pas vraiment difficile, comparé à le mettre en orbite au départ) et à l'efficacité.

Le déplacement d'une Virginie est de 7 900 tonnes, soit 7,9 millions de kilogrammes. Supposons que cela pèse, la densité de l'eau étant généralement une bonne estimation de la densité globale des objets. Supposons encore une fraction de charge utile de 90% - c'est le poids de la charge utile et du carburant divisés par le poids total - et une fraction massique de la charge utile - la charge utile divisée par le poids total - de 5% (plus de 5 fois supérieure à la plupart des fusées, mais nous sommes déjà en orbite à mi-chemin). masse de carburant de 395 000 kg.

Le réacteur sur une Virginie peut pomper 30 MW de puissance. L 'article de Wikipédia que j'ai obtenu ne précise pas si c'est thermique ou mécanique, mais restons conservateur et supposons que tout est thermique. La puissance est liée à la vitesse de poussée et à la vitesse d'échappement de la manière suivante:

Puissance = Poussée * Vitesse d’échappement / 2

L’impulsion spécifique du moteur NERVA, pour autant que je sache, la seule fusée thermique nucléaire à avoir été testée à chaud, était d’environ 850 secondes. C'était en utilisant un propulseur d'hydrogène. Étant donné que l'impulsion spécifique multipliée par 9,8 mètres par seconde au carré nous donne une vitesse d'échappement, notre vitesse d'échappement pour ce trajet est d'environ 8,33 kilomètres par seconde et notre poussée est d'environ 7,2 kN. À 7,9 millions de kilogrammes (gigagrammes?), Cela correspond à près de 0,001 mètre par seconde d’accélération.

Eh bien, l’équation de la fusée repose sur une fraction de masse et une impulsion spécifique, dont nous avons déjà toutes les hypothèses. En branchant nos chiffres, nous obtenons un delta V de près de 25 kilomètres par seconde. C'est un nombre excellent, capable de nous emmener presque partout dans le système solaire et un peu plus de la moitié de ce dont nous avons besoin pour échapper à la gravité du Soleil. Nous y arriverions simplement très lentement, ce qui est une vérité assez courante avec les fusées - plus vous allez lentement, plus vous pouvez aller plus loin (voir les propulseurs ioniques pour un autre exemple).

C'est une analyse assez moche (en particulier, j'ai gardé la masse du sous-marin la même après avoir converti 95% de celui-ci en hydrogène, nécessitant une énorme augmentation de volume - rétrospectivement, j'aurais évidemment dû garder un volume constant façon, avec des hypothèses appropriées sur la masse de la coque de pression, mais je ne reviens pas maintenant). Cependant, j'espère que cela vous donnera une bonne idée de la manière dont vous pouvez aborder ce genre d'expériences de pensée et les équations pertinentes impliquées dans celle-ci.

Merci pour votre demande de réponse - c'était très amusant!

Steve Jacobs

Technicien sonar sous-marin - STS1 (SS)
Répondu le 15 janv. 2017 · L'auteur a 1k réponses et 984.4k réponses vues

Jours peut-être

Les trappes des sous-marins sont conçues pour maintenir la pression sur OUT et non sur IN. Ils perdraient leur air assez rapidement.

Même si vous pouviez sceller le navire pour garder l’air à l’intérieur, vous auriez toujours le problème de faire de l’eau (vous avez besoin d’eau de mer et d’électricité pour produire de l’oxygène). ), produire de l'électricité (les réacteurs doivent refroidir leur boucle secondaire avec de l'eau de mer), la climatisation (vous devez pouvoir évacuer la chaleur indésirable par-dessus bord avec de l'eau de mer), la nourriture t réfrigérer ou congeler les aliments sans électricité ni réfrigération), élimination des déchets (moins de problème, mais l’unité d’élimination des ordures (TDU) utilise la gravité pour que les canettes et les sacs tombent du fond. Le sonar ne sert à rien. "t transférer le son trop bien.

Étant donné que le taux de fuite des trappes est fonction du delta de pression, vous pouvez serrer les trappes très fort, appliquer un scellant et réduire suffisamment la pression interne pour minimiser les fuites et compléter les apports d’oxygène et maintenir la pression interne les ballasts principaux. Le joint d'arbre de secours du navire devrait également être engagé pour ne pas perdre d'air autour de l'arbre de propulsion.

Se déplacer à l'intérieur serait difficile puisque le navire n'est pas conçu pour un environnement sans gravité. Il n'y aurait aucun moyen de naviguer puisque votre gouvernail et vos avions de contrôle sont inutiles. Les hélices ne fonctionnent pas bien dans le vide.

Les réservoirs d’eau et les réservoirs sanitaires s’échappent de leurs évents et les toilettes utilisent la gravité pour la vidange. Vous pouvez faire sauter les réservoirs d'eau par-dessus bord, mais comme le tube de collecte se trouve au bas du réservoir, vous perdriez beaucoup d'air de cette façon.

Un autre problème serait la batterie principale. Il est composé de nombreuses cellules plomb-acide et, sans la gravité qui retient l’électrolyte des évents, l’acide s’échapperait à la formation de l’hydrogène et perturberait les choses. Il cesserait également d’être une source de puissance assez rapidement.

Je suis sûr qu'il y a un million d'autres choses que j'ai manquées, mais ce sont les grandes touches.

Reentry serait ... excitant.

Tamojit Maiti

Finaliste | Olympiade de physique indienne 2012

Updated 23 nov. 2017 · L'auteur a 83 réponses et 356.3k réponses vues

Tl; dr: Le sous-marin irait très probablement bien. Cependant, son équipage aurait des problèmes.

Tout d’abord, permettez-moi de vous rassurer que le sous-marin n’aurait probablement pas éclaté. Les sous-marins sont généralement soumis à des pressions extérieures de 50 à 80 atmosphères dans l’océan, ce qui, espérons-le, ne devrait pas poser problème.

De plus, la coque étant étanche, l’équipage serait capable de respirer facilement (pour combien de temps, c’est la question!). Le fait que l’eau ne trouve pas sa place à 60 atmosphères de pressions "échapper facilement.

Jusqu'ici tout va bien!

Le problème évident auquel l'équipage serait confronté serait celui de l'air. Les sous-marins nucléaires utilisent principalement l’électricité produite par les réacteurs nucléaires pour générer de l’oxygène à partir de l’eau qu’ils captent dans l’océan. Cependant, dans l'espace, il n'y a pas d'eau. Bien que les sous-marins puissent avoir des réserves d’oxygène d’urgence qui pourraient leur permettre de respirer pendant quelques jours, les stocks finiront par s’épuiser.

Un autre problème auquel l'équipage pourrait être confronté est celui du chauffage (et de la fraîcheur). Aller dans l'espace, peut soumettre des objets à des températures extrêmement variables. Bien que le vide de l'espace n'ait pas de température, les objets qui voyagent dans l'espace le font. Comme le sous-marin est en orbite, il est fort probable qu’il orbitera la Terre avec un "jour" et une "nuit" pendant chaque orbite. Les températures que les objets subissent dans l'espace sont souvent très extrêmes par rapport à ce que les mêmes objets pourraient vivre ici sur Terre.

Ainsi, le sous-marin, face au soleil, aurait du mal à se maintenir au frais. L'espace est non conducteur et, contrairement à l'eau, le transfert de chaleur ne se fait pas par convection. Ainsi, la perte de chaleur dans l'espace, via le rayonnement, serait la seule option. Il s'avère que la perte de chaleur dans l’espace du sous-marin serait très faible par rapport à la chaleur reçue par le sous-marin du soleil. Et, la température à l'intérieur du sous-marin augmenterait. En l'absence de mécanisme de refroidissement, les intérieurs sont susceptibles de devenir assez chauds assez rapidement.

Alors que dans l'ombre de la terre, les températures vont baisser. Cependant, rester au chaud est ce que les sous-marins sont conçus pour faire, d'autant plus qu'ils sont régulièrement soumis à des températures de l'eau de l'océan de 4 degrés Celsius. Cependant, du fait que l’espace est beaucoup plus froid, il semblerait qu’ils perdront de la chaleur beaucoup plus rapidement que l’environnement normal de 4 degrés Celsius, et devront donc faire fonctionner leur réacteur juste pour rester au chaud.

La propulsion sera probablement un problème. Cependant, si elles trouvaient un moyen d'attacher des missiles autopropulsés au sous-marin (au lieu d'être tiré de ce dernier) et d'utiliser la propulsion du missile pour se déplacer, cela pourrait simplement fonctionner.

Ahmed Usman

Étudiant en génie mécanique
Répondu le 27 septembre 2014

Le sous-marin nucléaire le plus petit et probablement le plus léger que je connaisse est le NR-1 de l’US Navy.

Le NR-1 est conçu pour plonger à une profondeur de 725 mètres, de sorte que la coque doit résister à une pression d’environ 70 atmosphères. En revanche, un engin spatial ne doit supporter qu'une pression différentielle d'une atmosphère de l'intérieur vers l'extérieur. La plupart des métaux ont une tension plus forte que la compression, de sorte que l'épaisseur requise pour résister à cette pression est assez faible. Une fois dans l'espace, que pourriez-vous faire avec un sous-marin? Le système de propulsion pourrait générer de l'électricité, mais les hélices ne fonctionneraient pas, pas plus que les contrôles d'attitude. Les sous-marins peuvent générer de l'oxygène par électrolyse de l'eau, mais il n'y a pas d'eau dans l'espace. En bref, cela ne serait pas pratique.

Donc, il y a beaucoup de problèmes (étant donné que vous avez annulé le problème principal du lancement) Les principaux problèmes restants sont l'oxygène et la puissance: si vous trouvez un moyen de produire de l'oxygène et de l'énergie dans l'espace il y a une possibilité que vous puissiez créer subcosmine (c'est ce que je pensais qu'un sous-espace serait appelé si vous en créez un: p)

Tim Cole

Cadet de l'espace, dur gars de SF,
Répondu le 27 sept. 2017 · Auteur a 5,6 k réponses et 5,7 m réponses vues

Les sous-marins sont incroyablement forts par rapport aux engins spatiaux. Pensez à un char d'assaut d'un soudeur comparé à un ballon. Ainsi, un sous-marin se maintiendrait très bien en orbite et fournirait beaucoup de protection contre le rayonnement cosmique et solaire. Mettre un sous-marin en orbite serait un problème, mais vous m'avez laissé tomber ce crochet particulier. (Ouf!)

Donc, vos gros problèmes seront le contrôle de l'air et de la chaleur. Les sous-marins nucléaires fabriquent de l'oxygène à partir de l'eau de mer et éliminent le dioxyde de carbone. Vous seriez limité à l'air dans le sous-marin et à toutes les réserves dont vous disposiez. Les sous-marins diesel-électriques plus anciens ne pourraient pas tenir plus de deux ou trois jours, alors laissez votre air durer environ une semaine.

Le contrôle de la chaleur serait un problème bien pire. Les gens parlent du froid de l'espace, mais le problème est généralement de se débarrasser de la chaleur excessive. Les gens produisent à peu près autant de chaleur que le même nombre d'ampoules, donc il va se réchauffer assez rapidement. La coque noire irradiera assez efficacement la chaleur résiduelle, mais elle absorbera aussi rapidement l'énergie solaire. la coque deviendrait énorme. La coque s'en chargerait probablement, mais les trappes, les glandes, les raccords et autres ne le seraient probablement pas.

Vous n'aurez pas non plus d'eau de mer pour les échangeurs de chaleur du réacteur nucléaire, alors vous devrez fermer le réacteur très rapidement. (Je ne sais vraiment pas à quelle vitesse - j'imagine, Il ne serait pas trop long avant que le cœur du réacteur ne commence à fondre. (Encore une fois, je ne sais pas combien de temps - une journée peut-être, mais je devine ici aussi.) Ce n'est pas une bonne chose! ("Tu penses, capitaine évident?")

Je pense que vous voudriez que Scotty vous ramène au port dans un jour ou deux.

Tu sais, je ne pensais pas vraiment répondre à ça, mais ça a été amusant!

Arnab Animesh Das

Essayer d'identifier et de comprendre des observations subtiles
Répondu le 27 sept. 2017 · L'auteur a 152 réponses et 191.1k réponses vues

Tout d’abord, je n’ignorerai rien. Deuxièmement, à cause du manque d’entraînement spatial (car ce sont des équipages de sous-marins), ils perdraient beaucoup plus de temps que les scientifiques de l’espace, causant peut-être des migraines et des symptômes. être, ils doivent donc suivre une formation spatiale (du moins ils doivent s’habituer aux conditions de gravité zéro de l’espace extra-atmosphérique en ignorant les conditions de l’espace extra-atmosphérique). frottant avec l'air et accélération, le réacteur nucléaire pourrait devenir instable et exploser Même si, à cause de certains miracles, il ne se produisait pas, il deviendrait sûrement instable en raison d'un changement soudain des températures extérieures dans l'espace. Même si j'ignore le fait et installe un moteur plus sûr similaire à celui utilisé dans une navette spatiale, cela nécessiterait un corps de classe de la navette spatiale pour résister aux conditions extérieures, si l'équipage doit rester en vie. sera certainement un jour, à moins qu'une technologie miraculeuse ait été inventée pour produire de l'oxygène en utilisant l'énergie solaire de la matière spatiale. Si des modifications sont apportées au sous-marin pour permettre ses manœuvres dans l’espace, il doit être installé avec une sorte de jets utilisés dans les navettes spatiales, au lieu des hélices. Ainsi, en fin de compte, il deviendrait une navette spatiale sous la forme d’un sous-marin de classe Virginia avec un équipage de sous-marins ayant suivi une formation spatiale pour pouvoir rester au moins un moment dans l’espace.

Annexe - Bien que la conception soit une affaire très complexe, étant donné que la dynamique du corps de la navette spatiale et la dynamique du corps du sous - marin sont complètement différentes, elles devraient rendre non compte de non. des ajustements à son corps, à partir du carré 1, s’il doit être maintenu sur une orbite terrestre stable, c’est déjà un échec au début.

N.B - Vous avez déjà effectué la plupart des ajustements de vos hypothèses (en ignorant les problèmes) pour les transformer en navette spatiale. : P

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