Hallo,
wie schon angekündigt, die Habitatbeschreibung:
Das H. besteht aus einem Rotationszylinder, mit dem Radius Hr und der Länge Hl.
Es ist aufgebaut aus, im Prinzip beliebig vielen Ringen der Breite HRb.
Im richtigen Leben wird es allerdings so sein, daß es dabei Ausdehnungen gibt, die nicht mehr mit vertretbarem Aufwand schwingungsarm gehalten werden können. Fachleute werden das auch heute schon, zumindest prinzipiell und näherungsweise berechnen können. Das soll uns aber hier nicht weiter stören, denn man kann auch mit kleineren Habitaten im Flugverbund beliebige Menschenmengen beherbergen und sie können auch bei 0,01 c den Wohn- und Arbeits’ort‘ wechseln, sogar täglich, so wie wir auch täglich, zwischen Dortmund und Düsseldorf pendeln können.
Nehmen wir also an:
Hr = 3E4 m
Rotationszeit = 360 Sekunden (6 Minuten)
Rotationsfrequenz Om = 2*Pi/Rotationszeit
Zentrifugalbeschleunigung an der Ringwand: a = Om^2 * Hr = 9,14 m/s^2
Als Ökosphärenraum soll knapp das äußere Drittel des Ringradius dienen, also rund 9000 m 'freie' Höhe. Ganz frei kann sie nicht sein, weil es auch im Innenraum Verstrebungen geben muß, um die Stabilität des Zylinders zu verbessern.
50% der Innenfläche soll von Wasser und 50% von Boden bedeckt sein. (ohne das ich das begründen könnte, da ich von Habitatökologie nix Ahnung habe)
Die Wasserschicht (1g/cm^3) soll 10 m und die Bodenschicht (2,5g/cm^3)im Durchschnitt 15 m mächtig sein. Hier sind nach Oben enge Grenzen gesetzt, die einmal durch den Durchmesser des Ringes und zum Anderen durch die Reißfestigkeit des Trageringes bestimmt werden. Nach Unten gibt es zwar keine, durch die Festigkeit bestimmten Grenzen, aber die Bedürfnisse der Ökosphäre grenzen das sicher auch nach Unten ein. Der Strahlenschutz läßt sich dagegen auch durch einen außen liegenden, nicht mitrotierenden Eis- oder Wasserpanzer gewährleisten (mindestens 10 m Wassersäule sind dafür anzusetzen, wenn man den Schutz erreichen will, den uns unsere Atmosphäre bietet.
Der Zylinderring wird außen durch ein gut 1 m starkes ‚Band‘, dem Tragering, zusammengehalten, dieses Band muß bei einer Querschnittsfläche von 1m^2 eine Reißfestigkeit von > 103 GPa aufbringen. Siehe dazu:
http://de.wikipedia.org/wiki/Weltraumlift#Material_f.C3.BCr_Kabel_und_Turm Stichwort Graphen.
Ich rechne dafür mit 1,3 g/cm^3
Außen am Ring wird eine (mitrotierende) Wartungs- und Versorgungshülle angebaut, z.B. 5 m dick, spez. Gew. 0,5 g/cm^3 (ähnlich Schiffsbau) Die Bauhöhe ist willkürlich und kann auch anders sein.
Ein solcher Ring hat pro m ‚Zylinderhöhe‘ eine mitrotierende Masse von 1,15E10 kg
Ringmassen für 1 m ‚Höhe‘ im einzelnen:
4,71E+08 kg mitrotierende Außenstruktur
1,88E+09 kg Wasser, wenn Wasser im Ring
7,07E+09 kg Land/Boden, wenn Boden im Ring
2,45E+08 kg Tragering
1,87E+09 kg Luft
Beim Nachrechnen bitte die unterschiedlichen Beschleunigungen berücksichtigen.
9,139 m/s^2 mitrotierende Außenstruktur
9,137 m/s^2 Wasserschicht
9,136 m/s^2 Bodenschicht
9,139 m/s^2 Tragering
7,768 m/s^2 Luftschicht, hier muß allerdings für die Festigkeit mit dem Luftdruck gerechnet werden. Ich gehe von 1013 hPa aus.
Wenn man das Habitat z.B. aus 2E6 solcher Ringe zusammensetzt, erhält man einen Rotationszylinder mit gut 60 km Durchmesser und 2000 km Länge und eine Bodenfläche (ohne die Wasserfläche, die die andere Hälfte bedeckt) von 188401 km^2. Besiedelt man es so dicht wie Frankreich, also mit rund 115 Menschen pro km^2, dann können darin knapp 22E6 Menschen leben und arbeiten.
Zum Vergleich: Nordrhein-Westfalen hat 524, das Ruhrgebiet hat 1167 und Dortmund hat 2073 Einwohner pro km^2. Dabei besteht rund die Hälfte der Dortmunder Stadtfläche aus Grünfläche.
http://www.derwesten.de/staedte/dortmund/40-Jahre-49-Wanderung-id1939332.html
Energiebilanzen:
Für die Beleuchtung dieser Fläche (so wie sie auf der Erde beleuchtet wird) braucht man 1,29E14 Watt (Faktor 0,5, für Tag/Nacht).
Legt man den einhundertfachen durchschnittlichen Energieverbrauch eines US-Bürgers, also 100 * 11,4kW siehe:
http://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_resources_and_consumption#By_country ) zugrunde, dann muß man für dieses Habitat insgesamt 4,84E21 Joule pro Jahr aufwenden.
Biomassenbilanz
Legt man irdische Verhältnisse zu Grunde, aber ‚nur‘ mit einer Gesamtbevölkerungszahl von 1E9 Menschen, dann beträgt die Masse aller Lebewesen auf der Erde, pro Mensch 1,8E3 t. (Man erinnere: DIE Mäuse sind schwerer, als DIE Elefanten!) Siehe dazu auch:
http://de.wikipedia.org/wiki/Biomasse#Menge
In dem Habitat kommt auf einen Menschen eine Bodenmasse von 6,54E5 t, so daß auch hier ein Verhältnis erreichbar wäre, wie es auf der Erde existiert.
Die gravierendste Abweichung zur Erde ist die Wassermenge. Hier kann ich allerdings nicht einschätzen, ob das ein KO-Kriterium wäre, vielleicht auch dann, wenn die Ökosphäre des Habitates zusätzlich durch technische Maßnahmen stabilisiert würde.
Später mehr zum Thema Habitat als Generationenschiff.
Herzliche Grüße
MAC
EDIT: Auslassung korrigiert (wenn Wasser bzw. wenn Boden im Ring) und Hinweis auf den einzusetzenden Luftdruck für die Festigkeitsberechnung