Научное Обоснование: Почему Космические Корабли Не Могут Погружаться Под Воду?

В некоторых вселенных космические корабли не могут плавать под водой, это довольно распространенное ограничение. Они могут приземлиться на планету, взлететь на орбиту, совершить гиперперелет в следующую звездную систему, но не могут нырять в воду. Для погружения под воду требуется другое транспортное средство.

Но почему именно так?

По сюжету персонажи отправляются в космопорт на своем звездолете, но им нужно обзавестись подводной лодкой, чтобы отправиться в подводный город. Я ищу объяснение, почему они не могут просто отправиться туда на своем космическом корабле.

P.S.: Если вы собираетесь бросить вызов и доказать, что космические корабли могут плавать под водой, объясните подробно.

#научно-фантастические #космические конструкции

Это зависит от вселенной.

Проблема с космическими кораблями, уходящими под воду, заключается в том, что они обычно предназначены только для одной цели. Один из самые известные сцены из Футурамы это когда космический корабль экипажа тонет в океане:

Профессор Фарнсворт: Господи, это более 150 атмосфер давления!

Фрай: Сколько атмосфер выдерживает этот корабль?

Профессор Фарнсворт: Хорошо это космический корабль, поэтому я бы сказал где-то между нулем и единицей.

Однако в художественной литературе существует множество космических кораблей, построенных для более высоких уровней давления. Вот лишь несколько примеров. Этот список ни в коем случае не является исчерпывающим.

Левиафаныбиомеханоидные корабли в Фарскейп истории, смогли выжить, находясь под водой и маневрируя, не будучи при этом абсолютно герметичными снаружи.

В X-Com: Террор из глубин, инопланетяне, атакующие Землю, живут на дне океанов. Последняя база, которую предстоит штурмовать, находится в Марианской впадине. Их корабли работают как на бездонных глубинах, так и в космосе.

Суперкав Глубинного Ангела В научно-фантастическом онлайн-сериале были суперкавитирующие истребители, которые можно было использовать как в космосе, так и под водой.

У Майкла Крайтона Сферакосмический корабль из будущего затонул на высоте около 300 метров, но ему все же удалось выйти в космос.

В Звездные войны Вселенная, Десантный корабль класса «Трайдент» может путешествовать под водой и в космосе.

В Мастерс или Орион серия видеоигр, Триларианцы — водная раса, которая строит свои города под водой — поэтому их корабли запускаются из воды в космос.

В Полет Навигатора корабль Trimaxion Drone Ship уходит под воду.

И так далее, с каждым годом добавляется все больше и больше подводной научной фантастики.

Космические корабли не должны выдерживать большое внешнее давление.

Взгляните на наш дочерний сайт Space.SE и задайте вопрос. Имеют ли космические корабли те же требования к структурной целостности, что и подводные лодки? для получения некоторой информации об этой проблеме. Вот несколько цитат, имеющих отношение к этому вопросу, которые взяты из ответов:

Далее орбитальный корабль. Чтобы туда попасть, должно быть светло. Легкий удар мог бы пробить стены Аполлона, МКС более прочная, но все же она должна выдерживать разницу давления в 1 бар наружу (что эквивалентно глубине погружения всего 10 м), и снова - наружу, что означает отсутствие необходимости в поперечных балках. для предотвращения коробления; он имеет естественную тенденцию раздуваться, как воздушный шар.

Основная проблема заключается в том, что подводная лодка должна погружаться на большую глубину и выдерживать давление всей воды и атмосферы вокруг нее, тогда как космический корабль должен выдерживать все давление изнутри, выходя наружу.

Космический корабль рассчитан на внутреннее давление не более одной атмосферы; Подводные лодки рассчитаны на то, чтобы выдерживать десятки атмосфер внешнего давления.

Разница в требованиях большая.

Элементы конструкции корпуса космического корабля преимущественно работают на растяжение, при значительной части предела текучести материала, и наиболее вероятным видом разрушения будет разрушение при растяжении. Элементы конструкции корпуса подводной лодки преимущественно работают на сжатие, и наиболее вероятным видом разрушения является коробление.

Чтобы узнать какой-нибудь интересный вариант вашего вопроса, вы также можете просмотреть вопрос на WorldBuilding.SE: Сможет ли подводная лодка стать отличным космическим кораблем?. Ответы дают интересное представление о проблемах наоборот, например: рискованно какать (Я думаю, что это самая большая и, безусловно, самая веселая проблема, описанная в ветке).

Для этого есть несколько потенциальных причин. Здесь я собираюсь сделать пару основных предположений, а именно, что люди на этих кораблях — типичные кислорододышащие люди с планет, достаточно похожих на Землю.

Форма и движение

Космические корабли, по большому счету, будут находиться в космосе. Им не нужно беспокоиться об аэродинамике, если только они не собираются войти в атмосферу, что в лучшем случае составляет меньшинство того, что они делают. Если предположить, что это стандартная планета, похожая на Землю, то вода несколько порядков плотнее воздуха, а это значит, что обтекаемость внезапно становится критичной, если вы хотите двигаться под водой с любой скоростью. Правильно обтекаемый космический корабль едва ли невозможен, но он будет мешать оптимизации груза/оружия/двигателей/и т.д., что является предостережением против такой оптимизации без уважительной причины.

Также существует проблема с выездом куда угодно. Как я только что сказал, вы не можете двигаться быстро под водой просто из-за необходимости перемещать огромную массу воды перед вашим судном (умножая требуемую силу). Я не могу предсказать, что происходит в двигателе вашего космического корабля, но, вероятно, это что-то чрезвычайно высокоэнергетическое; чтобы иметь возможность покинуть планету и отправиться в космос, вам нужно власть. Я не знаю, что произойдет, если такие двигатели будут запускаться под водой, но я сильно сомневаюсь, что для корабля было бы полезно иметь такую ​​большую мощность прямо возле двигателей (испаряя неизвестно сколько воды и, вероятно, создавая ударную волну). от внезапного расширения) больше, чем это могло бы помочь какой-либо несчастной океанской жизни вблизи этого района.

Давление

Космические корабли спроектированы так, чтобы сохранять атмосферу: они спроектированы так, чтобы противостоять давлению изнутри, поскольку взрывная декомпрессия явно нежелательна. Вход в атмосферу снимает это напряжение, но это разумная вещь, которую следует учитывать. Вход в воду? Погружение под воду настолько далеко, что ваш космический корабль может погрузиться в воду (при условии, что мы говорим о чем-то большем, чем одноместный истребитель), создаст давление в несколько атмосфер на внешнюю поверхность, напряжение, которое он, вероятно, никогда не был рассчитан на то, чтобы выдерживать его с этого направления (создается выдерживать давление в одну атмосферу изнутри). У вас очень быстро произойдет утечка, особенно если вы хотите нырнуть под воду более чем на сто метров или около того.

Нуждаться

Как правило, машины специализированы: они созданы для выполнения определенной работы и делают ее хорошо. Попытка заставить одну машину (в данном случае ваш космический корабль) делать слишком много вещей одновременно сделает ее экспоненциально более дорогой и, вероятно, уступающей использованию различных специализированных машин для решения поставленных задач (в данном случае использованию настоящей подводной лодки или другого такое судно для подводного исследования и выхода из космического пространства на космический корабль).

Это, пожалуй, самая важная причина из всех: нет реальной причины тратить все дополнительные кредиты на то, чтобы сделать ваш космический корабль способным погружаться, когда вы можете потратить эти кредиты на подходящую для этой цели подводную лодку и еще оставить немного для улучшения своего космического корабля. для других целей (например, добавление к вашему космическому кораблю грузового модуля для размещения указанной подводной лодки). Экономического обоснования на самом деле не существует.

Я собираюсь бросить этому вызов.

Все космические корабли способный приземлиться способны это сделать.

Космический челнок направился к месту посадки. Не очень хорошо, правда, но это уже другой случай Выступающая собака Сэмюэля Джонсона - вы поражены, увидев, что это вообще произошло. SpaceX приложили немало усилий, чтобы посадить ракету на хвост. Но Меркурий, Близнецы и Аполлон капсулы все рухнули в океан. Очевидно, что они могут пережить хотя бы некоторое погружение в воду. Точно неизвестно, как далеко они затонули после приводнения, прежде чем снова всплыли на поверхность, но они наверняка ушли под воду.

Все эти американские капсулы были спроектированы так, чтобы плавать. Союз Это не так, и все их миссии намеревались приземлиться в степи, поэтому никому не нужно было следить за тем, чтобы они плавали. Кроме этого Союз-23 приземлился на замерзшее озеро, пробил лед и опустился на дно. Глубина озера Тенгиз составляет от 2,5 до 6,7 метров. Капсула (и космонавты) прекрасно сохранились – единственная проблема заключалась в том, чтобы ее забрали.

Почему капсулы способны на это, если стены МКС такие хлипкие? Простой ответ: они созданы для повторный вход. Если подумать, что капсула сконструирована таким образом, чтобы подвергать свой экипаж нагрузкам не хуже, чем постоянные 10G, то для этого требуется серьезная конструктивная прочность! Хотя большая часть этой нагрузки будет приложена к капсуле вертикально, существуют также значительные боковые нагрузки, поэтому капсула должна выдерживать очень большие напряжения во всех направлениях.

Это также приводит к давлению на панели. В космосе естественно давление изнутри наружу составляет 1 атм. Однако при входе в атмосферу возникает инженерная проблема: не допустить попадания перегретого воздуха в конструкцию — именно это и стало причиной потери Колумбия. Таким образом, все панели также должны выдерживать значительное давление извне. МКС может делать предположения о том, что панели выталкиваются наружу, но все, что происходит при входе в атмосферу, должно быть заблокировано в обоих направлениях. У меня нет точных цифр, но я ожидаю, что давление будет как минимум в пару атмосфер.

Это дает нам окончательный ответ. Если ваш космический корабль не может войти в атмосферу, он, вероятно, не сможет выжить под водой. Но если ваш космический корабль построен для входа в атмосферу, то он всегда быть в состоянии выжить под водой, по крайней мере, в некоторой степени. Насколько глубоко потребуется более детальное знание характеристик вашего гипотетического космического корабля, но никто не должен удивляться тому, что он совершенно счастлив под водой. Если он рассчитан на внешнее давление в 2 атмосферы при входе в атмосферу, это означает, что он рассчитан на глубину 10 метров.

Подводные лодки (и все водные суда) имеют тщательно продуманную плавучесть. Они должны быть не более плотными и не менее плотными, чем вода.

Подводные лодки имеют балластные цистерны (для управления плавучестью).

У них есть подходящая двигательная установка - например. гребные винты, руль направления, триммерные баки (для регулирования ориентации) и гидродинамическую форму.

Не говоря уже об инструментах (гидролокаторах и тд).

И давление (уже упоминалось в других ответах).

Они могли бы быть погружными, но только в том случае, если бы были для этого спроектированы.

Единственное, что присуще космическому кораблю, так это его герметичность.

Короткий ответ

В реальном мире большинство кораблей будут оптимизированы для одной среды (космос для космических станций, велосипеды для суши или подводные лодки для подводной среды). Некоторые корабли могут путешествовать в двух средах, но они не подходят ни для одной из них, и чем сильнее различаются эти две среды, тем труднее оправдать существование судна в вашем мире.

Например, хотя летающие автомобили существуют... вроде как (см. изображение ниже)... они коммерчески нежизнеспособны. Они слишком дороги для ежедневных поездок на работу (лучшей альтернативой являются велосипеды, автобусы и автомобили), но недостаточно эффективны для межконтинентальных перелетов (лучше использовать коммерческий самолет).

Это не значит, что это судно, способное путешествовать по морю и космосу. не мог существует... но для его существования должна быть веская причина. Например, океанская планета, специализирующаяся на подводной добыче полезных ископаемых и торговле с другими звездными системами, может иметь основания для использования космических кораблей в качестве подводных аппаратов — но даже в этом крайнем случае те, кто должен находиться под водой (шахтеры), не будут теми, нуждающиеся в космосе (торговцы).

Такое судно может существовать как игрушка для очень богатого человека, или как шпионское устройство (как подводный автомобиль Джеймса Бонда – см. ниже), или как экспериментальное судно в исследовательской лаборатории. Почти наверняка нет причин для его широкого использования, поскольку он не будет коммерчески жизнеспособным.

Вы просили обстоятельности....

Квалификация: Я дипломированный планетолог, специализирующийся на динамике жидкости/атмосферы и любитель научной фантастики.

Более подробный ответ зависит от множества вещей, но с точки зрения физики все сводится к плотности, скорости перемещения, давлению и технологиям.

Плотность и скорость передвижения

Чем плотнее среда, тем больше усилий требуется, чтобы пройти через нее. Вот почему легко двигаться по воздуху, труднее — по воде и трудно — по густой грязи (есть и другие эффекты, но одной только плотности было бы достаточно, чтобы объяснить эти наблюдения).

Чем быстрее вы движетесь в жидкости, тем больше она сопротивляется вашему движению.

В гидродинамике эти эффекты объединены в концепцию, называемую «давлением поршня». Это «давление» представляет собой замедляющую силу на единицу площади, которую испытывает объект, движущийся через жидкость, и обычно пропорционально скорости движения относительно жидкости, умноженной на плотность жидкости. Давление поршня — это сила на единицу площади, которую испытывает объект, отталкивая частицы жидкости, через которую он движется. Для эксперта «давление напора» немного отличается от «сопротивления воздуха», но оно достаточно похоже, поэтому во многих ситуациях вы, вероятно, можете думать о них как об одном и том же.

Когда сила тяжести заставляет парашютиста падать все быстрее и быстрее в атмосфере, давление атмосферы на парашютиста увеличивается со скоростью (и очень незначительно, поскольку плотность атмосферы увеличивается ближе к поверхности). Когда давление напора, умноженное на площадь поперечного сечения парашютиста, равно силе тяжести, силы уравновешиваются, и парашютист достигает предельной скорости.

Давление

Как отмечали другие, космические корабли построены так, чтобы выдерживать определенные условия давления. Они должны выдерживать взрыв (от внутреннего давления воздуха) в космическом вакууме и выровненное давление воздуха на поверхности планеты.

Приземное давление в данной точке поверхности буквально равно весу единицы площади атмосферы над ней. То же самое и под водой: давление на данной глубине равно давлению на поверхности (одна атмосфера) плюс вес воды на единицу площади над этой глубиной.

Вот здесь все становится неясно: Некоторые планеты, такие как Юпитер и Сатурн, имеют очень плотную атмосферу. С одной стороны, данный мир может иметь очень плотную атмосферу — и в этом случае космические корабли посещают планету. бы

Как отмечали другие, более толстая оболочка, защищающая судно от перепадов давления, тяжелее. Добавленная масса будет означать, что двигательным установкам придется работать тяжелее. Таким образом, более тяжелому кораблю потребуются более крупные (или лучшие) двигатели и/или больше топлива — и то, и другое приведет к увеличению массы корабля, что потребует больше топлива и так далее. Для получения дополнительной информации прочтите уравнение ракеты. Реактивные двигатели не будут работать, поскольку они поглощают воздух (кислород). Они не будут хорошо работать в космическом вакууме и не воспламенятся. Теоретически ракеты прекрасно работают под водой, потому что им не нужен воздух (вплоть до предельного давления) — вот почему они хорошо работают в космосе. Чрезвычайно высокое давление выталкивало бы внешнюю жидкость в ракету, полностью подавляя ракету и не позволяя выхлопным газам выйти из сопла. Пропеллеры хорошо работают под водой, но не в космосе, потому что они толкают материал назад, что заставляет корабль двигаться вперед. В космосе по сути нечего толкать. Что касается футуристических и/или гипотетических двигательных установок, то это зависит от технологии, плотности и Вселенной. Могут ли двигатели, ускоряющие скорость света, работать под водой? Спросите автора/владельца вселенной, почему бы и нет. Переход между атмосферой и океаном Космический корабль должен иметь возможность плавно входить в атмосферу из космического вакуума. По этой причине у многих из них есть стойки, замедляющие их при вхождении в атмосферу на огромной скорости, и тепловые экраны для рассеивания тепла. Это работает, потому что плотность между верхними слоями атмосферы и поверхностью меняется очень медленно. С физической точки зрения, медленно увеличивающаяся плотность означает, что давление тарана на судно меняется достаточно медленно, так что корабль – и его пассажиры! -- Не допускайте резкого и опасного замедления. Любое судно, путешествующее из атмосферы в океан, должно быть построено для перехода из атмосферы с более низкой плотностью в океан с более высокой плотностью. Человеческие тела могут справиться с переходом на низких скоростях, например, когда мы прыгаем в воду бассейна сбоку, но не на более высоких скоростях, например, когда мы плюхаемся животом с трамплина для прыжков в воду на высоте более 10 метров над поверхностью водоема. Удар на высокой скорости: больше вероятность повреждения. Удар на низкой скорости: меньше вероятность повреждения. Это связано с тем, что более высокая скорость увеличивает давление плунжера. Напорное давление воздуха незначительно, но напорное давление, когда мы ударяемся о воду, может быть болезненным! Точно таким же образом и по тем же причинам любое судно, перемещающееся между атмосферой и океаном, должно быть построено так, чтобы выдерживать внезапные и потенциально опасные явления! - увеличение давления напора, которое может замедлить движение судна. Давление поршня сводится к минимуму при уменьшении площади поверхности. Вот почему плюхание на живот (большая площадь поверхности ==> большая сила удара ==> большее замедление) причиняет больше боли, чем ныряние со скрещенными на груди руками и пальцами ног, направленными вниз (меньшая площадь поверхности ==> меньшая сила удара ==> меньшая замедление). Погружение с большой площадью поверхности: больше вероятность повреждения. Погружение с малой площадью поверхности: меньшая вероятность повреждения. На Земле космический корабль, движущийся со скоростью более нескольких десятков метров в секунду, развалится при ударе, если попытается «нырнуть» в воду, если только он не попытается «нырнуть» в воду. они были значительно более укреплены, чем позволяют наши нынешние технологии. Этот эффект был бы более выраженным для планет с низкой плотностью атмосферы и океанами с высокой плотностью и менее выраженным для планет, у которых разница в плотности между атмосферой и океаном меньшая. Соображения о форме Поскольку плотность океана очень высока, напорное давление является значительным. По этой причине наши подводные лодки имеют обтекаемую форму, позволяющую минимизировать давление тарана и сопротивление. Предположим, интуитивно, что Международная космическая станция имела двигатели и достаточно прочный корпус, чтобы передвигаться под водой. Его гидродинамическая форма неэффективна, и двигателям придется работать очень тяжело. Более того, если двигаться по воде достаточно быстро, некоторые из его компонентов могут оторваться. Космическим кораблям, предназначенным только для космоса, не обязательно иметь аэродинамическую или гидродинамическую форму, поскольку они не перемещаются по воздуху или воде. Пример: Звезда Смерти или орбитальные космические станции. Космические корабли, приземляющиеся на планеты, должны быть хотя бы в некоторой степени аэродинамическими, чтобы они не сгорели в атмосфере и не отломились детали. Пример: X-wing в «Звездных войнах» или космический корабль USS Enterprise из «Звездного пути». Чем выше скорость входа в атмосферу или чем больше градиент плотности в атмосфере (например, чем больше планетарная гравитация), тем более выраженным будет этот эффект. Некоторые корабли, такие как ТАРДИС из вселенной «Доктора Кто», могут приземляться на планету, не проходя через атмосферу или океан. По этой причине им не обязательно быть аэродинамическими или или .

Резюме / Заключение

Разные суда строятся для разных целей. Если корабль построен для определенного набора условий (например, только в космосе, только в воздухе, только под водой), его можно оптимизировать для этих условий. Если судно спроектировано для работы в очень разных наборах условий, гораздо сложнее оптимизировать корабль для обоих наборов условий, поэтому приходится идти на жертвы (например, неидеальные конструкции, такие как корабли с большей массой). Чем более разными являются эти условия, тем сложнее.

Теоретически из автомобиля можно сделать подводную лодку, но это не будет ни великая подводная лодка, ни великий автомобиль:

Судно может летать в воздухе и на земле, но это не отличная машина и не отличный самолет:

Самолет может полететь в космос, но это не великий самолет и не великий космический корабль:

Эти диковинные транспортные суда пытаются сделать возможным путешествие всего в ДВУХ разных средах за один переход. Чтобы космический корабль мог путешествовать под водой, он должен быть спроектирован для воды, воздуха и космос — ТРИ разные среды с двумя переходными областями.

В этом духе есть что-то, что было почти реальным, но так и не было построено.

Еще в 1963 году появилось предложение по «Морскому дракону». Хотя эта массивная ракета не была погружной в том смысле, в какой она является подводной лодкой, она имела длину 150 м (490 футов) и диаметр 23 м (75 футов) и могла стартовать прямо с моря.

По оценкам, он может доставить на низкую околоземную орбиту (НОО) около 550 тонн (540 длинных тонн; 610 коротких тонн) или 550 000 кг (1 210 000 фунтов).

Его первая ступень должна была быть оснащена огромным двигателем с тягой в 79 000 000 фунтов силы (350 000 кН). Сравните это с ракетой Saturn V с полезной нагрузкой 140 000 кг (310 000 фунтов) на НОО и тягой 7 891 000 фунтов силы (35 100 кН).

Потому что он не предназначен для этого, и адаптация конструкции для этого не считалась целесообразной.

В широком смысле задача космического корабля (особенно того, который летает в воздухе и в космосе) состоит в том, чтобы удерживать воздух внутри корабля и противостоять, скажем, нагреву и атмосферным силам. В отличие от подводной лодки, ей не приходится выдерживать высокое внешнее давление или погружение.

Это приводит к некоторым упрощениям конструкции: требования к внешнему давлению намного ниже, и вы можете защитить чувствительные к воде компоненты (от дождя), а не герметизировать их. Для упрощения обслуживания можно добавить внешние панели доступа. Плитки термоабляции, вероятно, легко снимаются для замены.

Все эти вещи будут выбраны без особого внимания к погружению, и, как следствие, погружение в озеро (хотя и вряд ли будет полностью смертельным), скорее всего, вызовет бесконечные головные боли у экипажа. И даже не думайте об океанах: если они чем-то похожи на наш, соленая вода нанесет серьезный ущерб кораблю даже от простого погружения, не говоря уже о попытках нырнуть, как подводная лодка.

Любой космический корабль, предназначенный как для атмосферного, так и для внеатмосферного использования, должен, по сути, строиться по авиационному принципу, где ключевым моментом является ограничение массы. Согласно любой реальной физике, увеличение массы до скорости убегания требует очень энергоемких усилий, а это означает, что любые сэкономленные граммы стоят того, чтобы их сэкономили.

Космический корабль должен выдержать многое; но, конечно, когда дело доходит до транзита планет земного типа (и пространства между ними), высокое давление не является таковым; ровно столько, чтобы поддерживать давление около 1 БАР. С другой стороны, подводные лодки невероятно тяжелы, поскольку им приходится выдерживать гораздо большее давление. Например, КилоПодводная лодка-класса и Международная космическая станция примерно одинакового размера (около 70 м), но Кило-класс весит примерно в пять раз больше (2000-2400 тонн против 400 тонн).

TL;DR — если у вас нет исключительно убедительной причины, по которой космическому кораблю нужно будет идти под воду и в космос (вместо того, чтобы иметь два отдельных корабля), тогда не стоит огромных компромиссов.

Потому что он полон воздуха

Это похоже на попытку погрузить воздушный шар, но двигатели недостаточно мощные.

Дальнемагистральный космический корабль должен доставлять еду и воду, а также убирать отходы, и эту проблему решают бортовые фермы, где растения и грибы поглощают отходы, производят пищу, производят кислород и вообще поддерживают жизнь всех людей. Для этого требуется большой объем воздуха.

В то же время корабль будет спроектирован максимально легким, поэтому корпус корабля не будет очень тяжелым.

Конечным результатом является то, что его общая плотность составляет 1/5 воды, поэтому его двигателям потребуется тяга, в четыре раза превышающая его вес, чтобы уйти под воду. Но 4G довольно неприятен и не сделает вас намного быстрее из-за ограничений по топливу и реактивной массе, поэтому двигатели просто не такие мощные.

Редактировать: Поскольку ArtisticPhoenix упомянул топливо, я решил посмотреть его плотность. Жидкий кислород немного плотнее воды — 1,141 кг/л, но жидкий водород очень лёгкий — 0,071 кг/л. В правильных пропорциях общая плотность равна 0,427. Теперь космический корабль должен быть способен погружаться под воду с такой плотностью, но он явно не подходит для этой работы.

Это также вопрос эффективности. Космический корабль чувствителен к весу: чем больше масса, тем больше энергии требуется для перемещения космического корабля. Это особенно распространено при переходе с поверхности планеты на орбиту, где космическому кораблю приходится противодействовать гравитации планеты.

Можно было бы построить космический корабль, который также мог бы путешествовать под водой. Обтекаемость, позволяющая уменьшить трение атмосферы при переходе с поверхности на орбиту, также добавит преимуществ под водой. Поскольку обе ситуации требуют искусственно созданной атмосферы, система жизнеобеспечения будет по существу одинаковой... и подводные лодки, и космические корабли сегодня имеют системы удаления CO2 из воздуха и добавления кислорода.

Однако... давление под водой противоположно тому, с которым сталкивается космический корабль... вместо давления в 1 атм изнутри наружу подводная лодка сталкивается с давлением снаружи, давящим внутрь. Кроме того, давление, возникающее под водой, намного выше, что требует гораздо более прочной (и более тяжелой) конструкции, которая не принесет никакой пользы в космосе.

Таким образом, хотя вы могли бы построить космический корабль, который также мог бы плавать под водой, он был бы чрезвычайно тяжелым и требовал бы огромного количества энергии для перемещения.

Более эффективный подход мог бы отражать метод LOR, использованный в лунных миссиях «Аполлона»: основной космический корабль, построенный для путешествий на большие расстояния и входа в атмосферу, со специализированным космическим кораблем, оптимизированным для посадки на Луну. Ваш космический корабль мог бы просто нести небольшую подводную лодку для подводных операций, не платя за это огромный штраф за вес, связанный с погружением под воду всего космического корабля.

Давление

Короткий ответ: космические корабли не предназначены для работы под давлением.

Длинный ответ: большинство космических кораблей работают в космосе. В космосе, как правило, нет воздуха (или пренебрежимо мало), и, если предположить, что космический корабль перевозит людей, внутри космического корабля будет только одна атмосфера (~ 14 фунтов на квадратный дюйм). С другой стороны, воды много, много плотнее воздуха, поэтому большинство подводных кораблей (например, подводных лодок) рассчитаны на высокое давление. Давление на глубине 490 метров (рабочая глубина атомной подводной лодки класса «Сивулф») составляет примерно 1672 фунта на квадратный дюйм. Космический корабль просто не смог бы выдержать такого давления.

Движение

Короткий ответ: ракеты не полностью водонепроницаемы, а ракетные двигатели не так хорошо работают под водой.

Развернутый ответ: как жидкостные, так и твердотопливные ракетные двигатели содержат не только топливо, но и окислитель, поэтому в теория они смогут действовать под водой. К сожалению, одна из главных проблем заключается в том, что воспламенение будет невозможно под водой. Кроме того, многие космические корабли не полностью герметичны; герметичны только пассажиронесущие секции. Это создает проблемы, поскольку вода может просачиваться в полости космического корабля, а вода плохо взаимодействует с электроникой (и многим другим).

Маневренность

Короткий ответ: Космические корабли не приспособлены к водонепроницаемости.

Длинный ответ: Как мы уже упоминали ранее, вода очень плотная. Космические корабли обычно работают в вакууме, поэтому сопротивление воды и воздуха для них не проблема. К сожалению, вода гораздо более сжимает воздух, чем воздух/вакуум, поэтому оптимизация вашего космического корабля становится необходимой, когда он уходит под воду. В противном случае топливо будет потрачено впустую, поскольку корабль не оптимизирован гидродинамически.

Коррозия

Короткий ответ: Вода разъест ваш космический корабль.

Длинный ответ: космические корабли не контактируют с коррозийными соединениями (как правило), за исключением, возможно, двигателя (который постоянно контактирует с окислителями). Морская вода очень агрессивна (она очень соленая, а соль плохо взаимодействует с металлом), поэтому космический корабль, который регулярно (или даже время от времени) погружался под воду, потребует контроля окисления (помимо всех других модификаций, которые потребуются для выхода в море). под водой). Многие корабли, транспортные средства которых единственная работа должен находиться под водой, не забывайте об этом, а это значит, что защита космического корабля от коррозии окажется невероятно трудной задачей.

Заключение

Космические корабли не могут погружаться под воду, потому что они не рассчитаны на давление, не рассчитаны на утечку воды, подвергаются коррозии из-за морской воды и не оптимизированы для путешествий по воде.

Другие ответы уже выявили самые большие проблемы, такие как космический корабль, спроектированный так, чтобы иметь более высокое давление внутри, чем снаружи, и еще больше укрепить его, чтобы проникнуть глубже нескольких метров, что приведет к увеличению массы и, следовательно, расхода топлива... То же самое относится и к необходим балласт и другой способ движения. Все это затруднит или даже сделает невозможным достижение высоких скоростей и большие перевозки.

Еще не упомянуто, что материалы, используемые сегодня в космических кораблях, будут повреждены соленой водой или тем, из чего будет состоять океан/озеро.

Одним из возможных кораблей, о которых я мог подумать, было что-то похожее на космический челнок, который можно использовать как гидросамолет, защищая двигатели от жидкости и используя какое-то плавучее устройство.

Есть много проблем.

1. Сама вода:

Космические корабли предназначены для путешествий в условиях, близких к вакууму. Таким образом, аэродинамический дизайн не имеет особого значения. Даже если космический корабль решит войти в атмосферу, он, вероятно, сможет пройти сквозь нее. Но вода? Вода ПЛОТНАЯ. Подводным лодкам необходим серьезный аэродинамический дизайн, чтобы эффективно пробиваться через воду. Если космический корабль не имеет аэродинамической конструкции, попытка путешествовать по воде будет похожа на плавание по желатину: медленно и совсем не весело.

1. Давление:

Космические корабли предназначены для путешествий в космосе. Если это не было общеизвестным, пространство ДЕЙСТВИТЕЛЬНО пусто. Корпус космического корабля больше заботится о сохранении вещей, находящихся внутри. По мере того, как что-то погружается глубже в воду, давление увеличивается. Есть причина, по которой подводные лодки имеют более толстую броню, чем танки. Если космический корабль попытается уйти на глубину, он быстро начнет протечь и может даже смяться, как консервная банка.

1. Запись:

Все вы слышали поговорку: падая с высоты, вода и бетон примерно одинаковы. Таким образом, объекты, попадающие в воду, должны либо начинаться изнутри нее, либо иметь небольшую поверхность воздействия. Учитывая, что космические корабли — это гигантские, плоские, сверхбыстрые чудовища, потребляющие топливо, они, вероятно, развалятся на части при столкновении с водой.

1. Причины:

Есть причина, по которой космические корабли называют космическими кораблями. Они оптимизированы для космических путешествий и только для космических путешествий. Гораздо лучше иметь специализированную технику для каждой работы, чем мастера на все руки. Нет никаких причин, по которым кто-то мог бы посадить космический корабль в водоем, если с таким же успехом можно было бы спустить с корабля подводную лодку и проделать ту же работу с гораздо большей легкостью и удобством.

Я опаздываю на вечеринку, но есть еще одна причина, о которой я не видел, чтобы кто-то еще упомянул: космические корабли действительно могут игнорировать гидродинамику, если им нужно только летать в космосе. Вымышленные космические корабли созданы исключительно для того, чтобы выглядеть впечатляюще, и многие из них будут двигаться по воде, как якорь. Хотя больше всего они похожи на самолеты или корабли.

Если прямо ответить на этот вопрос, то причина, по которой корабль в научно-фантастическом рассказе не может уйти под воду, заключается в том, что это сюжетный ход, предназначенный для развития некоторой части истории. На этом уровне для этого нет никаких причин, кроме того, что решил автор.

Если вы ищете более «реалистичный» ответ, ответы о конструктивных различиях между подводными лодками и космическими кораблями были довольно хорошими. Еще следует учитывать, что «настоящий» космический корабль, вероятно, не сможет войти в атмосферу, не сгорая. «Настоящий» космический корабль, скорее всего, не сможет ничего сделать, кроме как слегка изменить место крушения, если попытается приземлиться на планете. И любой корабль, который действительно добрался до поверхности целым и невредимым, вряд ли когда-нибудь сможет впоследствии выйти из-под планетарной гравитации. Вам действительно нужно уметь делать все это, прежде чем вы сможете даже подумать о том, чтобы погрузиться под воду.

Вам не хватает среднего слоя воздуха между космическим вакуумом и жидкой водой.

У вас могут быть космические корабли, которые никогда не входят в атмосферу, поэтому их двигательная установка и форма отличаются от самолетов, которые никогда не покидают атмосферу, которые, в свою очередь, имеют другую двигательную установку и форму, чем подводная лодка.

Каждый тип транспортного средства имеет разные проблемы и совершенно разную технику. Космические корабли нуждаются в радиационной защите. Подводные лодки нуждаются в гидроизоляции. Самолету необходим аэродинамический дизайн.

Теоретически можно создать космический корабль, способный плавать под водой, но это делает его более дорогим и сложным, чем три отдельных корабля, и менее эффективным, чем специализированный корабль.

Если вы не можете закрыть «открытое» сопло в конце вашего космического корабля, не могли бы вы просто сказать, что если морская вода попадет в корабль через сопло, любые оставшиеся следы морской воды могут привести к отказу двигателя или его взрыву? ? тем самым исключая возможность корабля уйти под воду. или что корпус корабля изготовлен из специального сплава, который вступает в реакцию с морской водой, что приводит к нарушению целостности корпуса, что делает космические путешествия для указанного корабля более невозможными.

конечно, это зависит от Вселенной или, скорее, от космических кораблей во Вселенной, но вероятное объяснение — давление. В космосе жесткий вакуум. под водой существует сильное внешнее давление. Даже если бы двигатели работали (довольно большие), корпус не выдерживал бы такого давления долго.

Вселенная «Звездного пути» содержит ряд примеров космических кораблей, работающих как в жидкой, так и в газообразной среде под высоким давлением, в том числе:

• «Дельта-Флайер» (эпизоды «Вояджера» «Чрезвычайный риск», «Тридцать дней»)
• Военный корабль США «Вояджер» (серия «Скорпион»)
• USS Enterprise (TOS: Синдром иммунитета)

В каждом случае «реальность» ситуаций либо игнорируется или помахал рукой. Дельта-флайер предположительно построен из специальных (неопределенно указанных) материалов, позволяющих ему работать в атмосфере газового гиганта, но каким-то образом он также способен, в более позднем эпизоде, комфортно приводниться и работать под водой в водной среде. для чего он изначально не был разработан. Точно так же «Вояджер» каким-то образом входит в «жидкое пространство» и успешно перемещается, а «Энтерпрайз» (и один из его шаттлов) успешно входит и перемещается в протоплазме гигантской (размером с планету) клетки.

Дело в том, что это примеры скорее фэнтезийной научной фантастики, чем жесткой (научной) научной фантастики. Хотя франшиза «Звездный путь» привлекает научных консультантов, похоже, она больше предназначена для убедительной техно-болтовни, чем для научно правдоподобных сценариев.

Задавая вопрос «Почему они не могут…» нужно рассмотреть примеры, где это происходит и как (если вообще) это объясняется во вселенной. Как указано в других ответах, космические и погружные конструкции имеют очень разные, если не противоречивые, требования к проектированию. Конечно, вы, вероятно, могли бы запустить подводную лодку в космос, и она могла бы успешно содержать внутреннюю атмосферу, но она была бы ужасно (непрактично) тяжелой для чего-то, что нужно разогнать до очень высоких скоростей, чтобы добраться куда-нибудь стоящее за разумное время. .

Давление воды наверняка повредит корабль, поскольку он не предназначен для погружения. Еще одну проблему будет представлять двигательная система. В зависимости от того, какой тип двигательной установки использует корабль, многие из них не работают, если вдруг потоки воды затопят машинное отделение, реактор или что там еще.

Возможное решение можно найти, прочитав The Gateway Special Джерри Олтиона. Автор предложил использовать подводную лодку, и, если она переживет переход в космос, она также должна быть способна вернуться в среду, для которой она была спроектирована. Это не элегантное решение, но, по крайней мере, это решение.