É mais eficiente enviar uma frota de navios de geração ou um enorme?
Presumindo que seria possível (mas não obrigatório) compartilhar recursos entre os navios durante a viagem, mas isso requer recursos mínimos (mas não zero).
É mais eficiente em termos de combustível / espaço ter uma frota de navios de geração (vários navios autônomos ou navios especializados) ou ter um navio grande para todas as funções (autônomo)?
Respostas
É mais eficiente enviar um grande
Operar 10 pequenas usinas de processamento de esgoto consome mais energia do que 1 grande. O mesmo ocorre com a manutenção de 1 reator nuclear grande versus manutenção de 10 reatores pequenos. Mesmo com filtros de Co2, academias, escolas, creches, etc. Você vai construir 10 playgrounds para as crianças? Você tem 10 pilotos automáticos, bem como 10 computadores de navegação, 10 giroscópios, 10 airlocks? Bem como redundâncias obrigatórias para todos esses sistemas. Você tem 10 cozinhas e 10 salas de jantar?
10 navios pequenos também queimam peças sobressalentes mais rápido do que 1 navio maior. As peças sobressalentes (armazenamento ou fabricação) serão um de seus maiores desafios logísticos. 10 navios com 10 reatores nucleares de 2 núcleos (você precisa de um sobressalente quando um está sendo mantido) queimarão as peças mais rápido do que um reator de 4 núcleos.
Para turnos de 8 horas, 40 horas por semana, com licença médica e 2 semanas de férias por ano, uma posição que precisa de cobertura 24 horas por dia, 7 dias por semana, precisará de 5 funcionários para garantir que o posto esteja sempre ocupado. Portanto, você precisará de 5 x 10 = 50 pessoas para garantir que cada navio tenha alguém de serviço. Portanto, 50 pessoas capazes de pilotar o navio. 50 técnicos nucleares treinados. 50 policiais (mínimo). Um grande navio pode precisar de 2 ou 3 policiais simultâneos de plantão a qualquer momento - mas você só precisará de uma equipe de 10 a 15 policiais no total para colocar 2 ou 3 policiais em serviço a qualquer momento. Isso simplifica consideravelmente o seu regime de treinamento.
Se você tem instalações de construção naval que só podem construir um navio até o tamanho máximo, pode ser tentador construir navios de pequena geração para uma frota - para o qual eu sugiro construir o navio em seções e juntá-lo no vácuo.
Existe um meio-termo entre um grande navio falhando catastroficamente e muitos navios pequenos com sistemas totalmente redundantes?
Noto nos comentários ( agora movidos para o chat ) que há uma discussão sobre "Não é muito eficiente se o seu único navio explodir". Então, como um aparte, isso também pode ser resolvido:
Redundância vs. eficiência é um problema complicado. No entanto, existe um meio-termo para esse problema.
- Para tudo o que você está trazendo em sua viagem, cada tipo de compartimento, instalação, estação ou equipamento, atribua um número aleatório entre 0 e 1. Por exemplo, os motores principais são 0,423421, o cultivo de tomate hidropônico é 0,1267542, o armazenamento de produtos de higiene é 0,854223 , o processamento de esgoto é 0,73323, as salas de aula da escola primária são 0,5422, a acomodação para famílias (denominada A ... F) é 0,52321, a acomodação para solteiros (denominada S ... Z) é 0,2214, o reator nuclear é 0,14321, etc. Esta lista deve tem milhares de entradas.
- Construa N navios, dando a cada um um número K de 0 a N. O navio K tem todo o equipamento entre ((K-2) / N módulo 1) a ((K + 2) / N módulo 1). Portanto, o navio 4 de 10 tem tudo entre 0,2 e 0,6. O navio 0 de 10 (o primeiro) tem tudo entre 0,8-1,0 e 0,0-0,2.
- Coloque seus navios em órbita, monte-os juntos em uma estrutura forte (em uma ordem aleatória - não sequencial), construa conduítes de energia / ar / água / etc entre eles que podem ser desconectados em uma emergência e construa corredores entre eles que podem ser selado em caso de emergência.
- Agora você tem uma grande nave composta de uma frota de naves menores, onde cada sistema é replicado 4 vezes e não mais.
- Se uma nave sofrer uma falha catastrófica e explodir, cada sistema que foi perdido terá 3 outras redundâncias.
- Agora você pode perder 3 navios de seus 10 sem comprometer a missão.
- Perder 4-7 navios pode comprometer a missão, mas pode ser possível terminar a missão com todos os serviços disponíveis com apenas 3 navios.
- Você pode ajustar N se quiser mais ou menos navios. Altere +2 para um número maior ou menor se quiser mais ou menos redundância.
(Para aqueles que passam as noites clicando em páginas aleatórias da Wikipedia - este é um DHT )
Como já apontado em outras respostas / comentários, um único grande navio é mais eficiente, MAS aumentará as chances de que uma única falha catastrófica leve toda a missão ao fracasso.
Um acordo razoável parece então usar alguns navios grandes em vez de um único e gigantesco. O navio individual ainda será grande o suficiente para lucrar com as eficiências de escala, e a redundância implícita em ter dois ou mais deles aumenta as chances de que pelo menos um deles chegue ao destino.
Mais ou menos o que a NASA fez ao enviar as sondas planetárias nos anos 70, com várias sondas Pioneer, Voyager e Mariner sendo enviadas em intervalos muito próximos.
Se a proteção contra a radiação cósmica é importante, as grandes naves são mais eficientes.
Um dos maiores desafios para voos espaciais interplanetários tripulados é o risco à saúde apresentado pela radiação cósmica . Este é um grande problema mesmo para uma viagem de 180 dias a Marte, quanto mais para uma viagem de várias gerações entre estrelas.
O artigo do Wiki vinculado menciona um número indicativo de cerca de 4 toneladas de proteção por metro quadrado para reduzir os níveis de radiação em uma estação espacial a níveis aproximadamente semelhantes aos da Terra. Há um pouco de incerteza sobre isso, e os requisitos para viagens interestelares seriam diferentes novamente, mas isso nos dá uma estimativa: se você não tem outra maneira de se proteger contra a radiação cósmica, a proteção física será uma grande parte do peso do seu navio.
É possível ter uma proteção que também é útil para outros fins, por exemplo, armazenar o suprimento de água do navio ou combustível de hidrogênio em sua pele. Mas para um navio de geração, você provavelmente quer quase 100% de reciclagem dos recursos, o que significa que a quantidade de água que você precisaria carregar é provavelmente muito menor do que a quantidade necessária para proteção. Mesmo se você estiver usando consumíveis para blindagem, ainda precisará de sobra suficiente no final da viagem para que esteja adequadamente protegido nos últimos anos, o que ainda significa um grande aumento na quantidade que você carrega.
Se o peso da blindagem é uma restrição importante do projeto, seus navios parecerão grandes bolas, porque essa é a forma mais eficiente em termos de área de superfície por volume contido. (Editar: conforme mencionado nos comentários, alguns componentes podem ser colocados fora da blindagem, então mais como "bolas grandes com coisas penduradas nelas"). Graças à lei do cubo quadrado, um navio de 200 metros de diâmetro suportará tanta carga útil quanto oito navios de 100 metros de forma semelhante, mas com apenas metade da área de superfície e, portanto, metade do peso da blindagem.
(Na verdade, o navio grande requer um pouco menos da metade da blindagem de oito navios pequenos, porque a espessura da blindagem provavelmente não será desprezível, mas não vamos nos preocupar muito com isso.)
Portanto, se você depende de uma proteção física para proteção contra radiação e não tem uma proteção superleve de unobtainium, provavelmente vai querer um pequeno número de navios grandes.
Outra opção pode ser a blindagem magnética. Isso é um pouco mais especulativo, mas os requisitos para isso provavelmente ainda serão escalonados aproximadamente com a área da superfície a ser protegida, o que novamente torna o tamanho maior e mais eficiente.
Depende de onde eles começam e quais valores você favorece.
Se você estiver lançando fora da Terra ou algum objeto planetário nessas naves (como eles mostram no início de Wall-E), eu recomendaria naves menores. Mas eu não recomendaria essa estratégia; de qualquer forma, lançar naves tão grandes quanto essas fora do poço gravitacional de um planeta é extremamente caro. Em vez disso, eles devem ser construídos no espaço e, em seguida, as pessoas transportadas até eles.
Agora que resolvemos isso, aqui estão nossas opções:
- Envie um navio. Prós: compartilhar recursos é mais barato, pode ser mais eficiente em termos de combustível se você usar menos motores / reatores / etc. e, portanto, menos peso (ou seja, grande é mais barato), uma comunidade maior, o que provavelmente é bom por razões psicológicas. Contras: se alguma coisa quebrar, brinde a todos.
- Envie vários navios. Prós: redundância (ou seja, se algo quebrar, há outros navios também), mais fácil para cada navio gerenciar seus recursos (ou seja, sem grande burocracia). Contras: maior desperdício de recursos, possíveis efeitos psicológicos com comunidades menores
Então, o que é mais importante, ser cauteloso com os riscos de mau funcionamento do navio ou economizar recursos? Além disso, o que torna a história melhor? Definitivamente, há muito mais tensão quando o único navio funciona mal do que quando um navio de uma frota apresenta problemas. Por outro lado, se houver conflito entre navios, isso também poderá ser uma história em formação.
Então, eu diria que se trata de qual deles você pode construir melhor uma história. Definitivamente, existem argumentos para cada um.
Desafio Quadro
É mais eficiente em termos de combustível / espaço ter uma frota de navios de geração (vários navios autônomos ou navios especializados) ou ter um navio grande para todas as funções (autônomo)?
Nada é menos eficiente do que uma única esfera gigante que é destruída por um asteróide que passa .
É por isso que a eficiência de combustível e espaço nunca são os únicos fatores de direção. Especialmente em viagens espaciais !!
Tripla redundância, o excesso de construção, muitas lojas de máquinas e peças "em branco" (unidades genéricas de material que se usinado até partes utilizáveis) irá conduzir o projeto s . (Plural, uma vez que um projeto pode ter uma falha fatal e imprevista que destrói todos / a maioria dos navios.)
É por isso que vários navios independentes lançados em momentos diferentes (por exemplo, três navios diferentes de três projetos diferentes - total de nove navios - lançados em três momentos diferentes) são a maneira mais eficiente de garantir que algumas pessoas cheguem ao destino.
Seu inimigo é o calor desperdiçado.
No espaço, você tem exatamente um método disponível para se livrar do calor, que é irradiá-lo. Todas as grandes espaçonaves como o ônibus espacial e a ISS devem incluir radiadores para evitar o superaquecimento.
Os navios de geração têm um consumo de energia quase linear para a quantidade de pessoas a bordo, e as pessoas a bordo aumentam com o volume do navio ($\approx x^3$) A área de superfície disponível para radiação de calor residual, no entanto, só cresce com a superfície do navio ($\approx x^2$) Portanto, à medida que você aumenta sua geração de navios, você acabará ficando sem área de superfície para radiação de calor.
Agora, você poderia dizer: Oh, bem, então eu acabei de construir radiadores enormes que se estendem pelo espaço. Isso funcionará por um tempo, mas eventualmente você terá o problema de transportar o calor residual do núcleo do navio até as pontas dos radiadores de calor. Quanto mais longa essa viagem se tornar, menos eficiente será o resfriamento (mais energia é gasta no bombeamento e fica mais difícil isolar suficientemente os tubos de retorno do ambiente conforme eles descem para o coração do navio).
No entanto, você ainda pode construir uma nave enorme que tenha superfície radiativa suficiente e possa suportar a destruição de suas partes (= a vantagem de redundância de uma frota de navios):
Sua nave é basicamente projetada como uma gigantesca estação espacial. É montado a partir de módulos e hubs que são conectados por meio de algum sistema de conector padrão. Cada módulo é basicamente um tubo longo que tem seus próprios radiadores de calor acoplados e é conectado a um hub em cada extremidade. Os hubs são projetados de modo que se acoplem a seis módulos em um único plano e a três módulos diagonalmente para cima. Assim, metade dos nós forma uma única camada de triângulos com 2/5 dos módulos, a outra metade dos hubs forma uma segunda camada com outros 2/5 dos módulos. Essas duas camadas são conectadas pelo último 1/5 dos módulos, usando as conexões diagonais para cima do hub. Isso forma muitos outros triângulos que não são paralelos aos dois planos e, portanto, fornecem rigidez lateral ao navio.
Como você deve saber, as construções triangulares são extremamente rígidas e nunca produzem forças de flexão nas vigas individuais. É por isso que você vê essa construção triangular em cada guindaste.
Você desenvolve esta nave simplesmente adicionando módulos à borda do plano duplo. Como tal, a superfície efetiva do navio cresce linearmente com seu volume utilizável. O mecanismo de acoplamento entre os módulos e os hubs tem travas de ar, válvulas em todos os tubos e interruptores elétricos em todas as linhas de energia que passam por ele. Isso permite que módulos / hubs com defeito sejam separados do navio de qualquer maneira que seja necessária. Uma conexão aberta, no entanto, permite a troca gratuita de tudo o que os diferentes módulos desejam / precisam trocar, permitindo que o navio funcione como uma grande cidade.
Um grande navio.
As respostas sobre isso até agora são muito mais amplas do que a pergunta exige. Se a pergunta fosse tão ampla quanto as pessoas parecem pensar (ou seja, qual opção é melhor), ela seria sem resposta sem mais informações.
No entanto, é muito específico e aborda apenas duas coisas: eficiência de combustível e eficiência de espaço. Ele assume que ambas as opções são possíveis com os recursos de engenharia do mundo em questão e não se preocupa com redundância / segurança ou o impacto psicológico ou quaisquer outros fatores normalmente considerados ao tomar esse tipo de decisão.
Para eficiência de espaço, observe a duplicação de instalações essenciais (por exemplo, banheiro / WC / banheiro, instalações recreativas, instalações médicas, etc.), bem como área externa / de superfície versus volume interno do navio (lei do cubo quadrado) e como isso afeta uso eficiente do espaço, bem como do espaço disponível em função da quantidade de material de construção utilizado. Isso mostra claramente que o navio grande é a opção mais eficiente em termos de espaço, pois precisa de menos espaço para abrigar e transportar o mesmo número de pessoas.
Quanto à eficiência de combustível, assumindo que não haja estranhos, efeitos ainda não descobertos acontecem com objetos maiores no espaço, então, enquanto sua nave nunca decolar ou pousar de / em um planeta, a nave maior também será mais eficiente em termos de combustível. Você precisa de combustível para acelerar até a velocidade de viagem e desacelerar no final e em pequenas quantidades de vez em quando para manter as velocidades de viagem em meio a várias influências gravitacionais. A quantidade de combustível que você precisa é baseada na quantidade de massa que você precisa mudar, e já discutimos como você precisa de menos material (portanto, menos massa) para construir uma nave grande do que várias outras menores, então, novamente, aquela grande navio será mais eficiente em termos de combustível.
Apenas para registro, no entanto, e completamente fora do escopo da questão, sou um engenheiro e um crente firme na lei de Murphy, então o fator de segurança diz: envie pelo menos 3 navios e espero que pelo menos um consiga.
Uma espaçonave maior será geralmente mais eficiente, se todo o resto for igual, com retornos decrescentes no aumento da eficiência à medida que a escala aumenta. No entanto, uma espaçonave maior é um projeto de construção mais difícil, levará mais tempo e recursos para ser construída, resultará em uma utilização menos eficiente de estaleiros e outras infraestruturas de construção e será menos capaz de fazer uso dos avanços tecnológicos mais recentes. Em um nível de programa de colonização, um comboio ou série de comboios pode muito bem ser mais eficiente, mesmo que os navios individuais sejam menos eficientes.
A eficiência da espaçonave não pode ser seu principal critério de projeto de qualquer maneira. Sempre haverá uma escolha entre lançar e fazer algo para tornar o navio um pouco mais eficiente. Se você sempre escolher tornar a nave mais eficiente, o resultado é uma nave de geração que nunca sai , mas apenas fica em órbita sendo atualizada e adicionada para sempre ... ou mais provavelmente, é cancelada antes de ser concluída.
Redundância
Redundância, também conhecida como força em números, só se mantém contra threads externos. O que significa que um asteróide perfurando seus navios pode ser protegido contra muitos ovos de tartaruga marchando para o mar. Uma falha de projeto do motor não pode ser protegida com sistemas que tenham todos a mesma falha. Para um recurso pequeno, não pode ser protegido dessa forma. Os predecessores presos podem ser eliminados e, assim, construir "uma estrada no céu".
Redudância também é possível dentro de um navio, por design modular e capacidade de autorrecuperação. (Os comerciantes do universo A-Deepness-in-the-sky fizeram isso). Portanto, anteparas e postos de comando e controle descentralizados.
Para uma geração, a coisa mais importante, porém, seria a capacidade de se auto-reparar e inicializar o ambiente novamente em caso de falha catastrófica. Como mandar todos para o armazenamento, enquanto ele pasta em busca de matéria-prima e repara seu ecossistema.
Um grande navio seria mais eficiente em operação, como outras respostas indicaram. No entanto, essa é apenas metade da equação.
Esta enorme nave tem que ser construída. Suas enormes instalações devem ser capazes de lidar com grandes volumes. Reatores gigantes para energia, sistemas gigantes de reciclagem de água, motores gigantes para movê-la, tudo gigante.
Construir navios grandes é muito difícil. As peças ficam tão grandes que não cabem nas instalações de fabricação existentes. Você não pode simplesmente aparafusar os menores; À medida que a coisa toda fica maior, qualquer junta se torna cada vez mais uma fraqueza potencial, à medida que as tensões envolvidas também aumentam.
Portanto, antes de lançar essa seção gigante do casco, você deve construir uma instalação de metalurgia gigante que pode produzir grandes quantidades de liga quente líquida e despejá-la em um molde gigante. Você precisa de uma fábrica com um quilômetro de comprimento apenas para conter essa extrusão.
Isso também aumenta a dificuldade de manutenção dos navios. As peças agora são tão grandes que requerem máquinas especiais de tamanho gigante para serem manuseadas.
Você pode compensar esses problemas tendo navios que aceleram mais suavemente para que possam ser feitos de peças menores conectadas entre si. Os navios da Terra fazem isso, o casco é feito em seções. Mas então seu tempo de viagem é estendido, você precisa de mais suprimentos e assim por diante.
No geral, navios menores produzidos em massa podem ser mais eficientes ao longo de todo o ciclo de vida.
Em geral, acho que há muitas eficiências que ocorrem com a escala, mas questiono a afirmação de que é necessariamente verdade que maior sempre será mais eficiente. As eficiências líquidas de escala nem sempre aumentam sem limite para qualquer restrição de engenharia conforme a escala aumenta.
O exemplo clássico é a relação do quadrado ao cubo com a área de superfície vs. volume. Conforme você escala um eixo, o volume aumenta mais rápido do que a área de superfície. Isso é benéfico quando você deseja maximizar a quantidade de coisas que pode caber dentro do navio, por exemplo, mas é problemático para questões como dissipação de calor, que depende da área da superfície para irradiar o calor. Você pode atenuar isso usando matrizes de radiadores para esticar a área da superfície, mas se você também considerar que a quantidade total de calor que você precisa dissipar aumentará com o tamanho do navio, a área total de radiação necessária pode crescer rapidamente. Se você otimizar apenas para o problema de dissipação de calor e 'custo' dos radiadores, provavelmente há um ponto ideal para esse fator de eficiência.
Outro exemplo é a geração e transmissão de energia. Um grande gerador de energia centralizado pode ser mais eficiente de produzir, mas agora você também precisa de uma transmissão de longa distância, que tem ineficiências associadas. Aqui está outro lugar onde essa troca de considerações e o ótimo provavelmente não se aproximam do infinito.
Também existe o fato mais difícil de quantificar que aumentar a escala dos sistemas tende a torná-los mais complicados, o que pode significar maiores chances de falha (exigindo redundância adicional se você quiser uma margem de segurança) e provavelmente exigindo uma quantidade maior de equipamentos de suporte e pessoal de apoio. Grupos maiores de pessoas apresentam toda uma nova série de riscos e desafios, pois gerenciar um grande grupo de pessoas por um longo período para manter um sistema complexo cria seus próprios desafios em termos da necessária engenharia social de longo prazo. Navios menores significam sociedades menores, que podem ser mais estáveis no longo prazo do que uma grande sociedade compartilhando um único navio e tendo que coordenar em grande escala por um longo período de tempo para ter sucesso.
Resumindo, é importante considerar as eficiências da escala, mas é igualmente importante reconhecer os desafios / ineficiências de compensação que ocorrem conforme a escala aumenta e pesar esses fatores ao projetar uma solução.
Não sabemos, e a pergunta não fornece dados suficientes
Rompendo com a tradição, responderei a uma pergunta que eu votei negativamente.
A pergunta não pode ser respondida , exceto por um projetista de navios de geração experiente que tem acesso aos dados que a pergunta optou por não incluir.
A questão é que sempre há limites na engenharia. Os projetos funcionam entre um tamanho mínimo e um tamanho máximo; fora dos limites, projetos diferentes são necessários: e a questão não diz como construir um navio de geração, quão grande é grande, quais são os objetivos do projeto , como o navio é movido e assim por diante.
Vamos pegar um exemplo muito mais mundano e nos perguntar se é mais eficiente transportar carga em contêineres da China para a Europa usando um grande navio ou uma frota de navios menores.
Um navio de carga moderno com eficiência máxima de combustível leva cerca de 35 dias para viajar da China para a Europa Ocidental, supondo que ele caiba no canal de Suez. Se for muito grande para o canal de Suez, o tempo de viagem aumenta para cerca de 50 dias. Se puder fazer uso da Passagem Nordeste Russa, o tempo de viagem diminuirá para cerca de 25 dias.
Os limites atuais de Suezmax são 400 metros de comprimento, 50 metros de viga, 20 metros de calado e 70 metros de altura acima da água. Adivinhem? Os maiores navios porta-contêineres atuais são projetados para esses limites.
Mas e se você falasse com os egípcios e os convencesse a aumentar os limites? Bem, em breve você encontrará outro limite: o navio precisa ser capaz de carregar e descarregar cargas em um porto, e os portos também têm limites.
Mas e se você falasse com as autoridades portuárias de Antuérpia, Rotterdam, Shenzhen e Shanghai para fazer o necessário para aumentar os limites de seus portos? Você encontrará outros limites: por exemplo, você prefere fazer entregas da China a cada 10 dias ou mais, e não quer ter que esperar até 70 dias para que sua mercadoria chegue da China.
No geral, os atuais grandes porta-contêineres, com capacidade para transportar cerca de 24.000 TEU, estão no limite do que é realmente possível e economicamente razoável. Nós poderia projetar um navio de recipiente capaz de transportar 50.000 TEU, mas seria de nenhuma utilidade para ninguém. Não sabemos conceber um navio porta-contentores com capacidade para 500.000 TEU.
Voltando ao navio de geração: digamos que os projetos atuais cheguem a navios com cerca de 10 km de comprimento e diâmetro de cerca de 2 km, dando um volume interno de cerca de 31,5 km³. Com grande aumento de custo, projetar e construir um navio com volume interno de 100 km³ pode ser possível. Mas e se o esforço de colonização precisar de 1.000 km³? Tal navio excederia os limites do projeto e enviar vários navios seria a única opção.
Em conclusão, não podemos dizer que um grande navio é mais ou menos eficiente do que vários navios menores, a menos que saibamos muito mais sobre esses navios do que o que a pergunta diz.
Em vez de responder a uma pergunta final muito aberta, pergunto por que não as duas coisas?
Pegue um enorme bloco de gelo, ou um asteróide ou cometa. Embutidos na massa estão vários habitats e unidades de propulsão independentes. O asteróide serve como escudo de radioação e massa de reação, portanto, na chegada, será bastante oco. Duas abordagens para construir tal coisa vêm à mente imediatamente:
foguetes na parte de trás: construa navios em forma de foguete, com drives na parte inferior e áreas de habitat / produção na parte superior. Eles estão presos na parte de trás do cometa. Na chegada, eles enchem o tanque de combustível interno, desconectam e freiam individualmente para não desperdiçar massa de reação ao frear o resto do asteróide (resteróide?)
Módulos de unidade e módulos de habitat são separados, os módulos de unidade sentam-se na pele e lentamente comem seu caminho para o asteróide, que os habitats estão mais para o interior, mas distribuídos tanto quanto possível
A ideia é que os módulos individuais podem ajudar uns aos outros, mas que cada um pode ser bastante autossuficiente se for necessário. Eles devem estar tão distantes um do outro quanto o espaço permitir, de modo que um evento catastrófico provavelmente não afetará todos eles. A proximidade significaria que alguém poderia essencialmente pegar um trem de um módulo para outro, então não é preciso gastar a reação em massa.
Uma nave interestelar será uma parte da carga útil, mil partes ou mais massa de reação, então você também pode usar essa massa para fins estruturais e de proteção.
Como outros apontaram, maior é mais eficiente, mas muitos navios são mais redundantes.
Algumas coisas importantes em relação à redundância:
Você deseja um design redundante, não apenas cópias. E se você projetar uma frota redundante de navios, mas todos tiverem uma falha de projeto, digamos, em todas as válvulas principais de esgoto?
Há também o problema (que pode ser usado para criar drama para conduzir a história) da evolução independente em cada uma das naves redundantes. Tanto de cultura das tripulações quanto de bactérias e vírus. Imagine o Covid2099 se desenvolvendo lentamente em um navio. Devagar o suficiente para que a tripulação desenvolva imunidade, mas quando eles chegam ao sistema de destino ou durante uma transferência de navio para navio, há o risco de espalhar uma infecção. Todos nós sabemos como isso pode ser problemático ...
Tl; dr: Navios enormes são estruturalmente menos estáveis e têm uma proporção de massa pior.
No cerne da questão está a lei do cubo quadrado . Você não pode simplesmente dimensionar um modelo pequeno porque a resistência de suas estruturas de suporte cresce apenas quadrática com o tamanho (depende essencialmente da área das seções transversais das escoras e paredes) enquanto a massa que está sustentando cresce com o cubo do tamanho (depende apenas do volume). Um navio com o dobro do tamanho de outro terá, ceteris paribus, oito vezes a massa, mas a resistência de suas escoras será apenas quatro vezes menor. Em navios grandes, é necessária relativamente mais massa para a estabilidade estrutural. Em algum ponto, isso vai começar a superar a vantagem de grandes navios em relação à falta de usabilidade de uma área de casco externo, se é que existe (a área provavelmente conteria suprimentos de qualquer maneira).
Isso pressupõe que não há mecanismo de (anti) gravitação, e que a nave de geração irá acelerar no início e no final da viagem, o que parece inevitável. Também é provável que ele precise girar por gravidade, o que criará uma tensão estrutural além de muitos impulsos potenciais.
Um grande navio é mais eficiente.
A razão para isso é que um navio requer menos combustível, menos tripulação, menos energia e apenas uma doca de estaleiro para ser feita.
Basicamente, a concentração de recursos é mais eficiente do que fazer e enviar um monte de navios menores.
Mas
Se aquele grande é drasticamente maior do que os navios menores, ele é menos eficiente.
Um exemplo disso é a estrela da morte. A estrela da morte é tão cara e consome muito combustível, que seria muito mais eficiente enviar 2 destruidores superestrelas do que uma estrela da morte. A razão para isso é porque a estrela da morte é muito maior do que o destruidor superstar, que requer pelo menos 10 vezes a quantidade de energia, combustível e tripulação (e tudo necessário para manter a tripulação viva e funcionando).
Outro mas
Enviar vários navios menores (como alguns tamanhos abaixo, como 5 cruzadores em vez de um navio de capital) fornece uma vantagem tática maior.
Basicamente, uma nave não pode fazer manobras de flanco, todas as suas armas não apontam para um alvo, então não pode trazer tanto poder de fogo para suportar, e é menos manobrável, e se for retirado, é isso, você perdi a batalha.