Domanda:
Perché non ci sono veicoli spaziali che ruotano per la gravità artificiale?
Gnubie
2013-08-17 00:37:49 UTC
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I veicoli spaziali che ruotano per generare gravità artificiale attraverso la "forza centrifuga" sono comuni nella fantascienza, ma non nella realtà. Considerando i problemi nelle missioni lunghe ( tra gli altri: perdita di tessuto osseo, perdita muscolare, ridistribuzione dei liquidi, deficit visivo permanente, malattie dei piedi, riduzione delle difese immunitarie, aumento della crescita di microbi pericolosi come l'ecoli, maggiore esposizione degli occhi e pelle e polmoni a microbi liberi e polvere), perché non viene utilizzato questo metodo?

Inoltre, la gravità artificiale (accelerazione radiale) non semplificherebbe la progettazione e aumenterebbe l'affidabilità delle apparecchiature tecniche che utilizzano parti mobili , flussi di fluidi o gas o necessità di distribuire calore? L'eliminazione della microgravità non eliminerebbe la causa di tutti questi problemi gravi e molto diversi che oggi non hanno altra soluzione funzionante?

Capisco che una grande struttura con parti mobili come nel 2001 è attualmente irrealizzabile, ma che ne dici di un semplice legame con l'imbarcazione e un contrappeso alle estremità, come le bola? Interferisce con le comunicazioni o richiede che la nave / cavo sia molto più forte?

Correlati: [Gravità artificiale a bordo della ISS e dei suoi derivati] (http://space.stackexchange.com/q/7693/49)
1) Perché i movimenti di una centrifuga disturberebbero gli esperimenti di microgravità a bordo. 2) Perché la gravità simulata non è considerata necessaria per una missione umana sulla Luna o su Marte o sulle sue lune. È un lusso che possiamo semplicemente saltare per cominciare. Gli astronauti soffriranno un po ', ma sono comunque allegri, quindi non importa.
La ISS pesa circa 450 tonnellate, mi chiedo quanto sia lontana dall'essere in procinto di sostenere il peso equivalente sotto la gravità terrestre. I bit potrebbero cadere (o meglio: potrebbe essere necessario aggiungere ulteriore supporto strutturale)
"* Mi chiedo perché la gravità artificiale non sia inclusa sulla ISS *": Forse perché l'idea della ISS è di usarla per [esperimenti di microgravità] (http://iss.jaxa.jp/en/kiboexp /seu/categories/microgravity/index.html).
@LocalFluff Posso confermare che "soffrirei" di microgravità per avere la possibilità di andare sulla ISS.
Non dimenticare che gli effetti di Coriolis sono grandi su piccoli corpi rotanti. Se ci atteniamo a [il consigliato] (https://en.wikipedia.org/wiki/Artificial_gravity) 2rpm o (6pi / 60) radianti al secondo, allora omega ^ 2 = 0.1 / s ^ 2, quindi per arrivare a un gee abbiamo bisogno di un raggio di 100 metri. Un po 'grande per la capacità di sollevamento esistente, credo.
La gravità artificiale è il termine giusto da usare qui? Questo mi suggerisce un campo gravitazionale in stile fantascientifico piuttosto che la gravità simulata attraverso la rotazione.
@LocalFluff - Penso che la giuria potrebbe ancora essere fuori sul fatto che la gravità artificiale sia necessaria per una missione su Marte.
@ScottSeidman Oh sì, sono d'accordo. Ma quelli che decidono sembrano aver fatto le loro scommesse. E la gravità simulata non è sulle loro tavole. È stato deciso che è un lusso che gli astronauti non possono permettersi. È molto probabile che sia sopravvissuto e molti altri problemi che minacciano la morte sono comunque più importanti.
@LocalFluff - non è il volo a gravità zero che li ucciderà - il suo atterraggio su Marte e svenuto a causa dell'ipovolemia, lasciando gli astronauti inadatti al servizio nel peggior momento possibile. Gli astronauti che tornano dalle missioni della stazione spaziale estesa vengono * portati via * dallo shuttle.
Immagina di fare un EVA su una stazione rotante.
@KeithThompson: Quale sarebbe il problema con quello? Un EVA all'interno del toro sarebbe piuttosto piacevole a + 1G. Ammetto che un EVA all'esterno sarebbe una questione diversa, poiché lavoreresti effettivamente sopra una fossa infinitamente profonda. Potresti letteralmente cadere con i piedi per terra.
@MSalters: Stavo pensando di provare a lavorare all'esterno o sul lato. Ma non potresti cadere sulla terra; se cadessi, saresti semplicemente in un'orbita leggermente diversa, con la velocità radiale della stazione aggiunta alla velocità orbitale.
@KeithThompson: Lavorare lateralmente richiederebbe una di quelle macchine lavavetri che a volte vedi sui grattacieli. Per quanto riguarda le orbite, ovviamente hai ragione che finisci in un'orbita diversa. Ho un po 'sopravvalutato la velocità radiale; sarebbe solo di circa 40 m / s (usando il commento di Jyrki sopra). Probabilmente non è sufficiente per lanciarti in un'orbita che ha una resistenza atmosferica "significativa".
@TimB: Sì. È un termine improprio, ma è così comune cercare di sradicarlo, specialmente in assenza di un sostituto utile che sia corretto, è uno sforzo inutile. Tutti sanno cosa intendi, tutti sanno che è un termine improprio, a quasi nessuno importa. Analogamente all '"attrito dell'aria", almeno quello ha un sostituto corretto in qualche modo utile, la "compressione adiabatica". Ecco - se provi a combatterlo / aggiustarlo, tutto ciò che otterrai sarà essere trascinato nella guerra santa "la forza centrifuga non esiste".
Quindici risposte:
#1
+29
Rory Alsop
2013-08-17 01:56:07 UTC
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Prima di tutto, in realtà non è gravità artificiale, è accelerazione radiale (spesso nota come forza centripeta): la risposta di AlanSE alla domanda "Dimensioni e rotazione di una stazione" descrive come l'accelerazione radiale è molto diverso dalla gravità.

La ragione principale per cui ciò è improbabile per un po 'di tempo è che affinché l'accelerazione radiale sia simile alla gravità, è necessario un diametro molto grande. Oltre 200 metri secondo i suoi calcoli. Questo presenta un paio di problemi principali:

  • Portare tutti i materiali in orbita. Una stazione o un veicolo spaziale di 200 m di diametro peserà molto!
  • Costruirlo in modo sicuro in modo che le forature dai detriti spaziali non causino grossi problemi
  • Costruire un hub fisso (o controrotante) per l'antenna delle comunicazioni / docking ecc. richiederà sigilli rotanti ... complesso e probabile che fallisca

Fondamentalmente, potremmo farlo - sarebbe semplicemente incredibilmente costoso e pericoloso.

200 metri sono solo un'ombra in più di un [Saturn V a 111 metri di altezza] completamente equipaggiato (https://en.wikipedia.org/wiki/Saturn_V#Soviet_N1.2FL3).
@MichaelKjörling Ma Saturn V non va in orbita tutto d'un pezzo.
L'OP non ha mai detto 1G, ma non 0G, quindi 200m non è necessariamente richiesto. Hanno anche richiesto un semplice cavo con un contrappeso, cioè non una struttura enorme.
Vedi i commenti sotto la risposta di Robert per il motivo per cui non vuoi usare un tether per questo!
Un cavo di 200 m non sarebbe troppo pesante, ma l'attracco sarebbe problematico
#2
+28
geoffc
2015-08-26 18:28:56 UTC
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È peggio di così. Per pianificare davvero la futura abitazione umana altrove, non vuoi solo campi 1G, vuoi 1/6 per imitare la Luna e 1/3 per imitare Marte.

Devi essere in grado di eseguire studi a lungo termine confrontando campioni simili a 0G e ad altri livelli G.

Era previsto che ci fosse un Centrifuge Accomodations Module, sul porto di Kibo rivolto verso il cielo (modulo JAXA Science) ma è stato smantellato a causa dei finanziamenti.

In secondo luogo, una centrifuga abbastanza grande per le persone dovrebbe essere molto grande, e questo è fondamentalmente fuori questione per qualcosa di piccolo come la ISS. Una centrifuga per eseguire esperimenti su topi o piccoli oggetti introduce un altro problema. Vibrazione. Questo può influenzare altri esperimenti sulla ISS che si basano su 0G. La ISS non è una grande struttura 0G, troppi dannati umani che si muovono e sbattono contro i muri tutto il tempo e tutte le regolazioni dell'altitudine.

L ' Istituto di Scienze Spaziali guidato da Gary Hudson (fama di Roton) sta spingendo per i finanziamenti per un impianto di centrifuga spaziale.

Risposta breve al perché? I soldi.

Il CAM ora si trova fuori sotto la pioggia :( https://en.wikipedia.org/wiki/Centrifuge_Accardens_Module
Non credo che il primo punto sia veramente valido. Una stazione che gira abbastanza velocemente da avere 1 g all'esterno avrebbe livelli lunari / marziani di gravità artificiale più vicini al mozzo. Come minimo quei livelli sarebbero accessibili tramite i raggi che lo tenevano insieme. Se fosse necessario più volume, si potrebbero costruire anelli aggiuntivi a quei livelli; o in un solido design a cilindro sarebbe solo il "pavimento" interno rispetto a quello esterno.
@DanNeely Questo è un progetto per una stazione che è enormemente più grande della ISS.
#3
+22
wheeler
2015-08-27 11:52:14 UTC
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Mi sembra che alle altre risposte manchi un driver di progettazione fondamentale della ISS. A differenza delle stazioni spaziali come la stazione rotante di von Braun o lo Stanford Torus, la ISS è stata progettata principalmente come stazione spaziale scientifica e non come avamposto per il tempo libero nello spazio.

Microgravity (in Infatti non ci sono zero-G assoluti sulla ISS, ma un piccolissimo differenziale di forza - vedi commento di MrPaulch) è la grande caratteristica unica, che differenzia la ISS da ogni altro laboratorio umano. Nessuna microgravità renderebbe più o meno inutile la ISS da un punto di vista scientifico.

Pertanto non è mai stato inteso costruire un'intera stazione spaziale rotante. Ovviamente il denaro è una seconda ragione (è sempre una ragione), ma se il denaro è una vera preoccupazione, la ISS non sarebbe mai stata costruita. La costruzione di una stazione spaziale internazionale non è stata una decisione economica o scientifica, è stata principalmente una decisione politica.

Ma una stazione con un modulo al centro e una parte esterna rotante avrebbe consentito esperimenti di microgravità. Altri hanno sottolineato che probabilmente avrebbe anche risparmiato tempo e quindi denaro poiché gli astronauti non avrebbero dovuto sprecare 2 ore ogni giorno a fare esercizio. Inoltre, presumo che provare la gravità falsa come questa sia di interesse scientifico, come potremmo desiderare se per la missione su Marte e successivamente grandi basi spaziali.
ISS come progetto diplomatico. Sotto questo aspetto forse ha avuto molto successo? Ora che c'è questo conflitto tra la Russia e l'Occidente sulla Crimea, la ISS è stata esentata da qualsiasi sanzione. Entrambe le parti dipendono in modo cruciale l'una dall'altra. Si potrebbe boicottare le importazioni di cibo e cose del genere. Ma tagliare la stazione spaziale significherebbe la morte per i programmi spaziali russi, della NASA e dell'ESA. Quindi trovano un modo per andare d'accordo, dopotutto. È una buona cosa.
C'è una centrifuga su ogni secondo luna park, quindi le intuizioni scientifiche su un'altra gravità artificiale non giustificherebbero i costi per quanto ne so. Hai ragione sul tuo commento sul modulo centrale. Le altre risposte qui non sono sbagliate. Ma non menzionano che una gravità artificiale non è mai stata un driver di progettazione della ISS. Inoltre, potresti discutere se la comprensione del comportamento del corpo umano in condizioni di microgravità sia più importante del risparmio di tempo e denaro non facendo alcun esercizio.
@AdamSmith Non è così facile come potrebbe sembrare - l'attrito sarebbe un fattore reale, quindi le due parti della stazione tenderebbero a provare a ruotare alla stessa velocità - hai davvero bisogno di almeno due ruote che girano in direzioni opposte, e anche allora non è così banale come sembra - anche con cuscinetti di altissima qualità ecc., ci sarebbero notevoli vibrazioni nella parte "statica" della stazione, disturbando gli esperimenti. Non ne vale davvero la pena per una stazione progettata per studiare la microgravità.
Questo è il motivo per cui non mi piace il termine * Microgravity *. Scrivi che "... esiste ancora una piccola forza gravitazionale. [Sulla ISS]". Questa è un'affermazione fuorviante. La forza gravitazionale esercitata sulla ISS dalla Terra è circa il 90% di quella che viene esercitata su chiunque sia sulla superficie. La microgravità descrive l'esperienza dei corpi di assenza di peso sulla ISS a causa del suo movimento orbitale. Ti suggerirei di chiarirlo nella tua risposta.
Non vedo la necessità di centrifughe e "ring design" e simili per ottenere la pseudo-gravità centripeta. Prendi due corpi, lasciali ruotare attorno a un centro comune con un raggio appropriato e collegali con una corda o un qualche tipo di costruzione. Posizionare i moduli abitativi e di lavoro da un lato e i moduli di approvvigionamento e i pannelli solari dall'altro. Anche i veicoli che viaggiano nello spazio a lungo termine potrebbero essere facilmente equipaggiati con un sistema del genere. È piuttosto una decisione di a) è voluto da un punto di vista scientifico, eb) qualcuno spenderebbe soldi per questo.
@MrPaulch Hai ragione, la mia affermazione era fuorviante. Ho fatto riferimento al tuo commento.
@Luaan: Questo è il vero punto. Il tentativo di combinare una stazione di filatura e un ambiente di microgravità in una nave è una ricetta per la spesa. Qualsiasi habitat a lungo termine (non laboratorio) dovrà ruotare, ma non sarà un laboratorio. In realtà gli esperimenti di laboratorio potrebbero essere eseguiti a distanza. La vera domanda è se una piscina può essere costruita al centroide dell'habitat: un'esperienza del genere potrebbe convincere abbastanza dei ricchi da finanziare l'habitat ...
@syck È stato suggerito per una spedizione su Marte, ad esempio - è del tutto inutile se * vuoi * un ambiente in caduta libera, poiché non c'è posto senza "gravità". Tuttavia, anche su un'astronave interplanetaria, non funzionerà molto bene: hai comunque bisogno dei tuoi propulsori per la correzione della rotta ecc. Ogni tanto, dovresti interrompere la rotazione, unire le due parti, correggere la rotta e gira di nuovo e, a differenza del design a due ruote, avrai * bisogno * di propulsori per spin-up e spin-down. Non è così pratico come sembra se hai bisogno di qualcosa di flessibile.
@MrPaulch Ecco perché cerco molto di usare * ambiente in caduta libera * piuttosto che * assenza di gravità * o * microgravità *. L '"ambiente in caduta libera" è molto più vicino a ciò che è realmente, senza entrare in tutti i dettagli; "assenza di gravità" o "microgravità" è il modo colloquiale di descrivere il comportamento risultante degli oggetti in quell'ambiente. Puoi ottenere esattamente lo stesso comportamento degli oggetti, in generale brevemente, in ambienti che le persone generalmente non associano affatto all'assenza di gravità, come all'interno di un ascensore o [un aereo] (https://en.wikipedia.org/wiki/Reduced -gravity_aircraft).
#4
+15
Max Williams
2015-08-27 20:46:04 UTC
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Ciò che non è stato menzionato finora sono i problemi extra causati dalla gravità : non è solo un lusso costoso e scomodo, ma porta anche problemi. (In questa risposta dirò semplicemente "gravità" per riferirsi a una forza costante lungo un asse, reale o simulato.)

Accessibilità

In zero-g, puoi arrivare ovunque sulla nave spingendo / tirando / andando alla deriva. In gravità, non puoi, a meno che non sia tutto così compatto da poter raggiungere qualsiasi cosa appendendoti da una scala o semplicemente stando in piedi e allungando la mano. Anche se puoi raggiungere tutto, potrebbe essere il caso in cui non puoi raggiungerlo dall'angolo giusto per usarlo più facilmente. In zero-g puoi coprire ogni superficie con "cose" e non preoccuparti di quale angolazione si trovano le persone quando la usano, dal momento che possono sempre semplicemente ruotare su se stesse.

Incidenti

All'improvviso puoi cadere da una scala o far cadere qualcosa su un altro astronauta. Questo non è un problema in zero-g.

Consistenza

La maggior parte delle stazioni spaziali sono una specie di cilindri lunghi, forse con pochi cilindri ramificati. Dove vorresti avere la gravità in questa situazione? Sarebbe parallelo all'asse lungo della nave, quindi sali su e giù per attraversare la nave? Oppure, parallelamente all'asse laterale, in modo da stare sul lato di un cilindro e girarci intorno come se fosse tutto disteso a terra? Ad ogni modo, è difficile ottenere una forza centrifuga coerente (o è centripeta? Non riuscirò mai a ottenerla) sull'intera stazione spaziale. Più ti allontani dall'asse di rotazione, più ti sembrerà di cadere verso i muri.

Attracco

Attraccare con oggetti rotanti è molto più difficile. Il punto di attracco può funzionare solo se si trova al centro dell'asse di rotazione, il che porta alcuni vincoli extra al design e al layout della stazione. Inoltre, la necessità di far corrispondere la rotazione aggiunge ulteriore complessità all'attracco, che è probabilmente abbastanza pericoloso così com'è.

#5
+6
areologist
2013-08-17 11:02:00 UTC
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Ci sono missioni cartacee che includono un cavo e la gravità simulata nell'hab, ma gli unici soggiorni a lungo termine nello spazio sono stati in LEO. La ISS è stata progettata per essere una struttura di ricerca sulla microgravità, quindi c'è poca motivazione per un progetto rotante. C'era un modulo centrifuga giapponese che è stato sviluppato ma mai lanciato ( Centrifuge Accommodations Module). C'era anche una centrifuga gonfiabile per dormire di cui si è parlato.

Mars Direct è un famoso progetto di missione che viene in mente includendo un veicolo spaziale rotante legato. Se solo tali missioni fossero state perseguite negli anni '90.
#6
+6
Doug Warren
2015-08-26 19:48:17 UTC
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Perché l'aggiunta di forza centripeta rende tutto più complicato e più costoso, ed è già così difficile e costoso mettere qualsiasi cosa, e soprattutto le persone, nello spazio che è stato solo un non-principiante. Dal momento che le persone possono sopravvivere a un periodo relativamente breve a gravità zero con pochi effetti permanenti sulla salute, è semplicemente più facile far fuori l'equipaggio che preoccuparsi di una stazione spaziale da trilioni di dollari che si rompe a metà perché alcuni cuscinetti nel sistema di gravità artificiale si bloccano. / p>

Ricordo di aver letto di pochissimi esperimenti in questo senso. In Il caso di Marte , penso che l'autore abbia suggerito di attaccare la nave a un contrappeso con un lungo cavo e far ruotare l'assieme per la gravità. Penso che abbia citato una missione precedente in cui l'avevano provato come esperimento, e il cavo si è sciolto o qualcosa del genere, forse perché stavano inviando troppa elettricità attraverso di esso.

Quest'ultima parte sarebbe l'idea di Zubrin di utilizzare uno stadio superiore esaurito come contrappeso. La parte del tether a cui ti riferisci è stata [fatta in LEO] (http://www-istp.gsfc.nasa.gov/Education/wtether.html). La corrente elettrica che alla fine si è spezzata era un effetto ambientale (accumulo di plasma), non qualcosa di intenzionale.
@TildalWave Wow. Dopo aver seguito il tuo collegamento, sembra che uno degli obiettivi effettivi della missione fosse vedere se puoi usare il cavo come generatore elettrico. Mi sembra di mettere il carro davanti ai buoi. È come un gruppo di scienziati del XIX secolo che cercano di determinare la fattibilità del motore a combustione interna, ma per qualche motivo insistono nel fare tutti i loro esperimenti sui sottomarini.
@DougWarren Penso che la ragione per farlo nello spazio sia che, poiché la velocità orbitale è così veloce, il cavo potrebbe essere usato per generare molta più elettricità che sulla Terra.
@DougWarren Non è così strano. Certo, sarebbe più comprensibile prima che il fotovoltaico diventasse una cosa (questa è stata una grande sorpresa per gli scrittori di fantascienza :)), ma anche così, potrebbe essere molto utile per generare elettricità per una sonda attorno a Giove, per esempio. Gli RTG hanno i loro problemi: lunga durata e utilizzo di materiali radioattivi (i lanci di razzi falliscono di tanto in tanto, sai), per esempio.
#7
+3
Robert Walker
2014-02-12 17:49:47 UTC
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In realtà non è pericoloso se il cavo si rompe, almeno: la navicella si allontanerebbe a pochi chilometri all'ora e sarebbe facile rimettersi insieme. E il cavo deve solo essere abbastanza forte da sostenere il peso dell'habitat sotto gravità; non è un super materiale, proprio come il tipo di cavi che hai sulle gru.

Inoltre potresti avere più stecche più piccole come un ponte sospeso, ho suggerito qui l'idea di un tubo che puoi arrotolare con stecche interne quindi anche raddoppia come modi per collegare i due moduli e forse anche se abbastanza largo, spazio serra per piante.

Ti potrebbe piacere il mio post sul blog su tutto questo.

Se un cavo si rompe, un pericolo è che il cavo stesso si sferri indietro e danneggi il veicolo spaziale.
@Hobbes Ma la velocità di rotazione sarebbe di pochi metri al secondo e il cavo è leggero. Inoltre, si potrebbe usare qualcosa come un cavo del raggio d'aria. Una collisione con un oggetto abbastanza grande da tagliare un cavo più largo è estremamente improbabile e ucciderebbe comunque una stazione spaziale in microgravità.
Il cavo è in tensione pari al peso della stazione a 1G. C'è energia potenziale immagazzinata nel cavo a causa della sua elasticità. Ciò significa che un cavo sotto diverse tonnellate di tensione si spezzerà violentemente, indipendentemente dalla velocità di rotazione della stazione.
Per un raggio di 200 m e 2 rotazioni al minuto ottengo; (2 * 200 * pi) m / rotazione * 2 rotazione / min * 60 min / h = 150 km / h. Non vorrei fare EVA da questo.
@LocalFluff Il primo (e unico) risultato della ricerca per "air beam tether" è il tuo commento. Cos'è un tether del raggio d'aria?
L'idea del tether del raggio d'aria proviene da questo articolo di Joe Carroll - ed è responsabile dell'invio di corde nello spazio e alcune si sono rotte su di lui, quindi sa una cosa o due sulle corde rotte. Non ha ancora fatto un esperimento di AG, ma pensa che sia fattibile. Http://ssi.org/2010/SM14-proceedings/Design-Concepts-for-a-Manned-Artificial-Gravity-Research-Facility-Carroll.pdf
Con la corda che si rompe - sulla Terra quando una corda si rompe - le due estremità sono fisse o qualcuno in piedi a terra o qualcosa del genere. Nello spazio è diverso non avresti una "frusta", non credo. Più di una corda leggera che ondeggia nello spazio. Il rischio principale è che l'improvviso spostamento del carico potrebbe staccare un pannello solare dalla navicella e suggerisce di affrontarlo facendo in modo che i pannelli pendono verso l'esterno. Ma d'altra parte i pannelli solari sono solitamente montati su supporti abbastanza robusti da poterli estendere a terra non solo nello spazio, per i test. Va da un massimo di 1g a 0g
Avresti assolutamente una frusta indietro, come ha commentato @Hobbes. La fisica non si ferma solo perché sei nello spazio.
Il fatto è che sulla Terra quando un cavo scatta, la frusta avviene perché entrambe le estremità sono ancorate a terra. Quando un cavo si rompe nello spazio, nessuna delle due estremità è ancorata. È un po 'come se fai roteare una pietra intorno alla tua testa su una corda e poi lasci andare la corda. La corda non tornerà indietro verso la pietra. Invece entrambi voleranno via insieme. La corda si incresperà solo un po '. Se fai girare una corda intorno e si rompe nel mezzo, ti riprenderai una frusta in mano perché sei ancorato ma la pietra non ne prenderà una perché non lo è. Spero che ora sia più chiaro.
#8
+3
Mick Wagner
2018-01-09 13:22:07 UTC
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In realtà, la stazione spaziale rotante in "2001" è una resa piuttosto accurata delle dimensioni e della velocità di rotazione necessarie. Nessun mozzo centrale attorno al quale ruotare - quindi nessuna guarnizione o cuscinetto che si guasta - e una grande baia di attracco centrale. Naturalmente, va notato che la stazione spaziale immaginaria fa parte di un più ampio sistema di trasporto, da e per la luna; quindi c'è quello. Per quanto riguarda il tentativo di utilizzare la forza centripeta per simulare la gravità in una missione spaziale a lungo termine, è un po 'più complicato - per tutti i motivi già elencati - ma mi sembra che in realtà non ci sia motivo per cui l'intera navicella non possa ruotare, rendendo esso, in sostanza, un vero e proprio "disco volante".

#9
+2
user23816
2018-02-27 23:42:18 UTC
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Per prima cosa, non erigiamo un argomento di paglia in cui deve essere 1 g gravità o 0 g. I principali svantaggi di 0-g come ambiente di vita-lavoro sono l'atrofia dei muscoli circolatori (e problemi di fluidi corporei) e il tempo perso per fissare ogni oggetto. Forse c'è un punto debole a 0,5 g, 0,3 g, ecc. Chiamiamo questo fattore di gravità f.

La formula che determina il raggio r di una struttura simile a un tamburo (dati f e T , il periodo di rotazione) è:

9.8 f = V ^^ 2 / r (V è la velocità tangenziale sul bordo esterno del tamburo)

9.8 f = (2 pi r / T) ^^ 2 / r

9,8 f = 39,5 r / T ^^ 2

r = 9,8 f T ^^ 2 / 39,5 = .2482 f T ^^ 2

oppure, se vogliamo specificare il raggio e risolvere il periodo di rotazione T:

T = sqrt (r / .2482 f)

Immaginiamo una struttura a tamburo con un raggio di 30 m e gravità artificiale di 0,5 g. Quanto tempo ci vuole per una rotazione? 15 secondi.

La "vista" fuori dalla finestra sarebbe troppo disorientante da guardare, quindi la vista dal ponte verrebbe presentata su schermi di grandi dimensioni, dove la rotazione è annullata nella grafica.

Una grande sfida sarebbe portare tutti i materiali strutturali in orbita ... per esempio un mozzo e raggi in fibra di vetro-resina epossidica. Una seconda grande sfida sarebbe mantenere il tamburo in rotazione perfettamente bilanciata (come avviene quando si bilancia un pneumatico). Se sbilanciato, l'illusione di gravità costante verrebbe spezzata e gli astronauti sentirebbero il loro peso oscillare costantemente (pedalando ogni 15 secondi).

L'attracco richiederebbe l'arresto della rotazione durante l'attracco (quindi il porto di attracco rotante sull'asse centrale. Attraccare in questo modo sarebbe scomodo per gli astronauti, che sperimenterebbero le vertigini. Esistono altri progetti di attracco che implicano una cattura tangenziale che sarebbe possibile sotto il controllo algoritmico, ma richiederebbe al tamburo di avere un sistema di zavorra dinamico per un rapido ribilanciamento.

#10
+2
ZeroG
2018-03-17 02:32:57 UTC
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Penso che la missione Eu: CROPIS del centro aerospaziale tedesco DLR potrebbe essere la prima che utilizza realmente la rotazione come gravità artificiale.

http://www.dlr.de/dlr/ it / desktopdefault.aspx / tabid-10081 / 151_read-17874 / # / gallery / 23027

Nello Skylab 500 non ufficiale, gli astronauti correvano attorno a un anello di stoccaggio. Ciò ha dato loro 0,5 G ai piedi e almeno 0,25 G alla testa. La coppia risultante ha interferito con il puntamento del telescopio solare, quindi non hanno continuato la pratica. Attacca un BA330 alla ISS per un'opportunità simile e c'è spazio anche per una centrifuga con raggio di 3 m. Potrebbe anche essere un buon posto per i servizi igienici e altri impianti idraulici. JAXA ha completato uno studio sui topi da 1 gee in KIBO https://www.nature.com/articles/s41598-017-10998-4 e pianifica esperimenti parziali su gee.
#11
+1
Eric Volpiano
2018-03-23 02:23:13 UTC
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I problemi di ballance cambiano costantemente a seconda di chi / cosa era, dove e quando. Alla fine smetterebbe di ruotare per questo motivo, ulteriormente la sua orbita e / o il percorso attraverso lo spazio cambierebbe costantemente a causa dello squilibrio.

Un po 'di controllo avrebbe bisogno di impedirgli di precessione, ma i movimenti interni non possono cambiare la sua orbita.
#12
  0
LocalFluff
2015-04-17 05:29:41 UTC
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La microgravità non è dannosa durante periodi più brevi, come poche settimane. Nessuna agenzia spaziale ha in programma di inviare esseri umani in una missione a lungo termine, come una missione oltre la Luna. Né alcun piano per consentire agli umani di rimanere a lungo nella gravità lunare. Quindi nessuno ha alcun uso della gravità simulata.

La ISS è un laboratorio di microgravità e espone deliberatamente gli astronauti per 6-12 mesi alla volta. È un esperimento medico con gli esseri umani per scoprire esattamente come viene distrutta la salute degli astronauti e se possono riprendersi una volta tornati sulla Terra. Anche se la microgravità è l'unico problema di salute che non affligge le persone sulla Terra, la comunità medica spera che questo tipo di esperimenti un giorno scopriranno qualcosa che è utile per la medicina umana in generale. (La ISS costa solo quanto tutta la ricerca sul cancro mai intrapresa, quindi forse ne vale la pena a caccia di una scoperta fortuita?)

Presumo che tu non stia contando, per esempio, la missione su Marte pianificata dalla NASA a metà degli anni '30 qui. Inoltre, l'ISS non è * principalmente * un esperimento medico.
@NathanTuggy Non ho sentito parlare di nessuna missione della NASA su Marte da 20 anni. Hai un nome di quella missione o dell'investigatore principale di quella missione e quale budget dispone? La ISS, principalmente come stazione di microgravità, compete solo con il suo utilizzo come stazione di osservazione della Terra.
Microgravità, sì. Esperimenti medici sugli esseri umani, non tanto. (Non che questa non sia una piccola parte, solo che non è neanche lontanamente l'obiettivo principale.) Per quanto riguarda la missione su Marte con equipaggio: https://www.nasa.gov/content/nasas-orion-flight-test-and -il-viaggio-verso-marte / index.html # .VH62pTGVJK8
#13
  0
A. Flowers
2016-12-07 10:41:55 UTC
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L'uso della forza centripeta è una soluzione molto fattibile. Il motivo per cui nessun veicolo spaziale attuale utilizza la rotazione per la gravità artificiale è perché nessun viaggio spaziale fino ad oggi, o attualmente pianificato, ha una durata abbastanza lunga da richiederlo.

#14
  0
Ragnar Von Lodbrok
2018-01-09 23:58:21 UTC
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dai un'occhiata a questi:
1966, primo esperimento di accelerazione radiale / forza centripeta di Gemini XI (11) utilizzando un tether ( riferimento youtube)
1996, esperimento di Tethered Satellite System durante STS-75 ( riferimento YouTube).

Ho letto i problemi ma non sono ancora sicuro del motivo per cui non hanno cercato di migliorarlo. Il costo può essere più alto a causa dei moduli di backup secondari & primari, la necessità di duplicare il supporto vitale, problemi di aggancio, ... Tuttavia, le funzionalità alternative da migliorare possono essere: modulo controbilanciato (dinamico / variabile), moduli con sezione centrale per l'attracco ...

#15
-2
LazyReader
2020-05-25 08:00:03 UTC
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La forza centrifuga che simula la gravità non è la stessa della gravità artificiale. Nondimeno, la NASA ha sperimentato il peso indotto per un po '. Una ragione è che per generare "gravità terrestre" si dovrebbe costruire una centrifuga veramente grande con una velocità di rotazione modesta; una cosa proibitivamente costosa da fare. O costruirne uno piccolo, ma dovrebbe girare molto molto velocemente, il disorientamento e le vertigini renderebbero malato il movimento di qualsiasi astronauta. enter image description here Una missione Gemini in particolare hanno ruotato la loro imbarcazione con un oggetto legato a simulare la gravità, anche se inferiore a 1/100 del normale g. Un altro motivo per cui la NASA non si preoccupa è perché zero g è esattamente l'ambiente che desiderano comunque per vari esperimenti scientifici. Crescita cellulare, coltivazione di piante, cristalli, produzione di farmaci, materiali artificiali, ecc. Alcuni legami molecolari e atomici e alcuni processi chimici sono realizzabili solo in assenza di gravità. La NASA sta ipotizzando tuttavia un modulo che genererebbe varie G nello spazio a bordo della stazione . Uno di questi moduli è stato cancellato all'inizio degli anni 2000 quando il budget della ISS si è ridotto, dopo l'incidente della Columbia.

"-1" perché questo non risponde alla domanda "Perché non ci sono veicoli spaziali che ruotano per la gravità artificiale?". Tuttavia, se hai ampliato "Uno di questi moduli è stato cancellato all'inizio degli anni 2000, quando il budget della ISS si è ridotto, dopo l'incidente della Columbia". potresti essere in grado di trasformarlo in un'ottima risposta!


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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