Ich habe ein Design für die Schaffung künstlicher Schwerkraft auf Welten mit geringer Schwerkraft für meine Welt erstellt, funktioniert es?

Wenn der einzige Punkt darin besteht, irgendwo 1G zu haben, variieren Sie die Geschwindigkeit nicht. Machen Sie eine kreisförmige Scheibe mit einem Durchmesser von etwa hundert Metern und einer Höhe von vielleicht fünf Metern; und drehen Sie es horizontal. Sie müssen dann zwei Vektoren berücksichtigen, einen 0,3 G-Planetenvektor, der nach unten zeigt, und einen Zentrifugalkraftvektor, der nach außen zeigt. Die Addition dieser beiden Vektoren kann dazu führen, dass 1G irgendwo zwischen gerade nach außen und gerade nach unten zeigt. Winkeln Sie den Boden innerhalb dieser Scheibe so an, dass er senkrecht zu diesem 1G-Vektor steht. Es sollte viel Platz für Bettwäsche, Kochen usw. vorhanden sein.

Zum Ein- und Aussteigen: Lassen Sie die Mitte der Oberseite der Scheibe offen; die Schwerkraft dort wird 0,3 G sein. Lassen Sie eine Struktur darüber bauen, die einen Aufzug in diese Öffnung senkt. Sie haben einen schicken hydraulischen Kippboden, der sich langsam bewegt, um den scheinbaren Schwerkraftvektor zu verfolgen, während er sich dreht, sodass die Leute hinausgehen können, wenn die Geschwindigkeit angepasst und die Tür ausgerichtet ist. Das geht in einen anderen traditionellen Aufzug, der sie an den Rand der Scheibe bringt. Dieselben Ideen gelten für das Verlassen der Festplatte.

Ich habe nicht nachgerechnet, aber ich denke, das könnte funktionieren.

Bearbeiten: Hier ist eine Physikstunde zum Hinzufügen von Kraftvektoren. Wenn ich das richtig gemacht habe, benötigen Sie für einen Planeten mit einer Schwerkraft von 0,3 G eine Zentrifugalkraft von 0,954 G, und Ihr Boden würde in einem Winkel von 17,5 Grad zur Scheibenwand stehen.

Bearbeiten: Zu OP: Was Ihr Design betrifft, wird es nicht funktionieren. Ich stimme Shadowzee zu. Um diese Antwort zu vereinfachen, betrachten Sie nur die Person, die sich am unteren oder oberen Rand Ihres Zylinders befindet. An diesen Polen lautet die Antwort ja, sie spüren, wie ein G nach unten zieht, und der Zylinder muss an diesen Punkten 0,7 G und 1,3 G erzeugen. bzw.

Aber betrachten Sie die Person, die sich auf halbem Weg zwischen diesen Punkten befindet: Sagen wir, sie steht horizontal oder parallel zur Planetenoberfläche. Wenn Sie sanft zwischen 0,7 G und 1,3 G beschleunigen, erzeugt der Zylinder an diesem Punkt 1 G.

Aber der planetarische Gravitationsvektor wird immer noch mit 0,3 G nach unten ziehen.

Daher wird der Nettovektor (siehe Vektoradditionslink oben) von Bedeutung sein$\sqrt{1^2+.3^2}=1.044G$Und$\arctan\left(\frac{.3}{1}\right)=-16.7^{\circ}$(Grad) von der Horizontalen nach unten.

Das Gleiche gilt überall außer oben und unten, da der 0,3G-Abwärtsvektor immer vorhanden ist. Aber Ihr Design kann nachweislich an diesem einen Punkt scheitern$0^{\circ}$, die Horizontale:

An diesem bestimmten Punkt bilden der horizontale Vektor der Zentrifugalkraft und der vertikale Vektor der Schwerkraft immer ein rechtwinkliges Dreieck. Es gibt keine Länge (=Größe) eines horizontalen Vektors, die dem entgegenwirkt$-90^{\circ}$Vektor der planetaren Schwerkraft. Die Hypotenuse dieses rechtwinkligen Dreiecks wird niemals selbst horizontal sein. (Wenn Sie es 17,2 G machen würden, würde es innerhalb eines Grades liegen und niemand würde die 0,3 G bemerken.)

Aber Sie benötigen eine Größenordnung von nur 1G. Um eine Größe von 1 G zu haben, muss der Vektor sein$\sqrt{x^2 + .3^2}=1 \rightarrow x=0.954$, aber dann der Winkel=$\arctan\left({\frac{0.3}{0.954}}\right)=17.46^{\circ}$.

In Ihrem Design ändert sich dieser Winkel während der Fahrt von unten nach oben und von oben nach unten, wodurch die Passagiere dramatisch hin und her schaukeln. Es wird den Passagieren schwindlig und übel werden.

Die Antwort lautet also nein, Ihr Design wird nicht funktionieren. Mein Design ist effektiv das, was ColonelPanic vermitteln wollte, wir dachten an dasselbe; aber ich habe einen kurzen Zylinder (eine Scheibe) gemacht und der Boden muss nicht beweglich oder stabilisiert sein; der Winkel ist eine Konstante. Stets$17.46^{\circ}$für 0,3 G, weil alles, was wir berücksichtigen müssen, derselbe horizontale Vektor ist und die Geschwindigkeit der Scheibe konstant ist.

Wie Shadowzee betonte, fehlt (wir glauben, dass es Ihr Design ist) ein konstanter Vektor für die eigene Anziehungskraft des Mondes. (Obwohl vielleicht so etwas dazu beitragen könnte, zumindest einige der Effekte zu reduzieren .

Aber ich glaube, dass ein ähnliches Design für Sie funktionieren kann. Anstelle eines auf der Seite liegenden Zylinders, warum nicht senkrecht stellen? Stellen Sie sich der Einfachheit halber eine einfache Zentrifuge vor, an der eine Kapsel hängt. Das Hab-Modul kann einen Boden haben, der „gyroskopisch“ (oder vielleicht sogar digital, da wir alle erforderlichen Variablen kennen) stabilisiert wird, um die Konstante ~ 0,16 G vom Mond selbst zu berücksichtigen. Vielleicht kann jemand anderes mit einem Taschenrechner den ungefähren Winkel angeben.

Wie dies vereinfacht aussehen würde, wäre der Boden der Kapsel größtenteils parallel zur Achse Ihres Zylinders, aber leicht nach oben und von der Mondoberfläche „weg“ geneigt, um den Gravitationsvektor des Mondes aufzuheben.

Ihre Transfermodule würden sich ähnlich verhalten wie Sie es sich vorstellen, wobei im Grunde eine exakte Nachbildung oben oder unten platziert und dann die Drehzahl angepasst und angedockt wird, wahrscheinlich mit einem Transfergelenk, das auch mit den Pods und ihren Böden gleiten / kippen kann. Klettern Sie die Leiter mit etwa 1 G herunter oder hinauf, wie Sie es auf der Erde tun würden.

Um Ihre Frage zu beantworten, ob dies mit aktueller Technologie erreicht werden kann, kann ich nicht sehen, warum nicht. Es wäre unglaublich teuer, alles zum Mond zu bringen, aber ich sehe aus technischer Sicht keinen Grund, warum dies nicht möglich wäre. Hier ist ein netter kleiner Taschenrechner, der Ihnen etwas helfen kann. Sie brauchen kein volles 1G, weil wir einen Teil der Gravitationskomponente des Mondes „stehlen“, also sehen Sie bei einem Radius von etwa 100 m nur ein paar Umdrehungen pro Minute. Machen Sie das 30 m und immer noch nur ~ 5 U / min (aber wahrscheinlich ein bisschen unangenehm für die Leute in der Kapsel).

Ich glaube nicht, dass das so funktionieren wird, wie du es beschrieben hast. Wie ich es sehe, kann Ihr Design nicht immer 1 g in nur einer Richtung erzeugen.

Lassen Sie uns zuerst den Hauptpunkt ansprechen. Sagen wir, dass die Schwerkraft auf dem Mond 0,3 G beträgt. Wenn ich jederzeit 1 G haben möchte, muss es unten mit 0,7 G nach oben und oben mit 1,3 G nach unten beschleunigen. An der Spitze des Zylinders muss meine Person umgedreht werden, weil die Zentrifugalkraft nach außen wirkt. Das Problem ist, dass, wenn Sie nach oben drehen, die Schwerkraft des Mondes immer nach unten in Richtung Mondmitte wirkt. Bei 45 Grad muss ich also um zusätzliche 0,3 G nach oben beschleunigen, damit die Gesamtkräfte 1 G betragen (es sind 45, beide Beschleunigungsvektoren werden aufgrund der Zentrifugalkraft gleich sein). Im Grunde werde ich etwas anderes fühlen als das 1G, das Sie von mir erwarten.

Die Erzeugung von Schwerkraft in nur einer Richtung auf dem Boden wird im Grunde unmöglich sein, da Sie eine konstante Beschleunigung haben, die Sie in eine Richtung anwenden müssen, um die Schwerkraft aufzuheben. Sie können alle Rotationstricks ausprobieren, die Sie wollen, aber sie werden in einer Sinuswellenform variieren, die Sie fühlen werden. Der einzige Ort, an dem es irgendwie funktioniert, ist, wenn Sie frei fallen würden, dann könnte ich Sie seitwärts drehen, um künstliche Schwerkraft zu erzeugen, weil Sie die Schwerkraft beim Fallen nicht spüren können, weil alles mit Ihnen fällt und unser Körper Kräfte durch Kräfte misst, die auf wirken uns. Wenn Sie also 1G wollen, muss es im Grunde genommen einsatzbereit sein.

Wenn Sie die vorhandene Schwerkraft durch Zentrifugation verstärken möchten, platzieren Sie die Zentrifuge am besten so, dass sie sich orthogonal zur vorhandenen Mond-/Planeten-Schwerkraft dreht. Die kombinierte Nettokraftrichtung innerhalb der Zentrifuge definiert dann einen stabilen "Wasserspiegel", der immer ein Paraboloid ist. (Diese Form kann auch experimentell gezeigt werden, wie auf der Wikipedia-Seite für absolute Rotation zu sehen ist )

Die Steigung der Parabel und der senkrechten Kurve hängt vom Radius der Zentrifuge und dem Verhältnis der Zentrifugal- und Gravitationskraftgrößen ab. Für eine Zentrifuge mit einem Radius von 10 m, die rotiert, um bis zu 1 g Zentrifugalbeschleunigung zu 1/6 g Mondgravitation hinzuzufügen, sieht die „Wasserstands“-Kurve wie folgt aus:

Die Richtung des Nettokraftvektors definiert auch eine andere Kurve, die ich "Lotlinie" nenne, die immer senkrecht zum Paraboloid "Wasserstand" ist:

Als unbestimmte Integrale können diese Kurven beliebig vertikal versetzt werden und schneiden sich immer im rechten Winkel:

Diese Kurven werden so benannt, weil sie der Richtung des lokalen Nettokraftvektors folgen. Echte Pendel würden entsprechend der Lotlinie zeigen, und die Wasseroberfläche in einem Behälter würde dem Paraboloid folgen:

Teile dieser Kurven können als Erzeugende für Rotationsflächen ausgewählt werden, um ringförmige Innenräume zu erstellen, bei denen Böden und andere "horizontale" Oberflächen immer senkrecht zur Nettokraftrichtung sind:

Der Beispielradius von 10 m, was einer konstanten Rotation von 9,5 U / min entspricht, liegt am unteren Ende oder etwas unterhalb der typischerweise angegebenen Komfortzonen für künstliche Schwerkraft, kann sich jedoch anekdotisch mit etwas Training anpassen (die von "langsam rotierenden Räume" verwendeten). US- und sowjetische Wissenschaftler waren im letzten Jahrhundert kleiner, und der geneigte Boden in "Jupiter-2" scheint bei der Anpassung geholfen zu haben). Neben der Krümmung des Bodens und der Wände wird es deutlich wahrnehmbare Coriolis-Effekte für fallengelassene oder geworfene Objekte geben, die natürlich auch von der Schwerkraft des Mondes beeinflusst werden, um ballistische Flugbahnen interessanter zu machen.

Die Ein- und Ausgänge in die ständig rotierenden Räume müssten in der Nähe der Mittelachse liegen, wo der tangentiale Geschwindigkeitsunterschied zwischen rotierenden und stationären Teilen vergleichbar ist mit dem Betreten einer fahrenden Rolltreppe. Ein gewisses Sicherheitssystem ist für den Übergang wahrscheinlich noch erforderlich, da die Drehung im Gegensatz zu einer Rolltreppe nicht per Notknopf gestoppt werden kann. (Es gibt zu viel Schwungradenergie in der Rotation, um sie schnell zu stoppen, und der Versuch, dies zu tun, würde den Menschen schaden, die in den Toroiden leben, da sie in ihrem Referenzrahmen seitwärts geschleudert würden.)

Natürlich gibt es große technische Herausforderungen bei der Konstruktion, wie z. B. zu verhindern, dass sich der Massenschwerpunkt verschiebt, wenn Menschen im Inneren herumlaufen. Weitere Informationen finden Sie in meinem letzten Blogbeitrag .