Könnte eine bemannte Manövriereinheit künstliche Schwerkraft erzeugen?

Kurze Antwort: Ja, es ist möglich. Sie benötigen einen großen Magneten und ein vorhandenes Magnetfeld.

Schwerkraft kann mit Magnetismus bei fast 1 G erzeugt werden. Dies ist jedoch nicht außerhalb eines vorhandenen Magnetfelds möglich. Auf der Erde kann man also mithilfe von Supraleitern etwas zum Schweben bringen ( Quelle ). Im Weltraum wäre dies jedoch schwieriger zu erreichen, da Sie im Weltraum kein konsistentes Magnetfeld haben. Im Sonnensystem könnte möglicherweise das Magnetfeld der Sonne genutzt werden. Oder ein Raumschiff könnte ein Magnetfeld erzeugen, das zur Erzeugung von Schwerkraft genutzt werden könnte.

Um mit Magneten Schwerkraft zu erzeugen, sind Supraleiter oder andere extrem starke Magnete erforderlich. Dafür wären entweder mehrere Megawatt Strom oder Kryotechnik (sehr kaltes Zeug) erforderlich. In einer MMU-Umgebung wäre Kryotechnik praktikabler. Es ist auch nicht bekannt, ob sich diese Methode nachteilig auf den Menschen auswirkt.

Zweite Option, Spinnen. Sie können immer Schwerkraft erzeugen, indem Sie etwas herumwirbeln. Dies würde erfordern, dass die MMU eine andere Achse hat als der Astronaut, damit die Schwerkraft den Astronauten wegdrücken würde. Der Astronaut würde eine Wand oder Plattform benötigen, auf der er stehen kann, wenn die Schwerkraft wirksam ist. Diese Art der künstlichen Schwerkraft ist möglicherweise nicht sehr nützlich, da der Astronaut nur schwer mit seiner Umgebung interagieren kann.

Letzte Option, Vorwärtsbeschleunigung. Wenn sich etwas schnell genug vorwärts bewegt, erzeugt es künstliche Schwerkraft. Astronauten spüren das ständig, wenn eine Rakete die Erde verlässt. Um diese Schwerkraft aufrechtzuerhalten, werden jedoch große Mengen an Kraftstoff benötigt. Eine MMU könnte wahrscheinlich nicht genug Treibstoff aufnehmen, um die Schwerkraft auf diese Weise länger als ein paar Sekunden aufrechtzuerhalten.

Zusammenfassung: Die Erzeugung von Schwerkraft in einer kleinen Umgebung wie einer MMU ist nicht einfach. Es ist möglich, aber die Schwerkraft erfordert entweder ein Magnetfeld, große Mengen an Treibstoff oder ein schwindelerregendes Drehen. Alle machen es schwer.

Achtung: Mathematik voraus.

Einfach nur humorvoll sein. Ich weiß, dass nicht jeder Mathe mag, also dachte ich, ich füge das hinzu. Nur damit ich sagen kann: "Ich habe es dir doch gesagt!" wenn Sie sich über die Mathematik beschweren. Lesen Sie in diesem Fall einfach die Antwort von DonyorM. Trotzdem . . .

Die Abmessungen der MMU sind wie folgt:

• $0.846 \text{ meters}$
• $0.711 \text{ meters}$
• $1.27 \text{ meters}$

Das Problem ist, ich weiß nicht, welche der ersten beiden Breite und welche Tiefe ist! Dem Bild nach zu urteilen, ist die MMU jedoch breiter als tief, also scheint die Tiefe zu sein$0.711 \text{ meters}$.

Die andere Information, die wir wissen müssen, ist die Oberflächengravitation des Mondes . Der Grund, warum wir die Masse des Mondes nicht wollen, ist, dass der Astronaut viel näher am Massezentrum der MMU ist, wenn er/sie angeschnallt ist, als ein Astronaut auf dem Mond am Massezentrum des Mondes wäre. Um die Effekte zu replizieren, müssen wir die Oberflächengravitation replizieren.

• $g_{\text{Moon}}=1.6249 \text{ m/s}^2$

Die Formel für die Kraft, die auf eine Person mit Masse wirkt$m_p$aus einem zweiten Körper$m_b$ist

$$F=m_pg=G\frac{m_bm_p}{r^2}$$ Abbrechen der $m_p$s führt uns zu $$g=G\frac{m_b}{r^2}$$ Wir haben $g$,$G$, und $r$. Lass uns finden $m_b$: $$m_b=\frac{gr^2}{G}$$ Wenn wir unsere Werte einstecken, bekommen wir $$m_b=\frac{1.6249 \times (0.711)^2}{6.673 \times 10^{-11}}=1.23096219 \times 10^{10} \text{ kilograms}$$ Die Lautstärke ( $V$) der MMU ist $$V=0.846 \times 0.711 \times 1.27=0.76391262 \text{ meters}^3$$ Dichte ( $\rho$) ist $\frac{M}{V}$, also haben wir $$\rho=\frac{M}{V}=\frac{1.23096219 \times 10^{10}}{0.76391262 }=1.611391353 \times 10^{10} \text{ kilograms/meter}^3$$ Das ist ungefähr zehnmal so dicht wie ein Weißer Zwerg. Für Menschen nicht machbar.

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Wie DonyorM besprochen hat, wäre die beste Wahl für Ihre Frage (weil Sie nach einer von Menschen gemachten Quelle gefragt haben), die MMU zu drehen. Und was weißt du - mehr Mathe!

Die Zentripetalkraft auf einen Astronauten muss gleich der Oberflächengravitation des Mondes sein:

$$F_c=\frac{mv_c^2}{r}=mg_{\text{Moon}}$$ Noch einmal die $m$s heben sich auf, und wir arrangieren neu, um zu bekommen $$v_c=\sqrt{g_{\text{Moon}}r}$$ Hier, $r=0.711 \text{ meters}$, So $$v_c=1.074850641 \text{ meters/second}$$ Die Winkelgeschwindigkeit $\omega$ist $\frac{v_c}{r}$: $$\omega=\frac{v_c}{r}=1.511744924 \text{ radians/second}$$ Behandeln Sie den gesamten Apparat als einen Block mit den Abmessungen der MMU (okay, ich füge der Höhe einen halben Meter hinzu, um die hervorstehenden Beine des Astronauten zu berücksichtigen, und die MMU hat eine Masse von $148 \text{ kilograms}$, und der Astronaut hat eine Masse von, sagen wir $75 \text{ kilograms}$) haben wir das Trägheitsmoment $I$als $$I=\frac{1}{12}m(w^2+d^2)=\frac{1}{12}(75+148)(.846^2+.711^2)=22.69465425$$ Drehimpuls $L$ist definiert als $$L=I \omega=22.69465425 \times 1.511744924=34.30852836$$ Wir wissen, dass wir den Impulserhaltungssatz beachten müssen: $$\frac{dL_{\text{system}}}{dt}=0$$ was wird $$\frac{d(\frac{1}{12}m(w^2+d^2) \omega)}{dt}=0$$ Alles hier aber $m$Optimalerweise sollten wir eine Konstante, weil $m$ändert sich, wenn Kraftstoff freigesetzt wird. Also muss sich auch noch etwas ändern. Kommen wir zurück zur Definition von $\omega$: $\omega=\frac{v_c}{r}$. Jetzt haben wir also $$\frac{d(\frac{1}{12}m(w^2+d^2) \frac{v_c}{r})}{dt}=0$$ Wir haben eine ganze Reihe von Konstanten aufgeteilt $$\frac{d(m \frac{v_c}{r})}{dt}=0$$ Dies bedeutet, dass $\frac{mv_c}{r}$ist eine Konstante. Das wissen wir auch $F$ist eine Konstante. Dies bedeutet, dass $$\frac{d(\frac{mv_c^2}{r})}{dt}=0$$ Damit $\frac{mv_c^2}{r}$ist auch eine Konstante. Noch $m$Änderungen. Könnte $v_c$Rückgeld? Nein, denn im ersten Fall $v_c$in die erste Potenz erhoben, im zweiten Fall in die zweite Potenz. In beiden Fällen müsste es passen $dm$. . . und wenn $dv \neq 0$, dann wäre dies in beiden Fällen unmöglich. Damit $r$muss sich ändern usw $$\frac{dm}{dt}=\frac{dr}{dt}$$ Ob dies für Menschen möglich ist oder nicht, hängt davon ab, wie leicht der Radius geändert wird (bei der MMU unmöglich!) Und wie schnell sich die Masse ändert (z. B. wie viel Treibmittel in einer bestimmten Zeit ausgestoßen wird).

Der unkomplizierte Ansatz scheint das Objekt am Lasso zu befestigen und es weiter herumzuwirbeln, wie es ein Cowboy vor dem Werfen tut. Die Zentrifugalkraft simuliert die Schwerkraft für das Objekt.

Der Astronaut kann sich in die entgegengesetzte Richtung drehen, aber für das relativ leichte Objekt wird dieser Effekt gering sein. Es kann mit den Raketentriebwerken kompensiert werden, indem ein anderes ähnliches Objekt in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird (schwierig, aber möglicherweise möglich) oder das massive Raumschiff mit einer anderen Hand festgehalten wird.

Die Nützlichkeit der Idee hängt davon ab, warum das Objekt die Schwerkraft benötigt. Wenn beispielsweise Schwebeteilchen aus der Flüssigkeit heruntergebracht werden müssen, würde der Ansatz funktionieren.