Erwägen:
Ein Raumschiff reist zwischen Planeten. Es beschleunigt auf der ersten Hälfte der Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit und bremst dann auf der anderen Hälfte ab. Während der gesamten Fahrt erleben die Schiffsinsassen, abgesehen von der Richtungsänderung in der Mitte, eine angenehm konstante Schwerkraft. Längere Reisen werden vielleicht aus mehreren Paaren von Beschleunigungs-/Verzögerungsbeinen zusammengesetzt, so dass das Raumschiff zu keinem Zeitpunkt mit Partikeln fertig werden muss, die mit relativistischen Geschwindigkeiten auf sie rasen.
Anstatt das gesamte Schiff in einen Gravitationsschacht zu werfen und wieder herauszuziehen, werden kleinere Schiffe (besser ausgerüstet für den Wiedereintritt und andere aerodynamische Spielereien) verwendet, um Passagiere und Fracht zwischen Raumschiff und Planet zu transportieren. Das im Orbit wartende Schiff bewegt sich ein wenig schneller als ein freies Objekt im selben Orbit sonst und liefert die notwendige zusätzliche Zentripetalkraft, indem es seine Schubdüsen kontinuierlich in die Richtung weg von dem darunter liegenden Planeten feuert. Die Besatzung, die an Bord des Schiffes wartet, erlebt künstliche Schwerkraft, wobei „down“ in Richtung Weltraum zeigt. (Oder umgekehrt, mit einem langsamen Schiff und Antrieb vom Planeten weg statt hinein und künstlicher Schwerkraft in die entgegengesetzte Richtung.)
Eine Raumstation mit künstlicher Schwerkraft, die auf die oben genannte Weise hergestellt wurde. Ein Weltraumaufzug verbindet sie mit einer anderen Station in einer höheren Umlaufbahn, die Schwerelosigkeit erfährt, weil sie mit der gleichen Periode umkreist wie die „unterste“ Station. Die „obere“ Station bietet eine kontrollierte schwerelose Umgebung, vielleicht für alle Arten von Zero-G-Wissenschaft, während eine permanente/langfristige Besatzung durch die „untere“ Station rotiert, so dass sie oft genug die Schwerkraft erfährt, um ihre Gesundheit vor dem Absturz zu bewahren . Der Verkehr zwischen der Station und dem Planeten darunter befördert ausschließlich Fracht (Nahrung, Treibstoff, andere Notwendigkeiten).
Die Idee ist, das Problem der Anpassung an die Schwerelosigkeit zu beseitigen, indem einfach jede Blechdose im Weltraum, in der sich Menschen befinden, sich so bewegt, dass die Schwerkraft fast immer zu spüren ist. Bei dieser Frage geht es um den Kompromiss zwischen den Antriebskosten (Treibstoff und die Wartung von Motoren, die rund um die Uhr laufen) und der Bequemlichkeit und anderen Vorteilen der Schwerkraft.
Da das Verbrennen teurer chemischer Brennstoffe, nur damit die Dinge nicht zeitweise wegschwimmen, in erschreckendem Maße verschwenderisch ist (und sowieso einfach nicht nachhaltig ist), könnten wir Fusion (oder eine andere Methode, um viel billige Energie zu gewinnen) annehmen sehr wenig Masse) vorhanden ist.
Bearbeiten: Die Absicht des vorherigen Absatzes und der Wortlaut der folgenden Frage war es, darauf hinzuweisen, dass das Problem der Erzeugung des anhaltend hohen Schubs, der für die Umsetzung dieser Schemata erforderlich ist, als Problem angesehen werden muss, das umgangen werden kann. Sie wurden auf der Grundlage der Annahme geschrieben, dass der Zugang zu billiger Energie die Fähigkeit impliziert, diese Schübe zu erzeugen; Wie die Antworten von Rekesoft und Firedrake unten gezeigt haben, ist diese Annahme nicht wahr.
Trotzdem bin ich immer noch daran interessiert, über andere Probleme informiert zu werden, die für die beschriebenen Szenarien relevant sind, jetzt angenommen, dass eine Art magischer Weltraumantrieb verwendet wird.
Welche anderen Hindernisse müssen überwunden werden, damit die weit verbreitete Nutzung der künstlichen Schwerkraft praktisch vorteilhaft ist? Welche anderen wichtigen Dinge übersehe ich?
Noch ein paar Sachen, die ich mir überlegt habe:
Ich glaube nicht, dass ich genügend Forschung darüber betrieben habe, wie die schädlichen Auswirkungen der Mikrogravitation auf den menschlichen Körper gemildert werden können, um dies beurteilen zu können, aber ich vermute, dass es bereits sehr hilfreich sein könnte, nur eine gewisse Schwerkraft (sagen wir mehrere Zehntel G) zu haben. Wenn Sie in diesem Fall einige einfache Berechnungen durchführen und Daten von einigen Wiki-Seiten entnehmen, scheint es, als wären etwa 0,2 g unter Berücksichtigung des erforderlichen Schubs von Kilogramm zu Kilogramm etwa viermal so teuer wie das Halten eines Verkehrsflugzeugs im Reiseflug. Ich habe keine Ahnung, wie wirtschaftlich das wäre, aber ich denke, es scheint nicht zu unvernünftig zu sein, wenn der Antrieb ausreichend billig ist.
Möglicherweise relevant ist diese Frage , bei der künstliche Schwerkraft durch denselben Mechanismus in einem Ringlebensraum erreicht wird, außer dass die Last durch strukturelle Integrität statt durch Antrieb getragen wird.
Der Hauptvorteil dieses Systems ist nicht die Schwerkraft, die es bietet, sondern die Verkürzung der Reisezeit. Eine konstante Beschleunigung, auch wenn sie schwach ist, ist der Weg, um ultrahohe Geschwindigkeiten zu erreichen, solange Ihre Motoren so lange liefern können. Wenn Sie ein paar Tage mit 1G beschleunigen, würden Sie mit einem beträchtlichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit reisen und so die Reise bis zu dem Punkt verkürzen, an dem Mikrogravitationseffekte vernachlässigbar sind - ich nehme an, Reisen im Sonnensystem, keine Raumschiffe.
Ich glaube jedoch nicht, dass es irgendeine Art von Technologie gibt, die es wirtschaftlich machbar machen würde.
Ja, das ist akzeptabel. Es ist im Grunde die Lösung, die in den Expanse-Romanen von James SA Corey sowie einigen anderen wie Mike Kupari verwendet wird. Expansionsschiffe haben unglaublich effiziente Motoren, so dass sie unter Schub herumfahren können, normalerweise mit etwa 0,3 g, aber in der Lage, für kurze Zeit bis zu 3-4 g oder mehr zu erreichen. Im Orbit befinden Sie sich jedoch immer noch in Mikrogravitation, wenn Sie nicht an eine sich drehende Station angedockt sind. Das macht Sinn, da es nur so viele Orte im Sonnensystem gibt, dass eine Art Station fast überall einen Besuch wert wäre.
Längerer Null-Gee ist sehr schädlich für Menschen und dies umgeht dieses Problem (vorausgesetzt, die Charaktere wechseln regelmäßig von Null-Gee zu höheren Gee, wenn Sie in Null-Gee bleiben, sind die Änderungen möglicherweise nicht so gefährlich). Es gibt akute Veränderungen beim Übergang in die Schwerelosigkeit (Schwindel, Verstopfung der Nasennebenhöhlen usw.), die diese Lösung nicht anspricht, aber diese können (und werden fast immer) bequem übersehen.
Es ist praktisch unmöglich, genug Remass zu transportieren, um sehr lange unter Schub zu bleiben, aber es gibt Fackelschiffkonzepte, die wenig physikalisches Handwinken erfordern und es Schiffen dennoch ermöglichen, Schub für die meisten, wenn nicht alle Reisen von Planet zu Planet zu verwenden. Oder sagen Sie einfach, dass das Schiff dunkle Materie sammelt und zum Remassieren verwendet (80% des Universums!) und nach Herzenslust herumstößt :)
Schub ist nicht die Antwort: Es gibt keine aktuellen oder plausiblen Methoden, um einen anhaltenden Schub zu erzeugen, der hoch genug ist, um biologisch nützlich zu sein. (Alles ist entweder hoher Schub und niedriger spezifischer Impuls, wie chemische Raketen, oder niedriger Schub und hoher spezifischer Impuls, wie Ionenantriebe und plausible Fusionsideen.)
Es könnte besser sein, entweder einen Ring zu haben (frei schwebend oder Teil des Raumfahrzeugs) oder zwei Raumfahrzeuge zusammenzubinden und sie um ihren gemeinsamen Massenmittelpunkt zu drehen. Dann müssen Sie nach aktuellen Standards ziemlich große Raumfahrzeuge bauen (oder ein langes Halteseil verwenden), da eine schnelle Drehung das Innenohr desorientiert und je größer das Fahrzeug ist, desto langsamer kann es sein, um die gleiche Beschleunigung zu erreichen. Außerdem: Spin erschwert Manöver (Kreiseleffekte; zwei gegenläufige Ringe zu haben, kann ein wenig helfen); Spin erschwert das Andocken; eine Schleuderpartie erfordert sehr zuverlässige Lager.
Wenn Sie einen magischen Weltraumantrieb einsetzen, der ziemlich billig einen anhaltend hohen Schub erzeugen kann, brauchen Sie einen Grund, warum Planeten noch existieren (da jeder mit einem Antrieb eine kinetische Waffe bauen kann, die ihn zerstört). aber auch das Rendezvous wird wieder kompliziert, weil die beiden Fahrzeuge ihren Nicht-Null-Schub anpassen müssen, bevor sie Manöver zum Andocken beginnen können.
Eine weitere Komplikation: Manchmal fällt der Antrieb aus, genau dann, wenn Sie nicht möchten, dass sich Ihre Schiffsbesatzungen in einer neuen und unerwarteten Situation befinden.
Eine weitere Komplikation: Die Zero-G-Fertigung erleichtert den Zusammenbau großer Raumfahrzeuge erheblich. (Und für einige Materialien kann dies erforderlich sein.)
Ein Schiff auf einer Umlaufbahn erzeugt den Zustand der Schwerelosigkeit, indem es sozusagen mit der gleichen Geschwindigkeit auf den Schwerpunkt zufällt, mit der es ihn überholt. Im erdnahen Orbit ist dies praktisch.
Bei interplanetaren Flugbahnen wird der nächste Schwerpunkt weit genug entfernt sein, dass das Schiff eine Zeit lang absichtlich mit einer Geschwindigkeit, die schneller ist als die, mit der es ihn überholt, auf ihn zufallen kann. „Auf“ und „Ab“ werden dann entlang einer Linie irgendwo zwischen den Linien der beiden betrachteten Kräfte erzeugt, was einen Grad an Schwerkraft an Bord ergibt. Wenn es an der Zeit ist, den Schiffskurs zu korrigieren, schwenkt die Mannschaftskabine in ihrem Gimbal und das Schiff beschleunigt vom Schwerpunkt weg.
Kurz gesagt könnte man dies als „Zick-Zack“- oder „Känguruhüpfen“-Schwerkraft charakterisieren, da der tatsächliche Weg des Schiffes eine Linie ähnlich einem Epizykel um den theoretischen Kometenweg (und auf derselben Ebene) folgt.
Das Schiff fährt im Zickzack um eine kometenartige Bahn. Wenn während des Fallens Potential verbraucht wird, erhöht sich die Geschwindigkeit des Schiffs, und wenn es sich von der Unterschlupfbahn wegbewegt, wird es auf einer ballistischen Bahn langsamer. Strom wird benötigt, um die Kurse für jeden Zick-Zack-Kurs zu korrigieren und den Mannschaftsraum neu auszurichten. Die künstliche Schwerkraft wird nicht konstant sein, aber zumindest wird es ein Auf und Ab geben.
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