Warum wird angebundene künstliche Schwerkraft kaum jemals in Betracht gezogen?

Wenn Sie nach rotierender künstlicher Schwerkraft fragen (ja, ja, technisch radiale Beschleunigung), laufen die meisten Antworten darauf hinaus, dass Sie ein Raumschiff mit einem Durchmesser von 200 m benötigen, und das können wir noch nicht bauen.
2001 Torus

Aber warum sollte natürlich der gesamte Kreis eine durchgehende Raumstation sein? Einfach zwei Module mit einem Kabel zusammenbinden und verlängern, oder?

Sind die technischen Probleme einfach zu schwierig und zahlreich, um das überhaupt in Betracht zu ziehen? Ein paar sehe ich schon:

  1. Der Transport von Personen zwischen den Modulen oder zu einem stationären Teil der Station würde eine EVA erfordern. Nicht nur das, sondern ein EVA von einem sich schnell bewegenden Modul.
  2. Orbital- oder Lageanpassungen vorzunehmen wäre viel komplizierter.
  3. Das Andocken an besuchende Raumfahrzeuge würde ein stationäres Modul erfordern oder die Rotation vollständig stoppen.
  4. Das Bewegen von Ressourcen zwischen den Modulen und/oder einem stationären Abschnitt würde lange Kabel und Rohre und möglicherweise Dichtungen zwischen beweglichen Teilen erfordern.

Natürlich kann man sich für all diese Lösungen Lösungen ausdenken. Die meisten können behoben werden, indem die Drehung vorübergehend angehalten und die Module möglicherweise wieder zusammengezogen werden. Aber keine der Lösungen scheint einfach. Ist das alles einfach zu viel, um überhaupt darüber nachzudenken?

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Ich dachte nicht, dass ich das tun musste, aber ich denke, ich werde die Motivation klären. Ich habe viele Leute gelesen, die sich fragen, ob die Schwerkraft des Mars (0,38 g) ausreicht, um die vielen negativen Auswirkungen der langfristigen Schwerelosigkeit zu lindern. Es scheint leichtsinnig zu warten, bis wir mitten in einer 18-monatigen Mission dort sind, um es herauszufinden.

Was wäre der Zweck Ihres Schiffes? Im Moment ist die menschliche Anpassung für alle praktischen Bedürfnisse ausreichend/besser; für die absehbare Zukunft.
@Antzi Testen der Auswirkungen der Marsgravitation auf die menschliche Gesundheit. Es ist eine der größten Unbekannten bei einer Marsmission und eine, die meiner Meinung nach zu wichtig ist, um sie herauszufinden, wenn Sie bereits dort sind.
Die Nasa plant, dies vor Ort zu tun.
@Antzi Sie meinen, die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit in situ zu testen? Also einfach hinkommen und es dann herausfinden?
So wie bei den ersten Weltraumflügen und wie auf dem Mond.
Ich finde es gar nicht so schlimm, wie du es dir vorstellst. Es ist möglich, eine Station mit drei Modulen, einen zentralen Docking-Hub und zwei angebundene Satellitenknoten zu entwerfen, wo Sie eine kleine unter Druck stehende Aufzugskabine haben, die sich zwischen den Bäumen entlang einer Mehrfachkabelschiene bewegt. Und aus Sicherheitsgründen würden Sie sowieso mehrere Kabel oder Halteseile benötigen. Obwohl dies durchaus durch tatsächliche orbitale Konstruktions- und Montagemethoden größerer starrer Strukturen ersetzt werden könnte
Signifikant lange Halteseile haben eine äußerst bewegte Geschichte im Weltraum. en.wikipedia.org/wiki/STS-46 en.wikipedia.org/wiki/STS-75 sowie das von Russell Borogove erwähnte Gemini 9-Experiment
Ja, wir haben es versucht, wir haben uns schwer verbrannt, niemand will es so schnell wieder riskieren. Ohne Luftwiderstand, der sie dämpft, werden Schwingungen zu einem sehr hässlichen Problem, da sie sich leicht ansammeln und zerstörerische Ausmaße erreichen können ...
Ich denke, es ist erreichbar, erfordert aber wahrscheinlich "aktive" Elemente, um Schwingungen zu dämpfen, und möglicherweise eine Erwärmung / Kühlung des Kabels, um es in einem idealen Temperaturbereich zu halten. Möglicherweise können Kabel in einen Verbindungstunnel mit axialen Verbindungen/Null-G-Arbeitsraum integriert werden oder mit diesem koexistieren. Gepaarte Raumfahrzeuge hätten eine gewisse Fähigkeit, Beschleunigungen zu synchronisieren, und das würde Redundanz bieten. Ich sehe die Duplizierung nicht als von Natur aus problematisch an.
@OrganicMarble: TSS war ein völlig anderes Experiment, ein elektrodynamisches Halteseil, und die Hauptprobleme lagen im Entfaltungsmechanismus und der elektrischen Isolierung. Das Gemini-Experiment wurde aus Raumfahrzeugen zusammengeschustert, die nicht dafür ausgelegt waren, und war nicht einmal als Zentrifugalseil gedacht, es war ein Versuch der Gezeitenstabilisierung.
@SF.: Schwingungen sind ohne Luft leicht zu dämpfen, und kein einziges Tether-Experiment ist daran gescheitert. Das Meme von Weltraum-Haltegurten als irgendwie schrecklich gefährlich oder fehleranfällig ist beliebt, wird aber nicht durch die tatsächliche Fluggeschichte gestützt: Es gab zahlreiche Erfolge, und die Fehler waren im Allgemeinen Dinge wie fehlerhafte Auslösemechanismen (kaum ein unmöglich schwer zu lösendes Problem). oder nicht zusammenhängende Probleme, die typisch für CubeSats mit minimalem Budget sind.

Antworten (5)

Das Zusammenbinden von zwei bewohnbaren Modulen teilt Ihren ohnehin beengten Wohnraum in zwei kleinere Räume auf, die nicht leicht durchquert werden können; Das bedeutet, dass viele Geräte wie Lebenserhaltungs- und Badezimmereinrichtungen dupliziert werden müssen (vermutlich könnten Strom und Kommunikation auf einer Nabelschnur neben dem Halteseil liegen). Das ist ein inakzeptabler Effizienz-/Massenschlag, also lehnen wir es ab.

Sie könnten eine träge Masse an einem langen Seil befestigen; Dies würde bedeuten, dass viel Eigengewicht auf den Markt gebracht wird, was ebenfalls unattraktiv ist.

Gemini XI führte einige Tether-Experimente mit einem Agena-Raumschiff durch, mit einigen seltsamen „Springseil“-Oszillationen und Rucklern; Ich weiß nicht, ob das ein unüberwindbares Problem ist. Das Gemini-Experiment erreichte eine Beschleunigung im Milli-Gee-Bereich. http://www.spacesafetymagazine.com/space-exploration/gemini/m-equals-1-all-up-mission-gemini-xi-part-2/

Sie müssten das Gewicht einholen und jedes Mal abdrehen, wenn Sie ein besuchendes Raumschiff andocken wollten.

Schließlich ist einer der wichtigsten Zwecke einer Raumstation, Experimente bei null g durchzuführen. Das Drehen der Station vereitelt diesen Zweck.

Als Gegengewicht könnte man unbewohnte Masse wie eine verbrauchte Oberstufe, die Solaranlage, Treibstoff für die Ankunft, Oberflächenausrüstung verwenden. Aber man möchte diese Masse in der Nähe der Astronauten haben, um eine gewisse Strahlungsabschirmung zu gewährleisten. Mit zwei Lebensräumen an einer Schnur konnte die Besatzung mit geringem Aufwand entlang des Rotationskreises zwischen ihnen wechseln, anstatt radial durch die Mitte. Das würde die Massennutzung verbessern, aber es fehlt immer noch der Abschirmungsvorteil, diese beiden Module nebeneinander zu platzieren, und führt zu potenziellen Fehlerpunkten.
"Man könnte unbewohnte Masse wie eine verbrauchte Oberstufe verwenden" Vorgeschlagen für astronautix.com/s/spacestation1970.html Und da Ihr Kommentar Formulierungen enthält, die eine Planetenmission ("Treibstoff für die Ankunft, Oberflächenausrüstung") implizieren, die nicht enthalten war Zum (direkten) Umfang der ursprünglichen Frage sollte ich anmerken, dass das Schema der leeren oberen Stufe auch Teil des Mars Direct-Vorschlags war.
Könnte das Andocken in der Mitte des sich drehenden Rades erfolgen (wobei sich auch das besuchende Raumschiff dreht).
@yper-crazyhat-cubeᵀᴹ Wenn Sie Tethered Spin verwenden, gibt es nichts anderes als ein Kabel zum Andocken in der Mitte, es sei denn, Sie fügen dem Komplex ein (massives, ungünstig platziertes) Andockmodul hinzu. Rotierendes Andocken ist möglich, sollte aber wahrscheinlich eher Robotern als Menschen überlassen werden ("Kommen Sie jetzt, erwarten Sie wirklich, dass ich in meinem Kopf eine Koordinatensubstitution durchführe, während ich an eine Zentrifuge geschnallt bin?").
@RussellBorogove: Das Andocken ist wahrscheinlich ohnehin am besten Robotern überlassen. Und ein Kabel könnte eine nachgiebige, robuste, stoßdämpfende Struktur zum Andocken bieten und das Fahrzeug direkt zu einem Andockhafen führen. (Realistischerweise hätten Sie mehrere Kabel für Stabilität gegen Verdrehen, wahrscheinlich für Redundanz miteinander verbunden.)
Sie können nicht mit einem einzelnen Schiff/Modul vergleichen, Sie müssen mit Alternativen wie einem Zylinder oder Rad vergleichen; Diese erfordern mehr Materialien und Technik als verbundene Module. Gepaarte Verbindungsschläuche (zugfest oder zusätzlich zu Kabeln) würden einen kontinuierlichen Luftstrom zwischen Modulen und Zugang ermöglichen. Ein Modul zum Wohnen, das andere für Fracht oder einfach nur für Redundanz; Sie hätten kein Eigengewicht. Ein Docking-Port plus Null-G-Raum könnte am axialen Punkt enthalten sein, ohne dass ein Herunterdrehen erforderlich wäre – aber möglicherweise synchronisierte Antriebe sowie eine aktive Dämpfung von Schwingungen erforderlich sind.

Für die nächsten Jahrzehnte besteht in der bemannten Raumfahrt kein Bedarf an simulierter Schwerkraft. Es mag für die biologische Grundlagenforschung interessant sein, aber es liegt an ihnen, eine biologische Forschungsstation in LEO zu kaufen, es ist kein Problem für Agenturen und Unternehmen, die bemannte Raumfahrt planen.

Es wird einige Zeit dauern, bis die Menschen weiter als bis zum Mars vordringen, und es dauert nur 6 bis 9 Monate, bis der Hohmann-Transfer zum Mars wirtschaftlich ist. Hunderte von Astronauten haben so viel Zeit in der Mikrogravitation verbracht und es genossen. Niemand wurde jemals durch Mikrogravitation verletzt, und reduzierte Schwerkraft ist auf der Erde nicht gerade epidemisch, daher hat die simulierte Schwerkraft sowohl im Weltraum als auch in der medizinischen Gemeinschaft eine sehr geringe Priorität.

Die Mikrogravitation hat den Vorteil, dass die menschliche Nutzung des Weltraums von Raumschiffen zunimmt. Man kann mehr Menschen in einen schwerelosen Raum quetschen. Es hilft, die Größe und Masse eines Raumschiffs zu reduzieren. Strukturen wie Solaranlagen und Antennen können in der Schwerelosigkeit leichter und filigraner gemacht werden. Ein sich drehendes Raumfahrzeug erleidet während des gesamten Entwurfs eine Massenstrafe. Außerdem tut die Schwerkraft weh. Es bricht Rücken, es tötet Menschen, die fallen, Sie lassen Dinge auf Ihre Zehen fallen. Es ist ein Segen für die menschliche Gesundheit, die große Ursache für Unfälle, Abnutzung und Mühe, die die Schwerkraft ist, loszuwerden.

Reduzierte Schwerkraft, wie zum Beispiel 16 % oder 38 % wie auf Mond und Mars, sollte einige der Probleme lösen, die in der Mikrogravitation auftreten. Es sollte ausreichen, um den Flüssigkeitsdruck im Oberkörper etwas zu normalisieren, um Muskeln und Skelett zu belasten, um die Wirkung der Übung stark zu erhöhen, um Staub herunterfallen zu lassen, anstatt in jedermanns Gesicht zu schweben (was die Notwendigkeit und den Lärm der Belüftung verringert ), um Mikroben zu deaktivieren, die in der Mikrogravitation so zu reagieren scheinen, als ob sie im Wasser schwimmen würden, was sie aktiviert, zu sitzen oder zu schlafen, ohne sich festzuschnallen.

Die Ressourcen für eine simulierte Gravitationsstation werden besser auf einer echten Mission zum Mars benötigt, um die realen Risiken des Starts, der Landung und jeglicher Art von Hardware- oder Softwarefehlern zu verringern. Der beste Ort, um sich über die Auswirkungen der reduzierten Schwerkraft zu informieren, ist auf dem Mond und auf dem Mars! Wir müssen das, was wir bereits von Natur aus zur Hand haben, nicht neu erstellen. Gravitationseffekte interagieren mit Strahlungs-, chemischen und psychologischen Effekten. Keine Untersuchung könnte vollständiger sein, als tatsächlich eine lange Zeit auf dem Mond oder Mars zu verbringen. Wenn Menschen ein Jahr auf dem Mond bleiben können, können sie sicherlich auch ein Jahr auf dem Mars mit mehr als der doppelten Schwerkraft bleiben. Und tatsächlich haben Menschen ein Jahr in Mikrogravitation verbracht, also stellt sich die Frage, welchen Zweck simulierte Schwerkraft hätte.

„ Niemand ist je durch Mikrogravitation verletzt worden. “ Definieren Sie „verletzt“. Muskelatrophie, Verlust des Blutvolumens, Verlust der Knochendichte und Sehstörungen kommen einem sofort in den Sinn.
@RonJohn Das habe ich mir gedacht, aber fairerweise werden die meisten davon erst dann zu Problemen, wenn sie an die Oberfläche zurückkehren.
@LocalFluff Ich denke, meine Hauptsorge ist, dass wir zwar vermuten können, dass die Schwerkraft des Mars ausreicht, um die Auswirkungen der Mikrogravitation zu verhindern, wir es aber nicht wissen, weil wir sie nie getestet haben! Und es macht keinen Spaß, das herauszufinden, wenn man versucht, vom Mars abzuheben. Also dachte ich, es wäre eine ziemlich gute Idee, eine rotierende Raumstation einzurichten, um das herauszufinden. Natürlich ist Ihre Idee, es auf dem Mond herauszufinden, eine schöne Alternative.
Zu sagen, dass es nur ein Problem ist, wenn sie an die Oberfläche zurückkehren, ist wie zu sagen, dass ein Sturz von einem hohen Gebäude nicht weh tut, es ist kein Problem, bis Sie auf dem Boden aufschlagen.
Niemand hatte jemals 6-9 Monate lang Probleme mit Mikrogravitation ... wenn er zur ERDE zurückgekehrt ist, und umfangreiche Einrichtungen und Personal, das in der Lage ist, ihm zu helfen. Ändern Sie diesen Umstand dahin, dass Sie am ersten Tag geschäftskritische Arbeit leisten müssen, und die Geschichte ist völlig anders.

Sowohl die Frage als auch die akzeptierte Antwort führen gute Einwände gegen die Idee eines Tethered-Pair-Ansatzes zur künstlichen Schwerkraft auf. Aber ich denke, es ist zu stark, um zu sagen, dass es "kaum jemals" in Betracht gezogen wird. Der Wikipedia-Artikel über künstliche Schwerkraft enthält eine Liste von Vorschlägen , einschließlich vollständiger Ringe und angebundener Paare. Eine der Tether-Ideen ist Robert Zubrins sehr einflussreicher Mars Direct-Vorschlag.

Es ist also nicht zu viel, um überhaupt darüber nachzudenken. Es ist nur so, dass man, wenn man darüber nachdenkt, erkennt, dass es im Grunde genommen ein Luxus für die Arbeit im Weltraum ist, die wir jetzt machen.

Es ist bezeichnend, dass der bekannteste Vorschlag eine Mars-Mission ist. Dann würde es auf dem Weg zum Mars und auf dem Rückweg eine längere Zeit geben, in der künstliche Schwerkraft hilfreich wäre und keine Raumschiffe zu Besuch sind. Das Antriebsmodul könnte als Gegengewicht dienen, damit Sie den bewohnbaren Bereich nicht teilen müssen oder kein Eigengewicht haben. Aber viele andere Einwände bleiben. Das Kabel ist immer noch Eigengewicht, und außerdem müsste das Ganze stabiler und damit schwerer sein.

Sie könnten eine Technologie verwenden, die wir Weltraumwissenschaftler „eine Metallleiter“ nennen, um die beiden Raumschiffe miteinander zu verbinden. Dies würde für künstliche Schwerkraft sorgen und das Risiko für Mensch und Mission massiv reduzieren. Es sollte das Risiko, etwas auf den Zeh fallen zu lassen, deutlich überwiegen.

Diese Technologie verhindert nicht nur, dass die Raumfahrzeuge auseinanderfliegen, sondern bietet Astronauten auch die Möglichkeit, zwischen den beiden Raumfahrzeugen zu reisen. Die Verwendung einer „Leiter“ zur Überwindung der Schwerkraft wurde auf der Erde getestet.

Wenn sich die Lösung als zu einfach und billig erweist, kann die Leiter computerisiert und vergoldet werden.

Damit ist die Frage nicht beantwortet. Sobald Sie über einen ausreichenden Ruf verfügen , können Sie jeden Beitrag kommentieren . Geben Sie stattdessen Antworten an, die keine Klärung durch den Fragesteller erfordern .
In einem schweren und sperrigen EVA-Anzug eine zehn bis hundert Meter lange Leiter hinaufzusteigen, mit nichts als der Leere, wenn Sie herunterfallen, scheint mir keine triviale Lösung zu sein. (Wann sind Sie das letzte Mal eine Leiter bestiegen, die mehr als 4 Meter in einem Stück hoch war?) Ich würde eigentlich ein Kabel mit einem Kabelbaum und einer elektrischen Kabelsteigklemme bevorzugen.

Wenn ein Astronaut in einem Raumschiff keinen Teil des Schiffsinneren berührt, spürt er nach dem Drehen des Schiffes keine Zentrifugalkraft, und daher wird für ihn keine Schwerkraft hergestellt.

Die Schwerkraft spürt man auch nicht, wenn man von einem Wolkenkratzer springt. Bis du auf dem Boden aufschlägst ;)
Arvind, nicht ein einzelnes Schiff zu drehen - die diskutierte Idee besteht darin, zwei Schiffe/Module/Lebensräume mit Kabeln zu verbinden und sie um ihren gemeinsamen Schwerpunkt zu schwingen, ein bisschen wie (2 ended) Bolas - en.wikipedia.org/wiki/Bolas
Warum wird angebundene künstliche Schwerkraft kaum jemals in Betracht gezogen?
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