Wenn die menschliche Raumfahrt durch die Anfälligkeit für G-Kräfte eingeschränkt ist, gibt es dann eine Möglichkeit, G-Kräften entgegenzuwirken?

Ich habe irgendwo gelesen, dass längere G-Kräfte (sogar 2 G) von der menschlichen Physiologie nicht toleriert werden und dass dies letztendlich unsere Fähigkeit einschränkt, die Raumfahrt aufrechtzuerhalten. Gibt es Taktiken, um die G-Kraft-Belastung des Körpers zu reduzieren?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einG-Force nummeriert https://www.newscientist.com/article/mg20627562-200-maxed-out-how-many-gs-can-you-pull/

Der erste Teil davon mag wahr sein (dass anhaltende G-Kräfte Sie töten), obwohl dies eine bessere Frage wäre, wenn Sie Ihre Quelle angeben könnten. Auf der anderen Seite können aktuelle Raketen diese Art von Beschleunigung nur wenige Minuten lang aushalten, also ist es kein wirkliches Problem. Der Umfang möglicher Raumfahrt würde massiv zunehmen, wenn wir 1G für Stunden oder Tage (oder sogar Jahre) aufrechterhalten könnten, und erst wenn dies erreicht ist, wäre es sinnvoll, sich mit den Problemen bei der Aufrechterhaltung von 2Gs zu befassen.
Was Steve gesagt hat. Die bemannte Raumfahrt ist nicht durch die G-Kraft-Schwachstelle eingeschränkt, außer während des Starts und der Landung. Aber sobald Sie sich außerhalb der Atmosphäre befinden, ist Treibstoff so kostbar, dass wir die sanftesten, effizientesten Beschleunigungen verwenden, die funktionieren, und selbst diese Beschleunigungen sind nur vorübergehend.
Längere G-Kräfte, selbst 2 G oder weniger, könnten nur in einer Zentrifuge auf der Erde erzeugt werden. Raketen im All sind auf wenige Minuten begrenzt. Es gibt keine verfügbare Technologie für die Dauer von Stunden oder Tagen. Aber eine konstante 1-G-Beschleunigung würde unsere Fähigkeit, die Raumfahrt aufrechtzuerhalten, nicht viel mehr als 2 G einschränken. Beides ist heute reine Science-Fiction.
Roundtrip-Zeiten bei 1 g, einschließlich subjektiver Zeit für einen relativistischen Reisenden. upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f5/Roundtriptimes.png
Ich vermute, Sie haben diese Vorstellung von Phil Plait (auch bekannt als The Bad Astronomer). Nun, in diesem Fall hat er sich seinen Spitznamen verdient. Phil wurde in seinem eigenen Forum übel geröstet . Seltsamerweise kann ich Phils verstümmelte Physik nicht auf YouTube finden.
Ich weise nur darauf hin, dass jeder Mensch auf dem Planeten die ganze Zeit unter einer konstanten 1G-Beschleunigung steht. Wenn wir ein Fahrzeug mit 1G antreiben könnten, wäre es genauso, als würden wir auf der Erde stehen, wir müssen nur sicherstellen, dass die Dinge für Komfort/Funktion richtig ausgerichtet sind.
Es gibt hervorragende Beweise dafür, dass anhaltendes 1G Sie letztendlich töten wird, da jeder, der jemals gestorben ist, unter den Auswirkungen der Schwerkraft der Erde gestorben ist!
Ja, das gibt es, wie in Galaxy Quest zu sehen! i.stack.imgur.com/b3kQr.gif
Hier ist das Ding. Sie erleben G-Force nur, wenn Sie sich in einem Schiff befinden, das sich in konstanter Beschleunigung befindet. Der Schlüssel ist Energie. Wenn wir ein System finden, das es uns ermöglicht, auf der Grundlage von Energie weiter zu reisen. Innerhalb weniger Wochen können wir den Mars oder sogar den Rand unseres Sonnensystems erreichen. Der Schlüssel ist ein stündlicher Beschleunigungsschub. möglicherweise 10 Sekunden von 2 g pro Stunde. Zum Beispiel. Wenn ein Schiff innerhalb von 2 Stunden 20 von 2 g gemacht hat. Ihre Geschwindigkeitsrate würde 880 Meilen pro Stunde im Weltraum betragen, weil nichts sie verlangsamt. Außerdem werden Sie G-Force nicht erleben, da Ihr Schiff mit konstanter Geschwindigkeit beschleunigt.
Das heißt, solange sich das Schiff die meiste Zeit konstant bewegt, spielt es keine Rolle, wie oft Sie auf 2 g pro Sekunde einbrechen. Das war der ganze Plan hinter dem Orion Constellation Project. Die NASA wollte Atombomben verwenden, um das Schiff jede Stunde auf 1 oder 2 g zu sprengen, oder einen anderen Tag haben, um die Beschleunigung pro Stunde zu erhöhen, ohne die Astronauten zu töten. Dies würde für eine exponentielle Beschleunigung innerhalb weniger Stunden sorgen

Antworten (5)

Das Problem ist nicht so sehr, dass Menschen hohe G-Kräfte nicht über einen längeren Zeitraum aushalten können: Das Problem ist, dass Raketen dies nicht können. Wenn eine Rakete etwas mehr als einen Tag lang eine Beschleunigung von 1 g aushalten könnte, könnten wir in etwas mehr als einem Tag zum Mars fliegen. Stattdessen dauert es mehrere Monate, um zum Mars zu gelangen, da die Raketen, die früher dorthin gelangten, nur wenige Minuten lang feuerten. Das Raumschiff rollt dann bis zum Mars. Nur ein paar Hundertstel g anhaltender Beschleunigung würden die Reisezeit zum Mars auf etwa eine Woche verkürzen.

Die chemischen Motoren, die derzeit verwendet werden, um Raumfahrzeuge auf interplanetaren Flugbahnen anzutreiben, sind in Verbindung mit der Tyrannei der Raketengleichung die Hauptgründe dafür, dass Raketen hohe Beschleunigungen nicht über einen längeren Zeitraum aushalten können. Es gibt einige vielversprechende Technologien mit niedrigem Schub und hoher Effizienz (hoher spezifischer Impuls), wie z. B. Ionentriebwerke , die Menschen helfen könnten, über den Mond hinauszukommen. Ionentriebwerke werden jetzt verwendet, aber keines ist für die Hauptsendezeit bereit, wenn es um die bemannte Raumfahrt geht. Es gibt einige vielversprechende Nukleartechnologien mit hohem Schub / etwas hohem spezifischem Impuls, die nützlich sein könnten; diese sind in der Politik verstrickt.

Abgesehen von Science-Fiction gibt es keine bekannte Technologie, die Menschen über das Sonnensystem hinausführen könnte.

Ich bin mit Ihrem letzten Satz nicht einverstanden, wir haben die Technologie, um Menschen über das Sonnensystem hinauszubringen. In einem einzigen Menschenleben hin und zurück zu kommen, wäre eine ganz andere Frage/Antwort. +1 für den Rest der Antwort
Interessant, ich dachte immer, wir würden im Leerlauf fahren, um Kraftstoff zu sparen und das Startgewicht zu reduzieren. Kontinuierlicher Schub würde uns nur zu einer "maximalen" Geschwindigkeit bringen, bei der die Beschleunigung nicht aufrechterhalten würde, sondern abnimmt, wenn wir uns dem Maximum nähern. Denken Sie an das Fliegen in einem Flugzeug, beim Start spüren Sie die Beschleunigung, aber sobald Sie fliegen, erzeugen die Triebwerke immer noch Schub, aber Sie beschleunigen nicht genau. Selbst wenn Sie sich im Vakuum des Weltraums befinden, werden Sie nicht auf Lichtgeschwindigkeit und darüber hinaus beschleunigen (mit Technologie, von der wir derzeit wissen, dass sie existiert).
@davek Ihre Höchstgeschwindigkeit ist Lichtgeschwindigkeit, obwohl die Energie, die erforderlich ist, um weiter zu beschleunigen, stetig ansteigt, wenn wir uns ihr nähern. Ihre Grundvoraussetzung ist also solide, aber nicht relevant, bis wir in sehr großen Bruchteilen von C arbeiten - oder nie ein Problem bei alles mit vorhandener Technik.
@davek Sie hören auf, in einem Flugzeug zu beschleunigen, weil der Luftwiderstand bei einer gewissen Geschwindigkeit gleich und entgegengesetzt zum Schub der Triebwerke ist. Da es im Weltraum keine Luft gibt, hindert Sie im Grunde nichts daran, weiter zu beschleunigen, bis Sie sich der Lichtgeschwindigkeit nähern und relativistische Effekte werden signifikant
In die Umlaufbahn zu gelangen, wäre mit höheren Beschleunigungen etwas effizienter - grob geschätzt kostet Sie jede Sekunde, die Sie mit der Beschleunigung auf die Umlaufgeschwindigkeit verbringen, 10 m / s an Schwerkraftwiderstand.
@llama - Nun, nichts als die Tatsache, dass Ihnen definitiv der Treibstoff ausgehen würde, lange bevor Sie sich relativistischen Geschwindigkeiten nähern ...
@Mark Beachten Sie, dass Sie, wenn Sie über die Endgeschwindigkeit hinausgehen, weniger effizient sind, weil Sie zusätzlichen Kraftstoff verbrennen, wenn Sie gegen übermäßigen atmosphärischen Luftwiderstand kämpfen, aber dies ist sehr selten ein echtes Problem
„Es gibt einige vielversprechende Technologien mit niedrigem Schub und hohem Wirkungsgrad (hoher spezifischer Impuls) …“ Könnten Sie in Ihrer Antwort ein oder zwei nennen, nur um eine Vorstellung davon zu geben, über welche wir sprechen?
@ jpmc26 - Ich bezog mich auf Ionentriebwerke. Das Problem ist, dass sie derzeit einen so geringen Schub haben, dass die Masse der Menschen und die für ihren Antrieb erforderlichen Lebenserhaltungssysteme lächerlich große Mengen an elektrischer Energie erfordern würden, was noch mehr Masse erfordern würde. Ionentriebwerke eignen sich hervorragend für geostationäre Satelliten und kleinere Sonden zu den Asteroiden. Für die bemannte Raumfahrt sind sie noch nicht ganz da.
"Wenn eine Rakete etwas mehr als einen Tag lang eine Beschleunigung von 1 g aushalten könnte, könnten wir in etwas mehr als einem Tag zum Mars fliegen" - Halten Sie es ungefähr ein Jahr lang aus, und Sie würden mit Lichtgeschwindigkeit reisen und könnten Besuchen Sie einfach den nächsten Stern und kommen Sie innerhalb eines einzigen Lebens zurück.
Obwohl die Antwort richtig ist, beantwortet sie nicht die Frage. Ja, die Frage betrifft etwas, das auf absehbare Zeit kein praktisches Problem darstellt, aber es ist immer noch eine klare Frage.
@Saiboogu Und selbst das gilt nur für einen Beobachter von "außen" (z. B. Ihrem Herkunfts- oder Zielplaneten). Solange Sie weiter beschleunigen, wird die Fahrt proportional kürzer dauern - der einzige Unterschied besteht darin, dass Sie weniger Einigkeit mit anderen darüber haben, wie lange die Fahrt gedauert hat.
FTR, im Prinzip könnten Raketen hohe g- Kräfte gut aushalten, das Problem ist nur, dass sie exponentiell teuer werden.
@llama Das Flugzeugbeispiel sollte die g-Kräfte demonstrieren. Auch ohne Luftwiderstand lässt sich die Geschwindigkeit nicht einfach kontinuierlich steigern. Siehe dieses Zitat der Nasa: „Moderne Ionentriebwerke sind in der Lage, ein Raumschiff mit bis zu 90.000 Metern pro Sekunde (etwa 200.000 Meilen pro Stunde (mph)) anzutreiben.“ Sobald Sie diese Geschwindigkeit erreicht haben, werden weitere Beschleunigungsversuche keine weitere Geschwindigkeit erzeugen, das ist die derzeit maximal mögliche Geschwindigkeit für dieses Triebwerk. Quelle: grc.nasa.gov/www/ion/overview/overview.htm
@davek Die Quelle muss eine Annahme über die Menge an Reaktionsmasse treffen, mit der Sie beginnen können oder wollen. Ein Ionentriebwerk ist eigentlich eine Rakete wie jede andere, nur eine mit einer sehr hohen Austrittsgeschwindigkeit. Bei einer Beschleunigung auf 90 km/s mit aktuellen Ionenantrieben wären etwa 90 % der Startmasse des Raumschiffs Reaktionsmasse, aber wenn Sie es irgendwie schaffen könnten, mit 99 % Reaktionsmasse zu starten, könnten Sie 180 km/s erreichen.
@davek Diese Quelle geht absolut von der begrenzten Menge an Masse aus, die wir in Kraftstoff (Inertgas) transportieren können. Angenommen, unser Argonvorrat wäre unbegrenzt, könnten wir leicht beschleunigen, bis wir relativistische Effekte erfahren würden.
@aroth Wenn Sie über ein Jahr eine Beschleunigung von 1 g aufrechterhalten, würden Sie nicht mit Lichtgeschwindigkeit reisen. Sie können 90 oder 99 oder 99,9 oder 99,99 % der Lichtgeschwindigkeit erreichen, aber Sie werden niemals 100 % erreichen. Aber wenn Sie mit 90 % oder mehr reisen, kann das Auftreffen auf interstellaren Staub Ihr Raumschiff zerstören.
Technisch ja. Obwohl ich annehme, dass wir, wenn wir Triebwerke haben, die ein Jahr oder länger einen konstanten Schub von 1 g aushalten können, selbst wenn die Geschwindigkeit sehr nahe an C steigt , auch Dinge wie Deflektorschilde oder einige andere Staubminderungsmaßnahmen haben können. Vielleicht ist die Nutzbarmachung der Energie aus Hochgeschwindigkeits-Staubkollisionen ein Teil davon, wie der hypothetische Motor seine Energie erzeugt. :)
@aroth Es gibt ein paar Gründe, die nicht machbar sind. Erstens würde die Aufrechterhaltung einer konstanten Beschleunigung von 1 G im Referenzrahmen des Sonnensystems eine zunehmende Beschleunigung im Referenzrahmen des Raumfahrzeugs erfordern und schließlich ein Maß an G-Kräften erreichen, das Menschen nicht mehr ertragen können. Zweitens wäre jede Energie, die aus starken Staubkollisionen gewonnen wird, notwendigerweise geringer als die Menge an kinetischer Energie, die Sie von vornherein durch die Kollision mit dem Staub verlieren würden.
Ihr Kommentar zu Mars; du kannst weiter gehen. Es ist ~4 Jahre Schiffszeit nach Alpha Centauri bei 1G. Es sind 600 Jahre Schiffszeit auf die andere Seite der Milchstraße bei 1G (~400 zum Kern). Dies erklärt die Relativität.

Abgesehen von dem Hauptpunkt, dass die menschliche Toleranz gegenüber G-Kräften nicht der einschränkende Faktor bei der Raumfahrt ist, wurde viel darüber nachgedacht, wie man G-Kräften entgegenwirken kann, nicht zuletzt von Science-Fiction-Autoren der 60er Jahre.

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Das allgemeine Fazit: Für niedrige Beschleunigungen wie 2 G müssen Sie nichts Besonderes am menschlichen Körper tun, stellen Sie einfach sicher, dass Sie entweder auf dem Bauch oder auf dem Rücken liegen und diszipliniert mit Ihrer Atmung bleiben.

Für höhere Gs wie 5G+ müssen Sie den menschlichen Körper sorgfältig handhaben, ihn in einen gelartigen Kokon ähnlicher Dichte stecken und Luft durch eine atmungsaktive Flüssigkeit ersetzen. Jegliche Dichteunterschiede können dazu führen, dass die dichteren Teile des Körpers dazu neigen, sich zum Heck des Schiffes zu „beruhigen“, und müssen daher nach Möglichkeit vermieden werden.

Natürlich können solche Maßnahmen gegen G-Kräfte immer nur bei der Verwendung von Nuklear- oder Antimaterie-Treibmitteln notwendig sein. Chemische Treibmittel brennen nicht lange genug, um solche Maßnahmen zu erfordern.

Beste Antwort. Dies spricht tatsächlich die Frage an, so fehlerhaft ihre Prämisse auch ist.
In der Fiktion balancieren Sie mit der Schwerkraft aus der Masse, die Sie mit sich führen, wie das klassische „Segelboot, das seinen eigenen Lüfter trägt“ – scifi.sx oder tvtropes (Warnung! Warnung!) bei „Trägheitsdämpfung“ . (Und in einer anderen McAndrew/Roker-Geschichte hat Sheffield auch die Lösung, um dieses Monster anzutreiben – Eigenenergie des interstellaren Vakuums. Sicher.)
Installieren Sie einfach rückwirkungsfreie Triebwerke. Viele SciFi-Raumschiffe haben sie. :-)
John Paul Stapp überlebte 30 G+ ohne einen gelartigen Kokon ähnlicher Dichte.
Er war diesen G-Kräften kurz ausgesetzt. Die Frage bezieht sich auf länger andauernde G-Kräfte. 30G ist definitiv nicht über den Zeitraum eines Tages überlebensfähig.
Über die 60er hinaus ... Das meiste moderne SciFi scheint zuzugeben, dass G-Dämpfung / G-Kompensatoren / G-Generatoren eine Sache in der Raumfahrt sind, aber nicht ins Detail gehen, wie sie es tun.
Ich habe dem eine +1 für die atmungsaktive Flüssigkeit gegeben. Trägheitskompensatoren gibt es nicht und wird es auch nicht geben. Und egal wie gut Sie den Menschen einpacken, eine luftgefüllte Lunge wird ein Schwachpunkt sein, da die Lunge kollabieren wird.

Das geht weit über die absehbaren wirtschaftlichen Möglichkeiten hinaus, aber die Physik stimmt:

Die Schwerkraft ist eine todsichere, skalierbare und elegante Möglichkeit, G-Kräften durch Beschleunigung entgegenzuwirken.

Ein planetengroßes Raumschiff mit einer eigenen Anziehungskraft von 5 G könnte mit 4 G beschleunigen, Menschen, die in der Nähe seines Hecks leben, würden nur den Unterschied von einem G bemerken.

(Beachten Sie, dass ich von einem Schiff spreche, das ungefähr die fünffache Masse der Erde hat, abzüglich der Dichteunterschiede)

Dasselbe gilt für ein Schiff mit 100 G, das mit 99 G beschleunigt.

Bearbeiten: Das Bewegen der Personen durch Tunnel im Schiff nach vorne würde es ermöglichen, das Ein-G-Erlebnis beizubehalten, da der Antrieb langsam auf Bremsen umgestellt wird.

Natürlich hat man dann das Problem von hohen G-Lasten, wenn man aufhört zu beschleunigen. Und Sie möchten wahrscheinlich am Zielort langsamer werden , was für unsere unglücklichen Passagiere noch schlimmer ist.
@chepner Setzen Sie sie auf die Umlaufbahn ihres Planetenschiffs und unterbrechen Sie dann die Beschleunigung. Sie werden in Mikrogravitation sein.
Warum nicht einfach die ganze Zeit im Orbit sein? Dann brauchen Sie keinen größeren Planeten oder haben die Beschleunigung an die Anziehungskraft des Planeten gebunden.
Wenn Sie aufhören zu beschleunigen, müssen Sie sich weiter vom Raumschiff <strike>planet</strike> entfernen. Die Gravitationsstärke nimmt ab, je weiter Sie entfernt sind. Zwei Paar Grenzviertel (eines auf dem Boden, eines ganz oben) könnten dieses Problem lösen. Und zum entschleunigen dreht ihr das Ding um. Nicht die Anlage / das Schiff, aber Sie bewegen sich auf die gegenüberliegende Seite des Planeten und verwenden ein anderes Motorenpaar.
Da die Schwerkraft nur eine Raumzeitkrümmung ist, könnte Antimaterie vielleicht dabei helfen, den Raum zu verzerren und künstliche G-Lasten zu erzeugen :|
Oder vielleicht ein riesiger Doppelring, der sich gegenläufig dreht, und der Passagier kann zwischen zwei Ringen hin- und herschalten, um auf der G-Force-Aufhebungsseite zu bleiben. (Vielleicht mehrere Ringe, um sanftere Übergänge bei Geschwindigkeitsänderungen zu ermöglichen)

G-Kraft ist eine Funktion der Beschleunigung. Die Schwerkraft wirkt auf eine Masse, um sie zu einer anderen Masse zu ziehen. Große Massen haben eine höhere Anziehungskraft. Die Schwerkraft auf Jupiter und Saturn ist stärker als auf der Erde. Auf dem Mond ist es weniger als auf der Erde.

Auf der Erde ist die Schwerkraft eine Kraft, die uns weiterhin zum Erdmittelpunkt hinabzieht. Die physische Oberfläche stoppt diese Beschleunigung. Unser Gewicht ist das Maß für die Kraft, die auf unsere Masse wirkt.

Beschleunigung ist eine Geschwindigkeitsänderung. Beim Ausrollen (keine Beschleunigungs- oder Verzögerungskräfte) entsteht dann keine G-Last (Schwerelosigkeit im All).

Das Beschleunigen in einem Auto, Flugzeug oder Raumschiff verursacht G-Lasten. Auch hier ist es die Beschleunigung, die die Belastung verursacht. Wenn Sie ein Flugzeug in eine Schräglage von 60 Grad bringen, werden aufgrund der Zentripetalkraft g-Lasten auf den Körper ausgeübt. Das Loopen eines Flugzeugs bewirkt dasselbe. Ein Blick nach innen verursacht eine positive G-Last, während eine äußere Schleife eine negative G-Last verursacht. Beide werden anhand der Wirkung auf den Körper gemessen. Im aufrechten Zustand bewirken positive g-Lasten, dass Blut aus dem Kopf in Richtung der Füße fließt, und negative g-Lasten, dass Blut von den Füßen zum Kopf fließt. Der menschliche Körper toleriert positive g-Lasten besser als negative. Sich hinzulegen, wie in vielen Kampfjets, hilft, die Stöße abzuschwächen, da ein größerer Teil des Körpers eben ist.

Das Tolerieren von Raumfahrt ist also eine Kombination aus dem Tolerieren von G-Lasten während Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen und Perioden der Schwerelosigkeit (keine Beschleunigung), die sich tendenziell auf Muskeln, Knochendichte usw. auswirken.

Die G-Kraft ist keine Funktion der Beschleunigung. es ist Beschleunigung.
Die Kraft, die Sie erfahren, ist eine Funktion der Beschleunigung.

Kann ich alle bitten, außerhalb der Spacebox zu denken? Wenn Probleme angesprochen werden, die über unsere Denkweise hinausgehen, werden Probleme, die beim Herumflitzen in unserem Hinterhof auftreten, alles andere als trivial. Zum Beispiel scheint es, dass es mehrere Prozesse und Techniken gibt, um eine höhere als die normale Beschleunigung zu erreichen ( 1 Meile S 2 ist machbar) Welche künstliche Umgebung kann also ein Jahr lang aufrechterhalten werden? So lange würde es dauern, sie zu erreichen C (Lichtgeschwindigkeit) bei dieser Geschwindigkeit. Dort wäre es ein wirklich raffinierter Weg, bestimmte Experimente durchzuführen, wie zum Beispiel herauszufinden, ob C unsere Grenze ist oder nicht, oder ob die zeitkristallbasierte Pumpe tatsächlich die Beziehung zwischen Raum und Zeit beeinflussen kann. "Sie können sagen, ich bin ein Träumer."

Wenn die menschliche Raumfahrt durch die Anfälligkeit für G-Kräfte eingeschränkt ist, gibt es dann eine Möglichkeit, G-Kräften entgegenzuwirken?
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