Wie könnte ein Raumschiff kontinuierlich angetrieben werden, wenn es sich dreht, um die Schwerkraft (durch Halteseil) zu simulieren?

Für langfristige bemannte Raumfahrt könnte die Schwerkraft simuliert werden, indem ein Habitat in einem langen Seil an einem Gegengewicht gedreht wird. Herkömmliche chemische Raketentriebwerke geben einem Raumschiff einen kurzen Anfangsimpuls. Der künstliche Gravitationsmodus könnte anschließend durch Entfalten der Halteseile initiiert werden.

Einige Raketentriebwerke sind jedoch so konzipiert, dass sie über lange Zeiträume einen kontinuierlichen Antrieb liefern. Ich denke da zum Beispiel an Kernthermie, Ionenelektrik und Sonnensegel. Wie könnten solche Raketentriebwerke in ein Raumschiff eingebaut werden, das ein langes rotierendes Halteseil hat? Würde ein solcher Motor, wenn er im Massenmittelpunkt platziert wäre, nicht die Halteseile biegen, und wäre das eine vernünftige Möglichkeit, ihn zu konstruieren? Wäre statt eines flexiblen, auffaltbaren Drahtes eine starre Struktur erforderlich?

Antworten (1)

Ein Teil der erforderlichen Steifigkeit könnte allein durch die Rotation bereitgestellt werden, durch das, was am einfachsten als Zentrifugalkraft zu beschreiben ist (sie existiert wirklich nicht, sie ist lediglich ein Produkt anderer Kräfte), und es wäre am einfachsten, das seitliche Wackeln zu begrenzen. wenn der Schub senkrecht zum Rotationsvektor von allen seinen Extremen gleichzeitig aufgebracht wird, dh Ihr nicht starres Rad dreht sich um 90 ° zu Ihrem Geschwindigkeitsvektor.

Meine erste Änderung war falsch. Das Drehen in der Achse entlang Ihres Geschwindigkeitsvektors würde nicht nur das Motordesign verkomplizieren, sondern auch die Struktur schließlich zusammenbrechen lassen, da ein Teil des Rads während einer einzigen Drehung langsamer wird, während der andere beschleunigt. Wenn Sie also die Antriebskraft nicht mit Magnetfeldern kompensieren könnten, um die äußersten Teile des Rads auf stabilem Abstand zu halten, würde dies nicht funktionieren. Aber das Drehen des Rades senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor könnte. Wenn die beiden Kräfte (zentrifugal von unserer Drehung und treibend von unseren Motoren) genau im Winkel von 90 ° gehalten werden, sind sie nicht interaktiv und die äußersten Enden des Rads würden genau den gleichen Abstand zueinander halten wie die Motoren waren aus. Das stimmt, weil der Zentrifugalkraftvektor in allen Richtungen entlang der Rotationsebene des Rads gleich ist,

Das Problem ist, dass es zwingend erforderlich wäre, den Schubvektor (Ihr Normal) senkrecht zur Rotationsebene des Rads zu halten, die zwei (oder mehr, aber das ist dann noch schwieriger) Motoren müssten perfekt synchronisiert sein und in einem laufen sich gegenseitig kompensierender Modus, in dem sich alle anderen Motoren auf den schlechtesten von ihnen einstellen müssten. Obwohl die Motoren genau wie erwartet funktionieren, könnte dies relativ einfach sein. Ignorieren Sie einfach, dass sich die gesamte Struktur ebenfalls dreht, und betrachten Sie alle ihre extremen Teile mit Motoren als einzelne Raumschiffe, die in Präzisionsformation fliegen. Wenn Ihr Geschwindigkeitsvektor genau senkrecht zur Rotationsebene steht, haben diese Kräfte keinen Einfluss aufeinander. Wenn jedoch ein Motor anfängt zu reagieren, müssen alle anderen nachziehen und kompensieren.

Also meiner Meinung nach; machbar, aber kompliziert. Ein starrer Aufbau mit Mittelmotor wäre einfacher...

„Wenn die beiden Kräfte (zentrifugal von unserer Rotation und treibend von unseren Motoren) genau im 90°-Winkel gehalten werden, sind sie nicht interaktiv und die äußersten Enden des Rads würden genau den gleichen Abstand zueinander halten, als ob die Motoren waren aus. Das ist wahr, weil der Zentrifugalkraftvektor in allen Richtungen entlang der Rotationsebene des Rads gleich ist und die Kraft auf jedes seiner Teile durch sein gegenüberliegendes Ende aufgehoben wird . Eine Beschleunigung im Massenmittelpunkt biegt also keinen senkrecht rotierenden Draht?
@LocalFluff Die Idee hier (mit einem zentralen Motor) ist, dass Ihre Zentrifugalkraft, von der ich annahm, dass Sie sie bei ~ 1 g haben möchten, um die erdähnliche Schwerkraft zu simulieren, größer ist als Ihre Beschleunigungskraft entlang des Geschwindigkeitsvektors, also die Die Zentrifugalkraft flacht Ihre gesamte Konfiguration entlang ihrer Rotationsebene ab. Wenn Sie eine nicht starre Struktur verwenden würden, würden sich die äußersten Enden um mehr als 90 ° vom Geschwindigkeitsvektor wegdrehen (dh die äußersten Enden wären näher), also auch schneller, aber im gleichen Abstand zum zentralen Teil Das ist einfacher, die Orientierung beizubehalten als zwei Motorkonfigurationen.
Wenn Sie beispielsweise das nicht starre Rad mit einem Mittelmotor mit einer solchen Geschwindigkeit drehen, dass Sie am Ende 1 g Zentrifugalkraft erhalten, wenn der Mittelmotor ebenfalls mit 1 g beschleunigt, drehen sich die äußersten Enden des Rads um jeweils 90 ° andere (45° zum Mittelteil) entlang des Geschwindigkeitsvektors. Bezüglich dieses kontraintuitiven Teils, ja, ich stelle mir vor, dass wir uns in unseren Gedanken automatisch auf den Luftwiderstand einstellen. Aber selbst dann könnte es eine stabile Konfiguration mit ausreichender Rotationsrate sein. So funktionieren zB Gyroskope. ;)
Bei nicht starren Drähten wäre der Motor also die Spitze eines Kegels, hinter dem sich die Drähte auf dem Mantel drehen? 1G Beschleunigung und 1G Rotations-"Schwerkraft" ergeben einen 45-Grad-Winkel dieses "Kegels", ich verstehe! Die Motoren mit kontinuierlichem Antrieb, von denen ich gehört habe, sind Motoren mit ziemlich konstanter Beschleunigung, daher ist es möglicherweise kein großes Problem, ein bewohnbares Raumschiffmodul und sein Gegengewicht senkrecht (na ja, in einem gewissen Winkel nachlaufend) an einem davon zu verdrahten? Bei perfekter Technik des Ausgleichsmaterials idealerweise usw. Wenn ich deine Einschätzung der physikalischen Grundlagen richtig verstehe.
Wenn Sie Vektoren auf ein Blatt Papier zeichnen und die beiden 90°-Vektoren gleich stark sind (gezeichnet durch ihre Länge), dann liegt ihr Produkt bei 45° zu beiden. Also ja, es würde wie ein "V" aussehen, dessen Spitze in Richtung des Geschwindigkeitsvektors zeigt. Die Physik ... ist interessant. Besonders für die Bewohner, da sie eine künstliche Schwerkraft in der entgegengesetzten Richtung zum Halteseil erfahren würden (der Befestigungspunkt des Halteseils wäre für sie immer gerade).
Ist es der Radius der Basis des Kegels, den der Lebensraum beschreibt, der von Bedeutung ist, oder die Länge des Halteseils bis zur Spitze (Motor) des Kegels?
In einem ausreichend scharfen Winkel zur Spitze des Kegels, der Sie beschleunigt (hoffentlich konstant in die gleiche Richtung), wäre es fast so, als würden Sie auf der Erdoberfläche gehen. Die Zentrifuge würde Sie fast gerade "nach unten" (in die gleiche Richtung) ziehen, wo immer Sie sich in der Rotation befinden. Die hängenden Lebensräume in diesem Karussell könnten einen gemeinsamen begehbaren Boden bilden, wenn der Motor über ihren Köpfen genügend beschleunigt wird.
Für die Zentrifugalkraft allein der Kegelradius, aber Sie erhalten auch Beschleunigungskraft von Ihren Motoren. Bei 1 U/min bräuchte man für 1 g Zentrifugalbeschleunigung einen Radius von ~ 894,26 m ( ω 2 r ). Wenn Sie die Extreme mit einer Beschleunigungskraft an der Mitte des Haltegurts aufeinander zu ziehen, wird die r sinkt, aber die Drehzahl steigt. Da sich die Gesamtenergie des rotierenden Systems nicht geändert hat, hat sich die Zentrifugalkraft auch nicht geändert, aber Sie müssen die Beschleunigungskraft im Geschwindigkeitsvektor hinzufügen. Sie möchten auch ein langes Halteseil, um den künstlichen Schwerkraftgradienten von Kopf bis Fuß abzusenken.
Ich nehme an, wenn Sie dies zu einem variablen Schubsystem machen wollten, könnten Sie immer noch 1 g in der bewohnbaren Zone erreichen, indem Sie die Halteseillänge erhöhen, während Sie die Beschleunigung verringern und umgekehrt. Interessante Frage, tolle Antwort!
Wie könnte ein Raumschiff kontinuierlich angetrieben werden, wenn es sich dreht, um die Schwerkraft (durch Halteseil) zu simulieren?
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