Ein McKendree-Zylinder ist ein rotierender zylindrischer Weltraumhabitat, vergleichbar mit dem bekannteren O'Neill-Modell . Es wurde im Jahr 2000 vom NASA-Ingenieur Thomas McKendree als Aktualisierung von O'Neills vorgeschlagen und verwendet Kohlenstoffnanoröhren anstelle von Stahl und Aluminium, um viel größere Strukturen zu ermöglichen - bis zu 10.000 km lang / 1.000 km Radius, verglichen mit O'Neills 32 km Länge /8km Umkreis.
Ein einzelner McKendree-Zylinder hat daher entlang der Innenfläche etwa 66 Millionen Quadratkilometer bewohnbaren Raum und Potenzial für noch mehr innerhalb des Rumpfes selbst und der Innenstrukturen.
Innere Spannungen an den Wänden des McKendree-Zylinders aufgrund massiver Objekte im Habitat.
Ich habe in dem Artikel von Thomas McKendree einige wertvolle Informationen gefunden.
Der maximale Radius einer solchen Kolonie im O'Neill-Stil ist durch die Umfangsspannung der Spinnstruktur und das Verhältnis von Zugfestigkeit zu Dichte des Materials begrenzt. Die Formel ist
Dabei ist R der Radius, g die Beschleunigung der Pseudogravitation am Rand und G die Dichte. [Molekulare Nanotechnologie (MNT)] bietet ein 5 x 10 Pa Zugfestigkeit. Unter Verwendung der Konstruktionsregel von 50 % Sicherheitsfaktoren für Kolonien im O'Neill-Stil, a 3,3 x 10 Die Zugfestigkeit des Pa-Designs ist angemessen. Die zugehörige Materialdichte beträgt 3,51 x 10 kg/m . Ein Ziel der Architektur ist, dass g gleich 9,8 m/s ist . Dies alles ergibt einen möglichen Raumstationsradius von 9,6 x 10 m oder fast 1000 km. Zum Vergleich: Der entsprechende zulässige Radius für Titan beträgt 14 km, und selbst bei seiner endgültigen Zugfestigkeit ohne Sicherheitsfaktor würde die Titangrenze 23 km betragen.
Bei 9,6 x 10 m Radius wird die gesamte verfügbare Festigkeit (beim Sicherheitsfaktor) des Materials auf MNT-Basis verwendet, um ein Bersten der rotierenden Struktur zu verhindern, und es bleibt keine Kraft mehr übrig, um den Inhalt der Raumstation einschließlich einer Atmosphäre zu halten. Dazu muss ein geringerer Radius eingestellt werden.
Im unmittelbar folgenden Abschnitt erreicht McKendree einen Radius von 461 km, wenn Atmosphäre und Ausstattung berücksichtigt werden:
Man kann direkt nach dem Strukturradius auflösen, wenn die Schale 5000 kg/m beträgt . Unter Verwendung von MNT-Materialien wird die Struktur einen Radius von 461 km haben. Zum Vergleich: Die äquivalente Zahl für Titan beträgt 6,6 km oder für eine Titanschale bei ihrer endgültigen Zugfestigkeit ohne Sicherheitsfaktor 11 km.
Sie können jetzt sehen, dass 5000 kg/m hinzugefügt werden ließ den Radius von 1000 km auf 461 km sinken, was ich aufgrund der Belastung durch die 5000 kg/m nicht verstehen kann beträgt 50 kPa, was im Vergleich zur Stärke des Habitatmaterials (5 x 10 Pa), warum hatte es also einen so großen Einfluss auf den Radius?
Bitte beachten Sie, dass 5000 kg/m entweder als Schild, Innenmaterial oder Atmosphäre verwendet wird, entspricht zwei großen Steinen von 1 Kubikmeter übereinander, was im Vergleich zu unseren modernen Strukturen nicht so hoch (oder massiv) ist.
Ich habe versucht zu berechnen, wie massiv ein Objekt innerhalb des Lebensraums bei seinem maximalen Radius (1000 km) sein kann, so gut ich konnte, ohne die obigen Berechnungen zu berücksichtigen.
Ich habe 3,3 x 10 verwendet Pa Design Zugfestigkeit aus den verfügbaren 5 x 10 Pa-Zugfestigkeit, wie es McKendree für Sicherheitsfaktoren tat. Anschließend habe ich berechnet, wie viel Masse innerhalb des Habitats zu der Rotationsspannung hinzugefügt werden muss, die durch den Radius (3,3 x 10 Pa) um die maximale Festigkeit des Materials zu überschreiten (5 x 10 ). Dies kam als 1,7 x 10 heraus Pa oder 1,7 x 10 kg/m , was eine weitaus größere Zahl als die angegebenen 5000 kg/m ist .
1- Anscheinend unterscheiden sich McKendrees Berechnungen so sehr von meinen (Mckendrees Berechnungen erlauben keinen Austritt massiver Objekte, während meine dies viel besser zulassen), also warum ist das so?
2- Würde die Erhöhung der Dicke der Habitatwände es erlauben, massivere Objekte darin zu bauen? Und würde die zusätzliche Masse der Wand nicht auch als Belastung gelten?
Q1:
Bei Zylindern entsprechen radial wirkende Drücke nicht eins zu eins den Umfangsspannungen. Grundsätzlich muss man einer Radialkraft eine fast senkrecht dazu stehende Kraft entgegensetzen (die Kohäsionskraft zwischen benachbarten Wandelementen). Es gibt also einen "Malus", der proportional mit dem Zylinderradius wächst, denn je größer der Radius ist, desto flacher ist er lokal.
Eine konsequentere Behandlung ist beispielsweise nach dem Prinzip der virtuellen Arbeit möglich und hat folgendes Ergebnis :
Wo ist die Reifenspannung, ist Innendruck, Radius ist, und die Dicke der Wand. (Dies funktioniert unter der << Annahme (dünnwandiger Zylinder))
Q2:
Ein dickerer (aber immer noch dünner) Zylinder würde helfen, einen größeren Innendruck (aufgrund von Gebäuden oder Atmosphäre) auszugleichen. Sie können jedoch den maximalen unbelasteten Radius, der durch die von Ihnen angegebene Gleichung angegeben ist, nicht erhöhen, da die Masse des neuen Materials Ihre Gewinne genau aufheben würde.