Wo wird die Schwerkraft auf einem Raumschiff in der superschnellen Raumfahrt erzeugt?

Erstens wäre es keine echte Schwerkraft , aber da wir die Gravitationskraft genauso wie eine konstante Beschleunigung erfahren, gäbe es keinen offensichtlichen Unterschied in ihrer Wirkung auf alles, was Sie in einem beschleunigenden Raumschiff erleben würden. Sie würden keine konstante Geschwindigkeit als Beschleunigung erleben, egal wie schnell Ihr Raumschiff fährt. Es müsste eine konstante Beschleunigung sein, sonst sind Sie mit Ihrem Bezugsrahmen (Ihrem Raumschiff) träge und würden kein Gewicht spüren . Der Vektor dieser künstlichen Gravitation würde der konstanten Beschleunigung Ihres Raumschiffs gemäß den Newtonschen Bewegungs- und Impulserhaltungsgesetzen entgegengerichtet sein, also in Ihrem Diagramm wäre das zum hinteren Teil des Raumschiffs.

                                         ^{Raketenprinzipien und Newtons drittes Gesetz (Quelle: NASA )}

Die Stärke dieser Kraft, ihre Gleichmäßigkeit und Dauer wäre genau gleich und entgegengesetzt zu der Beschleunigung, die Ihr Raumschiff erreicht, seine Fähigkeit, sie konstant zu halten, und für die Dauer, die Sie sie aufrechterhalten könnten. Dies sind also bereits technische Einschränkungen Ihres Raumfahrzeugs, wie z. B. wie viel Treibstoff es tragen kann, Motorleistung usw.

Für eine Verzögerung oder eine Änderung Ihres Beschleunigungsvektors müssten Sie zumindest mit jedem herkömmlichen Antriebsmittel (chemische Raketen, Ionentriebwerke usw.) Ihre Triebwerke in die entgegengesetzte Richtung zu der Richtung drehen, auf die Sie Kraft ausüben möchten Wenn Sie sich also im Raumschiff befinden, würde sich Ihre Auf-/Ab-Ausrichtung wahrscheinlich nicht lange ändern, wenn Sie das gesamte Raumschiff drehen würden, um es zu verlangsamen, indem Sie Schub in den entgegengesetzten Vektor anwenden. Verzögerung ist nichts anderes als eine negative Beschleunigung, also haben wir ihren Vektor um 180° geändert, aber auch das Raumschiff um genau denselben Betrag gedreht.

In Ihrem gemeinsamen Bezugssystem würde Ihr Auf und Ab gleich bleiben, obwohl Sie in einem erweiterten Bezugssystem Zenit und Nadir vertauschen würden, wenn Sie von außen im Raumschiff auf Sie blicken. Das heißt, wenn Sie zuvor mit Ihren Füßen in Richtung der Erde gestanden haben, von der Sie abgereist sind, würden Sie ihr jetzt beim Abbremsen kopfüber gegenüberstehen, mit Ihren Füßen in Richtung Ihres Ziels. Während Sie Ihr Raumschiff drehen (wahrscheinlich mit kleineren, seitlich montierten Triebwerken), würden Sie jedoch für einen Moment Schwerelosigkeit erleben, dh keine Beschleunigung in Bezug auf Ihr Raumschiff und Ihren gemeinsamen Trägheitsbezugsrahmen .

Hoffe, das erklärt es gut genug, und jetzt natürlich ein obligatorisches XKCD (kaum relevant, nur süß ... :)

Die scheinbare Richtung der Schwerkraft hängt von der Richtung ab, in die das Raumschiff beschleunigt.

Unter der Annahme eines konstanten 1G-Boosts (der weit über unsere derzeitigen Fähigkeiten hinausgeht) wäre "down" in Richtung der Motoren.

Ein solches Schiff müsste mit seinen Decks senkrecht zur Flugrichtung konstruiert werden. Während des ersten Teils der Reise, während das Schiff von der Erde weg beschleunigt, wären die Erde und die Sonne aus Sicht der Besatzung "unten" und das Ziel wäre "oben".

Um das Ziel mit niedriger Geschwindigkeit zu erreichen, müssten Sie das Schiff auf halbem Weg der Reise um 180° drehen und dann für die zweite Hälfte der Reise vom Ziel weg beschleunigen (dh verlangsamen ). Während dieses Teils der Reise wären Erde und Sonne aus Sicht der Besatzung "oben" und das Ziel "unten".

Die Änderung könnte durch Abstellen der Motoren, Drehen des Schiffes und Neustarten der Motoren erfolgen. Oder, wenn Sie die Schwerkraft an Bord jederzeit aufrechterhalten möchten, können Sie das Schiff drehen, während es weiter schiebt (was möglicherweise ein wenig Berechnung erfordert, um die Flugbahn nicht durcheinander zu bringen).

Die meisten Raumschiffe, die wir in der Fiktion sehen (wie zum Beispiel die USS Enterprise und die Battlestar Galactica), haben an Bord künstliche Schwerkraft und sind eher wie moderne Überwasserschiffe konstruiert, mit "oben" und "unten" senkrecht zur Fahrtrichtung. Ein Schiff, das seine Bordschwerkraft durch konstante Schubbeschleunigung erhält, müsste anders konstruiert sein, mit „oben“ und „unten“ parallel zur Fahrtrichtung – genauer gesagt zur Beschleunigungsrichtung.

Wenn Sie jahrelang nicht in der Lage sind, mit einem konstanten 1G zu beschleunigen, besteht die andere naheliegende Möglichkeit, die Schwerkraft an Bord zu erzeugen, darin, das Schiff zu drehen. In diesem Fall wären die Decks zylindrisch und "oben" wäre in Richtung der Rotationsachse. Wir sehen dies in der Discovery in „2001: Odyssee im Weltraum“. Höchstwahrscheinlich wäre die Rotationsachse parallel zur Fahrtrichtung, also wären die Erde und die Sonne entlang der Achse "hinter" Ihnen und das Ziel wäre "vor" Ihnen.

Mit der aktuellen Technologie können wir ein Schiff bei 1 G für nicht mehr als ein paar Minuten beschleunigen. Rotierende künstliche Schwerkraft ist wahrscheinlich machbar, aber meines Wissens wurde sie nie wirklich versucht. Künstliche Schwerkraft durch andere Mittel als das Beschleunigen oder Drehen des Schiffes (wie bei Star Trek, Battlestar Galactica usw.) ist immer noch im Bereich der magischen Technologie jenseits aller mir bekannten aktuellen Theorien.