Würde die Verringerung des Durchmessers eines Orbitalrings künstliche Schwerkraft erzeugen?

Beginnen wir damit, dies aus der Sicht der Erhaltung des Drehimpulses zu betrachten. Wir können sagen, dass der Drehimpuls hier definitiv erhalten bleibt, weil kein externes Drehmoment auf das System ausgeübt wird.

Ich bin mir nicht sicher, ob die Orbitalenergie hier erhalten bleibt, da es wirklich so aussieht, als müssten alle Motoren, die die Kabel fester ziehen, Arbeit leisten, um die Energie von Batterien / Solar in Orbitalenergie zu übertragen (also die Gesamtenergie ist offensichtlich konserviert wird, müssten wir neben der Orbitalenergie auch noch andere Energiequellen berücksichtigen).

Nehmen wir an, die Station beginnt ihre Umlaufbahn mit einem Radius von$R_0$in einer "neutralen" Kreisbahn (dh die Stationsinsassen fühlen sich schwerelos). Dies ergibt eine Umlaufgeschwindigkeit von$v_0 = \sqrt{\frac{\mu}{R_0}}$wo$\mu$ist der Gravitationsparameter des Zentralkörpers.

Unser spezifischer Drehimpuls ist dann nur:

$R_0 v_0 = \sqrt{R_0 \mu}$

Nehmen wir an, Sie rollen diese Kabel ein und reduzieren den gesamten Radius auf$R_f$. Da der Drehimpuls erhalten bleibt, haben wir$R_0 v_0 = \sqrt{R_0 \mu} = R_f v_f$. Wir können dies lösen$v_f$:

$v_f = \frac{\sqrt{R_0\mu}}{R_f} = \sqrt{\frac{R_0\mu}{R_f^2}}$

Um Ihre ursprüngliche Frage zu beantworten, müssen wir feststellen, ob dies langsamer oder schneller als die Kreisbahngeschwindigkeit bei ist$R_f$:

$v_{f,circular} = \sqrt{\frac{\mu}{R_f}}$

Wenn wir unseren Ausdruck für neu anordnen$v_f$wir bekommen:

$v_f = \sqrt{\frac{R_0}{R_f}} \sqrt{\frac{\mu}{R_f}}$

Kombiniert man dies mit unserer Gleichung für die Kreisgeschwindigkeit:

$v_f = \left(\sqrt{\frac{R_0}{R_f}}\right) v_{f,circular}$

Also, wenn$R_0 > R_f$, endet die Station mit einer Geschwindigkeit, die größer als die Orbitalgeschwindigkeit ist (da$\sqrt{\frac{R_0}{R_f}} > 1$). Dies reicht aus, um zu zeigen, dass Sie damit tatsächlich künstliche Schwerkraft erzeugen würden.

Ja. Eine Verringerung des Rotationsradius erhöht die scheinbare Schwerkraft.

Eure gesamte Station umkreist gemeinsam einen Planeten. Der Habitatring dreht sich um die Station, umkreist sie nicht. (Ich denke, einige der anderen Antworten haben das möglicherweise falsch interpretiert.)

Damit sich die Habitat-Stationen richtig drehen, muss jede über ein Kabel mit der Zentralstation verbunden sein. Sie könnten auch miteinander verbunden werden, aber das würde dickere Kabel erfordern und das Halten der Orbitalstation für die gesamte Anordnung erschweren.

Die Zentripetalbeschleunigung eines Körpers, der sich mit linearer Geschwindigkeit v und Radius r dreht, ist . Ein näheres Schleppen der rotierenden Stationen würde den Radius verringern, während die lineare Geschwindigkeit konstant gehalten wird. Dies würde die scheinbare Schwerkraft erhöhen.

Beachten Sie, dass die lineare Geschwindigkeit konstant ist, aber die Winkelgeschwindigkeit zunimmt.

Beweis, dass die lineare Geschwindigkeit nicht abnimmt, wenn der Radius abnimmt.

Die einzelnen Stationen werden senkrecht zu ihrer Geschwindigkeit zur Station geschleppt. Da Kraft und Geschwindigkeit senkrecht zueinander sind, gibt es beim Schleppen keine Energieänderung; Arbeit ist das Punktprodukt aus Kraft und Richtung. Eine Änderung der Lineargeschwindigkeit erfordert eine Energieänderung, da E=0,5*m*v^2.

Die Rotationsrate nimmt zu und Sie könnten am Rand stehen (Kopf zur Erde, Füße weg). Da sich die Komponenten Ihres Rings nicht mehr mit kreisförmiger Umlaufgeschwindigkeit bewegen, ist der Ring instabil, und wenn eine kleine Kraft ihn aus der Mitte bewegt, wird er weiter aus der Mitte gehen, bis eine Seite davon beginnt, in die Atmosphäre einzutreten. Es wird eine Art aktive Stabilisierung benötigen - kleine Raketentriebwerke oder ähnliches, um jegliche Drift zu korrigieren.

Dies ist die gleiche Situation wie Nivens "Ringworld", wenn auch in kleinerem Maßstab.

Der Ring erzeugt keine künstliche Schwerkraft, egal auf welcher Umlaufbahn Sie sich befinden, da die Umlaufbahn erreicht wird, wenn der Drehimpuls die Schwerkraft des Objekts, das Sie umkreisen, ausgleicht. Deshalb gibt es auf unseren Raumstationen, die die Erde umkreisen, keine künstliche Schwerkraft. Sie können denken, Ihre Vorrichtung ist die gleiche wie ein Haufen ISS, die aneinander befestigt sind, und egal, wie Sie das anstellen, keine von ihnen wird künstliche Schwerkraft haben, weil sie nur umkreist.

Wenn Sie die Stationen schneller fliegen ließen als im normalen Orbit und stattdessen die Kabel zwischen ihnen stabilisieren ließen, würden Sie künstliche Schwerkraft erreichen. Die Kraft, die die Kabel dehnen können, ist die Kraft Ihrer künstlichen Schwerkraft.