Würde ein höherer Luftdruck auf der ISS oder anderswo das „Schwimmen“ in der Mikrogravitation erleichtern?

Würde ein höherer Luftdruck auf der ISS oder anderswo das „Schwimmen“ in der Mikrogravitation erleichtern?

Ja!

Aber was wirklich wichtig ist, ist die Dichte. Anstatt "normale Luft" unter Druck zu setzen, können Sie einfach ein dichteres atmosphärisches Gemisch herstellen und den Druck gleich halten.

Diese Antwort sagt

Wenn Sie möchten, dass die Luft 5-mal leichter schwimmt, können Sie einfach den Stickstoff durch Xenon ersetzen und die Dichte erhöhen, ohne den Druck zu erhöhen.

und während darauf hingewiesen wird, dass Xenon teuer ist und eine narkotische Wirkung hat ( dieser Typ klagt über kribbelnde Finger von Krypton, bevor er Xenon einatmet), also was ist damit?

Wikipedias Schwefelhexafluorid sagt:

Schwefelhexafluorid (SF ₆ ) ist ein anorganisches, farbloses, geruchloses, nicht brennbares, ungiftiges, aber extrem starkes Treibhausgas und ein ausgezeichneter elektrischer Isolator.

Erwägen Sie die Verwendung einer normoxischen Mischung (normaler Sauerstoffanteil von etwa 21 %) von SF ₆ für eine Weile, aber nicht dauerhaft!

Aus den Auswirkungen von Schwefelhexafluorid auf die psychomotorische Leistung :

Der narkotische Einfluss von Schwefelhexafluorid auf die geistige und psychomotorische Leistungsfähigkeit wurde bei 9 Probanden bei normalem atmosphärischem Druck untersucht. Kontrollexperimente wurden mit Luft und mit Lachgas durchgeführt. Psychomotorische, perzeptive und kognitive Fähigkeiten wurden mit einer computergestützten Testbatterie bewertet. Die Probanden wurden Luft und sechs verschiedenen normoxischen Gasgemischen ausgesetzt: 13, 26 und 39 % N2O und 39, 59 und 79 % SF6. Signifikante Leistungsbeeinträchtigungen wurden bei 13 % N2O und allmähliche weitere Beeinträchtigungen bei 26 und 39 % N2O festgestellt.Während der Exposition gegenüber 39, 59 und 79 % SF6 wurde die Gesamtleistung um 5, 10 bzw. 18 % beeinträchtigt. Die Beeinträchtigung war bei 59 und 79 % SF6 signifikant. Die Ergebnisse zeigen, dass die relative narkotische Potenz von SF6: N2O beim Menschen etwa 1:4 beträgt. Es wird der Schluss gezogen, dass ein normoxisches SF6-O2-Gemisch für Lungenfunktionsstudien ohne schädliche Wirkungen inhaliert werden kann und dass die kurz anhaltende narkotische Wirkung, obwohl sie mit einer Testbatterie nachweisbar ist, die Fähigkeit des Probanden, einfache Atemvorgänge durchzuführen, nicht beeinträchtigen würde .

Siehe auch Relative narkotische Potenz und Wirkungsweise von Schwefelhexafluorid und Stickstoff beim Menschen

Physik

In der Mikrogravitation kommt die Fähigkeit, in einer Atmosphäre zu "schwimmen", von der aerodynamischen Widerstandskraft, die auf den sich schnell bewegenden Armen der Astronauten erzeugt wird, was ungefähr ist

Wo$rho$ist die Dichte der Atmosphäre,$v$ist Geschwindigkeit,$C_D$ist der Luftwiderstandsbeiwert, der die gesamte Fluiddynamik enthält, aber normalerweise irgendwo zwischen 0,5 und 1 liegt, und$A$ist der betrachtete Bereich.

Da sich die Arme an der Schulter drehen, bewegt sich jeder Teil mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Nehmen wir an, eine Fläche von 0,01 m² erledigt die meiste Arbeit, und sie bewegt sich mit etwa der Hälfte der Weltrekordgeschwindigkeit für einen geworfenen Ball von 22 m / s ( von dieser Antwort auf Wie schwer müssen Sie etwas von der ISS werfen, damit sie deorbitiert? ). Die Dichte einer Standardatmosphäre beträgt etwa 1,225 km/m^3 und verwenden wir$C_D$von 0,5 für einen nicht optimalen Schlagarm.

Das macht die Widerstandskraft etwa 1,5 Newton! Unter der Annahme, dass die Doppelarmschwingungen unter der Hand erfolgen, um die Kraft in der Nähe des Massenmittelpunkts zu halten, insgesamt 3 Newton über einen Bogen von 50 cm. Bei Arbeit gleich Kraft mal Weg sind das 1,5 Joule kinetische Energie.

Das "Delta-v", das der Astronaut von jedem doppelarmigen hinterhältigen Dreschflegel erhält, ist dann

oder etwa 0,2 m/sek. Das scheint viel schneller zu sein als das, was ein einzelner Dreschflegel dem Astronauten in den Videos gibt ( Astronaut bleibt im Kibo ISS-Modell stecken und es kann schwierig sein, sich aus dem Kibo ISS-Modul zu entfernen ), aber es ist die richtige Größenordnung.

Und ein Faktor von 4, wenn nicht 5 in der Dichte von einer ~79% SF6-Atmosphäre wäre ein großer Schub!

Teilantwort auf "Ist es ein Vorschlag, den Weltraumagenturen berücksichtigen sollten?"

Unwahrscheinlich. Eine Erhöhung des Differenzdrucks um den Faktor 5 würde bedeuten, dass die Module um einiges stärker und damit vermutlich teurer und/oder schwerer werden müssten. (Wie in dieser anderen Antwort erwähnt )

Wenn es ein ständiges Problem ist, in der Luft gestrandet zu sein (AFAIK ist es nicht) ¹ , wäre eine viel billigere und leichtere Lösung, Haltegurte entlang der Längsachsen der Module zu ziehen. Schwimmen in der Luft ist keine Konstruktionsanforderung.

¹ Diese Antwort zitiert den frühen ISS-Astronauten Dan Barry mit den Worten: "Es ist nicht leicht, gestrandet zu sein - ich musste mir von meinen Freunden helfen lassen, vollkommen still zu werden."

Die Astronauten würden eine Stickstoffnarkose noch schlimmer bekommen als in 40 m tiefem Wasser Atemluft. In beiden Fällen beträgt der Gasdruck 5 bar, aber unter Wasser beträgt der Partialdruck von Stickstoff 3,95 bar, im Raumschiff jedoch 4,79 bar. Dies entspricht etwa 50 m tiefem Wasser zum Atmen von Luft. Siehe Wikipedia für Anzeichen und Symptome der Narkose. Diese Symptome würden das Leben eines Tauchers oder Astronauten gefährden.

Aber das Raumschiff würde sowieso zu schwer werden, wenn es für 5 statt 1 bar gebaut würde.

Um eine Dekompressionskrankheit während einer EVA zu vermeiden, darf ein Stickstoffpartialdruck von 4,79 bar nicht verwendet werden. Ein Raumanzug mit 5 bar Druck ist völlig nutzlos, daher wird reiner Sauerstoff mit etwa 0,3 bis 0,4 bar verwendet, um den Anzug flexibel zu halten. Ein sehr langer Dekompressionsvorgang (mehrere Tage) wäre erforderlich, um eine Dekompressionskrankheit beim Übergang von 5 bar auf nur 0,4 bar zu vermeiden.

Um all diese Probleme zu vermeiden, ist Hochdruckschwimmen unmöglich.

Wenn Sie möchten, dass die Luft 5-mal leichter schwimmt, können Sie einfach den Stickstoff durch Xenon ersetzen und die Dichte erhöhen, ohne den Druck zu erhöhen.

Um die Schwimmfähigkeit zu verbessern, müssen wir die Gasdichte erhöhen, nicht den Gasdruck - obwohl beides zusammenhängt, wäre es ideal, Ersteres zu erhöhen, ohne Letzteres zu erhöhen.

Die Dichte von Flüssigkeiten kann durch Feststoffe in Suspension erhöht werden, wie durch heiße pyroklastische Ströme gezeigt werden kann, die dichter sind als kältere saubere Luft . Auf der Erde neigen schwebende Feststoffe dazu, sich aufgrund der Schwerkraft abzusetzen, aber im Weltraum schwebt alles, was in der Atmosphäre der Station schwimmt, dort weiter. Dann können wir viel Masse in der Luft schweben lassen und Stücke groß genug halten, um die Atmung nicht zu beeinträchtigen. Daher lautet die Lösung:

Das große Mikrogravitations-Bällebad

Wir müssen nur einige tausend Vollgummibälle in der Station schweben lassen. Beim Schwimmen werfen Astronauten eine große Masse an Bällen mit einer kleinen Masse an Luft zurück.

Um das System zu optimieren, müssen die Bälle groß genug sein, um nicht verschluckt zu werden, so massiv wie möglich, nicht sehr hart, um die Astronauten nicht hart zu treffen, und elastisch, damit sie an den Wänden abprallen, anstatt sich gegen sie zu setzen. Vollgummibälle mit einem Durchmesser von wenigen Zentimetern scheinen ein guter Kompromiss zwischen diesen Anforderungen zu sein.

Natürlich wird mit ein paar Bällen pro Liter Luft die Sicht stark beeinträchtigt, aber das ist nur ein Nebeneffekt.

In der Formulierung der Frage steckt ein gewisses Missverständnis. Betrachten Sie das ideale Gasgesetz :

$p$: Druck ;$V$: Lautstärke ;$n$Stoffmenge (" Masse " des Gases);$T$: Temperatur

Was Sie tun müssen, um die Schwimmfähigkeit zu erhöhen, ist die Dichte zu erhöhen , das ist das Verhältnis$\frac{n}{V}$. Angenommen die Lautstärke$V$der Module der Raumstation konstant bleiben, müssten Sie erhöhen$n$indem mehr atmosphärisches Gas in die Station gepumpt wird.

Durch dieses Gesetz der Druck$p$würde unweigerlich steigen, was zu Problemen führen würde, die in @ Uwes Antwort angegeben sind. Obwohl unsere Atmosphäre nicht ideal, sondern ein echtes Gas ist , kann man daraus schließen:

Ja, aber man müsste die Stickstoffnarkose handhaben, wie in @Uwes Antwort besprochen.

Wenn Sie darauf bestanden, den Druck zu erhöhen, ohne die Masse zu erhöhen, könnten Sie die Temperatur ändern. Dies ist jedoch nur eine theoretische Antwort, da eine Temperatur von etwa 1500 K erforderlich ist, um einen Druck von 5 atm zu erreichen. In einer solchen Umgebung könnten die Astronauten nichts anderes tun, als zu verdampfen.