Die Trägheitsmomente sind nur unter der Annahme aufgeführt, dass der Zylinder eine gleichmäßige Dichte hat. Indem Sie die Dichte entlang des „Äquators“ erhöhen, könnten Sie die Rotationsachse zur größten Hauptachse machen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer aktiven Stabilisierung.

Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, könnte darin bestehen, einen großen See/Meer entlang des Äquators hinzuzufügen. Die Tiefe und Breite dieses Gewässers hängt vom Gewicht des Aufbaus ab, der zum Ausgleich benötigt wird. Ich nehme an, dies ist ein Biom, das Sie sowieso irgendwo in einer so großen Struktur haben möchten, also warum nicht um den Äquator herum.

Starre Holme, die vom Äquator ausstrahlen, würden auch das Trägheitsmoment verändern, aber nach meinem Verständnis ist der Radius eines McKendree-Zylinders durch die Zugfestigkeit von Kohlenstoff-Nanoröhren begrenzt, daher weiß ich nicht, was verwendet werden könnte, um Strukturen zu verlängern Vergangenheit diesen Radius.

Es wurde lange vorgeschlagen, Wasser hin und her zu pumpen, um Wobbles zu zerquetschen. Wenn Sie genügend Wasser direkt unter der Außenhaut bewegen, können Sie nicht nur Wackeln dämpfen, sondern auch als Strahlenschutz dienen.

Es ist nur so, dass es eine Menge Wasser und Leitungen erfordern würde, um dieses System für einen Zylinder zu betreiben, der so groß ist, wie Sie sprechen.

Eine andere Methode wären ausfahrbare Sonnensegel.

Wenn der Zylinder groß genug ist, sollten sich die zufälligen Bewegungen im Inneren aufheben.

Beliebig große Dimensionen, sagen Sie? Na dann...

Machen Sie es einfach so groß, dass es nicht fallen kann.

Machen Sie es insbesondere lang . Bei ausreichend großen Maßstäben ist alles nicht starr, sodass Sie irgendwann an einen Punkt gelangen, an dem der Zylinder nicht nur wackelt , sondern sich wie ein Strang nasser Spaghetti dreht und biegt. Jetzt weiß ich, was Sie denken: „Das klingt nach einer schrecklichen Idee! Ich möchte nicht, dass meine Kolonisten am Ende eines peitschenartigen Spaghetti-Strangs aus Kohlenstoff-Nanoröhren herumgeschleudert werden, während die Struktur sich selbst auseinanderreißt!“ Nun, du hast es einfach noch nicht groß genug gemacht .

Da die Struktur nicht perfekt starr sein kann, gibt es einen (sehr großen) minimalen Krümmungsradius, um den Sie den gesamten Zylinder biegen können, ohne ihn zu brechen, und er dreht sich fröhlich weiter, während der gesamte Aufbau periodisch komprimiert und über jeden gedehnt wird Drehung. Bei einem mehrfach größeren Radius werden die Spannungen unmerklich und die lokale Abweichung von der perfekten Geradheit für die menschliche Wahrnehmung völlig unmessbar. An diesem Punkt können Sie die gesamte Megastruktur zu einer Schleife biegen, die beiden Endkappen zusammenbinden (so dass es technisch immer noch als verzerrter Zylinder gilt und nicht als Torus, den Sie erhalten, wenn Sie die Endkappen vollständig entfernen), und Sie werden es dann tun stellen fest, dass die gebogene Struktur, bestehend aus einem einzelnen , extrem langen Rohr ohne Paar,

a) hat einen Netto-Drehimpuls von Null, b) kann nicht taumeln, weil seine Enden sich gegenseitig in Schach halten, c) hat das Milliardenfache des Lebensraums der Erde und d) kann sich gegen sich selbst drücken, um sich nach oben / unten zu drehen - keine strikte Notwendigkeit dafür Sonnensegel oder Reaktionsmasse.

Es kann durch Asymmetrien in der lokalen Massenverteilung um die gekrümmte Achse in Schwingung versetzt werden, aber diese Arten von Schwingungen zu dämpfen ist eine viel einfachere Aufgabe, und Material kann beliebig entlang der Drehachse bewegt werden.

Dies verstößt möglicherweise gegen die ursprüngliche Prämisse, aber was wäre, wenn es ein sehr kurzer Zylinder wäre, sicher, dass dies die Menge an verfügbarem Wohnraum verringert, aber der Station auch keine längere Achse geben würde, um die sie sich drehen könnte. Ich dachte in der Reihenfolge, dass die Zylinderlänge gleich ihrem Radius ist.

Ich bin mir nicht sicher, ob ich dein Problem verstehe. Vermutlich würde Ihre "Röhre" einen Stern oder einen Planeten umkreisen und das Gravitationsfeld würde ihn stabilisieren und ein Taumeln verhindern. Dies liegt daran, dass die Kraft, die das nahe Ende "unten" hält, erheblich größer ist als die Kraft, die das ferne Ende von "oben" wegzieht.

Ihr eigentliches Problem wäre meiner Meinung nach also, die Wechselwirkung zwischen Schwerkraft und Trägheit daran zu hindern, die Struktur auseinander zu reißen. Ich fürchte, dafür bräuchte man diese „Teillösungen“, man muss der Trägheit entgegenwirken. Dies wäre meiner Meinung nach eigentlich eine gute Sache, denn wenn die gegenläufig rotierende Masse eine Außenhülle ist, würde sie als Strahlungsabschirmung wirken UND es Ihnen ermöglichen, den eigentlichen Lebensraum zu drehen, ohne tatsächlich Reaktionsmasse auszustoßen, ein nicht trivialer Vorteil wie das Drehen einer Struktur so groß ist kein einfaches Problem. Es würde auch als Panzer gegen physische Einwirkungen funktionieren. Dies würde auch dazu führen, dass Sie wahrscheinlich eine "nicht rotierende" Mittelschicht für Andockraum, Speicher, Sensorsystem, Solarenergie und dergleichen ziemlich trivial haben möchten.

Während also die gegenläufige Außenhülle komplex klingt, denke ich, dass sie insgesamt die einfachste Lösung ist, wenn man all die anderen Probleme berücksichtigt, die für den Bau eines großen Lebensraums relevant sind. Am wichtigsten ist, dass es sich um eine robuste Lösung handelt, die von der Gesamtstruktur des Lebensraums abhängt und nicht von ausgeklügelten aktiven und dynamischen Systemen. Es wird nicht aufgrund eines Softwarefehlers oder einer defekten Sicherung fehlschlagen. Alle Fehler sind offensichtlich, nicht versteckt oder trügerisch. Und es würde wahrscheinlich sehr lange auch ohne Wartung funktionieren, wenn es dafür ausgelegt wäre.

Ein langer, dünner Zylinder ist dynamisch instabil, und über die lange Zeitspanne, in der ein McKendree-Zylinder in Betrieb ist, ist es fast sicher, dass eine Bedingung oder eine Reihe von Bedingungen auftritt, die eine dynamische Instabilität erzeugen und den Zylinder zum Taumeln bringen.

Angesichts der enormen Größe des Zylinders scheint die Verwendung von beweglichem Ballast oder sogar Raketentriebwerken nicht machbar, die Menge an Material, die bewegt werden muss, oder die Menge an Reaktionsmasse, die aufgewendet werden muss, wird enorm sein (tatsächlich wird der bloße Akt des Bewegens von Megatonnen Ballast oder das Pumpen von Milliarden Litern Reaktionsmasse kann ausreichen, um den Zylinder instabil zu machen).

Mein Vorschlag wäre, riesige Sonnensegel zu verwenden, die am Zylinder befestigt sind, um dem Zylinder sanfte, langfristige Drehmomente zu verleihen, um die Stabilität aufrechtzuerhalten. Die Form der Segel wird ein " Heliogyro " sein, der die Steuerung einzelner "Blätter" ermöglicht, um eine gewisse Feinsteuerung des Betrags und der Richtung des Drehmoments bereitzustellen. Die Illustration zeigt den vorgeschlagenen Heliogyro für eine Mission zum Halleyschen Kometen, und angesichts des eher geringen "Schubs" wird die Skalierung der Heliogyro-Blätter für einen McKendree-Zylinder auf der Skala des Zylinders selbst liegen.

JPL Heliogyro-Vorschlag

Da die Größe des Zylinders eine enorme Trägheit bereitstellt, sollte die sanfte und langfristige Anwendung von Drehmomenten durch die Heliogyro-Blätter den Zylinder innerhalb der Grenzen drehen lassen, die eine Instabilität verhindern.

Bearbeiten, um toten Link zu ersetzen

Es scheint keine Antwort zu geben, die die einzige offensichtliche Lösung außer den von Ihnen in der Frage erwähnten (und abgezinsten) vorschlägt: Vergrößern Sie einfach das Trägheitsmoment entlang der Achse des Zylinders, sodass die Drehung entlang dieser Achse am größten wird stabiler Zustand.

Dies erfordert natürlich das Hinzufügen von viel mehr Masse. Aber da diese Art von Struktur sowieso im Weltraum gebaut werden muss, ist dies nicht unbedingt ein großes Problem. Befestigen Sie einfach eine Reihe von eingefangenen Asteroiden in einem dicken Ring um den Mittelpunkt des Zylinders und kleben Sie sie mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen zusammen. Der Ring sollte angesichts der Materialgrenzen der ihn zusammenhaltenden Nanoröhren so weit wie möglich aus dem Zylinder herausragen.

Natürlich könnte Ihr Zylinder so groß sein, dass Sie bereits an der Grenze der Zugfestigkeit von Kohlenstoffnanoröhren sind. In diesem Fall funktioniert dieser Plan überhaupt nicht, da die Masse des Rings noch mehr Zentrifugalkraft ausübt als der Zylinder selbst. Aus diesem Grund müsste ein Zylinder mit dieser Stabilisierungsmethode viel kleiner sein als das theoretische Maximum. Es könnte trotzdem enorm sein.

(Ich sollte anmerken, dass diese Antwort etwas ironisch ist. Ich bin mir nicht sicher, ob es wirklich funktionieren würde, da sich ein Objekt in dieser Größenordnung nicht wirklich wie ein starrer Körper verhalten würde. Der Ring würde sich in eine Richtung drehen wollen, während die beiden Enden des Zylinders stürzen wollen, und das Ganze könnte dadurch auseinander reißen. Ich weiß nicht, ob man das verhindern kann oder nicht. Ich vermute, dass dies in Wirklichkeit nur durch irgendeine Art von Aktivität möglich ist Stabilisierung oder eine Art gegenläufiger Masse, wobei letzteres wahrscheinlich viel praktischer ist.)

Fügen Sie einen Flansch um den „Äquator“ hinzu, einen breiten Ring aus dichtem Material, der koaxial zum Zylinder liegt und von der Zylinderwand in den Raum auf halbem Weg zwischen den Endkappen ragt. Machen Sie vielleicht seinen Rand besonders dicht oder dick. Das würde das Trägheitsmoment um die Längsachse um mehr als das Trägheitsmoment um die Querachse erhöhen.

Der beste Weg ist der Weg, den Sie erwähnt haben. Wenn Sie einfach nicht so viel Platz benötigen, ziehen Sie mehrere kleinere Zylinder in Betracht. Wenn Sie aus ästhetischen Gründen dagegen sind, können wir ein paar andere Optionen in Betracht ziehen.

Sie können auch ein Gegengewichtssystem ausprobieren. Ein computergestütztes System zur Gewichtsverlagerung kann die Auswirkungen der Bewegung im Inneren des Zylinders ausgleichen. Das Verschieben von flüssigem Ballast könnte möglicherweise die Rotation verhindern, ist aber nicht gerade energieeffizient.

Stabilisierung durch die Verwendung von Triebwerken oder ähnlichen Mitteln. Eine weitere Möglichkeit zur Stabilisierung wäre die Verwendung von Raketen oder einem anderen zukünftigen Antriebssystem, um unerwünschtem Trudeln entgegenzuwirken. Raketen kann jedoch der Treibstoff ausgehen, also verwendet sie vielleicht Magnete, um sich innerhalb eines Magnetfelds von einem Planeten oder einer Sonne zu manipulieren?

Schwungrad-Kreiselstabilisatoren

Zwei davon, eine für jede der von Ihnen beschriebenen Achsen. Diese Schwungräder würden Verschiebungen des Zylinders entgegenwirken und ihn in Position halten. Kreiselstabilisatoren arbeiten über die Erhaltung des Drehimpulses. Oder vielleicht brauchen Sie nur einen - tt scheint mir, ein riesiger rotierender Zylinder wie dieser würde bereits wie ein Schwungrad wirken. Sie benötigen also möglicherweise nur ein zusätzliches Schwungrad, um es zu stabilisieren.

von http://veemgyro.com/wp-content/uploads/2015/11/White_Paper_1403-How_Gyros_Create_Stabilizing-Torque.pdf

Je mehr Schwung, desto mehr Stabilisierung können Sie erhalten. Sie könnten große Schwungräder außerhalb des Zylinders haben. Oder Sie könnten sehr schnell drehende Schwungräder haben. Oder Sie könnten viele mittelgroße Schwungräder haben, die zusammenwirken.

Sie befinden sich im Weltraum, also müssen Sie sich keine Sorgen machen, dass die Atmosphäre Ihre Schwungräder verlangsamt, wenn Sie sie draußen lassen.

Eine (zusätzliche) coole Sache an Schwungrädern ist, dass Sie in ihnen auch Energie als kinetische Energie speichern können und diese Schwungräder somit eine doppelte Aufgabe erfüllen würden. Sie können diese Energie für die Neueinstellung des Zylinders oder für andere Bedürfnisse nutzen.

Verwenden Sie die Sonne, um es stabil zu halten . Nicht die Sonne, wohlgemerkt, aber vorausgesetzt, Sie wollen nicht die dumme Idee machen, es zu halben Fenstern zu machen, müssen Sie ein wenig Sonne im Zylinder haben, die Sie mit den Sonnenkollektoren an der Außenseite versorgen, wenn Sie es sind in der Nähe eines Sterns. Ich nehme an, es kann so schwer sein, wie Sie es für bequem halten - Sie brauchen nur eine Hülle, die Licht ausstrahlt, aber die lokale Sonne ist auch ein großartiger Ort, um hässliche Industrie zu verbergen und gleichzeitig die Null-Gee-Bedingungen zu nutzen.

Da die Menschen nicht immer Tag haben wollen und es eine Verschwendung ist, eine riesige tragbare Sonne zu bauen, nur um sie die Hälfte der Zeit auszuschalten , wird diese Sonne jeden Tag die Hauptachse des Zylinders auf und ab gehen . Jedes Mal, wenn es diese Achse nach oben oder nach unten bewegt, wickelt es einige der Filamente (Sie sagten Nanokohlenstoff) ein, die es festhalten, und lässt andere heraus. Es kann eine Gleisinfrastruktur haben, die an den Polen angebunden ist, um zu helfen. Natürlich macht das sehr effiziente regenerative Bremsen diesen Prozess "elastisch" - Sie verschwenden nicht wirklich viel Energie, wenn Sie die Filamente verwenden, um ihn zu steuern.

Wie auch immer, durch die Kontrolle des Sonnenwegs oder gleichwertig, in welche Richtungen die Sonne während ihrer täglichen Runde mehr Kraft ausübt, wird die Sonne unter der sorgfältigen technischen Kontrolle von Chefingenieur Ra ​​genug Drehmoment in genügend Richtungen auf diesen Zylinder ausüben, wie es sein kann drehte sich trotz all der kleinen Bewegungen auf der Oberfläche in die richtige Richtung.