В основе идеи искусственной гравитации, вызванной вращением, лежит реакция на центростремительную силу, заменяющая силу тяжести.
Для имитации силы тяжести, космическому кораблю необходимо вращаться, заставляя содержимое стягиваться к внешнему краю, создавая ощущение веса.
В данном случае сила выражается формулой:
F = mω²r = mg
Получается, что на космической станции устанавливается угловая скорость (ω). При этом, на расстоянии (r) от центра корабля возникнет сила, эквивалентная воздействию mg (вес).
Из представленного выше уравнения ясно, что есть два варианта влияния на величину имитированной гравитации:
• изменение скорости вращения (ω)
• изменение радиуса окружности (r)
Проблема заключается в том, что для человека, который стоит на "полу" такой космической станции, значения r для головы и ног различаются. Ноги и голова испытывают воздействия различных скоростей и ускорений. В лучшем случае, это может привести к недомоганию. В худшем, полностью истощить.
Чтобы избежать это, необходимо очень большое значение r. Чем больше эта величина, тем меньшие отклонения между воздействиями на голову и ноги (градиент). Эти факторы необходимо учитывать при планировании подобной системы. Для минимизации градиента необходимо ограничить угловую скорость 2 оборотами в минуту.
Если перевести это число в радианы и подставить в исходную формулу, то получится определить минимальный радиус космической станции, для имитации гравитации, эквивалентной земной.
g = ω²r
r = g/ω² = 9.8 (м/с²) / 0.209² (рад/с) = 224.3 метра
В общем космическая станция получается очень большой.
Для сравнения: размеры МКС составляют 109x73x27 метров.
Основная цель МКС — обеспечение лаборатории для экспериментов, без влияния гравитации. Проведение исследований в космосе даёт возможность наблюдать результаты, которые невозможно получить на Земле.
Есть ещё одна причина, по которой в реальности нет подобных станций. Только в научной фантастике космические программы финансируют до уровня, достаточного для строительства столь впечатляющих кораблей.
Комментарии
Проблема расчёта "выгоды" людьми ,- в деньгах. А в деньгах, - сама по себе жизнь -не выгодна. Деньги -глупость человечества.
Думаю, что данный вопрос пока не актуален, когда на орбите находятся 3 специально обученных человека. Когда или если, человечество придет к массовым космическим путешествиям, тогда и запарятся умные люди.
Есть такое природное явление - смерч и там явно поболе 1g, но нифига не разлетается в стороны. Явление очень устойчивое, пока есть необходимые температурные условия внизу и на высоте. Вопрос чайника: Почему нифига не разлетается? Это конечно не небоскреб на веревочке, но воздух с камнями, песком и пылью.
Мне вот интересно, как вы смерч в космосе организовывать собираетесь?
Я не о космосе, просто о явлении. В любом случае познание природных явлений и ведет к дорожке в космос.
Давление в центре смерча заметно ниже, чем снаружи. Разница внешнего и внутреннего давления и удерживает его от "разлетания".
Ну сам смерч возможно, а что каменюки и прочие фрагменты держит?
Плотный поток воздуха, сформированный разностью давлений.
Вы похоже плохо представляете величину атмосферного давления. Посмотрите как жд цистерны плющит всего лишь от изменения температуры воздуха внутри и снаружи.
Плющит цистерны, работающие "под наливом", без давления. Цистерны из подлвж или сг не разрушаются.
А так да, разница давления - великая сила.
для орбитальных полетов-не подходит
для межпланетных-вполне и вполне
На Луне, если вдруг приспичит делать обитаемую станцию, можно поезд по кругу пустить на магнитной подушке.
Ещё про гироскопический эффект забыли.
И что делать, если вращатель заклинит.
Вы про небесную ось?
Про "сила действия, равна силе противодействия".
Исходя из чего, что бы вращать бандуру раз, нужна бандура два, а ещё какая-никакая передача и это всё хочет постоянно кушать.
И куда полететь, если эту передачу заклинит.
Ионные движки, установленные по радиусу решат эту проблему. Кушают мало, работают от ядерного электричества, ресурс - годы непрерывной работы.
Удивительно, две страницы нафлудили, но ни один, не соизволил обратиться к первоисточникам, с математическими расчётами и физиологией человека.
№ 1 Человеку, для длительной нормальной жизни, без каких-либо физиологических отклонений, вовсе не нужна величина ускорения в 1g, судя по всему, вполне достаточно 0,3-0,4g.
№ 2 Минимальный радиус, как и скорость вращения, ограничивается не только механической прочностью конструкции, а и силой Кориолиса, которая будет производить сильное влияние на человека, при малых радиусах вращения. Указаны цифры в 10°сек и радиус предполагаемого пола станции - 9 метров. Растягивающие силы, действующие на конструкции станции, при ускорении в 0,3-0,4g невелики и, значительно меньше, чем силы, действующие при взлёте.
№ 3 Стоит читать не непонятные
высерыфантазии в интернете, всяких нано-гинекологов-пограмистов-металлургов, а хотя-бы, старую, советскую, научно-популярную литературу, раз-уж, в открытом доступе, нет более серьёзных материалов.свернул пруф на источник (страницы: 174(последний абзац) - 175 - 176(первый абзац) ) :
Это условно нормальная жизнь, так как базовые виды локомоций вроде ходьбы будут затруднены, будет не нормальная ходьба а прыжки как у кенгуру. И физические эффекты вроде низкого уровня сцепления с полом.
Речь идёт не столько о затруднениях при ходьбе и, спецэффектах со "скользким" полом, сколько о физиологии человека и его нормальном самочувствии, при особо длительном пребывании, в условиях Космоса. В советские времена, за публикацию своих фантазий, вместо научных фактов, в науке, можно было с треском вылететь из "допущенных к печати" и поиметь кучу других неприятностей, этим очень дорожили, и никто не стал-бы писать пургу, просто, для заполнения пустого места на странице. Я дал ссылку на учёных, проведших исследования, а исследования, связанные с воздействием пониженной силой тяжести на человека, проводились в том числе и в летающих лабораториях, если написали, что для перемещения надо минимум 0,28-0,3g, значит так оно и есть, вредные эффекты, либо мало проявляются, либо не могут помешать, так что, вполне можно было этому верить. Собственно, речь идёт вот об этом:
"...Исследования показали, что .... нижний же предел, когда человек может перемещаться, - если ускорение силы тяжести не меньше 0,28 земного ускорения. Но если учесть, что космонавтам придётся передвигаться по кораблю и в направлении противоположном его вращению (при этом сила Кориолиса будет его приподнимать), то нижний предел должен быть увеличен. Советские учёные Е.М. Юганов и М.Д.Емельянов считают, что минимально эффективная величина искусственной тяжести, допустимая с физиологической точки зрения, составляет 0,28-0,3g..."
Так, по результатам своих исследований(в том числе и натурных), считали советские учёные в 1973 году, очевидно, вы обладаете более свежими данными, позволяющими отрицать их утверждения, пожалуйста, поделитесь источником, конечно, если он открытый.
Перемещаться человек может вообще без силы тяжести, речь то о долговременном проживании и продуктивной работе и лучше сразу создавать привычную среду. Например атмосферный состав почему то делают сразу земным, хотя могли бы как американцы с резко пониженным давлением. 1g сразу позволит резко снизить поддерживающую нагрузку и может позволить функционировать практически любому человеку, а не специально подготовленному, на реабилитацию которого еще будет требоваться время и силы. Физиологически хоть невесомость, хоть лунную гравитацию симулируют, но атрофия все равно заметна.
В сети есть куча видео с симуляцией передвижений при пониженной гравитации, в том числе и лунной. Это, прямо скажем, неудобно, ходить наклонившись под 45°. А так то конечно возможно.
Да, я видел ролики, как космонавт бегает в скафандре, по салону самолёта-лаборатории, согнувшись под углом 45° , но если, это будет не лунная поверхность, а просто обитаемая станция, там ведь нет необходимости в беготне, спокойная ходьба вполне возможна. Впрочем, не стану с вами спорить, конечно-же, для человека, привычное земное ускорение, наиболее желательно и физиологично, особенно в условиях длительных психологических нагрузок и стресса.
Есть свои ньюансы. Делал я как то модель станции Поточника - 30 метров в диаметре. Вот как выглядит человек внутри неё.
И даже в пределах одного жилого помещения геометрически искажения довольно большие.
Станцию с таким размером раскручивать до 1g нельзя, а по калькулятору 0.26g более-менее приемлемый результат, но все равно с заметным физиологическим дискомфортом. Кроме того, сильный наклон в условиях небольшого диаметра означает, что для того, чтобы шагнуть вперёд, даже угол меньший чем в 45 означает, что пол будет сильно приближаться к лицу
а лёгкий толчок ногам даже ослабленного организма, легко отправляет его к потолку. Поэтому, предварительно можно сделать вывод, что такая искусственная гравитация немногим лучше невесомости и лучше сразу делать диаметр вращения от 200 метров, пусть без кольцевого размещения, а на балке, но с гравитацией близкой к земной.
Что нам мешает использовать магнитные ботинки? Ботинки решают не только эту проблему, но добавляют физ.нагрузку. Ктати в Экспансии это подробно показано.
Лучше задайтесь вопросом, почему их не используют в космосе при невесомости? Магнитные ботинки, это режиссерская находка позволяющая избежать сложных и дорогостоящих съемок, как и "исскуственная гравитация".
Зачем их использовать при невесомости? Особенно на современных кораблях станциях?
Во время сна космонавты пристегиваются - чтоб не улететь, а ботинки зачем - что они решают и что дают? Нагрузки практически нет, а проблем создает море:
- потеря полезного складского пространства на "полу";
- добавление массы(магнитные{железные} полы);
- потеря времени при перемещении из отсека в отсек(двери выше уровня "пола") и т.п.
Ботики нужны только как дополнение к гравитацией и соответственно к соответствующей планировки станции(как у Вас на картинках). Вот базу на Луне будут строить там же, я уверен, и ботинки будут.
И как в них ходить? Каждый шаг - преодоление притяжения. Оторвать ногу от пола, сродни подвигу. А малое притяжен е работать не будет. Фигня это все про ботинки.
это мы узнаем когда построим базу
Я и написал, что в этом и смысл. Так же придания ориентации(горизонта) и "оземлячивание" пространства.
Я тут взял карандаш и прикину.
При диаметре 200 метров торообразной станции, при толщине стенки 10 мм получается, что на орбиту надо вывести:
630м длина тора
5 метров - сечение тора
площадь сечения - 0,0000785 м2
630*0,0000785= 0,049455 м3 *7850кг/м3 = 388 тонн.
Пусть с учетом внутренних переборок, технического наполнения и тд эта цифра увеличится до 1000 тонн.
Стартовая масса «Энергии» — около 2400 тонн. Ракета (в варианте с 4 боковыми блоками) способна вывести на орбиту около 100 тонн полезного груза — в 5 раз больше, чем эксплуатируемый носитель «Протон».
Итого требуется 10 запусков Энергии. Ну, пусть 20, с учетом создания инфраструктуры и производственных мощностей. Задача не просто решаемая, а была вполне по силам одному государству под названием СССР, не то, что всему миру.
Вангую, что в ближайшие 10-15 лет у нас над головой повиснут орбитальные боевые платформы.
Полностью согласен. Только РН "Энергию" надо бы поменять на РК "Енисей", а так все правильно.
Энергию я привел для понимания масштабов работы. Носители могут быть любые.
Получается ,что особо не напрягаясь (учитывая экономический эффект масштаба) можно лет за десять построить свою станцию в космосе, способную передвигаться самостоятельно. И тут встает вопрос с добычей ресурсов. Выход один - пояс астероидов, как ни крути, для исключения гравитационного колодца.
До пояса астероидов сейчас ну никак. Луна гораздо ближе и имеет всё, что надо. Плюс там нет атмосферы и первая космическая низкая, материалы можно прямо выстреливать с поверхности.
При условии ядерной силовой установки на ионных движка, до пояса лететь что то около месяца. Ну двух. Так что вполне рядом.
А на Луне те же проблемы с колодце, только чуток слабее. Грузы с Луны выводить в промышленных масштабах не реально.
Годный срач. Ахтунг - пахнет трольчатиной! Автор, нет ли в обсуждении упырей? Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за день.
Страницы