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
Необходимость в орбитальных базах уже появилась.
Пиндосы не сделают гиперзвук в обозримом будущем. И их ответом станет подвешивание в космосе ракетных платформ. Для предотвращения этого нам придётся на высоту в несколько тысяч км закрывать пространство. Т. е. подвешивать свои платформы.
Имхо, это дело ближайшего десятилетия.
Тут намекается, но прямо не указывается еще на одну волшебную вещь, которая именуется кориолисовым ускорением.
При достаточно небольших характерных радиусах, даже как указанный в расчете, разница ускорений для головы и ног при движении в направлении отличающимся от плоскости вращения, проиведет к отличию восприятия вертикалей и его фактического положения. Результаты могут быть самые разнообразные, вплоть до печальных.
Самый простой пример - чтобы кинуть мячик его придется броать не в человека а под углом.
Чтобы максимально уменьшить эффект нужно будет делать еще более значительные радиусы.
А вот гравитация, эквивалентная земной не обязательна. Достаточно, чтобы она как минимум была. Говорю по памяти, но для нормального функционирования человека, неплохо бы иметь хотя бы 0,3...0,4 от земной..
И угол будет нелинейной функцией от расстояния до цели, т.е. - не попадёте никогда. Гы...
0.7
Первый такой проект был предложен еще Циолковским, а первый детальный Г.Поточником в 1929 г. Теоретически (да и во многом экспериментально) этот вопрос проработан очень хорошо, в том числе и по физиологии. Разная гравитация там и так получится в зависимости от диаметра вращения, на дне к примеру земная, через пару десятков метров вверх, уже на уровне Марса и т.д.
Основная проблема для изготовления состоит в размерах. Так как диаметр вращения для нормальной физиологии человека должен идти на сотни метров, а не на десятки. Примерно прикинуть можете и самостоятельно, так как есть онлайн калькулятор, кто сейчас займется изготовлением станции длиной 200 м, когда можно запускать копеечные микроспутники?
Калькулятор искусственной гравитации
Там же на сайте есть визуализатор бросков, как будет выглядеть бросок предметом в зависимости от вращения, диаметра станции и направлении броска.
Причина отсутствия такой станции скорее всего чисто экономическая, так как для создании такой станции требуется орбитальные заводы и сборщики. Хотя есть и более компактные проекты типа такого:
Сила Кориолиса тут не при чем.
Любопытно. А что-то медицинское в плане исследования влияния таких градиентов на человека есть? Сильно уж неочевидна его вредность, учитывая перегрузки которые организм получает при любом движении.
В невесомости бОльшая проблема это отсутствие нагрузки на мышцы, в том числе поддерживающие внутренние органы, что решается вращением, имхо.
Распределение жидкостей первая проблема, потом отсутствие нагрузки на опорно-двигательный аппарат.
Так при наличии хоть какого ускорения, особенно в вертикальной оси - получим нужное нам статическое давление жидкостей, с которым и были проблемы.
Про кости - забыл, но тоже ни разу не очевидно почему градиент ускорения для них будет плох. Им наоборот чем разнообразнее нагрузки - тем лучше, лишь бы нагрузки были.
Да, это ведь можно изучить только на натурном эксперименте, поэтому представляет большой интерес. Как например длительное проживание на небесных телах с гравитацией повлияют на здоровье человека? Неизвестно, зато есть хороший способ узнать. Возможно и делать реабилитацию. Кстати говоря, проф. О'Нейл еще в 70х доказал экономическую сообразность и самоокупаемость такого сооружения (Остров 1 на 10000 населения) . Правда это в расчете на получение ресурсов с Луны, а с ней, как видим, пока не срослось.
Перспективный чат детектед! Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за последние 4 часа.
"Для минимизации градиента необходимо ограничить угловую скорость 2 оборотами в минуту." - это с какого потолка такое утверждение?
Вот-вот. У меня тоже возник этот вопрос. А на этой непонятно откуда взявшейся цифре строится весь дальнейший ход вычислений.
Да там вообще с физикой печально у автора. Центробежная и центростремительная местами путаются.
Что-то я не припомню в детстве никаких особых тяжёлых последствий из-за различных ускорений для головы и ног. Мог часами на качелях болтаться, одно сплошное удовольствие.
Пристрастие "болтаться" - наихудшее последствие!) Из космоса наркоманы возвращаться будут...
)
Стоит добавить еще проблем. Так, раскрученный до "1g" космический корабль радиусом в полторы сотни метров по прочности конструкции должен быть... сравним с подвешенным за крышу над обрывом стометровым небоскребом.
Спросите себя, почему тридцати-этажные небоскребы не подвешивают за крышу над обрывами?
Это зависит от того какой вы конструктор. Судя по тому что для вас ЭТО проблема вы не конструктор ни разу. Возможно прекрасный специалист в каком-то другом виде деятельности.
Ну не все же у нас как ты: прекрасные специалисты по всем вопросам
Подвесные мосты, не? Да и по массе у корабля будет поменьше.
В общем, пока все, что мы узнали за последние полвека о космосе, прозрачно намекает, что без серьезной модификации человеческого тела людям там делать нечего. А до тех пор - летать будут роботы.
Я подумал о чем-то подобном. Если человеку без гравитации так нездоровится, то главным становится принципиальный вопрос о возможности полетов в открытый космос. Там еще гигантские ионизирующие излучения в наличии.
Вопрос можно принципиально еще расширить. Возможно ли существование пришельцов с далеких планет и из других галактик?
Думаю, что наиболее принципиальный вопрос, все таки - "Зачем?".
А в качестве чего - это уже определяется целесообразностью и имеющимися технологиями...
Но "в качестве чего" - это таки действительно следующий по логике вопрос.
Вы правы, конечно. Хотя, в фантастических произведениях такими вопросами не задаются.
А вот, если поставить вопросы "зачем" и "в качестве чего" относительно полетов на луну или на марс?
Для кинофантастики очень критично, снимать невесомость значительно дороже. Поэтому гравитацю в кино, пихают хоть какую, хоть центробежную, хоть чисто фантастическую-исскуственную, лишь бы было.
Да, забавно бывает наблюдать почти нынешние технологии в фантастических фильмах плюс... (всего лишь!) искусственная гравитация. Ну, так, довесок на халяву!
Зачем на Луну? Над этим вопросом уже полвека бьются. Ибо формально - не за чем. Луна - это как безводный скалистый островок рядом с населенным материком. Вроде и "рядом", а что там делать, кроме как на камеру побегать и на 1/6g попрыгать, непонятно. Правда сейчас, полвека спустя, достижение американцев уже малость "протухло", и некая доля престижа вновь на столе.
Реальное же "зачем" - другое. Луна - идеальная площадка для освоения роботами. Технологии роботов еще очень сырые - то вот там может развернуться настоящее соревнование.
Марс же - чудовищно дорого, но на данный момент - это вообще последняя из достижимых знаковых точек для "оставить следы". И будет, скорее всего, как с Луной. Чудовищно дорогой первый полет, а потом - перерыв на полсотни лет до достижения нужного уровня роботизации.
С вами согласен. БПЛА - новый этап воздухоплавания, что значит и новый этап космонавтики. Но, опять же, зачем? И для публики WOW-эффекта не будет, если сообщать, что очередной робот (луноход, БПА) высадился на луну (или марс, или венеру).
Публика сейчас в кризисе - в смысле долгострочно-стратегических "Wow".
Да и так понятно, что легкодостижимой "запасной Земли" в космосе нет, нового освоения Америки не предвидится, а потому основной фокус внимания в ближайшие сто лет будет на Земле. Экология, справедливое общество, ресурсы...
Никакая лунная миссия не сгенерит сейчас столько "Wow", чем обычная девочка, обвиняющая мир в "украденном детстве".
Ответ - для выживания человечества. Теорвер говорит, что нашей планете придёт кирдык. И если мы будем сидеть тут, то и нам тоже.
Возникает много вопросов к самой постановке задачи:
Какова вероятность вслепую найти планету, годную для жизни человека?
Какова вероятность, что человек впишется в биоценоз этой планеты, если его до того там не было?
А если случайно там возникло свое человечество, то что, опять захватнические войны?
Опущу другие конкретные вопросы и задам самый общий:
Если первопроходцы найдут такой элизиум где все хорошо и положительно, как они организуют перевозку всего многомиллиардного населения Земли на эту обетованную планету? Или спасение от кирдыка будет опять только для избранных?
Вы перепрыгнули пункт №1, и перешли сразу к №2. Для нахождения планеты надо закрепиться в ближнем космосе, создать самодостаточную космическую промышленность и тд.
>>>как они организуют перевозку всего многомиллиардного населения Земли на эту обетованную планету?
Никак.
>>>Или спасение от кирдыка будет опять только для избранных?
Именно. Вопрос выживания вида не подразумевает выживание каждой особи.
Вы, конечно, правы, но я глубоко и системно не обдумывал проблему. Для меня было достаточно первых беспорядочных вопросов, чтобы сделать для себя выводы в принципе.
Так, чего огород городить с космосом и планетами? Данная задача вполне решается традиционными методами и локально. Да и немало было таких "благодетелей вида" в истории.
Локально этот вопрос не решить. Археология говорит, что на нашу планету регулярно падают объекты, практически полностью уничтожающие биосферу. Таких сокращений насчитывается не менее шести штук. Так что это вопрос времени, когда нам на голову прилетит.
Вернемся к моей первоначальной логике. Какова вероятность, что на "Земле-2" таких биосферных катаклизмов не будет? В конце концов, после всех катастроф, живем-то мы еще на Земле. А других, внеземных цивилизаций что-то не видно.
>>>Какова вероятность, что на "Земле-2" таких биосферных катаклизмов не будет?
Вероятность такого - ноль, те такое событие, рано или поздно произойдет на любой планете.
Другой вопрос, что если человечество живет более, чем на одной планете, то вероятность одномоментного импакта крайне низка. Соответственно шансы на выживание вида кратно возрастают.
Логично. Дело за малым - найти планеты для колонизации.
Поиск идет полным ходом. На данный момент найдено куча землеподобных планет вне Солнечной системы.
Но, повторюсь: прежде чем начать бегать, надо научится ходить.
будущее за "биоподобными" технологиями как это назвал один весьма уважаемый деятель в Совете Федерации)
если уж про совсем околонаучную фантастику - то будущее за биотехнологиями в целом - к примеру не построить станцию, а вырастить)))
Тоже вариант. В фантастике - давно признан как "рабочий".
Соответственно пока мы не начнём экспансию в космос, то станции с гравитацией так и останутся в книжках.
Я уверен, что такая станция существует. Году в 2010 я заинтересовался темой Green Star.
После некоторых наблюдений в 2013 году посмотрел фильм "Элизиум". Там в конце есть кадры, где она реальный объект.
С этого места, пожалуйста, поподробнее. Например, параметры орбиты.
Вон пришельцы в своих тарелках не парятся с никаким вращением.У них пример брать надо, а не колёса в космосе изобретать.
А они практически так и делают. Один вон кино посмотрел, у другого ХОРОШИЕ старинные движители вопрос гравитации решают, третий странного мальчика с ноутбуком призвал.
Пытаетесь выяснить, что мне еще известно?)))
Халявный источник энергии и равноускоренные полёты - наше всё)
Все находящееся над поверхностью земли чем выше, тем либо дороже, либо бесполезней. Качество «Пользы» на высотах измеряется постоянством оказания такой полезной работы
В слову, а что, если следующим этапом в освоении космоса должен стать никакой не полет на Луну (слишком сложно, затратно), а... создание орбитальной станции!!! :):):) Но не такой, как сейчас, а большой, с большим количеством обитателей?
Вопрос дилетанта: выгодно ли доставлять на орбиту большее, чем сейчас, количество людей с помощью тяжелых ракет, там, Ангарой какой-нибудь?
Страницы