¿Cómo se puede simular la gravedad en el espacio profundo en una estación espacial o en una embarcación en movimiento?

Como otros han señalado, la forma más sencilla de hacerlo es con fuerza centrífuga. El problema con eso es que el movimiento de rotación tiene que ser lo suficientemente lento como para no causar mareos. La regla general es que la rotación de 1 rpm o menos es generalmente indetectable. Para simular la gravedad de la Tierra con eso, necesitas un radio de unos 900 metros.

La construcción de una estación espacial con un radio de 900 metros está más allá de nuestra tecnología actual. Una forma más simple sería construir dos barcos o estaciones con la misma masa, pasar un cable de 1,8 km entre ellos y rotarlos alrededor de un centro común, entonces habría simulado la gravedad en cada uno.

Hay algunos desafíos para eso. un objeto giratorio largo como ese probablemente tendría problemas para permanecer en órbita (aunque en el espacio interplanetario debería estar bien). Tendría que enviar 1,8 km de cable de alta resistencia al espacio (o más probablemente, varios cables más pequeños de la misma longitud, en caso de que se rompa). Eso es bastante peso. También tendrías que construir ambas naves para que puedan ser suspendidas por un cable bajo su peso total de tierra sin romperse. Eso probablemente les agregaría algo de peso, lo que los haría más difíciles de entrar en órbita.

Ninguno de estos problemas es insuperable, el problema simplemente no ha sido lo suficientemente importante en este momento.

ACTUALIZACIÓN: Me he interesado lo suficiente en esto para ejecutar algunos números aproximados. La EEI pesa alrededor de 400,000 libras. Si una estación similar se dividiera en dos partes del mismo tamaño, cada una pesaría alrededor de 200,000 lb. El cable de mayor tensión de Bethlehem Wire Rope puede soportar 70 toneladas con un cable de 1 “. Eso significa que 4 cables de una pulgada serían conecte esas estaciones lo suficiente bajo 1 g de fuerza centrífuga. Llámelo 5 cables por seguridad en caso de que uno se rompa.

Ahora, ese cable de 1 “pesa 2.3 libras por pie. 5 cables, cada uno de 1,800 metros de largo pesaría aproximadamente 48,000 lbs (más del 10% del peso de la estación en sí). El costo más bajo que he visto para poner las cargas útiles en órbita es $ 3,000 por libra. Eso significa que el costo, solo para entregar los cables , sería de alrededor de $ 150 millones.

Ahora, una vez más, eso no es estrictamente imposible, es difícil imaginar justificar eso, considerando lo limitados que ya son los presupuestos de exploración espacial.

Generar gravedad artificial siempre ha sido una preocupación para los viajes espaciales prolongados que involucran humanos. Como comentó Paul Robert, la forma habitual (como si hubiera una forma habitual, ya que nunca se ha hecho) es girar algo. Entonces la fuerza centrípeta tenderá a acelerar todo cerca del borde exterior, simulando así la gravedad. Pero no es tan simple …

Por un lado, generalmente necesitará alguna parte de su nave espacial que no esté girando. Esto es necesario por algunas razones, pero especialmente para las comunicaciones. El espacio profundo requiere antenas direccionales para comunicarse a largas distancias. Si toda la nave espacial gira, ¿dónde montarías la antena? Además, si toda la nave espacial está girando, la propulsión se convierte en un problema. ¿Qué sucede si decide que necesita ajustar los títulos de los adolescentes a la izquierda? Tendría que detener la rotación, alinear sus motores y luego corregir el rumbo. Luego, si tiene piezas giratorias y no giratorias, debe tener un rodamiento hermético entre ellas diseñado para durar X años sin fallas.

Otro problema es que, a menos que el módulo giratorio sea muy grande, habrá un gradiente de gravedad distinto. La gravedad será más fuerte en el borde exterior y cero en el medio. Si el módulo tiene, por ejemplo, un radio de tres metros, y usted está de pie en el borde exterior, sus pies sentirán el efecto completo, mientras que su cabeza estará casi ingrávida, lo que podría ser bastante desconcertante.

En cualquier caso, si bien es posible crear gravedad artificial, todavía hay muchos problemas que resolver.

La respuesta corta es girar el vehículo. Las paredes exteriores de la nave se vuelven “abajo” y listo, tienes simulación de gravedad.

Esto es mucho más difícil de hacer en la vida real. Necesitas una nave que sea lo suficientemente grande como para permitir que la diferencia en la gravedad aparente entre tu corazón y tu cabeza sea algo igual. Girar la ISS no lo hará (también desgarrará el lugar, ya que no fue diseñado para ese tipo de carga estructural). Si no tiene un barco lo suficientemente grande, puede usar un contrapeso unido al barco por una correa. Gira el barco y el contrapeso para que el centro de giro se encuentre entre los dos y, una vez más, tengas un ambiente similar a la gravedad.

Ahora diseñar para cualquiera de los sistemas sería difícil y nunca se ha intentado en el espacio. La NASA, la ESA y otras agencias espaciales deberían centrarse en este paso porque sin gravedad, los viajes de larga distancia a otros planetas serán perjudiciales para los humanos.

Hay dos formas principales.

Constantemente acelerar o desacelerar. Si tienes un motor lo suficientemente potente o estás contento con la gravedad débil. Esto fue utilizado en el cómic Tintin Destination Moon. Pero los cohetes químicos no pudieron hacer esto durante más de una hora antes de que se agotara el combustible.

Gira la nave espacial. Para los modelos de galactica que no son estrellas de batalla, la forma más práctica de hacerlo es atar la nave espacial a un gemelo o un refuerzo gastado y dejar que gire. Siempre que el eje de giro apunte a la tierra, el plato de comunicación no tiene que moverse. De lo contrario, es posible una antena sintética de alta ganancia que use una matriz en fase. Las correcciones del curso no son imposibles, pero requieren poco empuje y un tiempo cuidadoso. La nave espacial Apollo recurrió para igualar el calentamiento solar sin sufrir estos problemas. El EVA sin ataduras, especialmente en la parte inferior, sería arriesgado, si no imposible.

Básicamente hay 2 formas. Durante la aceleración y la desaceleración, la inercia de los cuerpos de los astronautas frente a la aceleración tiene el mismo efecto que la gravedad, pero se limita a la cantidad de combustible que tiene que quemar. Si aceleras a 1 g [32 pies / (s ^ 2)] hasta un punto a mitad de camino a otra estrella, luego desaceleras a 1 g durante la mitad final del viaje, la única vez que no sentirías que estás bajo gravedad normal sería ser el cambio a mitad de camino. ¡Eso equivale a MUCHO combustible! Buena suerte colocando suficiente combustible a bordo para hacer una quema sostenida durante los años que llevaría llegar incluso a la siguiente estrella más cercana, y mucho menos a otras estrellas más distantes.

La segunda forma es usar la fuerza centípeda para hacer girar una parte circular de gran diámetro de la nave lo suficientemente rápido como para que la fuerza que empuja hacia afuera contra las paredes sea una fuerza de 1 g. Esto requiere un anillo giratorio GRANDE o un cilindro en forma de disco que gire sobre su eje. Si el diámetro no es bastante grande (un par de cientos de metros o más), los efectos del corial empeoran, cuanto más pequeño es el disco y más rápido gira el disco. Entonces, a falta de eso, un pequeño disco de 1 g = ser lanzado hacia adelante si saltas hacia arriba. Y viceversa si bajas tu centro de gravedad. ¡Qué fastidio si tienes un estómago débil!

Ambos métodos tienen sus límites y compensaciones.

Con suerte, se desarrollarán nuevas tecnologías que proporcionarán un método sin las desventajas de los 2 que mencioné para su uso para la gravedad artificial para futuros vuelos espaciales de larga distancia.

La idea de que puedes colocar astronautas y sistemas en la superficie interior de un cilindro o rueda para simular la gravedad no es viable por muchas razones. El mareo es una cosa si el diámetro del sistema no es lo suficientemente grande. Pero cuando es grande, la velocidad de rotación debe aumentar. Sin mencionar todos los problemas con los sistemas auxiliares. Lo bueno es que una vez que se alcanza una velocidad de rotación, los sistemas de naves espaciales1 no gastan más energía debido a la ausencia de resistencia del aire en el espacio.
En realidad, parece más probable que poblaremos Marte antes de lograr algo así.
Neal Stephenson imagina esferas giratorias en Anathema. El libro es una gran lectura y podría ayudarlo a imaginar cómo alguien lo imagina en una descripción detallada.

No lo crean, la tierra gira alrededor del sol por la misma razón que otros planetas giran a su alrededor.
Según Einstein, la gravedad no es una fuerza. La teoría de la gravedad de Newton no era consistente con la teoría de la relatividad de Einsteins.
Einstein explicó la gravedad como resultado de la flexión de masa del espacio-tiempo. La estructura del espacio puede ser doblada por objetos que tienen grandes masas, causando así la gravedad.

Mire la película de 2000 Misión a Marte con Tim Robins http://m.imdb.com/title/tt0183523/ para una excelente presentación del concepto de rueda giratoria. La película falla con su ciencia espacial y orbital de varias otras maneras, intenta detectarlas.

El movimiento giratorio puede simular la fuerza de la gravedad. En un diagrama de cuerpo libre, podemos ver que, en la Tierra, las fuerzas verticales que actúan sobre un cuerpo en reposo son la fuerza normal (que es de naturaleza electromagnética) que actúa hacia arriba y la fuerza gravitacional que actúa hacia abajo. En una nave espacial, la masa es demasiado pequeña para producir efectos notables, por lo que la única fuerza que actúa sobre un cuerpo es la fuerza normal. Eso no es un problema, porque sabemos que la fuerza sobre un objeto que se mueve en círculo es [matemática] \ sum F = \ frac {4 \ pi ^ 2 mr} {T ^ 2}. [/ matemáticas] Queremos [matemáticas] F = mg. [/ math] Por lo tanto, [math] mg = \ frac {4 \ pi ^ 2 mr} {T ^ 2} [/ math] entonces [math] T = \ sqrt {\ frac {4 \ pi ^ 2 r} { sol}}. [/matemáticas]

Esto significa que, para simular la fuerza de gravedad de la Tierra en una nave espacial, el tiempo que tarda en rotar la nave espacial dependerá del radio de la nave espacial y no de la masa de la nave o de las personas que la componen.

Tenga en cuenta que si una nave espacial giratoria ejerce una fuerza de 1 g sobre una astronave, toda la estructura del buque tiene que soportar esta carga. Grandes ingenierías, pesos pesados, costos de lanzamiento astronómicos.

Ciertamente si. Una forma es encender continuamente sus motores para que la nave experimente una aceleración de aproximadamente 9.8 m / seg / seg. Otra forma es colocar sus viviendas lejos del centro de gravedad de la nave, luego girar la nave alrededor de su centro de gravedad a una velocidad de rotación suficiente para hacer que la aceleración centrípeta sea de aproximadamente 9.8 m / seg / seg.

Este concepto, donde las viviendas están en las ruedas exteriores, también podría construirse como una nave espacial

Un vehículo giratorio puede producir una fuerza centrífuga que, como la gravedad, es proporcional a la masa. Además, un vehículo espacial que acelera o desacelera constantemente puede reproducir la gravitación. Según el principio de equivalencia de Einstein, la gravitación no puede distinguirse de las fuerzas producidas por la aceleración.

Construye tu nave espacial en forma de rueda o cilindro. Gírelo a una velocidad adecuada y tenga un sistema de bloqueo / tránsito de aire apropiado para que sus astronautas y pasajeros entren en el interior de la superficie giratoria. Obtenga los números correctos, y su “piso” tendrá el mismo “tirón” que el viejo Terra Firma.

Si tiene una estación espacial, puede usar la fuerza centrífuga para simular la gravedad a los lados de la estación espacial. Imagine que tiene una estación espacial circular, coloque todos los objetos a los lados y haga que gire.

Dos formas: girar la nave espacial: si vio la película 2001, está familiarizado con este método, o tal vez las atracciones giratorias en un parque de diversiones. La otra forma es acelerar la nave espacial, si ha tomado un elevador de alta velocidad o conducido realmente rápido, eso simula este método.

Usa un rollo de barril.

Todas las respuestas “giratorias” ignoran el problema de la fuerza de Coriolis que hace que caminar en la misma dirección que el eje sea bastante difícil.

Como en las películas, una jaula de ardilla giratoria.