Где создается гравитация на космическом корабле в сверхбыстром космическом путешествии?

Во-первых, это не будет настоящей гравитацией , но поскольку мы испытываем гравитационную силу так же, как постоянное ускорение, не будет никакой очевидной разницы в ее воздействии на все, что вы испытаете внутри ускоряющегося космического корабля. Вы не будете воспринимать постоянную скорость как ускорение, независимо от того, насколько быстро движется ваш космический корабль. Это должно быть постоянное ускорение, иначе вы будете инерционны с вашей системой отсчета (вашим космическим кораблем) и не почувствуете никакого веса . Вектор этой искусственной гравитации будет в направлении, противоположном постоянному ускорению вашего космического корабля, в соответствии с законами Ньютона о движении и сохранении импульса., так что на вашем графике это будет ближе к задней части космического корабля.

                                         ^{Принципы ракет и третий закон Ньютона (Источник: НАСА )}

Сила этой силы, ее однородность и продолжительность были бы в точности равны и противоположны ускорению, достигаемому вашим космическим кораблем, его способности поддерживать его постоянным и в течение времени, которое вы могли бы поддерживать. Так что это уже технические ограничения вашего космического корабля, такие как, например, количество топлива, которое он может нести, мощность двигателя и т. д.

Для замедления или любого изменения вашего вектора ускорения, по крайней мере, с любыми обычными средствами движения (химические ракеты, ионные двигатели и т. д.), вам придется вращать свои двигатели в направлении, противоположном тому, к которому вы хотите применить силу. , так что, насколько вам известно, находясь внутри космического корабля, ваша ориентация вверх / вниз, вероятно, не изменится надолго, если вы повернете весь космический корабль для замедления, применяя тягу в противоположном векторе. Замедление — это не что иное, как отрицательное ускорение, поэтому мы изменили его вектор на 180°, но также повернули космический корабль на ту же величину.

В вашей общей системе отсчета ваши верх и низ останутся прежними, даже если вы поменяете местами зенит и надир в расширенной системе отсчета, глядя на себя в космическом корабле снаружи. То есть, если раньше вы стояли ногами в сторону Земли, с которой вылетели, то теперь при торможении вы оказались бы лицом к ней вверх ногами, ногами в сторону пункта назначения. Однако на мгновение, пока вы вращаете свой космический корабль (вероятно, используя меньшие, установленные сбоку двигатели), вы испытываете невесомость, то есть отсутствие ускорения по отношению к вашему космическому кораблю и вашей обычной инерциальной системе отсчета .

Надеюсь, что это объясняет достаточно хорошо, а теперь, конечно, обязательный XKCD (едва ли уместно, просто мило... :)

Видимое направление гравитации зависит от направления, в котором ускоряется космический корабль.

Предполагая постоянное ускорение 1G (что далеко за пределами наших текущих возможностей), «вниз» будет в направлении двигателей.

Такой корабль должен быть спроектирован так, чтобы его палубы были перпендикулярны направлению полета. Во время начальной части путешествия, когда корабль ускоряется от Земли, Земля и Солнце будут «внизу» с точки зрения экипажа, а пункт назначения будет «вверху».

Чтобы прибыть в пункт назначения на малой скорости, вам нужно развернуть корабль на 180° в середине пути, а затем ускориться от пункта назначения (т . е. замедлить скорость ) во второй половине пути. Во время этой части путешествия Земля и Солнце будут «вверху», а пункт назначения будет «внизу» с точки зрения экипажа.

Изменение можно было внести, выключив двигатели, повернув корабль и перезапустив двигатели. Или, если вы хотите постоянно поддерживать гравитацию на борту, вы можете вращать корабль, пока он продолжает тягу (что может потребовать некоторых вычислений, чтобы не испортить траекторию).

Большинство космических кораблей, которые мы видим в художественной литературе (например, «Энтерпрайз» и «Звездный крейсер Галактика»), имеют на борту искусственную гравитацию и спроектированы больше как современные надводные корабли, с «верхом» и «низом», перпендикулярными направлению движения. Корабль, который получает свою бортовую гравитацию за счет постоянного ускорения тяги, должен быть сконструирован иначе, с точками «вверх» и «вниз», параллельными направлению движения — или, точнее, направлению ускорения.

Если вы не можете годами ускоряться с постоянной скоростью 1G, другой очевидный способ создать бортовую гравитацию — это вращать корабль. В этом случае деки будут цилиндрическими, а «вверх» будет направлен к оси вращения. Мы видим это в Дискавери в «2001: Космическая одиссея». Скорее всего, ось вращения была бы параллельна направлению движения, поэтому Земля и Солнце были бы «позади» вас по оси, а пункт назначения был бы «впереди» от вас.

С современными технологиями мы можем разогнать корабль до 1G не более чем за несколько минут. Вращательная искусственная гравитация, вероятно, осуществима, но, насколько я знаю, ее никогда не пробовали. Искусственная гравитация с помощью средств, отличных от ускорения или вращения корабля (как в «Звездном пути», «Звездном крейсере Галактика» и т. д.), все еще находится в сфере магических технологий, выходящих за рамки любых современных теорий, о которых я знаю.