Было обсуждено множество систем, в которых у вас есть вращающийся космический корабль для целей искусственной гравитации, причем часть космического корабля не вращается, например, двигатель. Я изо всех сил пытался представить себе, как вы можете разместить интерфейс между двумя секциями, который позволит людям проходить, не находясь в вакуумном костюме, между двумя секциями, и при этом быть герметичным. Как это будет работать в реальной операции?
В качестве бонуса, если бы вы могли добавить, как проложить силовые/другие кабели между двумя секциями, мне это тоже было бы интересно.
Часть питания и данных проста. Космический корабль «Галилео», отправившийся к Юпитеру, представлял собой «двойной прядильщик», в котором были вращающаяся и неподвижная секции. Вращающийся шарнир имел 48 токосъемных колец , по которым между секциями передавалась мощность и данные.
Что касается соединения сосудов под давлением с вращающимся соединением, существуют аналогичные промышленные применения, требующие уплотнения на вращающемся соединении . Я уверен, что что-то можно было бы придумать с приемлемой скоростью утечки. У всех космических аппаратов определена такая скорость. Это никогда не ноль.
Кстати, не понятно, нужен ли раздел despun для вашего приложения. Вам просто нужно делать толчок вдоль оси вращения.
НАСА провело исследование Feasibility of liquid-metal vacuum seals, статья была опубликована в 1963 году и доступна здесь (см. раздел B, стр. 29).
Вот цитата из разделов заключения статьи.
Найден способ использования жидкометаллического уплотнения в сверхвысоковакуумной системе.
Утечка происходит через уплотнения диаметром в дюйм были настолько малы, что при давлении в камере мкм, на течеискателе с чувствительностью стандартных кубических сантиметров гелия в секунду. Кроме того, утечка была достаточно мала, чтобы не давать заметного подсоса в систему при давлении в камере торр.
Жидкометаллическое уплотнение, по существу устраняющее проникновение газа и требующее очень небольшого усилия на единицу длины для достижения уплотнения, имеет несколько преимуществ по сравнению с обычными уплотнительными кольцами и металлическими сдвиговыми уплотнениями. Однако из-за обширной предварительной процедуры, необходимой для подготовки фланцев и жидкого металла к уплотнению, жидкометаллическое уплотнение было бы трудно использовать на регулярной основе.
Считается, что эта технология используется в Nautilus-X , который, как вы можете видеть, имеет вращающееся колесо, которое должно обеспечивать примерно половину опыта гравитации Земли.
Если часть летательного аппарата, которая вращается, достаточно мала, единственные проблемы — это те, которые вы перечислили, мощность и давление воздуха, но представьте, что мы говорим об очень большом космическом корабле с очень большим вращающимся кольцом (или даже более чем одним большим вращающимся кольцом). кольцо), то у вас будет гораздо больше проблем, например с обменом жидкости (что полезно для теплообмена или просто водоснабжения экипажа).
У меня есть художественное образование, и я не инженер, но я работаю в области технических коммуникаций и умею решать проблемы, так что я попробую.
Марек делает хорошее замечание о приемлемой скорости утечки. Я видел комментарии от других, размещенные в другом месте, которые предполагают, что уплотнения должны вызывать трение, или экипаж должен быть в костюмах для перемещения между секциями, если уплотнения ослаблены. Это не обязательно так.
В фантастических рассказах, которые я разрабатываю, я принимаю ограничения лабиринтных уплотнений для предотвращения утечек атмосферы, и большинство кораблей / станций обычно вообще не имеют герметичных объемов, прилегающих к зонам передачи. Благодаря наличию воздуха за переборками и надежным уплотнениям стандартных люков воздух не выходит через уплотнения, защищающие стык секций корабля.
Вот несколько вариантов, как провести команду через переход, не надев скафандры.
Используйте напорную трубу с соответствующими люками на концах, которые могут соединяться и отсоединяться от вращающихся и невращающихся частей корабля. Экипаж открывает один конец, входит и закрывает люк за собой. Трубка отсоединяется, и ее вращение изменяется, чтобы соответствовать вращению другой секции, к которой она затем подключается. Экипаж открывает этот люк и выходит из переходной трубы. Никаких скафандров и особых хлопот. Электропитание/данные передаются через токосъемные кольца в другом месте или по кабелям в стенке переходной трубки и токосъемным кольцам.
Вместо простой трубы, которая меняет вращение, капсулу можно было бы перемещать через соединение без давления и вращать, чтобы соединиться с секциями корабля по мере необходимости, напрямую герметизировать люки или перемещаться в объемы, которые можно откачивать и создавать под давлением.
Невращающаяся трубка проходит во вращающуюся секцию. Соседняя камера — возможно, размером с небольшую комнату — не находится под давлением, когда не используется для перевозки экипажа. Когда эта камера используется, она герметизируется и в нее закачивается воздух. Некоторые из них будут просачиваться, но медленно и только из этого ограниченного объема. Когда объем переходной трубки не используется, он откачивается для сохранения атмосферы. Опять же, отсутствие воздуха означает отсутствие утечки воздуха через уплотнения. Часть теряется, но гораздо медленнее, чем если бы на нее постоянно оказывалось давление. Небольшая совокупная потеря воздуха из перегрузочной секции компенсируется воздухом из гораздо больших объемов в остальной части станции/судна. Если вам действительно нужно подавать воду во вращающуюся секцию и из нее, труба или шланг могут проходить через осевую трубку.
Трубка опциональна. Вместо этого две секции соединяются двумя люками, которые можно запечатать, возможно, на расстоянии метра друг от друга или даже меньше. Чем меньше объем, тем быстрее его можно полностью накачать или откачать.
В вариантах 3 и 4 экипаж начинает с закачки воздуха из баков в секцию переходной трубы, затем открывает люки поочередно или одновременно, переходит в другую секцию, затем закрывает люки. Если им нужно идти туда и обратно, они держат его под давлением, но, возможно, закрытым. Если нет, они закачивают воздух обратно в резервуары за вычетом того небольшого количества, которое просочилось за короткое время его использования. Только не надо бояться невозможности дышать...
Утечка не проблема, если нечему вытекать.
Я только что посмотрел отрывок из фильма «Марсианин» (2015), и их космический корабль, похожий на космическую станцию, заставил меня задуматься именно об этом. У меня была идея, которая, я думаю, была покрыта двумя отдельными способами, но не вместе, и она не включает в себя какие-либо уплотнения с низкой утечкой для вращающейся/стационарной секции, потому что не будет никаких уплотнений. Вся вакуумостойкая зона должна вращаться, как было сказано, и тогда все, что должно быть неподвижным, будет вращаться, например, солнечные панели, радиаторы рассеивания тепла, антенна / тарелка и т. Д., Могут легко вращаться за пределами вакуумной безопасной секции. Два или три кольца на внешней стороне круглых секций корпуса, которые при необходимости вращаются в противоположных направлениях, сделают свое дело. Для электроники — металлический диск, катящийся по металлической полосе. если двигатели расположены по кругу, это не
На эту проблему есть простой ответ. Никаких уплотнителей!
Проблема большинства конструкций космических кораблей в том, что они разрабатываются авиационными инженерами. Спросите судостроителя, как сделать прочный корпус для космоса, у них конструкция будет совсем другая. Слишком часто я смотрю научно-фантастический фильм и вижу космический корабль со всеми его ключевыми компонентами, подвергающимися воздействию суровых условий космоса. Это выглядит красиво, но неправильно и непрактично. Если какой-либо компонент выйдет из строя, это будет означать отправку человека в открытый космос, чтобы починить его. Выходы в открытый космос кажутся забавой, но делать их крайне рискованно.
Таким образом, используя этот ход мыслей и вопросы сохранения уплотнения между движущимися частями в вакууме. Если бы мы спроектировали космический корабль как супертанкер, то не было бы необходимости в сложных соединениях, которые могут выйти из строя или дать течь. Вы просто помещаете вращающуюся секцию внутрь прочного корпуса. Фактически, вы помещаете все ключевые компоненты внутрь корпуса. Некоторые части не будут находиться под давлением, например, машинное отделение, но все остальные части кабины и инженерные помещения будут / могут находиться под давлением (с воздухом или инертными газами), чтобы инженер по обслуживанию мог получить доступ к этой области в защитном костюме (более гибкий). костюм, обеспечивающий тепло, O2). Вращающаяся зона внутри прочного корпуса будет состоять из двух секций, каждая из которых вращается в противоположном направлении, таким образом, эффектами крутящего момента можно будет управлять с помощью гироскопов, а не с помощью подруливающих устройств.
ТильдалВолна
Энтони Х
ооо