Помимо пользы для здоровья, в чем преимущества использования инерционно-гравитационных секций на космических кораблях?

Очевидно, что преимущества строительства кольцевых секций на космических кораблях довольно велики, если учесть пагубные последствия длительного пребывания в условиях невесомости (без учета радиационного воздействия) на организм человека. Они также вносят вклад в механическую сложность и могут оказывать более сильное механическое воздействие на другие части космического корабля при ускорении и торможении, что может увеличить стоимость конструкций космических кораблей, в которые они входят.

Какие еще преимущества дает среда, в которой члены экипажа могут работать под действием силы тяжести? Некоторые из них, которые я рассмотрел, включают:

  • Как правило, мы созданы для того, чтобы многое делать под действием гравитации, что без нее становится намного сложнее.
    • Еда и питье.
    • Спать.
    • Соблюдение гигиены (использование туалета в целом).
  • Общее знакомство с гравитацией, действующей как психологический утешитель.
  • Уборка. Гравитация обычно обеспечивает загрязнение определенных поверхностей, а не всего .
  • Обе руки свободны, но не пристегнуты ремнями (хотя наличие крючков, через которые можно проскользнуть ногами, несколько смягчит это).
На МКС должен был быть центрифужный модуль — сейчас он стоит на стоянке в Японии — хотя и недостаточно большой для членов экипажа. Преимущество наличия центрифуги в лаборатории свободного падения для науки состоит в том, что теоретически вы можете набрать любое g, какое захотите, и поддерживать его.
Упражнения в невесомости также сложны.
В случае физической травмы уменьшить ущерб и хирургическое вмешательство легче, если у вас есть гравитация. (Я цитирую Fallen World , эпизод 11 сезона 3 The Expanse .)
@CarlWitthoft упражнение в центрифуге (невысокого размера, диаметром менее 100 м) - это, по крайней мере, так плохо.
@fraxinus Слишком маленькая центрифуга также затрудняет тренировки? Я бы рискнул предположить, что это результат разницы в относительной силе тяжести, ощущаемой на уровне пола и головы.
Я считаю важным отметить, что искусственная гравитация не требует никаких кольцевых структур. Простейшая конструкция состоит в том, чтобы просто привязать среду обитания к противовесу (или двум средам обитания вместе) и заставить их вращаться вокруг общего центра масс.
@leftaroundabout верно, но для этого требуется либо вращение всего этого (но вы хотите место с микрогравитацией, верно?), хорошее кольцевое уплотнение на шлюзе (кольцевые уплотнения и глубокий вакуум плохо сочетаются друг с другом), либо выход в открытый космос между вращающимися и невращающиеся части (выход в открытый космос сам по себе дорогостоящая процедура, а это сопряжено с риском улететь на скорости вращения).
@ W.Asp Приливные эффекты - часть проблемы. Существуют кориолисовые (псевдо) силы, которые сделают каждое движение довольно забавным (на которое можно смотреть). Представьте, что вы подпрыгиваете и ударяетесь о стену.
@fraxinus, ну, либо исследовательская космическая станция с микрогравитацией повсюду, либо космический корабль с искусственной гравитацией повсюду. Сочетание обоих не очень хорошо работает.
@fraxinus нет необходимости в кольцевом уплотнении, просто закройте всю вращающуюся секцию невращающейся крышкой. Крышка даже не должна быть жесткой. Достаточно надувного мешка.
Не думал о надувных, но да, это в значительной степени правильный подход. На МКС есть (был?) даже надувной модуль.
nasa.gov/content/bigelow-expandable-activity-module . @laolux Да, у надувных частей многообещающие перспективы. Однако проблема заключается в том, что вам нужно будет заключить весь диск вращающейся части. Преимущество тросовой конструкции заключается в том, что вы можете получить огромный радиус с небольшими материальными затратами, что снижает проблему Кориолиса. Невращающийся корпус, даже если он надувной и низкокритический, в таком большом размере невозможен. Кроме того, вращение в атмосфере, по сути, вызовет сопротивление вращающейся части.
Сцены погони за инопланетянами выглядят странно, если только нет гравитации, хорошо?
@ W.Asp интересный вопрос, но что вы подразумеваете под «инерционной» гравитацией? В изоляции это мало что значит для меня. Есть ли какое-то различие между инерционным и неинерционным, характерным для этого контекста?
@Puffin Ну, есть два основных способа создания искусственной гравитации на космическом корабле: постоянное ускорение в одном направлении или использование кольцевой секции или аналогичного для вращения, так что «сила инерции» (т.е. генерируемая фиктивная сила, которая, кажется, тянет наружу от вращающегося тела) может воздействовать на тело с внутренней стороны и создавать ощущение гравитации. Тело, которое постоянно ускоряется по прямой линии навсегда, нецелесообразно, поэтому альтернативой является кольцевая структура, встроенная в космический корабль, и последнее является тем, к чему в первую очередь относится этот вопрос.

Ответы (5)

Наличие гравитации упрощает ряд общих процессов. Некоторые примеры:

  • Отделение жидкостей от газов, например. удаление воды из воздуха после принятия душа или удаление пузырьков водорода из воды, образующейся в топливном элементе.
  • Охлаждение горячих предметов: вы можете использовать ребра радиатора и конвективный поток воздуха вместо того, чтобы приклеивать охлаждающие вентиляторы или контуры охлаждающей жидкости на все подряд.
  • Смешивание газов: конвекционные потоки не дадут вам задохнуться собственным выдыхаемым углекислым газом, поэтому вам не нужно спать перед вентилятором.
Также отделение твердых веществ от газов. Поддержание чистоты фильтров становится еще большей проблемой. свободное падение.purrsia.com/ff900/fv00900.htm
Я ценю все точки зрения, предложенные всеми, кто ответил на мой вопрос, хотя я выбираю этот ответ как наиболее полезный, потому что он отмечает ряд вещей, которые будут применяться к путешествиям на космических кораблях в целом, а не только к исследовательским миссиям. Всем спасибо за потраченное время и ответы!

Это поможет вам узнать, какие растения могут правильно расти в теплице на Луне или Марсе. Когда семя прорастает, корень начинает расти вниз под действием силы тяжести, а росток растет вверх, к поверхности почвы.

Свет также помогает сориентировать растение, но он работает только после того, как побег пробьется над поверхностью почвы. Угол падения солнечного света зависит от широты, времени года и времени суток (как и здесь, на Земле), поэтому направление солнечного света не всегда прямое «вверх». Таким образом, растения развили баланс между гравитацией и световыми подсказками, чтобы указать им наилучшее направление для роста. Притяжения Луны или Марса может быть недостаточно для правильного роста некоторых видов растений.

С помощью центрифужного модуля на космической станции вы можете моделировать гравитационные и световые условия Луны или Марса, чтобы увидеть, какие растения растут лучше всего. Центрифуга не обязательно должна быть достаточно большой для человека; просто достаточно большой, чтобы провести эксперимент.

Иметь возможность исследовать влияние различных уровней гравитации было бы очень интересно с научной точки зрения.

Вот некоторые из вопросов, на которые, возможно, стоит найти ответы: как разные растения и бактерии реагируют на разные гравитационные поля? Как это влияет на их рост и урожайность растений?

Как лунная или марсианская гравитация влияет на размножение млекопитающих с помощью мышей? Если мыши не могут производить жизнеспособное потомство или иметь потомство с серьезными проблемами в условиях марсианской гравитации, то вся концепция колонизации Марса является спорной.

Или для будущих долгосрочных космических полетов: при какой гравитации мы видим наибольшую отдачу? В какой момент мы получаем убывающую отдачу? Поскольку центрифугу с более быстрым вращением/большим размером, очевидно, сложнее построить и обслуживать, поэтому, если мы выясним, что 1/4 G уже дает близкие к идеальным результаты, мы можем использовать это вместо полной или половинной гравитации в будущих космических кораблях.
Подожди... так мы собираемся отправить крыс на Марс? Им не придется безбилетником?
Нам не нужны крысы на Марсе, спасибо (пока и спасибо за рыбу)

Я предполагаю, что вы могли бы использовать его как очень большое реактивное колесо , поэтому используйте его для удержания на месте / точного управления ориентацией.

эээ... за исключением того, что его использование (например, при входе или выходе из него или перемещении внутри него) вызовет дополнительную нагрузку на реактивные колеса станции. И я могу только надеяться, что он каким-то образом уравновесится, или вся станция получит странную тряску.
@fraxinus Логический подход состоит в том, чтобы иметь две вращающиеся в противоположных направлениях вращающиеся секции. Установите их концентрически, и вы действительно получите реактивное колесо. Как вы говорите, изменения массы будут проблемой, но хорошая система управления (и некоторые противовесы) должна быть в состоянии решить эту проблему.
Ну... соосное реактивное колесо, комплект чертовски хороших подшипников, демпфирующая подвеска плюс два автоматически регулируемых противовеса по бокам, вероятно, сделают свое дело. Ах, и я забыл: внутри точно не прыгать!.

В то время как ответ @DrSheldon указывает на то, что симулятор пониженной гравитации...

...поможет вам узнать, какие растения могут правильно расти в теплице на Луне или Марсе.

Доступ к долгосрочному искусственному гравитационному полю также даст информацию о том, как люди могут жить на Марсе. Существует много данных о темпах потери костной массы и ухудшении зрения в условиях микрогравитации , разговоры о колонизации Марса заставляют задуматься о влиянии жизни на Марсе на здоровье или даже о том, как путешествие на Марс без искусственной гравитации повлияет на первоначальный опыт экипажа в полете. Гравитация Марса?

Эксперименты, в течение шести месяцев подвергающие астронавтов воздействию марсианского уровня гравитации (0,36 от земного) можно было бы сравнить с данными МКС и дать нам знать, являются ли последствия для здоровья на две трети хуже, чем в условиях микрогравитации, хуже или лучше.

обновлять:

Исследование искусственной гравитации, проведенное Hackaday на МКС, показывает перспективы длительного космического полета, связанного с впервые испытанным внеземным цементом, который объясняет, что существуют как преимущества, так и недостатки отверждения бетона в условиях пониженной или невесомости.

Преимущества заключаются в меньшем или полном отсутствии оседания заполнителя (кусков камней, песка и прочего) на дно. Недостатки - отсутствие подъема захваченных пузырьков воздуха наверх, оставляя пустоты.

Проверка этих вещей в гравитационном поле Марса может помочь найти правильную смесь для марсианского бетона, если в этом возникнет необходимость.

Абстрактный

Впервые силикат трикальция (C3S) и водный раствор смешали и позволили гидратироваться в условиях микрогравитации на борту Международной космической станции (МКС). Гипотеза исследования утверждает, что сведение к минимуму гравитационных транспортных явлений, таких как плавучесть, седиментация и термосолютная конвекция, обеспечивает контролируемый диффузией рост кристаллов и, следовательно, приводит к уникальным микроструктурам. Результаты микрофотографий SEM, анализа изображений, ртутной порометрии, термогравиметрии и дифракции рентгеновских лучей показали, что основными отличиями мкг гидратированной пасты C3S являются повышенная пористость и более низкое соотношение сторон кристаллов портландита, вероятно, из-за более однородного фазового распределения. Соответствующие наблюдения во главе с наличием или отсутствием гравитации, включая эффект кровотечения, плотность,

На этих изображениях сравниваются цементные пасты, смешанные в космосе (вверху) и на земле (внизу).

На этих изображениях сравниваются цементные пасты, смешанные в космосе (вверху) и на земле (внизу). Образец из космоса показывает большую пористость или открытые пространства в материале, что влияет на прочность бетона. Кристаллы в образце Земли также более сегрегированы. Кредиты: Лаборатория характеристики материалов штата Пенсильвания

Помимо пользы для здоровья, в чем преимущества использования инерционно-гравитационных секций на космических кораблях?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v