Может ли космическая колония в 1 г от Солнца работать?

Интересно, но нет, это не сработает по той же причине, по которой астронавты на Международной космической станции, других космических станциях или на орбитальных шаттлах или в капсулах не «чувствуют» гравитации по отношению к своей станции или капсуле.

Когда вы находитесь внутри объекта, находящегося на орбите, вы тоже находитесь на орбите! Земля притягивает станцию ​​с силой почти 1 g, и она притягивает к вам столько же, но вы оба вращаетесь по орбите, поэтому вы двигаетесь по одним и тем же кругам. Это дает вам ощущение невесомости внутри объекта, будь то астероид, шаттл, капсула или космическая станция.

Посмотрите, как командир 22-й экспедиции на МКС Джеффри Уильямс снялся в видеоролике «Демонстрация ускорения внутри Международной космической станции во время перезагрузки» . Как только космическая станция начинает ускоряться из-за перезагрузки, вы можете видеть, что камера движется назад (к нам).

На самом деле происходит то, что камера просто остается на своей первоначальной орбите, а МКС ускоряется вперед (в том же направлении, в котором мы смотрим). Оба ощущаются на расстоянии почти 1 g вниз от Земли, и это то, что удерживает их на круговой орбите, а не летит прямо в космос.

О приливных силах:

Ответ @PeterCordes отвечает на это лучше, чем я, поэтому я направлю вас туда, чтобы читать дальше.

• Приливно зафиксируйте объект на своей орбите вокруг Солнца.

• Таким образом, мы получим гравитацию в 1 г от Солнца на противоположной стороне астероида.

Интересная идея, но вы что-то упустили в своей математике.

Вы бы получили только приливную разницу между гравитацией солнца в центре масс и гравитацией солнца на 1 радиус объекта дальше. Это зависит от$1/R^2 - 1/(R+r)^2$, и очень мал, если только радиус вашего объекта не составляет заметную долю радиуса вашей орбиты. См. https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_force для получения дополнительной информации, включая изображение, если у вас возникли проблемы с визуализацией.

Солнце не создает гравитационного градиента в 1 г на любом относительно небольшом расстоянии. (Ищите для этого гораздо более плотный и компактный объект, такой как белый карлик : объект, сжатый собственной гравитацией в электронно-вырожденное состояние, немного не дотягивающий до дальнейшего коллапса в нейтронную звезду).

И если бы у вас был достаточно сильный гравитационный градиент, он разорвал бы естественный астероид на части! 1 г «внешней» силы с обеих сторон объекта огромен; вы были бы далеко за пределами предела Роша и, таким образом, нуждались бы в очень сильной станции.

Или, может быть, подключите свою станцию ​​к противовесу (с длинным тросом) , который вращается ближе к карликовой звезде, так что единственная большая часть — это часть в гравитации. Эта сборка из 2 грузов + привязь будет заблокирована приливом и удерживаться на месте за счет разницы в 1 г между радиусами их положений.

Это позволяет получить довольно большой размер, так что вы можете получить 1 г без слишком крутого градиента, то есть не слишком близко к белому карлику. Тем не менее, это непрактично для Солнца.

Может быть, вы также построили бы пару промежуточных модулей своей станции, чтобы использовать более низкую гравитацию, и один посередине для невесомости.

Подобно космическому лифту, трос должен выдерживать собственный вес. (Где вес рассчитывается как интеграл от «ощущаемого» ускорения, умноженного на дельта-массу по длине троса.)

FWIW, поскольку никто не упомянул об этом, вы можете построить оболочку вокруг Солнца, на которой неподвижный наблюдатель будет испытывать нисходящее гравитационное ускорение в 1 g. Эта оболочка будет иметь радиус примерно в пять раз больше солнечного (5,28 Rsun) и находиться в пределах орбиты Меркурия (0,0669 Lmerc). Я, конечно, не говорю, что это было бы хорошей идеей, и не предполагаю, какие материалы могут выжить на таком расстоянии. Такое обсуждение было бы более подходящим для SF StackExchange.

Я буду достаточно краток и универсален, поскольку у вас нет научного образования. Если вам нужна искусственная гравитация, она основана не на расстоянии, а на вращении. Тогда вам просто нужно беспокоиться о размере вашей среды обитания и RPM. SpinCalc — это удобный небольшой калькулятор, который может помочь вам вычислить размер среды обитания, угловую скорость и тангенциальную скорость, которые вам нужны, чтобы получить желаемую гравитацию. Последнее число, которое я видел для защиты от любых и всех форм радиации, было толщиной около шести футов. В статье Джерарда О'Нила 1974 года Physics Today содержится достаточное количество технических подробностей о космических средах обитания в открытом космосе.

Как говорили другие люди, орбита не будет вызывать локальную гравитацию от солнца, потому что орбита по определению находится в свободном падении. Что вам нужно, так это статит, который использует давление солнечного излучения для поддержания фиксированного расстояния от солнца. Это зависит от числа легкости паруса , которое представляет собой отношение его максимального ускорения к гравитации Солнца и обычно не меняется с расстоянием. Максимально доступное ускорение при нынешних технологиях составляет 0,26, что не очень хорошо. Теоретический максимум, с каким-то решетчатым парусом, 22, этого вполне достаточно. Однако это только начало неприятностей, которые могут у вас возникнуть.

Чтобы получить 1 г силы тяжести от Солнца, вам нужно находиться примерно на расстоянии 5,29 солнечного радиуса, или 3,68 миллиона километров, или 0,025 а.е. На таком расстоянии вы получаете примерно в 1600 раз больше солнечного света, чем на Земле. В статье о солнечных парусах говорится, что тщательно спроектированные паруса могут поддерживать безопасную рабочую температуру до 0,25 а.е.

Если вы сможете заставить работать парус на такой высоте, вам придется защищать станцию ​​от солнечного света. Использование информации о конструкциях зондов, таких как космический зонд Parker., мы, вероятно, могли бы снизить температуру как паруса, так и станции, если бы поверхность, падающая на парус, находилась под острым углом от солнечного света, как конус, и удерживая станцию ​​в тени паруса, как метлу, балансирующую на чьей-то руке. . Обратите внимание, что наклон поверхности уменьшает тягу, которую вы можете получить от нее, а общее число легкости паруса и станции вместе должно быть больше 1 даже в худшем случае. Не забывайте, что показатель яркости (который обычно не зависит от расстояния) на самом деле уменьшается при приближении к солнцу, потому что это больше не точечный излучатель; он занимает около 22° неба, поэтому ваш солнечный конус должен быть достаточно большим, чтобы покрыть столько с точки зрения станции.

Осложняет дело тот факт, что станция будет находиться в солнечной короне , которая гораздо более активна в плане излучения, чем солнечный ветер. Также на достаточном расстоянии Солнце образует корональные петли магнитной и плазменной энергии, которые являются структурами, вызывающими выбросы корональной массы. Эти выбросы могут вызвать отключение электроэнергии и нанести ущерб Земле, находящейся за миллионы километров; кто знает, что будет со станцией, если над ней сформируется корональная петля? Чтобы защититься от такой вещи, вам нужна радиационная защита, которая всегда тяжелая и идет против того, чтобы статит был максимально легким.

Тогда есть проблема обслуживания. Как починить солнечный парус, если он порвется? Вы, конечно, не можете быть на солнечной стороне, иначе вы взорветесь, как арбуз в мусоросжигательной печи. Отверстие в экране будет пропускать огромное количество света, который обожжет все в своих лучах, и даже если вы залатаете его с теневой стороны, отражения от кусочка солнечного паруса, который вы прикрепите, выжгут все. глазами любого космонавта, которому не повезло там работать. Кроме того, если какая-либо опора, удерживающая станцию ​​на месте относительно паруса, выйдет из строя, вы не сможете позволить себе роскошь находиться на орбите; он упадет, как настоящий камень, на реальную Землю. Если вам повезет, и вы узнаете об этом, когда это произойдет, у вас будет достаточно времени для последнего обряда, прежде чем вы провалитесь сквозь парус и сгорите.

В общем, есть гораздо более простые способы создания искусственной гравитации на борту космических станций.

К сожалению, это не сработает. Сила в 1 g, направленная вниз, будет нейтрализована силой в 1 g, направленной вверх, которую вы ощущаете как центростремительную силу, находясь на орбите. Даже если вы позволите станции/колонии/предмету свободно падать (что находится на орбите), вы не почувствуете гравитацию, пока не подойдете достаточно близко, разница в гравитации между вашей станцией и вами настолько велика, что вы сможете чувствовать это. Я предполагаю, что быть так близко не было бы хорошей идеей. Когда вы находитесь в свободном падении, что и есть орбита, вы и колония ускоряетесь с одинаковой скоростью. Из-за этого вы не чувствуете никакого ускорения относительно колонии. Если вы когда-нибудь были в самолете, вы чувствуете это, когда есть турбулентность. Если самолет делает достаточно большое падение, вы можете почувствовать, что теряете контакт с сиденьем и «плаваете». немного вверх. Обычно это не длится долго (если только самолет не разбивается, и в этом случае у вас есть дела поважнее, чем читать это). Иногда это можно почувствовать и в машинах, спускающихся с холмов. В любом случае, лучшим решением было бы раскрутить станцию. Однако, если он вращается, вам нужна станция, способная противостоять этим силам, и размер необходимой станции резко увеличивается. Искусственная гравитация в космосе - это сложно! и размер необходимой станции резко возрастает. Искусственная гравитация в космосе - это сложно! и размер необходимой станции резко возрастает. Искусственная гравитация в космосе - это сложно!

Гораздо проще построить миллион сфер Бернала или цилиндров О'Нейла, чем спроектировать что-то, что выдержит столько тепла и радиации. Может быть, оболочка вокруг коричневого карлика или газового гиганта была бы проще. Однако Юпитер по-прежнему производит излучение.