Rigtig kunstig tyngdekraft til SpaceXs Starship

På trods af de mange, mange problemer, vi står overfor i verden i dag, er det stadig en spændende tid at være i live! Mens vi taler, udvikler mission planlæggere og ingeniører de koncepter, der snart vil tage astronauter på rejser ud over Low Earth Orbit (LEO) for første gang på næsten 50 år. Ud over at vende tilbage til Månen ser vi også længere væk til Mars og andre fjerne steder i solsystemet.

Dette byder på en række udfordringer, ikke mindst effekten af ​​langvarig eksponering for stråling og mikrogravitet. Og selvom der er mange levedygtige muligheder for at beskytte besætninger mod stråling, forbliver tyngdekraften lidt af en snublestein. For at tackle dette, Youtuber smallstars har foreslået et koncept, som han kalder Gravity Link Starship (GLS), en variation af SpaceX'er Starship der vil være i stand til at give sin egen kunstige tyngdekraft.

Idéen blev delvis inspireret af science fiction. Afhængig af hvor realistisk en franchise prøver at være, genererer rumskibe enten deres egen tyngdekraft ved hjælp af en speciel enhed eller gennem roterende sektioner. Selvom det førstnævnte koncept er meget som hyperdrive (dvs. bruger fysik, der enten er fuldstændig fiktiv eller teoretisk på dette tidspunkt), er sidstnævnte noget, der er helt gennemførligt.

Konceptet går tilbage til over et århundrede med det første indspillede eksempel leveret af Konstantin Tsiolkovsky (1857 - 1935), en af ​​de "grundlæggende fædre" for raketri og luftfart. I 1903 offentliggjorde han en undersøgelse med titlen ”Undersøgelse af rumrakettene til det ydre rum”, hvor han foreslog at bruge roterende kraft til at skabe kunstig tyngdekraft i rummet.

Siden da er mange variationer af denne idé blevet foreslået til rumstationer og levesteder, såsom von Braun Wheel, O’Neill-cylinderen og Stanford Torus. Nogle koncepter overvejes endda til udvikling, såsom NASAs Nautilus-X-rumstation (som ville bruge en roterende torus til at give kunstig tyngdekraft) eller Gateway-stiftelsens forslag til en kommerciel rumstation.

Efter at have foretaget en vis undersøgelse af centripetalkraft, smallstars kom til ideen til GLS. Som han forklarer i sin video (vist ovenfor), er GLS dybest set et "navskib" (dvs. som navet på et hjul), hvor nyttelastbuen er fyldt med en fagstol, der foldes ud og distribueres robotisk, og således "tjener som hjulets eger ”. Det ville være placeret mellem to passagerstjerneskibe og ville forbinde dem med dem i løbet af den 6+ måned lange rejse til Mars.

Når passagerskibene var forbundet, ville de dreje rundt for at omorientere sig selv og skyde deres thrustere for at give hjulet fart. Når der var genereret tilstrækkelig hastighed til at simulere jord-normal tyngdekraft (9,8 m / s²eller 1 g), ville passagerskibe igen orientere sig mod at vende indad mod “hub” -skibet.

I den resterende del af rejsen oplever passagerskibe følelsen af ​​at blive trukket ned takket være den centripetalkraft, der er skabt af hjulets rotation. Som smallstars skitserer systemet:

”Gravity Link Starship-konceptet giver en spin-tyngdekraft, der genanvender de vigtigste motorer, tapper tilbage brændstof og undgår upraktisk rumkonstruktion og rumvandringer. GLS er dybest set et navskib som hjulets nav. I stedet for mennesker og last er nyttelastbuen i GLS fyldt med fagværk, der robotisk kan foldes ud og låses på plads, der tjener som hjulets eger. ”

I øjeblikket kendes der en hel del om de langsigtede virkninger af eksponering for mikrogravitet, i høj grad takket være forskning, der er foretaget af astronauter ombord på den internationale rumstation (ISS). Disse inkluderer muskeltab, knogletæthedstab, nedsat organfunktion, syn, ændringer i hjerte-kar-styrke og endda genetiske ændringer.

Dette er ting, som astronaut Scott Kelly helt sikkert kan attestere! Efter at have tilbragt et år i rummet som en del af NASAs tvillingsundersøgelse, fandt han, at tilpasning til livet på Jorden var irriterende (som beskrevet i hans bog Udholdenhed). For at forhindre sådanne sundhedsmæssige virkninger, før besætninger endda når dybe pladser som Månen eller Mars (hvor de langsigtede virkninger af lav-g er stadig ikke kendt), vil der være behov for afbødningsstrategier.

Ud over at detalje systemet, smallstars udførte også de nødvendige beregninger for at bestemme strukturen i faget og den nødvendige hastighed for at simulere Jord-normal tyngdekraft. Ved hjælp af SpinCalculator bestemte han, at en rotationshastighed på 31 m / s ville fungere for et system, der målte omkring 100 meter (97,99 m for at være nøjagtigt; eller ~ 321,5 ft) i radius, hvilket giver følelsen af ​​1 g og foretage omtrent 3 rotationer pr. minut.

I øjeblikket, smallstars i den anden iteration af dette forslag, der omfattede opdaterede beregninger af rotationen, en ny fagstolform og indførelsen af ​​kabler for at forstærke trækstyrken i faget. Han planlægger at frigive en tredjedel version i den nærmeste fremtid, der vil indeholde beregninger om belastningerne og en animation af indsættelsen og funktionen af ​​faget.

De, der er interesseret, opfordres til at abonnere på hans Youtube-kanal for opdateringer. I mellemtiden er det tilbage at se, om SpaceX vil være interesseret i dette koncept. Hvem ved? Måske har Musk og hans folk deres egne ideer i værkerne, og vi kan snart foretage en lille sammenligning og kontrast!