Egy űrállomást milyen "fordulatszámmal" kellene megpörgetni a világűrben, hogy földi gravitáció méretű centrifugális erő alakuljon ki rajta?

Vigyázat! Helytelen válasz!

Minél MESSZEBB vagy a középponttól annál NAGYOBB lesz a rád ható erő. Tehát minél nagyobb a szerkezet annál kevesebb lesz az 1g-vel megegyező erőhatáshoz szükséges forgási sebesség.

acp=r*(2pí*f)^2

Azonos fordulatszám mellett a tömegegységre ható erő egyenesen arányos a tengelytől mért távolsággal

A kérdező nyilván az űrállomás saját tengelye körüli forgást értette.

Az űrállomás föld körüli pályáján mindíg egyensúlyban van, azaz a centrifugális és centripetális erők egyensúlyban vannak, azaz az űrállomáson 0m/s2 a gravitáció.

Ha megforgatnák az űrállomást a saját tengelye körül, akkor elérhető lenne a gravitációhoz hasonló centripetális gyorsulás, csakhogy ez a fenti képletből adódva erősen függene a forgástengelytől mért távolsággal. Ebben az esetben az űrállomás méretei és az űrhajósok magassága azonos vagy egy nagyságrend különbségben vannak, így egy másik erővel, az ún. Coriolis erővel is meg kellene küzdeniük, azaz a fejükre és lábukra más-más gyorsulási erő hatna, így ez meglehetősen bizonytalanná tenné a mozgást.

Lehetne persze gyűrű alakú űrállomást is készíteni, ahol ezt a hatást kompenzálhatnák valamilyen mértékben a gyűrű átmérőjével, de ez még meglehetősen messze van.

Ja, még egy adalék a gyűrű alakú űrállomás problémájához:

Ha az űrhajós a gyűrű forgásával ellentétes irányban menne, akkor lassabban tudna haladni, mert kisebb lenne a "gravitációs" erő (azaz nagyokat tudna ugrani). Ha pedig a forgással azonos irányba menne, akkor folyton nekipréselődne a talajhoz.

Na tehát:

a_cp=centripetális gyorsulás

r=sugár

v=kerületi sebesség

f=frekvencia

n=fordulatszám (egy perc alatt megtett körök száma)

a_cp=v^2/r

a gyorsulásnak g-nek kell lennie ezért v^2/r=g

ebből adódik, hogy v=gyök(g*r)

n=f*60

f=v/(2r*pí) -behyelyettesítés-> f=gyök(g*r)/(2r*pí)

egyszerűbben f=gyök(g/r)*1/2pí

n=f*60=gyök(g/r)*30/pí

Szeparáljuk el a változót:

n=1/gyök(r)*30*gyök(g)/pí

a változó tényező az 1/gyök(r), az arányossági tényező pedig 30-szor a földi nehézségi gyorsulás gyöke osztva pí-vel

Ez azt jelenti, hogy minél nagyobb az átmérője az űrállomásnak, annál kisebb fordulatszám kell (de nagyobb kerületi sebesség, tehát lassabb nem lesz)

Pár érték:

r=10m -> n=9.55/m -> f=0.16/s -> v=10m/s

r=20m -> n=6.75/m -> f=0.11/s -> v=14.14m/s

r=50m -> n=4.27/m -> f=0.07/s -> v=22.36m/s

Van azonban pár probléma az efféle centrifugákkal: tengeribetegség szerű jelenségeket idézhet elő, ha hirtelen mozdulatokat teszünk a forgástengely felé, vagy ellentétesen (egyszerűbben szólva az űrhajósnak fel és le). A Coriolis erő miatt ha a kör közepe felől kifelé haladunk, akkor a forgási irányban ellentétesen egy eltérítő erőt érzünk, ellenkező irányban fordítva.

Azt olvastam, hogy a "tengeribetegség" kiküszöböléséhez legalább 200-300m-es sugár lenne szükséges, amit azért nem kis teljesítmény összerakni a világűrben.

r=300m -> n=1.74/m -> f=0.029/s -> v=54.8m/s (ezzel a sebességgel már gondok lesznek a meghajtás miatt)

De így visszább olvasva zsoltiba-nak teljesen igaza van a hatásokkal kapcsolatban. Minél nagyobb az átmérője a megforgatott űrállomásnak, annál kisebbek ezek a hatások.

Nyilvánvaló, hogy a leghatékonyabb ha az emberek az űrállomás falának a belső oldalán kapnának helyet, maximalizálva ezzel a távolságot a forgás tengelyétől.

Esetleg egy ötlet: mivel egy gyűrű alakú űrállomást jelenlegi technológiákkal szinte lehetetlen lenne összerakni, pláne nem ekkora méretekben, ezért az is megoldható lehetne, hogy két henger alakú űrállomás modult (olyan alakúak, hogy egyszerű legyen őket rakétára rakni felszálláskor, ezért henger) összedokkolnánk az űrben, az egyikük pedig vinne magával egy betekert "kötelet". Mikor újra szétválnak akkor elkezdik kiengedni a kötelet (ami azóta be lett csatolva a másik modulhoz is) és kezdik megforgatni magukat, hogy a "centrifugális erő" (tehetetlenség) kifeszítse a kötelet. Így gyakorlatilag lenne két külön modulunk, egymástól elválasztva, de az összeköttetést meg lehetne oldani egy kabinnal, ami egy kötéllel a középen húzódó kötélnek a feléhez (pont középre) lenne rögzítve. A kabin így egy harmadik forgó testet eredményezne a középpont körül, ami kisebb tömegénél fogva akár ide oda ugrálhat (persze szépen lassan) a két modul között, egyfajta liftként.

Akár ki is lehetne feszíteni egy újabb kötelet a kabin félkör alakú útvonalára, ami a tehetetlenség miatt szintén ki lenne feszülve (akár súlyokkal is), azon pedig húzhatná tovább magát.

De attól tartok ez kezd nagyon nem a témához tartozni...