
我们没有使用离心力(更准确地说是向心加速度)产生人造重力的大型环形空间站 , 因为这将很困难 。
我们从物理定律中知道它会起作用——只是我们有几个问题需要处理:
1 — 成本
一个离心效应空间站必须非常大 。 根据研究 , 空间站应该以 2 rpm(每分钟转数)或更慢的速度旋转 , 以使里面的人不会感受到潮汐力的不利影响 。 潮汐力是高点和低点之间的重力差 。 例如 , 假设你在那个空间站上 。 如果它太小 , 那么你的头部(靠近中心)和你的脚(在地板/边缘)的旋转速度将以不同的速度旋转 。 这将在您身体的不同部位感受到不同的重力强度 。 为避免这种情况 , 必须通过使站非常大来最小化差异 。
对于 2 rpm 的空间站 , 当空间站的半径为 223.64 米(约 733.73 英尺)时 , 可以复制地球重力(9.81 m/s2) 。 这比国际空间站大得多 。
国际空间站长 108 米 , 耗资约 1500 亿美元 。
想想一个离心效应空间站会有多大 。 如果它的半径是 223.64 米 , 那么根据周长公式 , 它的长度就是 1405 米(4610 英尺) , 是 13 倍!这意味着我们可以预期它至少要贵 13 倍 , 但可能会更多(> 2 万亿美元) 。 所有这些钱都用于生产制造结构的材料、从生命系统到电气系统的机载系统、用于空间站实验的机载设备 , 以及宇航员需要的所有物品比如食物和健身器械 。
2 — 稳定性
空间站旋转得如此之快 , 我们需要确保它的旋转轴是稳定的 。 如果它摇摆不定 , 它可能会使船上的人生病和迷失方向 , 它还可能破坏内部的技术 。 我们需要想出让它保持稳定的技术 。 陀螺稳定器有多种形状和尺寸 。 必须为如此大的结构设计加速度计 。 还有很多 。
此外 , 我们需要它能够避免太空碎片 。 国际空间站的主体上有推进器 。 如果探测到一块太空垃圾或流星体 , 并且计算出它与空间站相撞的几率超过 1:10000 , 它将改变其轨道以移开 。 国际空间站很容易 , 因为它不旋转 , 所以它是一种简单的“平移”方式(平移轨道机动是指在航天器不旋转时启动发动机) 。
对于旋转的空间站 , 平移要复杂得多 。 空间站如何能够持续向一个方向射击以避免碎片?如果发动机在旋转的外边缘 , 发动机也会旋转 。 这使得共面旋转操作变得简单 , 但这完全没有帮助 , 因为它会改变空间站的旋转速度 , 改变内部的重力 。 所有平移推进器都必须位于空间站的轴线上 。 你如何设计这样一个系统?我们会在旋转极上粘贴一个字面上的“极”并在其上安装引擎吗?我们如何使它们与旋转同步?
3——模块化
国际空间站是模块化的 。 这意味着它不是一个完整的结构 。 它是一个结构的许多小块 , 它们像巨大的乐高积木一样相互叠加 。 它是一种由许多较小的单元组成的大型复合材料 。 例如 , 有实验室、气闸、储藏室等 。
就像乐高建筑一样 , 您只需将它们添加到适用的关节上即可添加更多部件 。 这对国际空间站来说很容易 , 因为它不旋转;您只需将一块连接到对接端口即可完成 。
离心效应空间站的事情会更加困难 。 它在旋转 , 而且速度非常快 。 它需要平衡 。 质心和旋转中心需要尽量对齐 , 否则旋转可能会变得不稳定和难以忍受 , 或者更糟糕的是 , 整个站都被撕裂了!
你怎么能在不导致车站变得不平衡的情况下添加碎片?当它旋转时 , 你甚至如何添加碎片?将两个航天器对接在一起的过程需要很多时间 。 一切都必须完美对齐 , 并且动作必须非常缓慢 , 以便它们可以精确 。 当空间站的边缘将以每秒 47 米的速度旋转时 , 这几乎是不可能的 。 一种可能的解决方案(考虑到它的巨大尺寸)是在空房间里安装配重 。 当空房间被转换为实验室(或任何房间)时 , 配重可以弹出并更换为设备 。
这些都是建造这样一个空间站需要解决的问题 。 这是可能的 , 但会很困难 。 我们需要在地球上提出新技术 , 使过程更便宜 , 结构更安全 , 体验更实用 。
额外内容:
您可以计算自己的离心效应空间站!使用这些公式中的任何一个 。
注意:人类需要 2 rpm 或更少的转速才能感觉不到任何潮汐力 , 尽管实验表明可以适应 23 rpm 。 我仍然会远远低于该上限 , 并将最大值保留为 10 rpm 。 容易晕车的人可能需要低于 2 rpm 的旋转速度 。
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