Her zaman merak ettiğim bir şey, astronotların neden güç yaratan bir döner yatakta yatmadıklarıdır? Bu onların uyumasına izin verecek ve yerçekimi simüle edebilecektir. Neden sıfır g insan vücudu üzerindeki etkileri göz önünde bulundurulduğunda bunu yapmıyorlar?
Kısa cevap, çok paraya mal olur.
1G kuvvetini elde etmek için, ya gerçekten büyük bir şeye ya da çok hızlı bir şekilde dönmeye ihtiyacın var. Örneğin, uzay kolonileri için referans tasarımı , dakikada bir kez dönen 900 metrelik bir yarıçapa sahip bir yapı için çağrı yapıyorum. ISS'nin büyüklüğü için much daha hızlı dönüyor olmalıydı. (Başka bir projenin ortasında olmadığımda gerçek sayıları biraz alacağım.)
Dönme hızı problemine ek olarak, tüm bu (merkezkaç) ağırlığı destekleyecek kadar güçlü olması ve yörüngeye yerleştirdiğiniz daha fazla kütlenin yapının a lot fazla kütleye sahip olacağını hesaba katmalısınız. maliyeti.
Bunun da ötesinde, muhtemelen tüm ISS'yi bu kadar hızlı döndürmek istemediğiniz için (kütleyi ve maliyeti düşürmek için), dönen ve dönmeyenler arasında bir dizi rulmana sahip olmanız gerekir. istasyonun parçaları, tercihen mürettebatın geçmesi için bir geçiş yolu sağlayacak kadar büyük bir alan (böylece yatak takımlarını yatağa koymak zorunda kalmazlar) - ve bu yatak ne olacak - tahmin et - ne var - Başlatılması gereken çok fazla kütle - bunun anlamı daha fazla paraya mal olur.
Oh, ve ayrıca, yatağın sızdırmadığından emin olmalısın, yoksa kaybettiklerinin yerine daha fazla hava göndermek zorunda kaldın - ki bu da daha fazla paraya mal olur.
Bir dizi başka sorun var, ama verdiğim listenin ISS tasarımcılarının bir merkezkaç yerçekimi haznesini gerçekleştirmesinin muhtemelen projenin bütçesine uygun bir şey olmadığını anladığını düşünüyorum.
EDIT
Tamam, bazı hesaplamalar yaptım. Santrifüjün çapı 5 metre ise, 17.82 kph (11 mph) hızda hareket edecek olan jantta 1G hızlanma için 18.9 RPM'de dönmelidir.
Santrifüjün etrafındaki istasyonu döndürmesini istemediğinden, aslında eşit kütleye karşı two dönüşlü santrifüje ihtiyacınız olacak ve her bir santrifüjün her iki kolu da aynı kütleye dönmelidir, böylece her şey dengede. . Bu imkansız değildir, örneğin, dört ucun her birine dengeleyici bir miktarda su pompalayan bir sisteme sahip olabilirsiniz - ancak bu sistem karmaşıklığı, ağırlığı ve maliyetini arttırır. Daha iyi bir çözüm için önerilere açığım.
Russell Borogove'nin işaret ettiği gibi, bu, sızdırmazlık sorununu ortadan kaldırmak için kapalı bir bölmede yapılabilir, ancak şimdi bir santrifüj bölmesinin iki katı genişliğindeki bir çapa, yani 5,5 metreye kadar bir gemi inşa etmelisiniz. uzunluk, şekil 3 metre. Bu daha büyük bir çap ancak Birlik modülünün yaklaşık yarısı uzunluğunda (4.57 m dia x 5.47 m uzunluğunda), bu yüzden tamamen soru dışı değil. Ekipmanın ve birbirini 22 mph hızda geçen bölmelerin gürültüsü oldukça önemli olacaktır.
Ekipmandan bahsetmişken, santrifüjler, bir astronot yatağa ya da kalkmaya başladığında onları başlatmak ve durdurmak için motorlara ihtiyaç duyacaktır. Tüm geceyi hızlandırmak için harcamak istemiyorsanız, daha büyük bir motora ihtiyaç duyacaksınız. Sonra, santrifüjü yavaşlattığınız zaman astronotlar içeri girip çıkabilirler, hızlandırmak için kullanılan tüm enerjiyi atmak istemezsiniz, bu yüzden bir enerji depolama sistemine ihtiyacınız vardır. Piller önce akla gelebilir, ancak many döngüde tekrar tekrar enerji depolayabilen ve serbest bırakabilen hızlı pilleri gerçekten ağır ve pahalı olabilir. Bir alternatif enerji depolama için bir volan sarmak olurdu, ama yine de, bu ağır ve pahalı olacak.
Oh, ve eğer bu dört uyku bölmesinden birden fazlasına sahip olacaksanız, astronotların hepsinin aynı uyku döngüsüne sahip olduğundan emin olun: Uyanık yatakta yatmak zorunda olan erken bir yükseltici istemeyiz diğer adam rüyadan geri dönüyor ya da astronotlar çok çabuk uyanıyordu çünkü santrifüj bir diğerini bıraktı.
... ve kısa sürede yataktan kalkmayı gerektiren herhangi bir acil durum olmadığından emin olun - evet, kendinizi 11 km / s hızla hareket ettiren bir podtan kurtulmak için kendinizi too fazla tehlikeye atmadan atlayabilirsiniz. Bir sonraki olandan önceki yol, bir buçuk saniye sonra gelir ve sizi kafanıza sokar!
Matematik:
$$ \ begin {align} a & = v ^ 2 / r = 1G = 9.8 \: \ mathrm {m / s ^ 2} \\ d & = 5 \: \ mathrm m \\ r & = 2.5 \: \ mathrm m \\ \ end {align} $$
$$ \ begin {align} v ^ 2 & = 9.8 \: \ mathrm {m / s ^ 2} \ cdot 2.5 \: \ mathrm {m} = 24.5 \: \ mathrm {m ^ 2 / s ^ 2} \ \ v & = \ sqrt {24.5 \: \ mathrm {m ^ 2 / s ^ 2}} = 4.95 \: \ mathrm {m / s} = 17.82 \: \ mathrm {kph} = 11 \: \ mathrm {mph } \ end {align} $$
$$ \ text {circumference} = \ pi \ cdot d = \ pi \ cdot 5 \: \ mathrm {m} = 15.71 \: \ mathrm {m} $$
$$ {15.71 \: \ mathrm {m} \ over 4.95 \: \ mathrm {m / s}} = 3.17 \: \ text {Dönme başına sn}} = 18.9 \: \ text {RPM} $$
Tamam, şimdiki ISS'nin mürettebat alanının içine sığabilecek, varsayımsal bir silindirik yataklı sistem kuralım ve ele almanız gereken bazı konulara bakın. Ünlü Bill Haley ve Comets şarkısının ardından ismini vereceğiz: Shake, Rattle and Roll.
Burada öğrenilenleri, daha yüksek bir g-force sistemi için, kalsiyum kaybını azaltma ümidiyle iskelet stresi üretecek fütüristik, çok daha büyük bir yapıya da uygulayabilirsiniz.
ISS'de boş veya kullanılmamış bir yedek parçayı bulun ve 2 metre uzunluğunda, 2 metre uzunluğunda dönen silindirik " astronaut tumbler " oluşturun. Astronotlar, iç duvarları boyunca, etrafında dönecekleri silindirin eksenine paralel olarak uzanırlar.
Yüzen değil, küçük fakat anlamlı bir "yatma" deneyimi sağlamak için, azami 1/6 Dünya yerçekimi elde etmek için gereken $ \ mathbf {a} = - \ omega ^ 2 / \ mathbf {r} $ 'ı kullanın. her 5 saniyede bir devire veya 0,2 Hz'lik bir dönme frekansına giden $ \ omega = 1.3 \ text {s} ^ {- 1} $ değerindedir.
Bunların altısı için yer olmayabilir, bu yüzden ortak bir alan olacak ve astronotlar kişisel alan için kendi cubby deliklerine ve buna harcanacak zamanın ayrı bir zamanına ihtiyaç duyacaklar. Alternatif olarak, kişisel yavru deliklerini alıp hareket ettirebilir ve ya onları bu dönen çerçeveye bağlayabilir ya da duvara geri taşıyabilirler.
Nasıl göründüğüne bakılmaksızın, Dünya'dan gönderilen daha çok şey var, bu da eğer astronotların varlığına ya da uzayda yaşama bilimine katkısı için önemli bir gelişme sunuyorsa sorun olur.
Denge kritik. Eğer bir astronot uyumak isterse, ISS'yi 0.2 Hz mekanik salınımla gereksiz yere sarsmamak için bir “ dummy astronaut ” tersi yerleştirilmelidir. Eğer uyku astronotu hareket ederse, kukla buna göre hareket etmelidir veya silindirin her iki ucundaki bir servo mekanizması, silindirin dönme eksenini otomatik olarak kütle merkezine çevirmelidir. Dünyadan gemi kırmak ve kitlemek için daha fazla şey. Birbirinin karşısında düzenlenmiş iki kişi varsa ve üçüncüsü katılmak istiyorsa, bir kişi 60 dereceye kadar "re-azimuth" themselves yapmalıdır (ya da uykulu bir şekilde uyuyorsa, diğer astronotlar tarafından yeniden azimut edilmelidir), ya da sahte astronot Üçüncü kişinin karşısında eklenebilir.
Birisi "kurtulmak" veya "kurtulmak" istiyorsa, her şey durdurulmalı ve başlatılmalıdır. Bu zaten "herkes" uyandırabilir. Bu açısal momentum nereden geliyor? Sabit bir görev döngüsü ile düzenli bir programda durduruldu ve başlatıldıysa, belki de ISS'nin küçük bir karşı dönüşü ile dengelenebilir ve her ana durdurma / başlatma döngüsü, ISS'nin net rotasyonunun gerçekleşmesi için yön değiştirebilirdi. en az.
Alternatif, eş eksenli veya en azından yakın bir ters dönen volan oluşturmaktır. Astronotların silindiri üzerindeki yük (gerçek + sahte astronotların sayısı) değiştikçe, volan üzerindeki yük de ayarlanmalıdır. Volan, aynı zamanda, senkronize olarak dönerken, yapısal titreşimlerin bazı bileşenlerini daha iyi boşaltabilecek servolara da sahip olabilir. Herhangi bir frekansta açısal momentumu boşaltabilirsiniz, bu yüzden kütleyi değiştirmek zorunda kalmazsınız, ancak eğer senkronize değilse, titreşimlerinize second exciting frequency ekliyorsunuz, bu da özellikle tehlikeli olana çarpma olasılığınızı ikiye katlıyor!
ISS periyodik bir titreşim kaynağına ihtiyaç duymaz. Silindirin dönme eksenini sürekli olarak yeniden hizalayan servo sistem, tamburdaki astronotların anlık kütlesinin merkezinden geçerken, ISS çerçevesine bir döngüsel titreşim iletilecektir. Bu, sürekli savaşılması gereken ve astronotun bir uyku periyodunu başlattığı veya bittiği her seferinde ya da etrafta çok fazla dönmesi gereken bir problemdir.
Low frequency periodic vibrations , daha önce onlar için tasarlanmamış büyük mekanik yapıların kanadıdır.
Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) Araştırmacısı Kılavuzu Uluslararası Uzay İstasyonu İvme Ortamı :
Vehicle Structural Modes
Araç yapısal modları, hızlanma spektrumunun titreşimli kısmının düşük frekanslı ucunda bulunur. Bu titreşimler from about 0.1 hertz to about 5 hertz frekans aralığındadır. Bu titreşimler, ana kafes gibi uzay istasyonu yapısının büyük bileşenleri ile bağlantılı doğal frekansların uyarılmasından ve güneş dizileri gibi temel uzantı modlarından kaynaklanmaktadır. Bu yapılar, nispeten büyük büyüklükte, bir yeniden yükleme sırasında veya itme gibi mürettebat lokomotif olayları gibi nispeten kısa dürtüsel olaylarla tipik olarak uyarılır. Bu tür olayların tahrik uyarımı, structural ringing sönümleri gibi tepki titreşimlerine yol açar. Ayrıca, sadece doğru frekansta nispeten küçük büyüklükte titreşimler, yapısal rezonansa yol açacaktır . (vurgu eklendi)
above: Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) Araştırmacısı Kılavuzu Uluslararası Uzay İstasyonu Hızlandırma Ortamı Şekil 4'den kırpılmıştır. "Şekil 4. Mürettebatı Yavaş Yavaş Uyku Modunda Gösteren Spektrogram." Bu, 0.1 ila 1.0 Hz bölgesinde birçok yapısal rezonans olduğunu göstermektedir. Daha fazla tartışma için orijinal belgeye ve sayfa 12'deki yaklaşık 20 farklı bilinen rezonans frekansının listesine bakın.
Bir güçlendirici motor üzerinde yanlış programlanmış bir servo, booster motorun itme yönünü at about 0.5 Hz başladığı 2009 yılında ISS'de çok korkutucu ve tehlikeli bir olay oldu .
Ama 14 Ocak ateşi sırasında, bir şey ciddi şekilde ters gitti. İstasyonun güneş enerjisi kanatları endişe verici bir şekilde geri dönmeye başladı. Daha çarpıcı bir şekilde, bir iç kamera, kameranın montaj braketini salladığı için, duvara monte ekipmanların ve kabloların iki saniyelik bir vuruşa kadar ileri ve geri çekildiği görünümlerini ele geçirdi.
Buildup of gyrations
Bazı periyodik kuvvetin uzay istasyonunun yapısını rezonans frekanslarından birinde uyarması, bir sönümlemeden ziyade bir yüceltme birikimine yol açmasıdır. Geleneksel "askerler arasında yürüyen askerler" hikayesinde olduğu gibi, 1940 yılında da gerçek Tacoma Narrows köprüsünün çökmesiyle birlikte, büyük bir yapıdaki rezonans birikimi hızla ciddi sonuçlara yol açabilir . (vurgu eklendi)
Ayrıca bkz. Space.com NASA, Uzay İstasyonunda Aşırı Titreşimleri Ağırlıyor
ISS'nin anlamı 0G'yi incelemektir. 1G uyku tulumu amacı bozguna uğratır ... İnsanlar deney konularıdır :)
Diğer cevaplara ek olarak: küçük bir yapı (ISS'deki tek bir modül gibi) 1G oluşturmak için gerçekten hızlı bir şekilde dönmelidir. Bunun istenmeyen yan etkileri vardır:
Coriolis kuvvetleri, modül içinde sezgisel olmayan bir şekilde hareket ediyor. İnsanların bir süre santrifüj içinde yaşadığı eski bir Sovyet deneyi var, bu filmde (çevrimiçi olarak bulamadı, BBC belgeseli “ Kozmonotlar: Rusya nasıl uzay yarışı kazandı ”) onları stagger ve lurch boyunca görebilirsiniz Sarhoş gibi bir koridor. Başka bir bölüm, bir dart tahtası üzerinde bir dart atıyor, 90º yatay alanda uçan dart.
Küçük bir santrifüjde, baş ve ayaklarınız arasındaki yerçekimi düzeylerinde önemli bir fark vardır, bu yine bu modül içinde hareket etmeyi sezgisel olmayan bir hale getirir.
Eğer santrifüj modülünü sadece uyumak için kullanırsanız, astronotlar her sabah 0 G'ye alışmak zorundadır. Bu tam olarak 0 G'ye uyum sağlamak anlamına gelir (mevcut durumda yaklaşık 2 hafta sürer) çok daha uzun sürer ve uzay hastalığına değerli zaman kaybedersiniz.
Bir ek olarak sunulan: ISS için bir Santrifüj Modülü planlandı ve kısmen inşa edildi. Santrifüjü fen deneyleri içindi, uyumuyordu. Bütçe sorunları bunu mahkum etti ve şimdi Japonya'da bir otoparkta oturuyor.
buradan son görüntü
Chris Hadfield'ın sözlerini, kitabının An astronaut's guide to life on earth SSS kısmından eklemek istiyorum:
ISS'de uyumak rahat mıdır?
Bu ağırlıksızlıkta uyumak için tamamen yeni bir tiptir. En pahalı yer döşemesinde bile bazen yuvarlanmanız veya yastıklarınızı ayarlamanız gerekir. Yörüngede vücudunuzdaki her kasını rahatlatabilirsiniz. Yatmadan önce, uyku tulumunuza (birkaç ayak bağı ile duvarlara gevşek bir şekilde bağlanmış) girer, uzun fermuarı kapatır ve ışığı kapatır. Çünkü yerçekiminin, yatağınızın içine itilmesine hiçbir etkisi olmadığından, mükemmel bir şekilde rahatlamış olursunuz ve tüm vücudunuz lezzetli bir şekilde gevşeyebilir. Kollarınız ve bacak eklemleriniz biraz kıvrılır ve yuvarlanır, boynunuz uçağın üzerindeki bir yolcu gibi açılır; her kas dinlenmeye başlar. Kalp atışınızın yavaş nabzını hissedebilir, sizi hiçlikten biraz uzaklaştırırsınız. Uzay yolculuğu nihayetinde yeterince ucuz hale geldiğinde, en büyük kalabalığı çeken “mekân uyku spası” olabilir.
Chris Hadfield. Dünyadaki bir astronotun rehberi. --- Pan Kitapları Ltd. 2015
Astronotlar muhtemelen 0 G'de uyumaya oy vereceklerdi.
Bunu başarmak için yeterince büyük bir dönen yapı, hantal, ağır ve çok güçlü bir açlıktır.
Uzay, kütle ve güç, ISS gibi uzay araçları ve uzay istasyonlarında keskin bir prime sahiptir, bu nedenle merkezkaç yatak, bütçenin içinde uzaktan değildir.
1g uyku bölmesi mümkün olsa bile, diğer mesajlar bunun olmadığını gösterdi, mikro yerçekimi ile ilişkili sağlık sorunları hafifletilemezdi. Sadece tam yerçekimi içinde uyuyor, ancak mikro yerçekiminde çalışma ve uyanma, hala önemli sağlık etkilerine sahip olacaktı.
Özellikle kalsiyum tükenmesi hala meydana gelebilir . Skeletonlar, genellikle vücut kütlesi üzerindeki yer çekiminin etkisi olan ağırlıktan kaynaklanan baskı stresine (kemiklerde) yanıt olarak büyür. ISS'de bu kompresyon stresi, bir kalsiyum ve D vitamini ile zenginleştirilmiş diyetle kombine edildiğinde bir telafi unsuru sağlayan geniş bir egzersizle simüle edilir .
Uykusuzluklar için bunu yapmak için bir neden yoktur, normal Dünya yerçekiminde yatakta uzanmak, ağırlıksızlığın insan vücudu üzerindeki etkilerini azaltmaz - aslında, ağırlıksızlığın etkilerini incelemek için çoklu deneylerde kullanılmıştır. kemik ve kas kaybı:
Geçtiğimiz 20 yıldaki yatak istirahatı çalışmalarında yakın zamanda yapılan bir gözden geçirmede, baş aşağı yatak istirahatinin, uzay aracının fizyolojik etkilerinin çoğu için güvenilir bir simülasyon modeli olarak yararlılığını kanıtladığı sonucuna varılmıştır.
Yani fark, bir seviye yatakta uyumak ve kafanızla birkaç derece aşağıda uyuma arasında olacaktı. Yük taşıyan faaliyetlerin gerçekleştirildiği astronotların bulunduğu bölgeler için santrifüj ağırlık kullanımı daha iyi olacaktır.
Bunun bir nedeni, bir uzay aracında pratik hız türlerinde rotasyonun, kusma olmasa mide bulantısı ve baş dönmesine neden olmasıdır. Dinlenmek için elverişli değil. Ayrıca dönen makineler çeşitli türden çok sayıda riske ve bakım programına ihtiyaç duyulmasına neden olur. Bunu daha fazla düşünürüm, aklıma gelebilecek daha fazla sebep.
Dönen bir uzay istasyonu veya dönen bir galeri olan bir tanesi pratiktir, eğer dönme hızı bulantıya neden olmazsa (bu, Dünya'nın yaptığı şeydir) bu kadar büyüktür.