Почему космические станции вращаются только в научной фантастике?

18 February 2020
16k full reads
19k story viewsUnique page visitors
16k read the story to the endThat's 88% of the total page views
1,5 minute — average reading time

В основе идеи искусственной гравитации, вызванной вращением, лежит реакция на центростремительную силу, заменяющая силу тяжести.

Для имитации силы тяжести, космическому кораблю необходимо вращаться, заставляя содержимое стягиваться к внешнему краю, создавая ощущение веса.

В данном случае сила выражается формулой:

F = mω²r = mg

Получается, что на космической станции устанавливается угловая скорость (ω). При этом, на расстоянии (r) от центра корабля возникнет сила, эквивалентная воздействию mg (вес).

Иллюстрация: flikr.com/No known copyright restrictions
Иллюстрация: flikr.com/No known copyright restrictions
Иллюстрация: flikr.com/No known copyright restrictions

Из представленного выше уравнения ясно, что есть два варианта влияния
на величину имитированной гравитации:

• изменение скорости вращения (
ω)
• изменение радиуса окружности (
r)

Проблема заключается в том, что для человека, который стоит на "полу" такой космической станции, значения r для головы и ног различаются.

Ноги и голова испытывают воздействия различных скоростей
и ускорений. В лучшем случае, это может привести к недомоганию.
В худшем, полностью истощить.

Чтобы избежать это, необходимо очень большое значение r. Чем больше эта величина, тем меньшие отклонения между воздействиями на голову
и ноги (градиент).

Эти факторы необходимо учитывать при планировании подобной системы. Для минимизации градиента необходимо ограничить угловую скорость 2 оборотами в минуту.

Если перевести это число в радианы и подставить в исходную формулу,
то получится определить
минимальный радиус космической станции,
для имитации гравитации, эквивалентной земной.

g = ω²r

r = g/ω² = 9.8 (м/с²) / 0.209² (рад/с) = 224.3 метра

Иллюстрация: Nasa/Public Domain

В общем космическая станция получается очень большой.
Для сравнения: размеры МКС составляют 109x73x27 метров.

Основная цель МКСобеспечение лаборатории для экспериментов,
без влияния гравитации. Проведение исследований в космосе даёт возможность наблюдать результаты, которые невозможно получить
на Земле.

Есть ещё одна причина, по которой в реальности нет подобных станций. Только в научной фантастике космические программы финансируют до уровня, достаточного для строительства столь впечатляющих кораблей.
Обязательно подписывайтесь, Вам также понравится:
Самый плотный элемент
Смог бы человек покорить Эверест, будь он на 3 километра выше?
Что произойдёт, если атом, летящий почти со скоростью света, столкнётся с человеком?