¿Es posible generar gravedad para usar en una nave espacial?

Answer 1

Si ves The Expanse , hay dos técnicas utilizadas para generar la “gravedad”. Ambas se basan en la física real.

El primero es la gravedad de espín . Cuál es la sensación centrífuga a la que estamos acostumbrados en los parques de atracciones. La nave espacial o asteroide se gira. Y el movimiento de los objetos que desean moverse en líneas rectas se forzará contra las paredes exteriores, creando un entorno de gravedad.

Ceres es un asteroide que se ha girado para crear gravedad interna. En esta imagen abajo estaría hacia la superficie.

Esto es imperfecto, y los ocupantes humanos notarán los efectos de los coriolis. Pero es una forma económica de crear algo parecido a la gravedad. Y sería razonablemente convincente para estructuras grandes que toman muchos minutos para hacer una sola rotación.

La segunda solución es utilizar la aceleración de la nave . Así que enciendes los motores y los dejas encendidos. Si la nave se acelerara en 1G, esto crearía una gravedad a bordo que no se puede distinguir de estar en un planeta. También te ayuda a llegar a donde vas.

Cuando eso sucede, la dirección hacia abajo es hacia los motores. Así que la nave sería como una pequeña torre, con motores en la parte inferior y pequeñas cubiertas perpendiculares al eje principal.

Es importante tener en cuenta que la nave espacial tendría que matar toda la velocidad de reserva al llegar a un destino. Lo que significa girar la nave a mitad de rumbo y quemarla para reducir la velocidad.

Cuando los motores se apagan, la tripulación estaría en caída libre y flotaría alrededor. Para cubrir esta eventualidad, The Expanse , y otras historias de ciencia ficción, incluye botas magnéticas , que permitirían la locomoción bipedal en gravedad cero.

Answer 2

La “generación” de la gravedad puede ser un proceso tedioso, ya que la única manera de “generar” la gravedad es a través de tener masas (grandes y pesadas, algo alrededor de la masa de la tierra).

Seguramente no podemos manejar algo así en nuestra nave espacial, así que encontremos algunos otros métodos para al menos simular los efectos de la gravedad.

Método de simulación 1: Rotación

La rotación produce una fuerza (llamada fuerza centrífuga), que actúa para atraer a los habitantes hacia el exterior, como un cubo atado a una cuerda.

Al ajustar ciertos parámetros de una estación espacial como el radio y la velocidad de rotación, puede crear una fuerza en las paredes exteriores que es igual a la fuerza de la gravedad.

Método de simulación 2: Aceleración lineal

No se puede diferenciar entre la aceleración de 1g y la gravedad de 1g. Una nave espacial con una aceleración constante en línea recta daría la apariencia de un tirón gravitacional en la dirección opuesta. Porque, la “gravedad” que sentiste al presionar contra el casco de la nave espacial es simplemente la fuerza de reacción del objeto sobre el casco que reacciona a la fuerza de aceleración del casco sobre el objeto, de acuerdo con la Tercera Ley de Newton y algo similar a la efecto sobre un objeto presionado contra el casco de una nave espacial que gira.

Método de simulación 3: Magnetismo

Un efecto similar a la gravedad se ha creado a través del diamagnetismo. Requiere imanes con campos magnéticos extremadamente potentes. Se han fabricado dispositivos que podían levitar a lo sumo un pequeño ratón, produciendo así un campo de 1 g para cancelar el de la Tierra.

Answer 3

Al pensar en la gravedad artificial durante los viajes espaciales, se me ocurrieron tres posibilidades.

• La aceleración al quemar combustible imitará la fuerza gravitatoria de los planetas, como se sugiere en la respuesta de Glyn Williams a ¿Es posible generar gravedad para usar en una nave espacial? .
• Grandes masas artificiales (posiblemente, densas), como satélites y estaciones espaciales, que actúan como aceleradores a lo largo de la trayectoria de la nave espacial.

Ahora, para verificar la practicidad de esta idea.

La Estación Espacial Internacional tiene una masa M = 419,455 kg con longitud L = 72.8m, ancho B = 108.5m y altura H = 20m. Al aproximarlo a una masa puntual ubicada en el centro de un radio R = B / 2 esfera, la aceleración gravitacional de una masa más pequeña según la ley de Newton es:

[math] g_ {ISS} = 6.67 × 10 ^ {- 11} * 419455 /(54.2)^2 = 9.52 × 10 ^ {- 9} m / s ^ 2 [/ math]

Eso no es suficiente. Digamos que ahora hay una colonia de [math] n = n_X * n_Y * n_R [/ math] estaciones espaciales, empaquetadas en una esfera. Suponiendo cerca de [math] n_X * n_Y [/ math] cadenas de [math] n_R [/ math] estaciones espaciales conectadas a lo largo de su ancho.

[math] n_X * n_Y * L * H = 4 \ pi R ^ 2 = 4 \ pi (n_R * B) ^ 2 [/ math].

[math] \ frac {n} {n_R ^ 3} = \ frac {4 \ pi B ^ 3} {L * B * H} [/ math] dando [math] n = 101.6 * n_R ^ 3 [/ math] . Sobre esta base, la nueva aceleración gravitacional se convierte,

[math] g_ {colonia} = g_ {ISS} * \ frac {n} {4 * n_R ^ 2} = 2.42 * 10 ^ {- 7} * n_R. n_R> 10 ^ {21} [/ math] es un número poco práctico de estaciones espaciales.

La densidad de la ISS sería [math] d_ {ISS} = 2.655 kg / m ^ 3 [/ math]. Eso es bajo en comparación con los metales como el aluminio ([math]> 2000 kg / m ^ 3 [/ math]).

Construyamos una estación espacial relativamente más densa y esférica (de, digamos, aluminio). Contabilizando el espacio hueco interior, si la densidad es [math] 1000 kg / m ^ 3 [/ math] y nuestro objetivo es crear un [math] g_ {DSS} = 1 m / s ^ 2 [/ math] en la superficie entonces,

[math] 6.67 * 10 ^ {- 11} \ frac {M} {r ^ 2} = 1 m / s ^ 2 [/ math] y [math] \ frac {M} {4 \ pi r ^ 3/3 } = 10 ^ 3 kg / m ^ 3 [/ math] necesita r = 3,580 km y [math] M = 1.924 * 10 ^ {23} kg [/ math]. Estas especificaciones son cercanas a las de la luna.

• Una máquina de gravedad artificial interior (recargable, y tal vez, alimentada con energía solar) que no utiliza combustible de la nave espacial y es accesible pulsando un interruptor.

No hablando nada práctico, en mi imaginación tal máquina tendría dos esferas giratorias de alta densidad para producir ondas gravitacionales. Supongo que tal dispositivo sería un invento innovador y lo convierte en una ficción de viajes espaciales.

Answer 4

La fuerza centrífuga no es la gravedad, la gravedad es, y puede ser, solo el resultado de la masa y todo está sujeto a ella. Por ejemplo, si su nave espacial giratoria se acercara a un cuerpo lo suficientemente grande, se convertiría en una mezcladora de cemento o secadora.

No existe la gravedad artificial, aunque si podemos crear suficiente masa, podemos crear una gravedad. Sabemos muy poco sobre la gravedad, es difícil decir lo que descubriremos en el futuro. La NASA siempre fue asesora de Star Trek, por lo que la mayoría de la tecnología en el programa se basó en la física teórica, ya sea una forma de fabricar un ‘Warp Coil’. Sin embargo, la clave puede estar en la antimateria, si podemos aprender a recolectar y almacenar cantidades de antimateria, es posible que tengamos una forma de generar ondas de gravedad. Quién sabe.

Answer 5

Le daré una respuesta basada en una explicación plausible (y para mí probable) de por qué la gravedad existe en primer lugar.

Comencemos con un concepto aceptado dentro de la comunidad científica, Dark Energy . La energía oscura es el elemento teórico que se conjetura como responsable de la fuerza que provoca la aceleración de la expansión de nuestro universo visible. Pero para nuestros propósitos, olvidemos el concepto enteramente teórico de Energía Oscura, y enfoquémonos en la idea de que existe una fuerza de empuje universal que está empujando galaxias enteras hacia el exterior.

Pero es muy probable que haya más de lo que se ve a simple vista cuando se trata de esta fuerza universal.

En primer lugar, la fuerza que estamos observando (a través de la aceleración de la expansión del universo) podría ser muy fácilmente solo una fuerza neta . Esto significa que el verdadero nivel de fuerzas que existe en cualquier parte del cosmos podría ser mucho mayor, y la mayoría de las fuerzas simplemente se oponen y casi se compensan perfectamente. Entonces, estas fuerzas universales podrían de hecho ser arbitrariamente altas , y todo lo que estamos presenciando son las fuerzas netas del marco de referencia de nuestro universo observable.

En segundo lugar, las fuerzas en esta escala galáctica podrían ser fuerzas de penetración , vagamente similares a cómo los rayos X, los campos magnéticos y las señales de radio permean los objetos, pero a alta intensidad puede tener un efecto dramático en esos mismos objetos. Esto significaría que el campo de fuerza universal solo ejerce una pequeña fracción de su fuerza total sobre los objetos que impregna.

Recientemente se ha prestado atención a una partícula teórica llamada axión. Se cree que la masa de esta partícula teórica es un millón de veces más pequeña que la de un electrón. Una partícula de esta minúscula es un buen candidato para el proveedor de la fuerza de empuje de la gravedad, ya que una partícula tan pequeña podría tal vez impregnar fácilmente los espacios entre los átomos / moléculas de objetos sólidos y cuerpos celestes. La partícula simplemente necesita impartir una pequeña cantidad de su impulso al objeto que está permeando, y la escala del campo de la partícula en su conjunto podría explicar el fenómeno de la gravitación.

¿Cómo, podrías preguntar? Algo especial sucede cuando los objetos se sumergen en fuerzas de penetración ubicuas de alta intensidad . Cuando el campo de fuerza (quizás un campo de axión) empuja un objeto, el campo de fuerza en sí se reduce en una cantidad proporcional porque algunas de sus partículas componentes están impactando el objeto. Es esta reducción en el campo de fuerza que causa el efecto secundario. En el espacio vacío, el campo de fuerza está casi perfectamente equilibrado en todas las direcciones, con muy poca fuerza neta en cualquier dirección. Pero cuando se introduce un gran cuerpo celeste (digamos un planeta), ese planeta reduce la fuerza de las fuerzas universales en todas las direcciones, creando un desequilibrio de las fuerzas universales para todos los objetos cercanos, en la dirección del planeta . Eso suena muy parecido a la gravitación.

Si consideramos este modelo de gravitación, es teóricamente posible generar un campo de gravedad artificial . Todo lo que tendríamos que hacer es generar un campo axión de alta resistencia (o cualquier partícula minúscula (s) que realmente esté causando gravedad) y lo que sea que apuntemos se eliminará. Así que tendríamos emisores de axiones detrás del techo del piso superior de nuestra nave espacial, emitiendo un campo de axiones de alta resistencia hacia todos los pisos debajo, y todos serían empujados al piso en cada nivel. Pero cómo controlar una partícula tan pequeña como (o incluso más pequeña que) un axión es una pregunta difícil de responder. Puede que en realidad no esté al alcance tecnológico para hacerlo … pero ciertamente podemos comenzar a imaginar formas de hacerlo.

Answer 6

Glyn Williams tiene razón acerca de la “gravedad de giro” y la “gravedad de aceleración”, ninguna de las cuales es la gravedad real, pero son suficientes para mantener las cosas “hacia abajo” en lugar de flotar en el espacio. Quería agregar un par de pensamientos acerca de la gravedad del giro: la ilustración que Glyn Williams usó fue probablemente una nave espacial o colonia de gravedad giratoria, en la que el espacio vital a menudo tiene la forma de un toro, o forma de rosquilla / tubo intermedio, que se hila alrededor de un cubo central como un neumático de bicicleta, y por lo tanto, la fuerza “hacia abajo” es hacia donde estarían las huellas del neumático, y habría paredes laterales compuestas de edificios a cada lado de una “calle” central que ayuda a mantener el aire en y posiblemente ventanas en el techo / superficie interna de la llanta donde se sujetan los soportes del cable al cubo. Así que desde dentro vería lo que muestra la ilustración, la calle inclinándose hacia arriba hacia el techo translúcido en ambas direcciones hasta que el techo lo oscurece, y estaría mirando la parte superior de las cabezas de las personas que caminan esas secciones del calle”.

Esto sería similar a los juegos mecánicos en la tierra que te hacen girar tan rápido que te presionan contra la pared del gigantesco cilindro giratorio tan fuerte que pueden quitar el “piso” de debajo de tus pies, pero la gravedad no te puede empujar hacia abajo de la pared. Mientras se encuentra en ese viaje, puede ver el bucle completo de otros pasajeros, cada uno de los cuales tiene su propia dirección “hacia abajo” diferente a la suya, por lo que es una experiencia bastante alucinante.

También en una nave o colonia de “gravedad de giro”, el movimiento “hacia arriba” hacia el centro disminuiría tanto la sensación de gravedad como su peso, y el movimiento “hacia abajo” tiene el efecto contrario. En una gran nave, puede obtener una gravedad similar a la de la Tierra al nivel de la calle del toro principal, pero puede tomar un ascensor hasta el centro y tal vez visitar una piscina sin fin de 360 ​​grados, en una forma de rosquilla más pequeña alrededor del centro del centro. , donde podría nadar por millas sin tener que voltearse para cambiar de dirección y buscar “arriba” para ver a las personas nadando en la piscina sobre su cabeza en el lado opuesto del centro. Pero la gravedad sería tan leve en una piscina central que podría tener olas más grandes que las olas del océano solo por el chapoteo que crearon los nadadores, y si hubiera un trampolín, podría lanzarse lo suficientemente alto como para pasar por el centro de la piscina. Concentrador y zambullida en la piscina. Al saltar desde la plataforma sólida, probablemente puedas ir más alto de lo que alguna vez hayas saltado desde un trampolín aquí en casa. Si lograba tirar cubos de agua para que perdieran velocidad justo cuando llegaban al centro del centro, podrían flotar en el aire como la gran mancha de agua en la escena de la piscina de la reciente película “Pasajeros”, pero finalmente la fricción del aire haría que se moviera fuera del centro y se desplazaría lentamente hacia un lado y luego caería en una aceleración lenta hacia atrás “hacia abajo” a las superficies de la piscina o la plataforma.

Mi ejemplo favorito de ciencia ficción de “gravedad de espín” es el “Mundo del anillo”, que postula una colonia de espines formada por la misma cantidad de masa que la de todos los planetas de nuestro sistema solar, pero el “toro” es una cinta relativamente delgada de tierra (casi un millón de millas de ancho) con el diámetro de toda la órbita de la tierra alrededor del sol, y de hecho, el Mundo Anillo tiene su propio sol en el centro de su diámetro. Gira lo suficientemente rápido como para dar una gravedad cerca de la Tierra, y la cinta de tierra está delimitada por paredes laterales de 1000 millas de altura que sirven para retener su atmósfera; no hay techo, solo las paredes laterales. El área de superficie del Mundo Anillo es aproximadamente 3 millones de veces mayor que la de la Tierra, y para simular día y noche, los creadores tienen un anillo más pequeño de cuadrados de tela opaca que orbitan alrededor del Sol, con los espacios entre los cuadrados igual en tamaño a la sombra Cuadrados ellos mismos. Por supuesto, las fuerzas generadas por esta mega geometría están muy por encima de cualquiera de nuestros materiales estructurales conocidos, por lo que los ingenieros de Ringworld han inventado algunos materiales increíblemente delgados pero fuertes para retener toda la materia dentro del mundo del anillo y el anillo cuadrado de la sombra, y el los visitantes de fuera del mundo del anillo que se cruzan en su nave espacial terminan en un aterrizaje forzoso en el mundo del anillo cuando su nave se encuentra con una cadena de sombras casi invisible que atraviesa una parte importante de su nave. Mundo de anillos

Answer 7

La forma más fácil es hacer girar su nave espacial, probablemente de forma cilíndrica (menos estable dinámicamente) o una rueda (estable), como se ve en muchas películas de ciencia ficción.

Una cosa sobre una nave espacial giratoria que causaría un poco de “mareo” es el efecto Coriolis, aunque sería mucho menor que la fuerza centrífuga aparente (la gravedad artificial). También interferiría con tu juego de tenis :), hasta que te acostumbras y lo compenses. Y dependería de si estuvieras disparando más o menos perpendicular o paralelo al eje de giro (en cuyo caso no lo verías en absoluto) :).

Solo es realmente un problema para un barco o estación espacial con un radio pequeño, que requiere una gran velocidad angular para generar 1 g. Si reduce la velocidad del giro para que tenga aproximadamente una revolución por minuto, tendrá aproximadamente un gee para un radio de un kilómetro. Ahora puedes bajar la cena y no avergonzarte.

¡Así que realmente el tamaño mínimo de su nave espacial / estación debería ser de 2 km (1.2 millas) de ancho! Ahora que es un logro de ingeniería.

La g artificial que generas:

g = w ^ 2. r = v ^ 2 / r, w = velocidad angular = 2pi / T donde T es el tiempo periódico, r = radio, v = velocidad de un punto en la circunferencia del barco (no se puede acoplar fácilmente aquí, sería como aferrarse a un acantilado que sobresale si pudiera manejarlo :)).

Si r = 1000 m, w = 0.1, entonces T es aproximadamente 62.8 segundos o algo más de un minuto:

g = (0.1) ^ 2. 1000 = 10 metros por segundo al cuadrado

Compare con g = 9.8 aprox para la aceleración debida a la gravedad en la superficie de la Tierra.

Reducir w a 0.099 radianes por segundo, por lo tanto, aumentar T a 63.4 segundos, le dará la aceleración requerida de 9.8, en caso de que esté escribiendo algo como una historia de ciencia ficción con un radio de un kilómetro o una estación espacial 🙂

Answer 8

Sí, un generador de gravedad es posible. La fuerza gravitacional se debe a una forma de intercambio de energía electromagnética. Si forma un oscilador armónico, con cada oscilación se puede cosechar una pequeña cantidad de energía. Si usted forma un oscilador anarmónico, eso cancela la levitación de ondas gravitacionales es posible.

Answer 9

Sí. La masa tiene gravedad, así que sigue lanzando algo realmente masivo frente a la nave y estarás bien.

Sin embargo, con toda seriedad, la NASA tiene un concepto para una nave que utiliza una cosa extraña no probada llamada energía negativa para doblar el espacio. Es un poco como generar gravedad; Funciona igual desde el punto de vista de la nave al menos.

La NASA revela los últimos diseños de barcos de Warp-Drive

También se trabaja en crear campos de gravedad y aislar partículas subatómicas que crean la gravedad en la mecánica cuántica. ¿Así que tal vez? La pregunta es posible? Probablemente, pero una pregunta mejor sería “¿podemos pasar de una estrella a otra en un tiempo razonable?” Y la respuesta que casi puedo garantizar es sí … eventualmente. Suponiendo que no nos destruyamos a nosotros mismos, los humanos podemos resolver casi cualquier problema, creo que con suficiente tiempo, incluido el problema de los viajes interestelares.

Graviton – Wikipedia

Answer 10

Hace unos 35 años le pregunté a un astronauta canadiense cuando pensó que tendríamos Antigravedad. Hizo una pausa y dijo cuidadosamente una vez que descubriéramos exactamente qué es la gravedad, es probable que 20 años más tarde tengamos prototipos de opciones antigravedad.

Lamentablemente, la gravedad sigue siendo un lío confuso que hay que entender … por lo que todavía estamos a más de 20 años

Answer 11

Si tomas la versión Newtoniana o incluso GR de Gravity es poco probable. La gravedad es la fuerza fundamental. Se deriva de la Misa, a menos que sea en realidad al revés. Lo mejor que podemos hacer es mover las masas, y usted necesita moverse muchísimo para generar un impacto. Sin embargo, si acepta mi versión de Gravity, tiene un componente de aceleración, por lo que al girar una masa se genera una fuerza gravitacional con su marco de referencia. Cuanto más lo giras, más fuerte se vuelve la fuerza. En el espacio profundo, tal masa giratoria podría convertirse en el marco de referencia. Entonces la respuesta sería Sí, pero hay que hacer algunas suposiciones bastante grandes en el contexto de la teoría convencional.

Answer 12

La gravedad no es una fuerza como lo demuestra el descubrimiento de las ondas gravitacionales. Cualquier objeto con masa dobla el continuo espacio-tiempo. Cuando la masa es pequeña, esto no se nota, pero si consideras los cuerpos interestelares, puedes verla.

Entonces, respondiendo a tu pregunta: SÍ, es posible hacerlo, solo tienes que encontrar un objeto con la masa requerida y colocarlo en tu nave espacial.
POSIBLE, NO PRÁCTICO.

Answer 13

Realmente depende de si podemos descubrir cómo manipular el espacio-tiempo. Si podemos descubrir cómo estirar el tejido del espacio con algún tipo de campo que imite la fuerza que la materia ejerce sobre él. Esto simulará la gravedad bien creada por la materia.
Personalmente creo que sé cómo usar la luz en un vórtice 3D. Con suficiente masa de fotones, esa masa que viaja a esa velocidad debería empujar el tejido espacio-tiempo hacia el exterior debido a sus limitaciones de velocidad. (Basado en la lectura de la NASA de una onda gravitacional, velocidad de la luz que viaja, de estrellas negras en colisión)

Answer 14

Tal vez. Para obtener atracción como dos polos magnéticos opuestos requiere carga. Tenga en cuenta que la ciencia dominante en el espacio niega el cargo. Ahora, puede obtener el mismo resultado mecánico y / o repelente de carga. Es simplemente lo inverso de la atracción matemáticamente y es más fácil para nosotros hacerlo. El rechazo de los avisos es rechazado por la ciencia convencional como parte del sistema operativo del sistema solar.

Parece probable que artificial? la gravedad es posible, pero es negada por la ciencia convencional por las suposiciones que utilizan para mantener su visión del cosmos. Si descubre cómo, no informe al establecimiento que lo negará, es posible basándose en la lógica que ellos consideran demasiado valiosa.

Answer 15

Dentro del borde de una estación giratoria con forma de rueda giratoria, la fuerza centrífuga se sentiría como gravedad por parte de los habitantes, dependiendo del radio de la rueda y la velocidad de rotación.

Answer 16

Si bien la gravedad es estimulada por las masas de objetos, podríamos crear 1G de fuerza hacia abajo con electromagnetismo, excepto que tendrías que vestirte con un traje con empastes de hierro para experimentar los efectos. No tengo idea de por qué no se ha implementado todavía.

Answer 17

No tenemos idea.

Sabemos que la gravedad existe … bueno no, técnicamente … no …

Sabemos que las masas se atraen de manera proporcional a la masa y la distancia, pero no sabemos por qué. No sabemos si la gravedad es una fuerza (en cuyo caso es posible generarla artificialmente) o si es, literalmente, solo la curvatura del espacio (como lo consideró Einstein) lo que podría significar que generarla artificialmente requeriría transportarla. Un inconveniente generador de estrellas.

Simplemente no lo sabemos.

Entendemos muy bien la química. Tenemos cubierto el electromagnetismo, la evolución y el flujo de magma bajo la caldera volcánica. Pero realmente no entendemos la gravedad en absoluto.

Answer 18

No conocemos una forma de generar gravedad, excepto mediante el uso de una gran cantidad de masa o energía. Mi débil comprensión de la Relatividad General sugiere que no encontraremos una muy pronto. Eventualmente, la Relatividad General será reemplazada por una mejor teoría, y nadie sabe qué cosas nuevas pueden ser posibles bajo la nueva teoría, pero parece probable que la mayoría de las cosas que ahora son imposibles serán, en el mejor de los casos, muy difíciles.

Trate de hacer esta pregunta en otros 50 o 100 años.

Answer 19

Es probable que después de unos 200 años, habríamos dominado nuestra comprensión de las ondas gravitacionales y la relación de las fuerzas de la naturaleza. Entonces, podríamos ser capaces de idear algún mecanismo de radiación, que pueda doblar el espacio-tiempo y crear gravedad artificial.

Answer 20

Entonces, cuando tienes una pregunta como esta, lo mejor que puedes hacer es preguntar a algunos científicos ancianos pero distinguidos al respecto.

Luego, aplica la primera ley de Clarke.