Warum hat niemand rotierende Raumschiffe gebaut, um die Schwerkraft zu simulieren?
Ein ganzes Raumschiff zu drehen ist teuer, aber kleine Räume auf Raumstationen oder Schiffen könnten leicht gedreht werden.
Können diese kleinen Räume groß genug sein, um eine sinnvolle und gesunde künstliche Schwerkraft bereitzustellen?
Aus meinen Physikkenntnissen erinnere ich mich, dass Schwerkraft und Beschleunigung dasselbe sind.
Wenn ich mich richtig erinnere, entspricht 1 g einer Beschleunigung von 9.81 m/s pro Sekunde. Mit anderen Worten, ein Rad mit einem Umfang von 10 Metern müsste etwa einmal pro Sekunde gedreht werden, um 1 g in der Schwerelosigkeit zu simulieren? Nicht ganz.
Leider ist es etwas komplizierter und zum Glück müssen wir das Rad nicht so schnell drehen. Das ist ein Bonus!
Hier sind ein paar praktische Rechner, um Radgrößen und Rotationsraten zu berechnen, um die Schwerkraft der Erde zu simulieren:
SpinCalc, löst nach Schwerkraft, Radius und Drehrate auf,
Kreisrechner, löst nach Durchmesser, Radius und Umfang auf.
Ein Rad mit einem Umfang von 10 Metern hätte einen Durchmesser von 3.18 Metern. Dies wäre eine handliche Größe für Experimente mit künstlicher Schwerkraft, sogar auf der Erde.
Wäre es bequem, Zeit damit zu verbringen? Das Rad sollte sich mit etwa 24 U/min drehen, um 1 g zu simulieren. Es könnte in 1 x 2 Meter große Betten unterteilt werden und Platz für zehn Besatzungsmitglieder bieten.
Zumindest während ihrer Ruhezeit würden Raumfahrer also von der normalen Schwerkraft profitieren. Die Astronauten liegen auf der Innenseite des Rades, ein bisschen wie in der Abbildung des Jahrmarkts, aber mit mehr Privatsphäre.
Ist es machbar, so kleine Drum Gravity-Einheiten zu bauen?
Wie würde der menschliche Körper reagieren? (Künstliche Schwerkraft durch Zentrifuge).
Wir wissen, dass die negativen Auswirkungen der Schwerelosigkeit wirklich schwerwiegend und zahlreich sind. Selbst 2.5 Stunden tägliches Laufbandtraining reichen nicht aus, um diese Effekte zu verhindern:
- Flüssigkeitsumverteilung: Körperflüssigkeiten verlagern sich von den unteren Extremitäten in Richtung Kopf. Dies führt zu vielen der unten beschriebenen Probleme.
- Flüssigkeitsverlust: Das Gehirn interpretiert die Flüssigkeitszunahme im Kopfbereich als eine Zunahme des Gesamtflüssigkeitsvolumens. Als Reaktion darauf aktiviert es Ausscheidungsmechanismen.
- Elektrolytstörungen: Veränderungen in der Flüssigkeitsverteilung führen zu Kalium- und Natrium-Ungleichgewichten und stören das vegetative Regulationssystem.
- kardiovaskuläre Veränderungen: Eine Flüssigkeitszunahme im Thoraxbereich führt zunächst zu einer Zunahme des linksventrikulären Volumens und des Herzzeitvolumens. Wenn der Körper ein neues Gleichgewicht sucht, wird Flüssigkeit ausgeschieden, die linke Herzkammer schrumpft und das Herzzeitvolumen sinkt.
- Verlust roter Blutkörperchen: Blutproben, die vor und nach amerikanischen und sowjetischen Flügen entnommen wurden, zeigten einen Verlust von bis zu 0.5 Litern roter Blutkörperchen.
- Muskelschaden: Muskelatrophie durch mangelnde Nutzung. Kontraktile Proteine gehen verloren und das Gewebe schrumpft. Muskelabbau kann mit einer Veränderung des Muskeltyps einhergehen.
- Knochenschaden: Da die mechanischen Anforderungen an die Knochen in der Mikrogravitation stark reduziert sind, lösen sich Knochen im Wesentlichen auf.
- Hyperkalzämie: Flüssigkeitsverlust und Knochenentmineralisierung wirken zusammen, um die Konzentration von Kalzium im Blut zu erhöhen.
- Veränderungen des Immunsystems: Der Verlust der T-Zell-Funktion kann die Widerstandskraft des Körpers gegen Krebs beeinträchtigen – eine Gefahr, die durch die strahlungsreiche Umgebung des Weltraums noch verschärft wird.
- Eingriff in medizinische Verfahren: Bakterielle Zellmembranen werden dicker und weniger durchlässig, wodurch die Wirksamkeit von Antibiotika verringert wird.
- Schwindel und räumliche Orientierungslosigkeit: Ohne eine stabile Gravitationsreferenz erleben Besatzungsmitglieder willkürliche und unerwartete Veränderungen in ihrem Gefühl der Vertikalität.
- Raumanpassungssyndrom: Etwa die Hälfte aller Astronauten und Kosmonauten sind davon betroffen. Zu den Symptomen gehören Übelkeit, Erbrechen, Anorexie, Kopfschmerzen, Unwohlsein, Schläfrigkeit, Lethargie, Blässe und Schwitzen.
- Verlust der Leistungsfähigkeit: Dies kann sowohl auf eine verminderte Motivation als auch auf physiologische Veränderungen zurückzuführen sein.
- beeinträchtigter Geruchs- und Geschmackssinn: Die Zunahme von Flüssigkeiten im Kopf verursacht eine Schnupfen-ähnliche Verstopfung.
- Gewichtsverlust: Flüssigkeitsverlust, Bewegungsmangel und verminderter Appetit führen zu Gewichtsverlust. Raumfahrer neigen dazu, nicht genug zu essen.
- Blähung: Verdauungsgase können nicht zum Mund „aufsteigen“ und strömen eher „sehr effektiv mit großem Volumen und großer Häufigkeit“ durch das andere Ende des Verdauungstrakts .
- Gesichtsverzerrung: Das Gesicht wird aufgedunsen und Gesichtsausdrücke werden schwer lesbar, besonders wenn es von der Seite oder auf dem Kopf stehend betrachtet wird.
- Haltungs- und Staturveränderungen: Die neutrale Körperhaltung nähert sich der fetalen Position. Die Wirbelsäule neigt dazu, sich zu verlängern.
- Änderungen in der Koordination: Die erdnormale Koordination kompensiert unbewusst das Eigengewicht. In der Schwerelosigkeit neigt man dazu, zu „hoch“ zu greifen.
Im Vergleich zu diesen nachteiligen Auswirkungen der Schwerelosigkeit sind hier einige Studien eines Psychologen namens Graybiel aus dem Jahr 1977 über die Auswirkungen der Drehung eines Menschen um die eigene Achse hier auf der Erde, wie auf einem Spieß (aus https://psycnet.apa.org/record/1980-22567-001).
GRAYBIEL ROTATION KOMFORTZONEN
Graybiel kam zu dem Schluss
1.0 U/min: Selbst sehr anfällige Personen waren symptomfrei oder nahezu symptomfrei
3.0 U/min: Bei den Probanden traten Symptome auf
5.4 U/min schnitten nur Probanden mit geringer Anfälligkeit gut ab
10 U/min stellte die Anpassung ein herausforderndes, aber interessantes Problem dar. Selbst Piloten ohne Flugkrankheit in der Vorgeschichte haben sich in einem Zeitraum von zwölf Tagen nicht vollständig angepasst.
Die „Anpassung“, von der Graybiel spricht, ist die Gewöhnung an das Fehlen der Drehung, nachdem der Körper gedreht wurde.
Wie sich das anfühlt, erinnern wir uns alle aus der Kindheit.:
Ich muss sagen, dass das Rotieren eines Menschen um seine eigene Achse in der Horizontalen unter dem Einfluss der Erdgravitation höchstwahrscheinlich sehr weit entfernt ist von dem, was ein Mensch in einer künstlichen Gravitationstrommel im schwerelosen Raum erleben kann.
Ich würde so weit gehen zu sagen, dass Graybiels Rotationskomfortzonen absolut nichts mit künstlicher Schwerkraft durch Zentripetalkraft zu tun haben. Alles, was er in seiner Arbeit „Somatosensory motion after effect following earth-horizontal rotation about the Z-axis“ bewies, ist, dass die Nachwirkung einer schnellen Drehung von jemandem eine Desorientierung des vestibulären Systems des Ohrs ist, was zu Schwindel, auch bekannt als Schwindel, führt.
Aber mal sehen, ob sich diese Komfortzonenzahlen von Graybiel anwenden lassen.
Die SpaceX-Marsrakete wird einen Durchmesser von 9 Metern haben. Wäre es möglich, innerhalb der Grenzen dieser Rakete einen bequemen Lebensraum für schlafende oder ruhende Raumfahrer zu schaffen?
Eine 9-Meter-Trommel müsste sich mit 14 U / min drehen, um 1 g zu simulieren, oder mit 8 U / min, um 1/3 der Erdanziehungskraft zu erreichen. Die Ergebnisse von Graybiel würden darauf hindeuten, dass der verfügbare Platz auf der SpaceX-Marsrakete zu klein wäre.
Ich glaube jedoch, dass die Schwerkraft (Zentripetalkraft), die auf den Körper wirkt, wenn er sich hinlegt, sich nicht um sich selbst und auf einer Ebene dreht, angenehmer ist, als sich schnell um die eigene Achse zu drehen.
In Trommel-Schwerbetteinheiten es gäbe keinen Beschleunigungsgradienten von Kopf zu Fuß.
TROMMEL-SCHWERPUNKT-BETTEINHEITEN
Die Trommel-Schwerkraftbetteinheiten sind als Zusatzmodul für ein Raumfahrzeug oder eine Raumstation konzipiert, sei es im Transit, im Orbit oder auf dem Mond, Mars oder Asteroiden, um für mehr natürliche Schwerkraft zu sorgen.
Wurden Prototypen dieses Konzepts gebaut?
In gewisser Weise: Ja! Das erste Bild in diesem Beitrag ist eine Jahrmarktsattraktion aus den 1950er Jahren.
Hat die Menschheit seit den 50er Jahren wirklich vergessen, wie einfach und unterhaltsam es ist, künstliche Schwerkraft zu genießen? Offenbar haben sich die Kirmesbesucher freiwillig dem Erlebnis gestellt und es genossen.
Einfache Schwerkraftgeräte wie dieses könnten Raumfahrern helfen, ihre Gesundheit zu erhalten, nachdem das Gerät optimiert wurde.
EIN GRÖSSERES MODELL
Rotierende Radraumstation — Wikipedia
Hier sind die Berechnungen zum von Braun-Rad aus dem Jahr 1952, die im Film 2001: Odyssee im Weltraum verwendet wurden:
Sie stellten sich ein rotierendes Rad mit einem vor Durchmesser von 76 Metern (250 Fuß). Das 3-Deck-Rad würde sich mit 3 U / min drehen, um eine künstliche Schwerkraft von einem Drittel bereitzustellen. Geplant war eine Besatzung von 80 Mann.
70 Jahre vorspulen (seit den 1950er Jahren ist nicht viel passiert):
SAHC MENSCHLICHE ZENTRIFUGE
Die menschliche SAHC-Zentrifuge wurde etwa 2020 getestet und in Betrieb genommen. Sie soll die Verträglichkeit und den Einsatz künstlicher Schwerkraft auf Astronauten und ihre Gesundheit untersuchen, um den Auswirkungen der Schwerelosigkeit entgegenzuwirken. Was hat so lange gedauert?
Die Maschine hat einen Durchmesser von 5.6 Metern.
Es wäre klein genug, um die SpaceX-Marsrakete darin unterzubringen. Aber es braucht ein paar mehr Plätze.
https://www.dlr.de/me/en/desktopdefault.aspx/tabid-1961/2779_read-14523/
Zentrifuge mit liegender Testperson
Mit der Short-Arm Human Centrifuge (SAHC) in Köln – bereitgestellt von der ESA – soll künstliche Schwerkraft geschaffen werden, um Grundlagenforschung in Medizin und Humanphysiologie zu ermöglichen. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Möglichkeit, zB Bettruhestudien zu erweitern, um Methoden der künstlichen Schwerkraft-basierten Gegenmaßnahmen für medizinische Risiken aufgrund von Schwerelosigkeit zu testen.
Technische Daten:
max. Radius am Außenumfang: 2,8 m
max. Gesamtnutzlast: 550 kg
max. Zentrifugalbeschleunigung
(Fußhöhe, Probandengröße 185 cm): 4.5 g
max. Umdrehung des Zentrifugenrotors
(Softwarelimit): 39 U/min
Wissenschaftliche Anwendungen
- Entwicklung wirksamer Gegenmaßnahmen für neuromuskuläre und skelettale Degeneration von Astronauten unter Verwendung künstlicher Schwerkraft usw. …
Dies ist ein Artikel von Erich Habich-Traut für das Kontaktprojekt,
https://contactproject.org
