физика. Насколько быстро может быть ускорен корабль с вращающимися средами обитания?

Насколько быстро может быть ускорен корабль с вращающимися средами обитания?

Может ли корабль с вращающейся средой обитания быть стабильным, поскольку он летит в космосе так быстро в течение многих лет?

Скорость, с которой он движется, не имеет значения. Стабильность важна, но совершенно не связана … интересные гироскопические эффекты вращающихся частиц космического корабля применимы как к космическим кораблям, так и к «стационарным» средам обитания. В природе звездолётов вам понадобятся огромные двигатели (или другие устройства для обеспечения тяги, такие как фотонный парус), огромные щиты и огромные резервуары с реактивной массой (для ракет), припасы и всё остальное … это работает для Ваше преимущество, потому что вращающаяся часть корабля может быть относительно легкой и маленькой по сравнению с остальными, что поможет с устойчивостью. В сочетании с реактивными колесами и реактивными двигателями , ваш корабль должен быть достаточно устойчивым.

Если мы разгоним корабль на этих огромных скоростях, похожих на возможности Venture Stars

Предупреждение о педантичности: вы не «ускоряетесь с огромной скоростью». Ускорение — это скорость изменения скорости. Если верить теории относительности (а данные свидетельствуют о том, что мы, вероятно, должны в нее верить), одна инерциальная система отсчета во многом похожа на другую. Итак, с этого момента я буду игнорировать скорость (почти) полностью и сосредоточусь на ускорении, потому что это все, что имеет значение.

Я считаю, что Venture Star был разработан для ускорения до 1,5 г, что является впечатляющим показателем. В таком случае вам не нужно вращать гравитацию … вы просто выключите ее. Учитывая, что современное проектирование способно создавать конструкции, способные выдерживать ускорение в 1 Гс в течение продолжительных периодов времени, проблема в том, что ваши вращающиеся секции справляются с 1,5 ГБ, не должна быть проблемой, особенно если вы припарковали их заранее. Что, конечно, именно то, что сделал Venture Star .

Могут ли корабли с большими вращающимися средами обитания тора безопасно ускоряться с огромной скоростью?

У вас есть три совершенно разных вопроса.

  1. Способны ли опорные конструкции выдерживать тягу основного двигателя, даже когда вращающиеся секции припаркованы? Я собираюсь предположить «да», потому что иметь корабль, который падает на куски, когда вы нажимаете кнопку пуска, немного стыдно.

  2. Подшипники не работают?

    Сложнее сказать. При выключенных двигателях силы на ваши подшипники в основном радиальные. Включите их, однако, и теперь концентратор выдвигается вперед, и внешняя сторона, естественно, захочет немного отстать. Теперь вы должны использовать упорные подшипники вместо простых подшипников, что несколько усложнит конструкцию.

  3. Что происходит с направлением искусственной гравитации при включении двигателей?

    Он начнет указывать назад, вот что с ним произойдет, потому что содержимое вращающихся секций будет испытывать ускорение из-за центробежных сил и сил тяги двигателя, и эти векторы будут складываться и указывать куда-то, кроме прямой к корме или прямо от оси.

Вот пара полезных диаграмм, бесстыдно украденных с информативной страницы Project Rho о вращающейся искусственной гравитации, которую вы, похоже, уже посещали ранее, но, возможно, стоит посетить ее еще раз:

без подталкивания толкание

Если вы готовы оставить свои вращающиеся секции перед тем, как зажечь свои двигатели (что для тороидальной гравитационной деки означает просто уменьшение ее вращения до нуля, а не сворачивание ее тоже), вы можете избежать этих проблем, но если вы хотите объединить обе силы (например, из-за того, что у вас низкая тяга и вы долго запускаете двигатели) вам нужно иметь промежуточные угловые положения, чтобы ваш вектор искусственной гравитации всегда казался направленным вниз.

Вот хороший пример ускорения из-за силы тяжести (неотличимой от тяги из-за ваших двигателей) в сочетании с центробежными силами:

ярмарочных езды

(также демонстрируя, что мы способны изготовить подходящие подшипники, способные противостоять силам, столь же сильным, как 1G тяги, хотя заставить его работать годами в вакууме оставлено в качестве упражнения для читателя). Обратите внимание на движение наружу, с точками петель в верхней части каждой привязи. Ссылка на Youtube для немного более захватывающей поездки .

Возьмите домой сообщение: тор отлично подходит, если вы не ускоряетесь, поэтому они появляются на многих проектах среды обитания. У космического корабля обязательно будут длительные периоды ускорения, что делает его использование неудобным в те времена. Соотношение тяги к выбегу будет определять ваш дизайн. Тору лучше всего подойти для очень длинных перелетов.

Или есть ли предел скорости, с которой эти корабли должны путешествовать, чтобы безопасно и стабильно перемещаться в межзвездном пространстве?

Ваши ограничения скорости в космосе имеют мало общего с вашей искусственной гравитацией.

Во-первых, вы очень сильно ограничены технологиями привода. Для ракеты, даже супер-высокотехнологичной ракеты с сердцевиной из антивещества, такой как Venture Star , вы ограничены скоростью выхлопа. Для ракеты с антивеществом с сердечником из пучка эта скорость выпуска составляет около 30% от скорости света (по причинам, в которых я не совсем уверен; пионы, возникающие в результате реакции аннигиляции, движутся со скоростью 0,94 ° С, но указанная практическая скорость выпуска) цифры для конструкций ракет с сердечником пучка ниже, чем, например, посмотрите на превосходную статью Роберта Фрисби « Как построить ракету против антивещества» для межстрочных миссий, в которой подробно рассматриваются вопросы и характеристики ракет, управляемых антивеществом).

Delta-V вашего корабля, $ Delta V $ , является максимальным изменением скорости, которое он может выполнить. Если вы носите с собой все свое топливо и массу реакции и путешествуете на скромных скоростях, это ограничено $ Delta V = V_e log_e (R) $, где $ V_e $ — ваша скорость выхлопа, $ log_e $ — естественная логарифмическая функция, и $ R $ — это отношение полностью заправленной массы вашего корабля к не заправленной массе.

Важное примечание Под «скромным» я подразумеваю «не слишком близко к световой скорости». По мере того, как ваш фактор Лоренца набирает обороты (а по 0,6c это невосполнимый 1,25), тем меньше вы можете использовать простых уравнений (как подсказал Гипносифль). Точно так же, когда вы используете ракету, в которой значительное количество вещества, выходящего из задней части, просто превращается в фотоны и бесполезно вылетает, вы не можете просто использовать обычное уравнение. Очень сложное и уродливое релятивистское уравнение антиматерии для ракеты доступно в статье Фрисби, если вы чувствуете себя смелым. Для простоты, и чтобы дать вам грубое представление о том, с чем вы столкнулись, я игнорирую это. Просто помните, что цифры, которые я привожу ниже, чрезмерно оптимистичны , а реальные цифры будут намного, намного хуже .

Теперь это говорит: если вы хотите, чтобы ваш $ Delta V $ равнялся вашему $ V_e $ , вам нужно массовое соотношение $ e $ (или около 2,72). Чтобы добавить $ V_e $ метров в секунду к вашему $ Delta V $ , вам нужно умножить свой массовый коэффициент на $ e $ . Если вы хотите получить 60% от скорости света, а ваш $ V_e $ составляет 30% от скорости света, вам нужно соотношение масс около $ e ^ 2 $ или 7,4. Чтобы снова вернуться от 0,6 к 0, вам потребуется общий $ Delta V $ 1,2 с и, следовательно, массовое соотношение $ e ^ 4 $ или 55. Для космического корабля на 10000 тонн это означает, что вам нужно больше чем четверть миллиона тонн антиматерии на борту, и удачи в этом.

Возьмите домой сообщение: ракеты ужасны для межзвездных путешествий . Есть веская причина, по которой Venture Star использовал лазерный парус для бустинга (хотя я предпочитаю конструкцию балок ). Вы, вероятно, должны использовать магнитный тормозной парус тоже.

Второй вопрос — экранирование. Вы заметите, что диаграмма Venture Star , которой вы поделились, имеет огромный набор пластин, помеченных как «защита от мусора». Я не буду вдаваться в детали защиты корабля, движущегося с приличным процентом скорости света, но это сложно, и ущерб, который он получит, будет наказывать . Потерять эту защиту, и ты мертв. Ваша скорость, следовательно, ограничена тем, насколько экранирование вы можете заставить двигатели давить. Центрифуги не будут входить в это.

Да, и третий потенциальный вопрос:

безопасно ориентироваться

Навигация по космическим кораблям довольно сложна, потому что определить, по какому пути вы должны идти, не совсем тривиально. После того, как вы решили эту проблему, вы зажигаете свою большую ракету (или другой механизм наддува), и вы уходите … вам не нужно много управлять на пути.

В случае закрученных секций это очень важно. Внеосевые ускорения, например, вызванные вращением корабля, будут иметь очень неприятные последствия и определенно будут создавать большие и неравномерные нагрузки на ваши подшипники. Выключите вращение перед поворотом!

(Кроме того, частичные повороты на высоких скоростях — ужасная идея, потому что вы получите высокоскоростную крошку, скользящую мимо вашего щита и разрушающую ваш корабль. Не поворачивайте на высоких скоростях. Межзвездные полеты должны быть прямыми.)

Если так, то как он может повлиять на эффект Кориолиса на борту, если он будет путешествовать так быстро, и на физические проблемы, которые он вызовет для корабля.

Важное примечание: искусственная гравитация обеспечивается центробежной силой, а не силой Кориолиса. Первая влияет на все объекты во вращающейся системе отсчета, вторая влияет только на объекты, у которых есть вектор скорости относительно этой системы (например, человек, который ходит вокруг в вашем разделе хаб или упавший объект и т. Д.).

Пока вы продвигаетесь вдоль оси вращения ваших гравитационных колод, и пока ваши подшипники достаточно сильны, чтобы выдерживать силу тяги двигателя и напряжения ваших вращающихся секций, у вас все будет в порядке.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
JavaScript & TypeScript
Adblock
detector