¿Cuál es la mejor forma de vuelo vehicular motorizado dentro de un hábitat de McKendree?

Parece que es hora de un desafío de marco leve. Este hábitat tiene cientos de kilómetros de diámetro y miles de largo. Intentar tener un solo tipo de máquina voladora en un entorno tan grande no tiene sentido: la economía dicta que habrá diferentes tipos para diferentes propósitos.

Si la presión del aire en la superficie interior es similar a la del nivel del mar en la Tierra, y la "gravedad" de espín es 1G, entonces la atmósfera se adelgazará con la altitud de manera similar a la atmósfera de la Tierra, y el eje estará razonablemente en vacío duro. La atmósfera deberá estar dispuesta para girar con el cilindro. Si no lo hizo inicialmente, la fricción con el interior lo hará girar, a costa de semanas de vientos huracanados arrancando todo de la superficie. La atmósfera formará naturalmente capas, girando a diferentes velocidades, y necesitará deflectores para evitar que se formen tormentas permanentes, extrayendo su energía de la velocidad de giro del hábitat y, por lo tanto, ralentizándola gradualmente.

Los aviones de ala fija funcionarán bien para viajes de larga distancia entre diferentes puntos en la superficie interior, siempre y cuando no intenten volar a más de, digamos, 25 km, donde el aire comienza a volverse bastante delgado para ellos. La sustentación aerodinámica no requiere gravedad "real" de ninguna manera, es estrictamente una interacción entre un perfil aerodinámico y un fluido, que produce una fuerza. Los helicópteros funcionarán bien para distancias más cortas, trabajos que requieran vuelo estacionario, etc.

Los aviones actuales se reorientan hacia la curvatura de la tierra mientras la sobrevuelan sin problemas, y la curvatura del hábitat es solo un orden de magnitud más pronunciada. La navegación en el marco de referencia de rotación más rápida será un poco diferente a la de un planeta, pero no será un problema, dadas las computadoras de navegación simples y un equivalente del GPS. Cualquier sociedad que pueda alcanzar tal hábitat, y mucho menos construir uno, no tendrá dificultad con las tecnologías relevantes.

Los aviones supersónicos podrían crear un problema de ruido. En la Tierra, ese problema está bastante localizado cerca de su trayectoria de vuelo, pero el entorno cóncavo podría ver ondas de choque que viajan varias veces alrededor del cilindro. Necesitas a alguien que sepa más acústica que yo para responder a esa pregunta.

La parte más difícil es llegar a la región del eje, y cargar los medios de transporte ordinarios con el soporte vital y los motores necesarios para eso no tiene sentido. Dado que el eje está efectivamente en el espacio, necesita una nave espacial para sobrevivir allí. La forma sensata de construir uno es tener "ascensores espaciales" en las tapas de los extremos, y tal vez en algunos puntos a lo largo del cilindro. Este último podría correr a lo largo de las vigas transversales que se requerirán para mantener unido el cilindro. Los ascensores pueden llevar una nave espacial a la región de baja gravedad y sin atmósfera, y pueden usar cohetes de potencia comparativamente baja para moverse allí. Se requerirá una navegación cuidadosa, ya que moverse demasiado lejos del eje significa que serán acelerados por la atmósfera superior y comenzarán a caer. Siempre será necesario un sistema de paracaídas de emergencia.

Los viajes de rutina en la región del eje podrían utilizar con sensatez un sistema de trenes eléctricos con vagones presurizados y rieles dispuestos de modo que los trenes no puedan salirse de ellos. Sin embargo, aún necesita naves espaciales para reparar las vías del tren, llegar a lugares que no suelen necesitar mantenimiento, etc.

Una buena representación del interior de tal hábitat, aunque aún más grande, se puede encontrar en la historia de Schlock Mercenary " Broken Wind ". A ese hábitat le había faltado mantenimiento durante varios millones de años, y la nave espacial en la historia usa generadores de gravedad supercientíficos, pero el clima es correcto. Dado que fue construido por criaturas que vuelan a través de bolsas de gas, carece de un sistema de trenes y otros dispositivos que los habitantes de la superficie como los humanos querrían.

La fuerza centrípeta puede sentirse como la gravedad, pero es un principio completamente diferente y eso crea algunos problemas importantes. Cualquier embarcación en el interior de un cilindro giratorio está efectivamente en caída libre; todo lo que evita que salga volando en línea recta es la curvatura de la superficie, que aplica una fuerza para cambiar su vector de inercia. En el momento en que un avión sale de la superficie, tiene que proporcionar esa fuerza de compensación por sí mismo. Uno podría hacer esto con sustentación como un avión terrestre, pero tenga en cuenta que:

• El vuelo nivelado dentro de un cilindro sería equivalente a un avión terrestre haciendo un giro constante a lo largo de un eje dado, porque el avión siempre tendría que estar tirando hacia arriba alejándose de su curso de inercia.
• Requeriría un diseño de ala extremadamente complejo, porque el vuelo alrededor de la circunferencia requiere levantar constantemente el morro, el vuelo hacia abajo del diámetro significa hacer rodar el avión (un ala constantemente en ascenso), y los vuelos diagonales exigirían un poco de ambos, en proporción. .

La ventaja de un avión terrestre es que puede utilizar la sustentación para compensar la gravedad y lograr un planeo estable y de energía relativamente baja. Un avión en un cilindro giratorio requeriría un consumo de combustible mucho mayor y un control mucho mayor momento a momento, porque tiene que corregir constantemente su propia inercia. Un helicóptero podría ser una opción algo mejor, pero tenga en cuenta que en el momento en que un helicóptero deja la superficie, su tendencia será girar y rodar sobre su espalda (está, nuevamente, en caída libre); necesitaría compensar constantemente una variedad de extrañas fuerzas de giro.

Una mejor solución sería algo como un globo o un dirigible. Las naves más ligeras que el aire se elevan por flotabilidad, por lo que la superficie continúa proporcionando la fuerza que corrige el vector de inercia del globo, transmitida a través de la presión del aire. Dale propulsión horizontal y algunos medios para subir y bajar, y listo. Podría ser un viaje un poco salvaje... Dado que no hay atracción gravitatoria para mantener la cabina en una orientación particular, todo el globo giraría como un objeto en caída libre a menos que hubiera algunos controles de actitud para mantenerlo estable. Los globos no son rápidos , pero son escalables, económicos en recursos y mucho más fáciles de controlar en ese entorno.

Para vuelos propulsados, probablemente prefiera un diseño de cohete en lugar de un avión. Lánzalo en sentido contrario para que cancele la inercia impartida por la rotación, muévelo en caída libre hacia arriba y hacia abajo a lo largo del cilindro, luego iguala cuidadosamente la velocidad y aterriza donde quieras. Eso no es amigable con los recursos, pero sería tecnológicamente más simple que intentar diseñar un avión propulsado por ascensor para ese entorno.

Editar: Respuesta corta: el cilindro no tiene mucha diferencia de presión entre el centro y el borde. La gravedad hace que la atmósfera de la Tierra se diluya en la altitud, no el giro, por lo que un diseño básico de helicóptero de baja potencia está bien.

Si desea la ecuación diferencial, consulte: https://space.stackexchange.com/questions/31465/radial-variation-of-atmospheric-pression-in-rotating-oneill-cylinder-like-ship

Respuesta original: si tienen generadores de campo de gravedad supercientíficos mágicos^H, simplemente úselos en el equivalente a un transbordador terrestre.

Si se trata de un objeto cilíndrico que depende de la rotación para percibir la gravedad a través de la fuerza centrífuga, la presión del aire es idéntica en todas partes. Así que diséñalo como quieras. Solo necesita superar el arrastre (resistencia del aire). En cuanto a los vientos, basta con dar a los tramos habitados un techo de cristal para que no haya irregularidades estructurales que generen vientos irregulares. Vaya desde la "planta baja" hasta el "techo", pase por la cámara de aire y ascienda desde allí. Si quiere fingir que los vientos siguen siendo un problema grave, use una honda como lo hace un portaaviones para lanzar naves.

Piénsalo. Si lleno un frasco de vidrio con aire, la presión del aire no cambia sin importar qué tan rápido lo haga girar en la Tierra, o en el espacio, bajo el mar (suponiendo que el recipiente no explote/implosione bajo diferencias de presión.

Por lo tanto, puede usar un motor de helicóptero de muy baja potencia / helicóptero cuádruple para moverse. Si esta estructura fue diseñada para rotar a "solo" 1,000 mph (velocidad de rotación del nivel del mar en la superficie de la Tierra), entonces ya tiene materiales mágicos (scrinth of Ringworld) con una resistencia a la tracción superior a todos los materiales conocidos por el hombre y eso todavía no lo haría. obtener su gravedad normal de la Tierra.

Por cierto, todos los que estén cerca de la "estrella" en el dibujo morirán quemados y todos los que estén en los extremos del cilindro morirán congelados. Es una buena pieza de arte conceptual, pero no es, de ninguna manera, una opción viable.

Cualquier recipiente giratorio con gravedad normal requiere niveles mágicos de ciencia material. Solo ve a leer Ringworld y renuncia a las cosas que no quieres molestarte en explicar. Rendezvous with Rama es el otro análogo de tu reinicio.

Para los números de Ringworld, consulte: http://www.alcyone.com/max/reference/scifi/ringworld.html

Para la gravedad frente a la velocidad de rotación, consulte: https://www.artificial-gravity.com/sw/SpinCalc/ Entonces, para un cilindro de 1 KM de diámetro... ~100 m/s, que es 3,6 KM/min = 216 km/hr

Si su estructura tiene 1000 km de diámetro... ~3131 m/s de velocidad en la superficie.

Casi 700.000 km/h.