¿Dónde se genera la gravedad en una nave espacial en viajes espaciales súper rápidos?

En primer lugar, no sería la verdadera gravedad , pero dado que experimentamos la fuerza gravitacional igual que una aceleración constante, no habría ninguna diferencia aparente en su efecto sobre cualquier cosa que experimentaría dentro de una nave espacial acelerada. No experimentarías una velocidad constante como aceleración, sin importar qué tan rápido vaya tu nave espacial. Tendría que ser una aceleración constante, de lo contrario estarías inercial con tu marco de referencia (tu nave espacial) y no sentirías ningún peso . El vector de esta gravedad artificial estaría en la dirección opuesta a la aceleración constante de su nave espacial, según las leyes de movimiento y conservación del momento de Newton., entonces en tu gráfico eso estaría hacia la parte trasera de la nave espacial.

                                         ^{Principios de los cohetes y la tercera ley de Newton (Fuente: NASA )}

La fuerza de esta fuerza, su uniformidad y duración serían exactamente iguales y opuestas a la aceleración lograda por su nave espacial, su capacidad para mantenerla constante y durante el tiempo que usted podría sostenerla. Entonces, estas ya son limitaciones técnicas de su nave espacial, como, por ejemplo, la cantidad de propulsores que podría transportar, el rendimiento del motor, etc.

Para la desaceleración, o cualquier cambio en su vector de aceleración, al menos con cualquier medio de propulsión convencional (cohetes químicos, propulsores de iones, etc.), tendría que girar sus propulsores en la dirección opuesta a la que desea aplicar la fuerza. , por lo que a usted le concierne, estando dentro de la nave espacial, su orientación arriba/abajo probablemente no cambiaría por mucho tiempo, si rotara toda la nave espacial para desacelerar aplicando empuje en el vector opuesto. La desaceleración no es más que una aceleración negativa, por lo que hemos cambiado su vector en 180°, pero también hemos rotado la nave espacial exactamente en la misma cantidad.

En su marco de referencia común, su arriba y abajo permanecerían iguales, aunque cambiaría su cenit y nadir en un marco de referencia extendido, mirándolo en la nave espacial desde el exterior. Es decir, si antes estabas con los pies hacia la Tierra de la que partiste, ahora estarías boca abajo en la desaceleración, con los pies hacia tu destino. Sin embargo, por un momento, mientras gira su nave espacial (probablemente usando propulsores laterales más pequeños), experimentaría gravedad cero, es decir, sin aceleración en relación con su nave espacial y su marco de referencia inercial común .

Espero que lo explique lo suficientemente bien, y ahora, por supuesto, un XKCD obligatorio (apenas relevante, simplemente lindo... :)

La dirección aparente de la gravedad depende de la dirección en la que acelera la nave espacial.

Suponiendo un aumento constante de 1G (que está mucho más allá de nuestras capacidades actuales), "abajo" estaría en la dirección de los motores.

Tal barco tendría que diseñarse con sus cubiertas perpendiculares a la dirección de vuelo. Durante la parte inicial del viaje, mientras la nave acelera alejándose de la Tierra, la Tierra y el Sol estarían "abajo" desde la perspectiva de la tripulación, y el destino estaría "arriba".

Para llegar al destino a baja velocidad, debe girar el barco 180° a la mitad del viaje y luego acelerar para alejarse del destino (es decir, desacelerar ) durante la segunda mitad del viaje. Durante esa parte del viaje, la Tierra y el Sol estarían "arriba" y el destino estaría "abajo" desde la perspectiva de la tripulación.

El cambio podría realizarse apagando los motores, girando el barco y volviendo a encender los motores. O, si desea mantener la gravedad a bordo en todo momento, puede rotar la nave mientras continúa empujando (lo que puede requerir un poco de cálculo para evitar estropear la trayectoria).

La mayoría de las naves espaciales que vemos en la ficción (como, por ejemplo, el USS Enterprise y el Battlestar Galactica) tienen gravedad artificial a bordo y están diseñadas más como naves de superficie modernas, con "arriba" y "abajo" perpendiculares a la dirección de viaje. Una nave que obtenga su gravedad a bordo mediante una aceleración de empuje constante tendría que diseñarse de manera diferente, con "arriba" y "abajo" paralelos a la dirección de viaje o, más precisamente, a la dirección de aceleración.

Si no puede acelerar a 1G constante durante años, la otra forma obvia de generar gravedad a bordo es rotar la nave. En ese caso, las cubiertas serían cilíndricas y "hacia arriba" sería hacia el eje de rotación. Vemos esto en el Discovery en "2001: A Space Odyssey". Lo más probable es que el eje de rotación sea paralelo a la dirección de viaje, por lo que la Tierra y el Sol estarían "detrás" de usted a lo largo del eje, y el destino estaría "delante" de usted.

Con la tecnología actual, podemos acelerar una nave a 1G por no más de unos minutos. La gravedad artificial rotacional es probablemente factible, pero que yo sepa, nunca se ha probado. La gravedad artificial por medios distintos a la aceleración o rotación de la nave (como en Star Trek, Battlestar Galactica, etc.) todavía está en el ámbito de la tecnología mágica más allá de las teorías actuales que conozco.