Como el mes de noviembre de 2020 ha marcado 2 décadas de funcionamiento de la ISS, así como el primer vuelo operativo de una nave espacial de próxima generación, sentí que era adecuado hacer esta pregunta hoy. Daré fuentes a las afirmaciones hechas en esta pregunta según lo desee.
Desde vuelos espaciales hasta estaciones anteriores como Skylab, la serie Salyut y Mir, se sabía que la exposición prolongada a la microgravedad es muy dañina para la salud humana, causando pérdida masiva de huesos y músculos, así como pérdida y redistribución de sangre, entre muchos otros efectos nocivos. hasta el punto de que una misión tripulada a Marte sería apenas recuperable sin tecnología de mitigación. Si bien los desarrolladores originales de la ISS no lo previeron del todo, el desarrollo de esta tecnología está ocurriendo extremadamente lento, con un progreso no despreciable solo en el campo de la pérdida de masa muscular (la ARED aún se está probando más de una década después del lanzamiento).
Incluso descontando los problemas de salud, la microgravedad tiene efectos que hacen que la vida cómoda sea un desafío. Debido a la falta de asentamiento, el volumen de aire debe mantenerse extremadamente limpio, lo que requiere ventiladores ruidosos que interrumpen el sueño. Estos también son necesarios para igualar el dióxido de carbono y la distribución del calor debido a la falta de convección, lo que también hace que cocinar sea extremadamente difícil: el primer intento en diciembre de 2019 tomó un total de 6 veces más que en 1 g. El consumo de alimentos es muy problemático en general. Incluso algo tan simple como un refresco no se disfruta en el espacio, debido a los eructos que a menudo resultan en reflujo ácido. Estos comenzaron a conocerse incluso antes de que se entendieran los efectos médicos.
Los intentos de mejorar problemas como estos, sin mencionar simplemente el diseño de sistemas para operar en el entorno alienígena de gravedad cero, habían costado miles de millones en I + D incluso antes de que se lanzara la ISS, y sabían que seguiría costando miles de millones. Por otro lado, se podría construir una estación de gravedad artificial mínima utilizando tan solo 1 módulo en gran medida convencional con un contrapeso inerte de igual masa. Para facilitar el atraque y el control de actitud, se podría agregar un módulo de conexión y otro acoplado contrarrotante, para un total de 3–5 módulos más 4 trusses, 2–4 de los cuales están presurizados †. Se pueden agregar simétricamente módulos adicionales opcionales para completar el toroide. Si bien inicialmente era de 1 g, la gravedad podría reducirse para determinar un valor de corte, lo que permitiría el diseño futuro (o la modificación de la ISS en) estaciones más pequeñas y más eficientes en masa. Con todo eso en mente, ¿por qué se construyó la ISS como una estación de gravedad cero?
Mi conjetura es que ellos (principalmente la NASA y lo que luego se convirtió en Roscosmos) lo hicieron principalmente porque fue el resultado de una combinación de los programas mucho más antiguos de la Estación Espacial Freedom y Mir-2 que enfrentaron la cancelación, pero solo se completó un módulo antes de la ISS. se anunció el programa, que no fue el primero que se lanzó.
NOTA IMPORTANTE: Sé que uno de los objetivos principales de la ISS es el estudio de sujetos y materiales no humanos en microgravedad, pero esa investigación podría llevarse a cabo desde módulos acoplados al central, con la tripulación viviendo en los módulos centrífugos.
† Esto no parece más costoso que la ISS en su "finalización" en 2010, o incluso significativamente más que en la operación modular en 2002. Corríjame si me equivoco.
Fiabilidad.
Cualquier estación giratoria necesita componentes no giratorios: los paneles solares deben estar orientados hacia el sol, los radiadores deben tener sombra, los puntos de acoplamiento deben estar inmóviles, etc. Hacer una junta giratoria que pueda durar décadas es difícil; si el centro de una estación giratoria se agarrota, es probable que las aceleraciones resultantes destrocen la estación y maten a todos los que están a bordo.
Hacer una junta hermética giratoria es aún más difícil, y necesitará una si desea un espacio habitable giratorio y un laboratorio no giratorio.
Agregaré uno o dos elementos más a la excelente lista de Mark.
Estabilidad: las grandes plataformas giratorias (y tienen que ser grandes para producir una gravedad artificial útil) están sujetas a todo tipo de precesión.
Costo. La ISS no era barata. Ahora imagine simplemente poner en órbita una masa equivalente a 50 ISS, ensamblada y luego suficiente combustible para hacerla girar.
Es una buena pregunta, seguida de muchas respuestas relevantes hasta ahora. Me centraré en los aspectos fisiológicos.
Durante décadas antes del lanzamiento de la ISS se habían realizado investigaciones sobre la creación de gravedad artificial a través del giro. En resumen: el sistema de equilibrio humano (oído interno más cerebro) no puede manejar el movimiento giratorio en las escalas de lo que los humanos podrían construir en ese momento (o incluso ahora). Según recuerdo, para no estropear el sistema sensorial humano de movimiento/equilibrio, el radio de rotación tendría que ser enorme, incluso para un entorno tan pequeño como un cuarto de "G". Algo más de cien metros en el radio del giro.
El "anillo" espacial en órbita terrestre de 2001 Space Odyssey, según recuerdo, probablemente ni siquiera era lo suficientemente grande para un entorno cercano a 1 "G" que no arruinó el sistema de equilibrio humano, y mucho menos la nave más pequeña "Odyssey" enviada a Júpiter con "HAL" a bordo (¿Podemos hablar de este Dave?). Hay fórmulas para calcular el porcentaje de gravedad artificial creada, utilizando el radio, la velocidad de giro frente a las capacidades sensoriales del equilibrio humano. Si un ser humano determinado tiene un nervio vestibular en funcionamiento o casi en funcionamiento, el radio de giro debe ser enorme, o de lo contrario experimentaría un vértigo constante.
Se han realizado experimentos en humanos que tienen nervios vestibulares dañados o que no funcionan al 100%. En resumen: solo las personas con vestibulares que no funcionan al 100% podrían sobrevivir en un entorno "G" artificial giratorio relativamente pequeño, ya que esas personas no tienen sentido de movimiento o "caída".
Es una buena pregunta la que hiciste, vale la pena refrescar nuestra comprensión de... cada generación más o menos.
Enlaces relacionados:
https://www.artificial-gravity.com/sw/SpinCalc/
https://www.space.com/558-artificial-gravity-spin-idea.html
¿Por qué no hay naves espaciales que giren por gravedad artificial?
https://phys.org/news/2019-07-artificial-gravity-free-science-fiction.html
https://www.popularmechanics.com/space/rockets/a8965/why-dont-we-have-artificial -gravedad-15425569/
+1
¡esto me hizo pensar! Wo he preguntado en Science Fiction SE ¿Cuidó Kubrick de corregir la fuerza de la gravedad artificial en “2001: Una odisea del espacio”?Hubo una propuesta para agregar un hábitat giratorio experimental: Nautilus-X . Uno de esos acrónimos maravillosamente torturados: Transporte Universal No Atmosférico Destinado a una Exploración Prolongada de los Estados Unidos - eXperimental. Su objetivo principal era extender el tiempo que los humanos podían vivir en el espacio no solo a través de la gravedad artificial, sino también del almacenamiento de consumibles, protección contra la radiación, defensa contra micrometeoritos y casco autosellante.
La idea era construir una nave espacial en órbita para viajes de larga duración, pero primero iban a probar la idea en la ISS.
Para ahorrar peso y costos de lanzamiento, usaría estructuras inflables iniciadas por Bigelow Aerospace . Proporcionaría gravedad parcial para dormitorios, preparación de alimentos, comidas y baños; siendo posiblemente el último el más apreciado.
Uno de los objetivos de diseño era no estropear el entorno de microgravedad de la ISS. Eso significa que no hay vibración del anillo giratorio y el volante. Fugas mínimas de los sellos del anillo.
El anillo de demostración tendría solo 30 pies de diámetro con una sección transversal de 50 pulgadas. Eso no es lo suficientemente grande para estar de pie, pero es solo un demostrador y pararse en un ring tan pequeño puede enfermarlo. A 10 RPM proporcionaría 0,5 g.
Nunca sucedió. La propuesta de construir una demostración es de 2011, 13 años después del lanzamiento de la ISS, debería darle una idea de nuestra capacidad para sostener la gravedad en el espacio. Hay mucha ciencia básica e ingeniería que todavía no hemos hecho. La propuesta los enumera...
Ninguna estación espacial incorporará la gravedad en su diseño hasta que hayamos adquirido suficiente experiencia a través de prueba y error para responder esas preguntas y mitigar los problemas.
Los cilindros de O'Neil tienen un radio mínimo muy grande de varios kilómetros por una razón, o de hecho por varias razones.
Uno no puede simplemente hacer girar una pequeña estación para simular la gravedad y esperar que una persona se sienta cómoda cuando la aceleración en sus pies es mucho mayor que la aceleración en su cabeza, y empeora tan pronto como comienzan a moverse debido a Coriolis. efectos
Hacer una estación espacial giratoria aumenta bastante la complejidad, entonces tiene que ser ENORME para lograr tu objetivo.
Del cilindro O'Neill; Gravedad artificial :
Los cilindros giran para proporcionar gravedad artificial en su superficie interior. En el radio descrito por O'Neill, los hábitats tendrían que rotar unas veintiocho veces por hora para simular la gravedad estándar de la Tierra; una velocidad angular de 2,8 grados por segundo. La investigación sobre los factores humanos en los marcos de referencia giratorios indica que, a velocidades de rotación tan bajas, pocas personas experimentarían mareos debido a las fuerzas de Coriolis que actúan sobre el oído interno. Sin embargo, las personas serían capaces de detectar direcciones de giro y antigiro girando la cabeza, y cualquier objeto que se caiga parecería desviarse unos pocos centímetros. El eje central del hábitat sería una región de gravedad cero, y se previó que allí podrían ubicarse instalaciones recreativas.
+1
Este es un punto realmente bueno y, sorprendentemente, es la primera vez en la página que se menciona y describe explícitamente el efecto Coriolis . ¡Bienvenidos al Espacio!Las otras respuestas son buenas, pero creo que nos perdemos algo.
Imagina una caminata espacial alrededor de una estación espacial giratoria. Con la tecnología actual, necesitamos caminatas espaciales periódicas.
¿Y si hubiera que parar la estación por mantenimiento?
Es bastante difícil estudiar gravedad cero si no estás en un entorno de gravedad cero.
Ahora la pregunta implica que podríamos mitigar algunos de los efectos de la gravedad cero, digamos en la salud de la tripulación, simulando la gravedad. Sin embargo, esto ignora que los efectos de la gravedad cero en la salud de la tripulación son parte de la misión de la ISS:
La investigación en la ISS mejora el conocimiento sobre los efectos de la exposición espacial a largo plazo en el cuerpo humano. Los temas actualmente en estudio incluyen atrofia muscular, pérdida ósea y cambio de fluidos. Los datos se utilizarán para determinar si la colonización espacial y los vuelos espaciales tripulados prolongados son factibles.
https://en.wikipedia.org/wiki/Scientific_research_on_the_International_Space_Station
O para decirlo de otra manera, la ISS y los astronautas que la tripulan no están allí solo para realizar experimentos científicos. Son parte del experimento.
Para agregar otra faceta a una pregunta que ha provocado respuestas tan excelentes:
PESO
Una estación espacial que no gira no pesa nada, por masiva que sea. En una primera aproximación , podría sujetarse con una cuerda.
Una estación espacial que proporciona una fuerza centrípeta de 1 g significa que el suelo bajo tus pies pesa 1 tonelada por tonelada. Que es mucho peso. Lo que significa una estructura fuerte para mantenerlo unido. Que es masivo. Que, por tanto, pesa. Que, por tanto, necesita más fuerza…
JRE
Oso
david hamen
tylerh
RonJohn
jamesqf
dave gremlin
donjuedo
Mazura
David Conrado
físico loco
Doresoom