¿Podría una unidad de maniobra tripulada proporcionar gravedad artificial?

Respuesta corta: Sí, es posible. Necesita un imán grande y un campo magnético existente.

La gravedad se puede crear, cerca de 1 G, usando magnetismo. Sin embargo, no puede hacer esto fuera de un campo magnético existente. Entonces, en la Tierra, puedes hacer que algo levite usando superconductores ( Fuente ). Sin embargo, esto sería más difícil de lograr en el espacio, sin embargo, porque en el espacio no tienes un campo magnético constante. En el sistema solar, posiblemente se pueda utilizar el campo magnético del Sol. O una nave espacial podría generar un campo magnético que podría usarse para crear gravedad.

Crear gravedad usando imanes requiere superconductores u otros imanes extremadamente poderosos. Se necesitarían varios megavatios de electricidad o criogénicos (cosas muy frías) para que esto funcione. En el entorno am MMU, la criogenia sería más factible. Tampoco se sabe si este método afecta negativamente a los humanos.

Segunda opción, spinning. Siempre puedes crear gravedad haciendo girar algo. Esto requeriría que la MMU tuviera un eje diferente de donde estaba parado el astronauta, de modo que la gravedad empujaría al astronauta. El astronauta necesitaría una pared o plataforma para pararse cuando la gravedad estuviera en efecto. Este tipo de gravedad artificial puede no ser muy útil, porque el astronauta tendrá dificultades para interactuar con su entorno.

Opción final, aceleración hacia adelante. Si algo avanza lo suficientemente rápido, crea gravedad artificial. Los astronautas sienten esto todo el tiempo cuando un cohete sale de la Tierra. Sin embargo, para mantener esta gravedad, requiere grandes cantidades de combustible. Una MMU probablemente no podría contener suficiente combustible para mantener la gravedad de esta manera durante más de unos pocos segundos.

Resumen: crear gravedad en un entorno pequeño como una MMU no es fácil. Se puede hacer, pero la gravedad requiere un campo magnético, grandes cantidades de combustible o un giro vertiginoso. Todos lo ponen difícil.

Alerta: Matemáticas por delante.

Solo siendo gracioso. Sé que no a todo el mundo le gustan las matemáticas, así que pensé en agregar eso. Solo para poder decir '¡Te lo dije!' si te quejas de las matemáticas. En cuyo caso, solo lea la respuesta de DonyorM. De todos modos . . .

Las dimensiones de la MMU son las siguientes:

• $0.846 \text{ meters}$
• $0.711 \text{ meters}$
• $1.27 \text{ meters}$

¡El problema es que no sé cuál de los dos primeros es ancho y cuál es profundidad! Sin embargo, a juzgar por la imagen, la MMU es más ancha que profunda, por lo que la profundidad parece ser$0.711 \text{ meters}$.

La otra información que necesitamos saber es la gravedad de la superficie de la Luna . La razón por la que no queremos la masa de la Luna es porque el astronauta está mucho más cerca del centro de masa de la MMU cuando está amarrado que un astronauta en la Luna estaría del centro de masa de la Luna. Para replicar los efectos, necesitamos replicar la gravedad de la superficie.

• $g_{\text{Moon}}=1.6249 \text{ m/s}^2$

La fórmula para la fuerza experimentada en una persona con una masa$m_p$de un segundo cuerpo$m_b$es

$$F=m_pg=G\frac{m_bm_p}{r^2}$$ Cancelando el $m_p$s nos lleva a $$g=G\frac{m_b}{r^2}$$ Tenemos $g$,$G$, y $r$. Encontremos $m_b$: $$m_b=\frac{gr^2}{G}$$ Conectando nuestros valores, obtenemos $$m_b=\frac{1.6249 \times (0.711)^2}{6.673 \times 10^{-11}}=1.23096219 \times 10^{10} \text{ kilograms}$$ El volumen ( $V$) de la MMU es $$V=0.846 \times 0.711 \times 1.27=0.76391262 \text{ meters}^3$$ Densidad ( $\rho$) es $\frac{M}{V}$, entonces tenemos $$\rho=\frac{M}{V}=\frac{1.23096219 \times 10^{10}}{0.76391262 }=1.611391353 \times 10^{10} \text{ kilograms/meter}^3$$ Eso es aproximadamente 10 veces más denso que una enana blanca. No factible por humanos.

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Como mencionó DonyorM, la mejor opción para su pregunta (porque preguntó sobre una fuente hecha por humanos) sería hacer girar la MMU. Y qué sabes, ¡más matemáticas!

La fuerza centrípeta sobre un astronauta debe ser la misma que la gravedad superficial de la luna:

$$F_c=\frac{mv_c^2}{r}=mg_{\text{Moon}}$$ Una vez más, el $m$s cancelan, y nos reorganizamos para obtener $$v_c=\sqrt{g_{\text{Moon}}r}$$ Aquí, $r=0.711 \text{ meters}$, asi que $$v_c=1.074850641 \text{ meters/second}$$ la velocidad angular $\omega$es $\frac{v_c}{r}$: $$\omega=\frac{v_c}{r}=1.511744924 \text{ radians/second}$$ Tratando todo el aparato como un bloque con las dimensiones de la MMU (está bien, agregaré medio metro a la altura para tener en cuenta que las piernas del astronauta sobresalen, y la MMU tiene una masa de $148 \text{ kilograms}$, y el astronauta tiene una masa de, digamos $75 \text{ kilograms}$), tenemos el momento de inercia $I$como $$I=\frac{1}{12}m(w^2+d^2)=\frac{1}{12}(75+148)(.846^2+.711^2)=22.69465425$$ Momento angular $L$Se define como $$L=I \omega=22.69465425 \times 1.511744924=34.30852836$$ Sabemos que tenemos que obedecer la ley de conservación de la cantidad de movimiento: $$\frac{dL_{\text{system}}}{dt}=0$$ que se convierte $$\frac{d(\frac{1}{12}m(w^2+d^2) \omega)}{dt}=0$$ Todo aquí, pero $m$deberíamos, óptimamente, una constante, porque $m$cambia a medida que se libera combustible. Así que algo más tiene que cambiar también. Volvamos a la definición de $\omega$: $\omega=\frac{v_c}{r}$. Así que ahora tenemos $$\frac{d(\frac{1}{12}m(w^2+d^2) \frac{v_c}{r})}{dt}=0$$ Dividiendo un montón de constantes, tenemos $$\frac{d(m \frac{v_c}{r})}{dt}=0$$ Esto significa que $\frac{mv_c}{r}$es una constante También sabemos que $F$es una constante Esto significa que $$\frac{d(\frac{mv_c^2}{r})}{dt}=0$$ Asi que $\frac{mv_c^2}{r}$también es una constante. Aún $m$cambios. Pudo $v_c$¿cambiar? No, porque en el primer caso, $v_c$está elevado a la primera potencia, mientras que en el segundo caso, está elevado a la segunda potencia. En ambos casos, tendría que coincidir $dm$. . . y si $dv \neq 0$, entonces esto sería imposible en ambos casos. Asi que $r$debe cambiar, y así $$\frac{dm}{dt}=\frac{dr}{dt}$$ Si esto es posible o no para los humanos depende de la facilidad con la que se cambia el radio (¡imposible en la MMU!) Y la rapidez con que cambia la masa (por ejemplo, cuánto propulsor se expulsa en un momento dado).

El enfoque sencillo parece unir el objeto al lazo y seguir girándolo como lo hace un vaquero antes de lanzarlo. La fuerza centrífuga simulará la gravedad del objeto.

El astronauta puede rotar en la dirección opuesta pero para el objeto relativamente ligero este efecto será pequeño. Se puede compensar con los propulsores del cohete, haciendo girar otro objeto similar en la dirección opuesta (complicado pero posible) o sosteniendo la enorme nave espacial con otra mano.

La utilidad de la idea depende de por qué el objeto necesita la gravedad. Si, por ejemplo, las partículas suspendidas deben bajar del fluido, el enfoque funcionaría.