¿Podría un avión alguna vez simular la gravedad marciana perpendicular al piso del avión?

De acuerdo, dado que el acuerdo parece ser que esto es sobre el tema y soy piloto, tomaré una oportunidad. La respuesta rápida es sí, porque la gravedad simulada se genera a partir de la sustentación del avión, otras fuerzas se equilibran.

La respuesta más larga es un poco más complicada: ¿Puedes simular la gravedad marciana usando un avión? Absolutamente sí. Así es como se ve un perfil de vuelo parabólico:

El avión se detuvo en una subida empinada, luego los pilotos comenzaron un empujón que acelera el avión hacia abajo a 9.8ms2. En los videos del cometa del vómito verás personas flotando en el suelo en este punto. El pushover continúa hasta que el avión está en un descenso pronunciado y aumenta la velocidad para la siguiente iteración. Es el cambio del avión de un ascenso empinado a un descenso empinado lo que crea gravedad cero simulada, no la inmersión al otro lado de la parábola.

Las fuerzas que actúan sobre el avión en ese punto se ven así:

La fuerza hacia arriba que sienten los pasajeros en el interior es perpendicular al ángulo de descenso o ascenso (llamado ángulo de ataque, que es el ángulo del ala a través del viento relativo). Siempre apunta "hacia arriba" en referencia al avión, no en referencia a la dirección de la gravedad. Entonces, para tener su gravedad marciana, los pilotos necesitarían volar un perfil que creara una aceleración constante hacia abajo de 6,1 ms2 (la gravedad marciana es 3,7 ms2, por lo que 9,8 - 3,7 = 6,1) en lugar de 9,8 ms2, que es tan simple como ejerciendo menos presión hacia adelante en el palo. Durante ese arco parabólico, las alas producen 3,7 ms2 de sustentación.

Podrías pensar que un pushover más lento significa más tiempo en gravedad marciana que en gravedad cero, sin embargo, no es tan simple. Como piloto, mi consideración principal sería mantener una velocidad de vuelo segura, la subida empinada me pondría detrás de la curva de arrastre, y el empuje más lento permitiría que se desangrara más velocidad. Podría tener que llevar más velocidad aerodinámica o disminuir el tiempo de la maniobra, pero podría hacerse.

Aquí hay un enfoque no parabólico:

Una aeronave capaz de mantener un vuelo recto y nivelado a 90 km de altitud, a una velocidad de 22 596 km/h o 6276 m/s, sentirá el 37,83 % de la gravedad de la Tierra normal al suelo de la aeronave, que es la gravedad de Marte, hasta que se agote. de combustible. Durante el vuelo propulsado, dará la vuelta a la Tierra cada 1 hora y 47 minutos.

North American X-15 tenía una velocidad máxima de unos 15,000 km / h para lograr esto.

( fuente )

Cuando los Cazadores de Mitos realizaban las misiones Apolo, hicieron una caminata de gravedad lunar en un avión que volaba en parábolas. Ciertamente parecía que el piso del avión estaba nivelado desde su perspectiva y habría sido bastante inútil para su propósito si no lo estuviera. (El problema era la locomoción de salto que usaban los astronautas. Obviamente, los Cazadores de mitos no tenían trajes espaciales reales, pero tenían una simulación pesada y limitadora de movimiento de uno, y encontraron que el movimiento de salto era natural y más fácil que caminar normalmente. )

Los aviones no son los únicos dispositivos que pueden crear gravedad parcial. También se puede utilizar una torre de caída. La mayoría de ellos solo admiten trayectorias de caída libre, pero el Einstein-Elevator del Instituto de Tecnología de Hannover puede ejecutar trayectorias a cualquier aceleración entre 0,1 y 1 G.

Además del propósito principal de los experimentos bajo microgravedad, son posibles otros experimentos con hipogravedad en el rango de 0-1 g e hipergravedad en el rango de 1-5 g.

Para la ejecución de la prueba, la configuración de la prueba se coloca en una cámara de vacío móvil verticalmente, llamada góndola, que está hecha de plástico reforzado con fibra de carbono... Se utiliza un motor lineal para acelerar estos dos componentes a través de una breve fase de aceleración...

Para las pruebas de hipogravedad, el motor lineal permanece unido a la góndola experimental y controla su curva de aceleración.

La carga útil de esta torre es de 1000 kg.

Hay un par de maneras en que me gustaría describir la respuesta a esto.

Un llamado a la intuición

El arco parabólico del avión solo cambia la gravedad aparente que siente alguien que cae sobre él, no la trayectoria en sí. Esencialmente, sientes la fuerza que sentirías en un avión Martian-G que vuela con el mismo perfil de actitud.

Si estuviera sentado en un asiento en ese avión, se sentiría empujado hacia el respaldo del asiento mientras el avión ascendía y empujado contra los cinturones de seguridad cuando el avión se zambullía.

Para aliviar esas fuerzas, necesitaría que la aeronave desacelere en el ascenso y acelere en la inmersión. Ese perfil de aceleración/desaceleración estaría en función de la actitud durante la maniobra.

No me queda del todo claro qué implica eso sobre la practicidad de la maniobra; probablemente necesite comenzar en el lado alto, para minimizar el tiempo de desaceleración, pero también necesita un avión que pueda pasar el tiempo restante acelerando en la inmersión sin exceder su V_ne.

La forma en que me enseñaron en la escuela de ingeniería.

Un diagrama de cuerpo libre (que dibujaré más adelante) mostrará que la fuerza normal proporcionada por el piso de la aeronave necesariamente tendrá un componente que apunta "fuera" del arco parabólico, es decir, una fuerza que apunta hacia atrás en el lado superior del arco. , y una fuerza que apunta hacia adelante en el lado hacia abajo del arco.

Sin embargo, la respuesta implícita es la misma. La aeronave debe desacelerar para que la suma de las fuerzas aparentes sea perpendicular al piso durante el ascenso y acelerar para que la suma de las fuerzas aparentes sea perpendicular al piso durante el descenso. (... es cierto que esta parte de la respuesta podría mejorarse, pero es tarde donde estoy ahora).