¿Será alguna vez posible una máquina o una técnica que permita la gravedad artificial en el espacio interplanetario?

Parece que no quieres la nave espacial giratoria normal como en "2001" porque te mareas. Sin embargo, nadie realmente tiene "mareo por movimiento" solo por moverse. Eso es imposible porque moverse con velocidad constante es físicamente lo mismo que estar estacionario. Lo que obtienes es "enfermedad de aceleración". Sientes los baches de un viaje en auto. Incluso entonces, podría llamarse con mayor precisión "enfermedad del tirón" o "enfermedad de las mareas". La "enfermedad de la sacudida" sería cuando su aceleración cambia con el tiempo, como al pasar por un bache. La "enfermedad de las mareas" es cuando diferentes partes de su cuerpo experimentan diferentes aceleraciones al mismo tiempo.

Dentro de un cilindro giratorio, lo que sientes sería idéntico a la gravedad normal de primer orden, por lo que no necesariamente te marearías como en un automóvil. Si te mareas porque ves que las estrellas giran cuando miras por la ventana, no construyas ninguna ventana y nunca lo sabrás.

Algunos efectos rompen esta ilusión de gravedad perfecta, incluidas las fuerzas de marea, las fuerzas de Coriolis y la velocidad angular no constante de la nave espacial. Cuanto más grande sea tu nave, menores serán estos efectos.

Las fuerzas de marea surgen cuando el campo gravitatorio no es el mismo en todas partes. Para que las fuerzas de las mareas sean pequeñas, necesitas que el barco sea grande. La fuerza de la gravedad artificial en tu nave es$\omega^2 R$con$\omega$la frecuencia angular (qué tan rápido gira el barco) y$R$la distancia desde el eje de rotación. Las aceleraciones de las mareas son entonces del orden de$\omega^2\Delta R$, con$\Delta R$el tamaño del objeto que estamos considerando (por ejemplo, su cuerpo). Las fuerzas de marea en comparación con la gravedad son$\Delta R / R$, o el tamaño del objeto comparado con el tamaño del barco. Si eres 1000 veces más pequeño que tu barco, las fuerzas de marea que sientes serán 1000 veces más pequeñas que la gravedad, demasiado pequeñas para notarlo. (En la Tierra son mucho más pequeños aún, por supuesto, porque ustedes son muy pequeños en comparación con la Tierra).

Las fuerzas de Coriolis son fuerzas que hacen que los proyectiles lanzados parezcan doblarse cuando los lanzas dentro de la nave, aunque nada los empuje. El tamaño de la aceleración de Coriolis es del orden de$\omega v$, con$v$la velocidad de la cosa que se lanza. Para hacerlos más pequeños, necesitas disminuir$\omega$. Recuerda que la fuerza de la gravedad es$g = \omega^2 R$, asi que$\omega = \sqrt{g/R}$. Para hacer que las fuerzas de Coriolis sean pequeñas, necesitas una nave grande nuevamente. Suponga que desea que las fuerzas de Coriolis estén por debajo de alguna fracción$\alpha$de$g$cuando vas a cierta velocidad máxima$v$. Entonces la fórmula para el tamaño mínimo de la nave espacial es$R > v/(\alpha^2 g)$. Si$v = 10 {\rm m/s}$y$\alpha = .01$, necesitamos una nave espacial de 10 kilómetros de diámetro. Así que vamos a tener que tolerar una aceleración de Coriolis bastante alta. Pero recuerda que no sientes esto en absoluto si estás parado. Si te estás moviendo, es solo una fuerza constante empujando hacia arriba/abajo/izquierda/derecha dependiendo de en qué dirección vayas. Sólo si diferentes partes de ti se mueven en diferentes direcciones, se convierte en un problema serio. Tus tiros libres también estarían anulados.

Finalmente, cuando las cosas se mueven en la nave espacial, la tasa de rotación de toda la nave podría cambiar porque las cosas empujan la nave. Esta aceleración sería del orden de$am/M$, con$a$la aceleración del objeto en movimiento,$m$la masa del objeto y$M$la masa del barco. La mayoría de las cosas en el barco tendrían una pequeña$m/M$, así que esto no sería un gran problema.

Si un objeto no acelera, sino que se mueve hacia el centro a una velocidad constante$v$, la nave aceleraría como un patinador sobre hielo acelerando mientras tiran de sus brazos . Esta aceleración sería del orden de$v^2m/RM$, y nuevamente sería pequeño para objetos pequeños.

Otro problema potencial es que si la distribución de masas del barco no es simétrica, el barco se tambalearía. Supongamos que el barco está en equilibrio en algún momento, pero luego un objeto de masa$m$se mueve una distancia$d$a lo largo del costado del cilindro hacia el final. Entonces la frecuencia de la oscilación debe ser del orden de$\omega md/MR$y la amplitud debe ser del orden de$md/M$. El idiota que sientes entonces sería del orden de$\omega^3 m^2d^2/M^2 R$, que debe ser pequeño siempre que sea una masa bastante pequeña que se mueva una distancia pequeña.

¿Qué tan pequeños pueden ser estos efectos? Eso depende principalmente del tamaño del barco, como vimos anteriormente. Si la nave va a simular una gravedad terrestre, no puede ser demasiado grande. Eventualmente, la tensión en los costados del barco sería tan grande que el barco se rompería. Si su nave fuera un bucle, ese radio crítico sería$T/\lambda g$, con$T$la tensión y$\lambda$la densidad de masa lineal de la pared. Para los nanotubos de carbono, esto le da un tamaño de barco de hasta$10^7 {\rm m}$, una figura tan grande (más grande que la Tierra) que todos los efectos podrían volverse intrascendentes. Para el acero se trata$5*10^3 {\rm m}$, lo que significa que los efectos sobre el tamaño humano podrían ser en general$.001$o$.0001$de gravedad

Enciende los motores de tus cohetes o configura tu nave espacial en un cilindro giratorio.

A menudo he pensado en la posibilidad de usar un líquido dentro de la cápsula (con el astronauta en un aparato de respiración apropiado, por supuesto). Además del aumento de la resistencia inducida por el movimiento, uno podría diseñar inteligentemente células de circulación que inducirían una fuerza que empujara al astronauta hacia un suelo enrejado. Creo que el movimiento del brazo sería el mayor problema a compensar. Una idea más radical sería usar líquido como medio de respiración también.

Podrías hacer que tu nave espacial tenga 1 gravedad (o menos) de aceleración en todo momento... Sin embargo, sería bastante costoso... También sería un problema reducir la velocidad ya que la gravedad se invertiría. Sin embargo, puede hacer que su área de vivienda gire para que usted y sus cosas no se estrellen contra el techo al desacelerar o simplemente gire toda la nave si no tiene propulsores en la parte delantera. Aún así, espere que las cosas salgan volando mientras gira su nave o área de vivienda y unos minutos sin gravedad.