Los momentos de inercia son solo los enumerados suponiendo que el cilindro tiene una densidad uniforme. Al aumentar la densidad a lo largo del 'ecuador', podría hacer que el eje de rotación sea el eje principal más grande. Esto entonces elimina la necesidad de una estabilización activa.

Una forma de lograr esto podría ser agregar un gran lago/mar a lo largo del ecuador. La profundidad y el ancho de este cuerpo de agua dependerán del peso de la superestructura que necesita equilibrar. Supongo que este es un bioma que querrías presente en algún lugar de una estructura tan grande de todos modos, entonces, ¿por qué no alrededor del ecuador?

Los largueros rígidos que irradian desde el ecuador también alterarían el momento de inercia, pero tengo entendido que el radio de un cilindro McKendree está limitado por la resistencia a la tracción de los nanotubos de carbono, por lo que no sé qué podría usarse para extender las estructuras más allá ese radio.

Durante mucho tiempo se ha propuesto bombear agua de un lado a otro para aplastar los bamboleos. Si se mueve suficiente agua justo debajo de la capa exterior, no solo puede amortiguar las oscilaciones, sino que también puede actuar como protección contra la radiación.

Es solo que se necesitaría una gran cantidad de agua y plomería para hacer funcionar ese sistema para un cilindro tan grande como el que está hablando.

Otro método serían las velas solares desplegables.

Además, si el cilindro es lo suficientemente grande, los movimientos aleatorios del interior deberían cancelarse.

¿Dimensiones arbitrariamente grandes, dices? Bien entonces...

Solo hazlo tan grande que no pueda caer.

Específicamente, hazlo largo . En escalas suficientemente grandes, todo no es rígido, por lo que eventualmente llegará a un punto en el que el cilindro no solo se tambalea , sino que comienza a torcerse y doblarse como un hilo de espagueti mojado. Ahora sé lo que estás pensando: "¡Eso suena como una idea terrible ! ¡No quiero que mis colonos sean arrojados al final de una hebra de espagueti de nanotubos de carbono con forma de látigo mientras la estructura se rompe sola!" Bueno, todavía no lo has hecho lo suficientemente grande .

Debido a que la estructura no puede ser perfectamente rígida, hay un radio de curvatura mínimo (muy grande) alrededor del cual puede doblar todo el cilindro sin romperlo, y seguirá girando felizmente mientras toda la superestructura se comprime y estira periódicamente sobre cada uno. rotación. En un radio varias veces mayor, las tensiones se volverán imperceptibles y la desviación local de la rectitud perfecta será completamente imposible de medir para la percepción humana. En ese punto, puede doblar toda la megaestructura en un bucle, unir las dos tapas de los extremos (para que técnicamente todavía cuente como un cilindro distorsionado, en lugar del toroide que obtiene si elimina las tapas de los extremos por completo), y luego encuentre que la estructura doblada, que consta de un solo tubo extremadamente largo sin par,

a) tiene un momento angular neto cero, b) no puede dar vueltas, porque sus extremos se controlan entre sí, c) tiene miles de millones de veces el espacio vital de la Tierra, y d) puede empujarse contra sí mismo para girar hacia arriba o hacia abajo, sin necesidad estricta de velas solares o masa de reacción.

Se puede hacer vibrar por asimetrías en la distribución de masa local alrededor del eje curvo, pero amortiguar ese tipo de vibraciones es una tarea mucho más simple, y el material se puede mover arbitrariamente a lo largo del eje de giro.

Esto potencialmente viola la premisa original, pero ¿qué hay de convertirlo en un cilindro muy corto? Seguro que esto reduce la cantidad de espacio habitable disponible, pero tampoco le daría a la estación un eje más largo en el que podría girar. Estaba pensando en el orden en que la longitud de los cilindros es la misma que su radio.

No estoy seguro de entender tu problema. Presumiblemente, su "tubo" orbitaría una estrella o un planeta y el campo gravitatorio lo estabilizaría y evitaría la caída. Esto se debe a que la fuerza que mantiene el extremo cercano "abajo" es significativamente mayor que la fuerza que empuja al extremo lejano lejos de "arriba".

Entonces, su problema real en mi humilde opinión sería evitar que la interacción entre la gravedad y la inercia rompa la estructura. Me temo que necesitaría esas "soluciones parciales" para eso, necesita contrarrestar la inercia. En realidad, en mi humilde opinión, esto sería algo bueno ya que, si la masa que gira en sentido contrario es un casco exterior, funcionaría como protección contra la radiación Y le permitiría rotar el hábitat real sin expulsar realmente la masa de reacción, un beneficio no trivial como la rotación de una estructura tan grande no es un problema simple. También funcionaría como armadura contra impactos físicos. Esto también haría que tener una capa intermedia "no giratoria" que probablemente desee para el espacio de acoplamiento, el almacenamiento, el sistema de sensores, la energía solar y demás sea bastante trivial.

Entonces, aunque el casco exterior que gira en sentido contrario suena complejo, creo que en realidad es la solución más simple en general, si considera todos los demás problemas relevantes para construir un hábitat grande. Lo que es más importante, es una solución robusta que depende de la estructura general del hábitat, no de sofisticados sistemas activos y dinámicos. No fallará debido a un error de software o a que se rompa un fusible. Cualquier falla será obvia, no oculta ni engañosa. Y probablemente funcionaría durante mucho tiempo incluso sin mantenimiento si estuviera diseñado para eso.

Un cilindro largo y delgado es dinámicamente inestable, y durante el largo período de tiempo en que un cilindro McKendree estaría en funcionamiento, es casi seguro que surgirá alguna condición o conjunto de condiciones para crear inestabilidad dinámica y hacer que el cilindro gire.

Dada la enorme escala del cilindro, el uso de lastre móvil o incluso propulsores de cohetes parece inviable, la cantidad de materiales necesarios para mover o la cantidad de masa de reacción que se gastará será enorme (de hecho, el acto mismo de mover megatones de lastre o bombear miles de millones de litros de masa de reacción puede ser suficiente para que el cilindro se vuelva inestable).

Mi sugerencia sería usar velas solares gigantes adheridas al cilindro para proporcionar pares de torsión suaves y prolongados al cilindro para mantener la estabilidad. La forma de las velas será un " Heliogiro ", que proporciona control de "cuchillas" individuales para proporcionar un control preciso de la cantidad y dirección del par. La ilustración es del heliogiro propuesto para una misión al cometa Halley, y dada la cantidad bastante baja de "empuje", la escala de las palas del heliogiro para un cilindro McKendree estará en la escala del propio cilindro.

Propuesta del JPL Heliogyro

Dado que el tamaño del cilindro proporcionará una gran cantidad de inercia, la aplicación suave y prolongada de pares de torsión por parte de las palas del heliogirófago debería mantener el cilindro girando dentro de los límites que desalientan la inestabilidad.

Editar para reemplazar enlace muerto

No parece haber una respuesta que sugiera la única solución obvia además de las que mencionó (y descartó) en la pregunta: simplemente haga que el momento de inercia sea más grande a lo largo del eje del cilindro, de modo que la rotación a lo largo de ese eje sea la más estado estable

Esto, por supuesto, requiere agregar mucha más masa. Pero dado que este tipo de estructura debe construirse en el espacio de todos modos, esto no es necesariamente un gran problema. Simplemente coloque una cantidad de asteroides capturados en un anillo grueso alrededor del punto medio del cilindro y péguelos con nanotubos de carbono. El anillo debe extenderse fuera del cilindro tanto como sea posible dados los límites materiales de los nanotubos que lo mantienen unido.

Por supuesto, su cilindro puede ser tan grande que ya está en los límites de la resistencia a la tracción de los nanotubos de carbono. En ese caso, este plan no funcionará en absoluto, ya que la masa del anillo ejercerá incluso más fuerza centrífuga que el propio cilindro. Debido a esto, un cilindro que use este método de estabilización tendría que ser mucho más pequeño que el máximo teórico. Sin embargo, todavía podría ser enorme.

(Debo señalar que esta respuesta es algo irónica. No estoy seguro de que realmente funcione, porque un objeto en esa escala no se comportaría realmente como un cuerpo rígido. El anillo querría girar en una dirección mientras los dos extremos del cilindro quieren caer, y eso podría causar que todo se desgarre. No sé si es posible evitar esto o no. Sospecho que en realidad las únicas formas de hacerlo son algún tipo de activo estabilización o algún tipo de masa contrarrotante, siendo esta última probablemente mucho más práctica).

Agregue una brida alrededor del "ecuador", un anillo ancho de material denso coaxial con el cilindro, que sobresalga de la pared del cilindro hacia el espacio a mitad de camino entre las tapas de los extremos. Tal vez haga que su borde sea especialmente denso o grueso. Eso aumentaría el momento de inercia sobre el eje longitudinal más que el momento de inercia sobre el eje transversal.

La mejor forma es la que mencionas. Si simplemente no necesita tanto espacio, considere varios cilindros más pequeños. Si se opone a esto por razones estéticas, supongo que podemos considerar algunas otras opciones.

También puede probar un sistema de contrapeso. Un sistema computarizado de cambio de peso puede compensar el impacto del movimiento dentro del cilindro. Cambiar el lastre líquido posiblemente podría evitar la rotación, pero no es exactamente energéticamente eficiente.

Estabilice mediante el uso de propulsores o medios similares. Una forma más de estabilizarse sería mediante el uso de cohetes o algún otro sistema de propulsión futuro para contrarrestar el giro no deseado. Sin embargo, los cohetes pueden quedarse sin combustible, entonces, ¿tal vez use imanes para manipularse dentro de un campo magnético de un planeta o sol?

Estabilizadores giroscópicos de volante

Dos de ellos, uno para cada uno de los ejes que describes. Estos volantes se opondrían a los cambios del cilindro y lo mantendrían en posición. Los estabilizadores giroscópicos funcionan mediante la conservación del momento angular. O tal vez solo necesites uno: me parece que un cilindro giratorio gigante como este ya actuaría como un volante. Por lo tanto, es posible que solo necesite un volante adicional para estabilizarlo.

de http://veemgyro.com/wp-content/uploads/2015/11/White_Paper_1403-How_Gyros_Create_Stabilizing-Torque.pdf

Cuanto más impulso, más estabilización puede obtener. Podría tener grandes volantes exteriores al cilindro. O podría tener volantes que giran muy rápido. O podría tener muchos volantes de tamaño moderado que actúan juntos.

Estás en el espacio, así que no tienes que preocuparte de que la atmósfera ralentice tus volantes si los mantienes afuera.

Una cosa interesante (adicional) sobre los volantes es que también puede almacenar energía en ellos como energía cinética, por lo que estos volantes cumplirían una doble función. Puede aprovechar esa energía para reajustar el cilindro o cualquier otra necesidad que tenga.

Utilice el sol para mantenerlo estable . No el sol, fíjate, pero suponiendo que no quieras hacer la tonta idea de hacerlo a medias ventanas, necesitas tener un poco de sol dentro del cilindro que alimentas con los paneles solares en el exterior si resulta que estás cerca de una estrella. Asumiré que puede ser tan pesado como le parezca conveniente: solo necesita un caparazón que emita luz, pero el sol local también es un excelente lugar para ocultar la industria fea mientras aprovecha las condiciones de gravedad cero.

Dado que la gente no quiere el día todo el tiempo y es un desperdicio construir un sol portátil gigante solo para apagarlo la mitad del tiempo, ese sol pasará hacia arriba y hacia abajo del eje principal del cilindro cada día. . Cada vez que sube o baja por ese eje, se enrolla en algunos de los filamentos (usted dijo nanocarbono) que lo atan y deja salir otros. Puede tener una infraestructura de vías atada a los postes para ayudar. Por supuesto, el frenado regenerativo muy eficiente hace que este proceso sea "elástico": en realidad no está desperdiciando mucha energía cuando usa los filamentos para dirigirlo.

De todos modos, al controlar la trayectoria del sol, o de manera equivalente en qué direcciones el sol aplica más fuerza durante su ronda diaria, bajo el cuidadoso control técnico del ingeniero jefe Ra, el sol ejercerá suficiente torque en suficientes direcciones en este cilindro para que pueda ser siguió girando en la dirección correcta a pesar de todos los movimientos menores en la superficie.