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[科普资料] 太空模拟重力/人造重力/旋转轮话题

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hkhtg090201 发表于 2018-7-10 11:57 | 显示全部楼层 |阅读模式

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++2018-07-10
  1.  在BFR帖子里,引起这个话题,感觉这个概念,对未来有很大 影响。
    链接  
      http://bbs.9ifly.cn/forum.php?mo ... id=88772&pid=603508

   2.  如果以后有此类的项目,可以改标题为 【任务跟踪】,到时再说吧。

本帖被以下淘专辑推荐:

 楼主| hkhtg090201 发表于 2018-7-10 11:57 | 显示全部楼层
沙发自占
topzdx 发表于 2018-7-10 12:17 | 显示全部楼层
一直觉得一个重力的模拟是迷思 , 在动植物正常生长的前提下,重力小一些对结构强度的要求低一些,送入轨道的成本有很大的不同
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 楼主| hkhtg090201 发表于 2018-7-10 12:48 | 显示全部楼层
topzdx 发表于 2018-7-10 12:17
一直觉得一个重力的模拟是迷思 , 在动植物正常生长的前提下,重力小一些对结构强度的要求低一些,送入轨道 ...
就是机械结构,没什么精细的构造。  
如果用很长的绳子,两头系舱,让它旋转起来,岂不是更简单,更省钱?
各方现在大力发展超重型火箭,同时努力降低发射成本,这种大轮子在技术上感觉不难
 楼主| hkhtg090201 发表于 2018-7-10 12:57 | 显示全部楼层
太空如同大海,最大的动物鲸鱼,生活在海中。太空中天生就是建造大型结构的场所,老贝发展NG的目的,声称就是太空工厂。
nwwind 发表于 2018-7-10 14:39 | 显示全部楼层
对于这个问题,最初是因为念书的时候一帮朋友的讨论太空城市的话题,讨论发现了一些问题。
首先是重力问题。旋转太空舱能够产生的重力是可以调整的,但是越接近地面重力越适合人类生活,这点毫无疑问。如果考虑到飞往火星的需要,那么旋转重力与火星相仿也就够了。如果是在地球附近建立工业基地或者旅游据点,那么就需要比较大的重力了。顺便说一下,在外太空建立工厂冶炼矿物,有一定的重力是有利的,利于杂质和气体的析出。
其次是旋转周期的问题,很多朋友对这个问题估计不足,能找到的资料也非常的少。据我们当时找到的一些零散资料,认为宇航员能够承受的最小周期是15秒。这是个什么概念呢?一般儿童游乐场的旋转飞椅,周期大约7~8秒。15秒比旋转飞车慢一半,但也是很够瞧的。更重要的是,我们不知道普通人的承受能力是多少。也不知道持续数年的长期居住影响有多大。不过有一点毫无疑问:旋转速度越慢,人体感觉越舒适。那么这一点和前一点相结合,就会造成空前庞大的太空城。特别要注意:短期实验和长期居住不一样,宇航员和普通人不一样。
第三是配平问题,质量不均匀的旋转体,如果是柔性的,就会拧成麻花,如果是刚性的,就会变成呼啦圈。而人和物体在太空舱里面移动,质量分布注定均匀不了。有朋友拿洗衣机做类比,但其实洗衣机有一个很重的壳体,而且摆放在地面上,其实它的转轴是一个有依托的固定结构。跟无依托的太空舱甚至太空城是不一样的。不过其实这个问题有解,解法就是配平,另一个帖子当中有朋友已经把答案说出来了。
旋转太空舱大体上有三种结构:整体结构,车轮结构,环形结构。
整体式结构是完全的刚性结构,依靠较大的自重和配重的移动来实现稳定。这种结构注定是小尺寸的,只能用在太空船上。
车轮式结构是依靠大量的径向辐条或者缆绳承受离心力的,它一方面可以做得极大,直径几十上百公里都很容易做到。另一方面是配平最简单,直接把配重挂在缆绳上上下移动就可以。它的缺陷就是你在太空城里能看到密密麻麻顶天立地的缆绳,视觉上不舒服。
环形结构是依靠圆周方向上的结构受力的。这是在各种科幻作品中最常见的太空城构型,外形上就是干净整洁的圆环。但是很遗憾,它最不靠谱。首先是它做不大,直径做到10公里都顶天了。其次是它的配平十分困难。因为配重需要沿圆周方向移动,控制很麻烦。第三是形状难以保持,因为配重一定要移动到轻的一端,于是圆环的重量集中在两端,在离心力的作用下会把圆环拉成椭圆,圆环没有足够的刚度保持不住形状。
但要补充的是,配重的重量、移动和停止的惯性对于太空舱的稳定本身就是巨大的麻烦,所以太空舱或者太空城本身就要足够重,光靠配平没用。

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nwwind 发表于 2018-7-10 16:00 | 显示全部楼层
topzdx 发表于 2018-7-10 12:17
一直觉得一个重力的模拟是迷思 , 在动植物正常生长的前提下,重力小一些对结构强度的要求低一些,送入轨道 ...

标准楼板承载力大约每平方米200kg,标准大气压是10吨。如果不是巨型结构,承载旋转重力对结构的要求是微不足道的。
3431 发表于 2018-7-10 16:09 | 显示全部楼层
topzdx 发表于 2018-7-10 12:17
一直觉得一个重力的模拟是迷思 , 在动植物正常生长的前提下,重力小一些对结构强度的要求低一些,送入轨道 ...

问题就在这里 别说人这种极其复杂的动物了 从天宫二号 国际空间站进行的一系“盆栽”实验来看 对植物而言 失去重力往往使得根 茎的分化无法进行 进而拉低了生长和光合作用的效率
对于泡水里的鱼藻类或许没影响 约束它们生长的主要是水的浮力 问题是人又不是水生动物
3431 发表于 2018-7-10 16:58 | 显示全部楼层
nwwind 发表于 2018-7-10 14:39
对于这个问题,最初是因为念书的时候一帮朋友的讨论太空城市的话题,讨论发现了一些问题。
首先是重力问题 ...

如果是宇航员搞短期 甚至是长期 有往返的探险 根本用不着旋转结构 长久以来说法是不少研究认为只要每天在1G下做几小时的恢复性训练 则可很大程度上减轻失重带来的肌肉萎缩和骨质疏松 一台臂长不到两米的小离心机即可
楠宫晓风vn 发表于 2018-7-10 17:25 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
topzdx 发表于 2018-7-10 12:17
一直觉得一个重力的模拟是迷思 , 在动植物正常生长的前提下,重力小一些对结构强度的要求低一些,送入轨道 ...

国际空间站原计划就有一个离心机住宿舱,哥伦比亚号事故后取消,壳子现在还在日本放着(NASA免费发射希望,换取JAXA免费为NASA制造离心机住宿舱舱体)……
楠宫晓风vn 发表于 2018-7-10 17:27 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
nwwind 发表于 2018-7-10 14:39
对于这个问题,最初是因为念书的时候一帮朋友的讨论太空城市的话题,讨论发现了一些问题。
首先是重力问题 ...

问题是这东西存在过,技术上是没有任何问题的,距离发射升空就差临门一脚
胜世天骄 发表于 2018-7-10 17:35 | 显示全部楼层
楠宫晓风vn 发表于 2018-7-10 17:25
国际空间站原计划就有一个离心机住宿舱,哥伦比亚号事故后取消,壳子现在还在日本放着(NASA免费发射希望 ...

貌似HTV7准备搭载一个小型离心轮试验装置上去
Lsquirrel 发表于 2018-7-10 21:36 | 显示全部楼层
我来发个德国航天局的想法:
http://images.spaceref.com/fiso/2015/061715_uwe_derz_ads/Derz-Hill_6-17-15.pdf
图片在
http://bbs.9ifly.cn/forum.php?mo ... 813&fromuid=223
楠宫晓风vn 发表于 2018-7-10 21:38 | 显示全部楼层
在JAXA官网找到了CAM舱的详细资料,我先贴点图
1280px-Centrifuge_(ISS)_in_TKSC-01.jpg
ISS_Centrifuge_Accommodations_Module.jpg
cent1.jpg
cr.jpg

链接  http://iss.jaxa.jp/iss/contribution/issjpdoc3_2_e.html

3431 发表于 2018-7-11 00:11 | 显示全部楼层
楠宫晓风vn 发表于 2018-7-10 21:38
在JAXA官网找到了CAM舱的详细资料,我先贴点图

也就是以舱壁为依托 内部机柜在转
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