Kreatív mérnöki megoldás forgó gyűrű űrállomásban súlytalan közlekedésre?
Annyira egyszerűen próbálom megfogalmazni a kihívást, amennyire csak tudom. Tehát:
- Van egy gyűrű űrállomás ami forog 1G-vel (1 RPM).
- A centripetális erő lefelé fog nyomni köszönhetően a szögsebességnek (angular velocity).
- Nagy a gyűrű átmérője, tehát szeretnénk egy gyors közlekedési lehetőséget (1 RPM).
- Kellene egy opció a súlytalan mozgásra.
Legyen egy rúd, ami körbemegy az egész gyűrűn, de nem kellene forognia az űrbázissal. Hogyan stabilizáljuk? Erre várom a megoldásokat.
válasza:Amúgy ez egy érdekes témakör, melyen sok részletet át lehet gondolni:
Az egy kilométeres kerületű gyűrű sugara 159 méter, és az 1G kerületi gyorsuláshoz 25,3 másodperces keringési idő szükséges. A kerületi sebesség 39,5 m/s, mely 142 km/h felel meg. Logikus, hogy ilyen csekély távolságok esetén nem igazán van értelme ennyire eszetlenül száguldozni, márpedig itt a kérdező "súlytalan" közlekedésben gondolkodik, ami ennek a sebességnek felel meg.
Akkor például vegyük egy tízszer ekkora űrvárost! Ennek a keringési ideje 10^(0,5)-szerese az előbbinek, tehát kb. 80 másodperc. Ugyanilyen arányban módosul a kerületi sebessége is, tehát az már 125 m/s, vagyis 449 km/h!
Már üzemeltetési okokból sem indokolt, de biztonsági és költségvetési szempontból abszolút előnytelen lenne egy ilyen vidámparki élménykocsikázással biztosítani a mindennapos közlekedést egy űrvárosban, hisz egy esetleges kocsielszabadulással vagy ütközéssel járó meghibásodás súlyos szerkezeti károkat és nagyobb számú halálesetet is okozhat egy űrállomás fokozottan veszélyes környezetében!
Azért írtam, hogy nincs középpont, hogy ne abban gondolkodjatok. Nyilván praktikus lenne középponti járatokat tervezni, de engem az érdekel, ahogy a kérdésben írtam (és senki sem válaszolt arra), hogy legyen egy nem-forgó rúd, azaz effektíven inerciális (ha nem is abszolút) relatíve a forgó gyűrűhöz egy külső megfigyelő szemszögéből. Ez egy elég érdekes és egyedi mérnöki kihívás szerintem, de azóta találtam egy megoldást rá:
Építsünk ki egy forgó sínt a felső falra, és építsünk ki arra egy hordozószerkezetet (outer bearing assembly), amire fogjunk fel mágneses csapágyakat (active magnetic bearing), amiken keresztülmenne a rúd. Amikor az űrállomás elkezd forogni, a sín azzal ellentétes irányba fog forogni szinkronizált sebességgel, azaz a mágneses csapágyak is a rúd körül, viszont a rúd maga nem fogja átvenni a forgási momentumot a csapágyaktól, mivel azok mágnesesen stabilizálják a rudat egy helyben, nincsen súrlódás. Tehát a rúd effektíven inerciális egy külső szemlélő szemszögéből. Amikor egy ember a forgási referenciakeretből felugrik és megfogja a rudat, súlytalanná válik, anélkül, hogy forgási sebességet venne fel a rúdtól. Plusz, ezzel a módszerrel olyan érdekes effekteket láthatunk, ahogy egy ember a forgási keretben azt látja, ahogy egy másik pl. törökülésben, nagy sebességgel elrepül felette.
Tudom, lehetnek további nehézségek ezzel a módszerrel, pl. hogyan akadályozzuk meg, hogy a rúd forogni kezdjen, hiszen a felugró emberek végül is átadják a rúdnak a forgási momentumukat. Vannak kezdeti ötleteim, de ezen még gondolkodom, viszont akár erre is jöhetnek válaszok, aki kigondolna valamit.
válasza:#12 - kérdező - azt hiszem, hogy kezdem érteni az agymenéseid lényegét, tehát akkor a válasz:
Technikailag abszolút nem probléma egy ilyen rudat beszerkeszteni egy forgó űrállomás belsejébe, főleg ha megelégszünk az arról lelógó kapaszkodók használatával. Akár klasszikus csapágyazással is jól megoldható a téma.
De mivel a viszonylag nagy sebességű rúd-gyűrű nagy sebességgel forog, ráadásul a levegővel is súrlódik, így még üresben is motorokkal kellene hajtani. A felfüggesztés görgőin keresztüli meghajtás egyáltalán nem probléma, viszont a fentebb prezentált és számszerűsített arányok értelmében az elképzelés teljesen abszurd.
Például vegyük csak a 11. hozzászólásomban említett, mindössze 320 méter átmérőjű állomás rúdjának a sebességét, mely 39,5 m/s (142 km/h)! Erre felugorni és csimpaszkodni addig, amíg (orkán-)szélsebesre fel nem gyorsulunk, hát az egy elég akrobatikus mutatvány lenne - nemde? A felfüggesztőrendszer miatt mindenképp kapaszkodókat kéne használni, de nemcsak ez miatt, hanem azért is, mert a mozgás kiegyenlítődéséig disszipálódó óriási energiamennyiséget csak egy jól megtervezett csúsztatófék képes felvenni!
Eléggé kényelmetlen lenne már az óriási légellenállás is, tehát rendes súlytalansági élményünk ez miatt gyakorlatilag nem is lehetne - ja, és le is kéne valahogy szállni a cuccról úgy, hogy utána ne két hétig az intenzív osztályon kelljen lábadozni!
Ha nem akrobaták általi használatot szeretnénk, akkor mindenképp függőkocsikban kéne gondolkodni. Az egész koncepció annyira abszurd és műszakilag indokolatlanul komplikált, hogy semmi értelme tovább erről elmélkedni. A kutyaközönséges kötöttpályás automata személykocsik teljesen megfelelnek egy nagyobb űrállomás közlekedési céljaira!
válasza:"De mivel a viszonylag nagy sebességű rúd-gyűrű nagy sebességgel forog..."
- helyett helyesen:
De mivel a rúd-gyűrű viszonylag nagy sebességgel forog...
Egy 80 kilós emberi test mozgási energiája 39,5m/s esetén = 62,41kJ. Passzív rendszerű indulásnál és leállásnál ennyi energiát kellene disszipálni a kapaszkodó fékrendszerének néhány másodperc leforgása alatt - hisz a 25,3 másodperces körbefordulási idő alatt nincs több időnk, ha felesleges körök megtétele nélkül is már mindenáron súlytalanságot akarunk. Bár ez technikailag megoldható, de az utazás inkább egy bungee-jumping ugráshoz hasonló téma lenne a körív két legtávolabbi pontja között is - méghozzá egy tömegközlekedési kapaszkodó-fogantyún!
🤔
A fentebbi számok alapján már könnyen belátható, hogy egy viszonylag kis gyűrű esetén sem alkalmas az ilyesmi, de a méretek növekedésével egyenesen lehetetlené válik a téma. Fel nem foghatom, hogy a nagyérdemű kérdező fejében ez a súlytalansági száguldozás dolog mi alapján fogant meg, hisz a legelemibb megfontolások szerint sincs értelme a témának!
😎
válasza:"Ez egy elég érdekes és egyedi mérnöki kihívás szerintem, de azóta találtam egy megoldást rá..."
Válasz:
Gondolom a fentebbi magyarázatok alapján már belátod, hogy a mérnöki megoldások kitalálásához előbb a középiskolás fizikát kéne elsajátítani - hisz az említett mérnöki kihívás egyszerűen nem létezik. Szerintem inkább egy elektromos roller működésének a megértésével kéne kezdeni a közlekedésmérnöki alapokat!
Kapcsolódó kérdések:
Minden jog fenntartva © 2025, www.gyakorikerdesek.hu
GYIK | Szabályzat | Jogi nyilatkozat | Adatvédelem | Cookie beállítások | WebMinute Kft. | Facebook | Kapcsolat: info(kukac)gyakorikerdesek.hu
Ha kifogással szeretne élni valamely tartalommal kapcsolatban, kérjük jelezze e-mailes elérhetőségünkön!