旋轉式人造重力空間站目前還有哪些技術瓶頸?以人類現時技術發展趨勢判斷,哪些國家有機會率先建造成功?
1.想知道目前還有哪些技術瓶頸
2.想知道此項目是否有實際意義
3.按照現有太空強國的綜合能力,哪(些)個國家可能會開展相關項目?
4.科幻下實現時間。
答哪一個都行。
我記得大二設計課學可行性分析的時候我選的就是這個課題
當時我認為最容易實現的方案是靠四根柔性繩索和柔性管道(輸送電力和空氣等等)連接的兩個艙室。這樣就可以靠直徑較小的飛船發射,基座與空間站對接後靠離心力展開。不便的地方在於宇航員只能靠EVA過去,不過有離心力一個卷揚機就夠了,機動比較容易。
我看看能不能找到當年畫的圖
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哈哈哈沒想到這麼古老的圖我還能找到
也腦洞過獨立AGC站
1. 可見當年我還是STS粉
2. 可惜當年沒有KSP
如果在現階段技術水平上,一個可能的是在3D列印上有所突破,將3D列印設備和列印原料用貨運飛船發射到太空站(當然還要包括一個MINI核電設備提供強大能源),地面通過計算機周密設計模型,通過3D列印巨型空間站的各個零部件,在外太空加以組裝起來(一個例子就是建在高山的巨型的電力塔,實際是用尺寸很小的角鋼,人力背上山,一節節拼接起來的。)。由於列印材料為粉末或顆粒,可以密集的通過貨運飛船發送,對火箭運載直徑沒有要求,成本和效率大大低於直接運送零部件(技術的關鍵就在於高溫3D列印技術的突破,例如,將金屬粉末融化後列印塑造為模型零部件)。在太空真空環境進行高溫3D列印,沒有重力和空氣粉塵干擾,對零部件製造非常有利。理論上,這種方式構建太空站,類似蜜蜂築巢,可以無限擴展。至於建造環形旋轉太空站,更是不在話下。通過不同的3D列印設備和原材料,空間站需要的一切設備器具都可以自行生產,小到站內房間的裝修面板。
太空站初期成本主要來自於從地球運輸列印原料、核心設備、建站補給,當空間站達到一定規模,形成初步的自持能力後,就可以考慮移動到更高的軌道,從月球岩石、隕石中提煉各種原材料等製造各種所需,那成本就更低了(分子級的印表機甚至可以列印生產水),假以時日,永久性的人居太空站會逐漸出現,本身構成一個自持生態系統,形成人類新的不依賴地球的移居地,移動的太空基地。而3D印表機會在這個過程中不斷演進,最終產生能夠直接列印巨型密封艙段的大型印表機,這個技術可以簡稱為蜂巢技術。
可以預想,初步一個龐大的擁有百萬人的空間站的建設,必定通過百年為時間單位建造方能形成。一旦第一個擁有完整工業體系、生態體系的永久太空站建成,那麼隨著人口增長,一個又一個的類似的巨型太空站會被複制出來,人類象病毒一樣向太空其他地方擴散就不可避免了,除非有上帝之手或者外星人來打斷這個進程。
我倒是覺得咱們國家會實現。
旋轉體中的人保持站立,會受到科氏力的作用。
旋轉體系中質點的直線運動科里奧利力是以牛頓力學為基礎的。1835年,法國氣象學家科里奧利提出,為了描述旋轉體系的運動,需要在運動方程中引入一個假想的力,這就是科里奧利力。引入科里奧利力之後,人們可以像處理慣性系中的運動方程一樣簡單地處理旋轉體系中的運動方程,大大簡化了旋系的處理方式。由於人類生活的地球本身就是一個巨大的旋轉體系,因而科里奧利力很快在流體運動領域取得了成功的應用。
根據科氏力公式:
F= -2mω×v"
ω為腳相對於空間站轉軸的角速度,v"為頭部相對於腳部的線速度。
根據向心力模擬重力的原理。
容易得出結論ω^2*r=g
(2*pi/ω)*v"=2*pi*h
h為人的身高。
顯而易見。
當r增大k倍時,g不變,ω變為原來√(1/k)倍,與此同時v"也會變為原√(1/k)倍。
換言之,科氏力的大小和空間站的半徑成反比。
現在空間站的倉段直徑普遍在4-5米,如果進行旋轉,人的頭部受到的科氏力幾乎相當於一個重力,頭部幾乎得不到模擬重力的加持。
但是空間站倉段直徑已經被火箭整流罩直徑限制死了。
40年前天空實驗室時代尚且有7米+直徑的倉段。
此後由於土星5號的退役,ISS空間站倉段再次退回到5米級別,中國空間站倉段同樣也是這個級別。
不管5米,還是7米,都和可用旋轉體直徑差遠了。
整體發射需要至少幾十米直徑的整流罩,顯然不可能。即使是組裝,難度也很大。
首先擺臂連接處就是整個旋轉體最大應力承接處,確是最脆弱的部分,怎麼連接是個問題。
其次,擺臂的長度和盡頭的倉位的體積質量一樣是現代運載火箭的整流罩體積甚至運載能力應付不了的,包括土星五號。(火星救援裡面赫爾墨斯號的會議室和健身房體積並不小啊。。。)
最後,工程量挺大,錢錢錢也是很重要的。
不過,人造重力還是有一種廉價的實現方式的,就是在艙室一頭栓個繩,另外一頭掛個重物,末級運載火箭恰好可以利用一下。我主要回答第二個問題:
2.想知道此項目是否有實際意義?
實際意義不大。空間站的一個重要功能就是做微重力實驗。空間站就是要故意營造微重力環境,有些時候還有採取一些技術措施讓失重的程度更高一些。可以找到大量的論文探討空間站中的微重力實驗。
在空間站中產生人造重力,意義有限。
現在最大的問題在於發射成本太高,樓上也有提到過,就目前來說,單單只是發射到近地軌道上的每千克物質的"運費"均攤下來都是以幾十萬美元為單位計算的。
而要做到產生接近重力加速度的向心加速度並且不會讓宇航員產生暈眩感旋轉體的直徑肯定不會太小,起碼不會小於某個臨界半徑(人體可接受的眩暈極值半徑),這就意味著所需的發射質量大於現有的運輸規模(國家財政的航天撥款)。以現在最大的阿爾法國際空間站為例,423噸的體量就是幾大列強用黃金堆起來的。所以現有的航天大國都在極力降低發射成本,美國的可重複回收火箭,中國的複合空天飛機項目都是為此而生,只有它們成熟之後,它才會有建成的可能性。
也許在太空電梯建成之後。
目前航天的主要瓶頸都在航天器有效載荷成本過高上。
抖個機靈,這事得問蓋倫特聯邦海軍
這個問題我也想過,首先想到的問題是如果是科幻小說裡面那種帶空氣的,空氣恐怕不會跟著艙一起旋轉,家裡有洗衣機的可以去觀察一下,中間水流的速度要遠遠比周圍桶旋轉的慢,跟流體的性質有關,流體沒有那麼大的粘滯力帶著整個空間站里的空氣跟著空間站一起轉。
如果這個做不到,那做個帶旋轉的艙意義就不大了,不如磁鐵吸一下。其實也有辦法解決,就是做一個雙層的環狀結構,只有很窄的兩層環之間有空氣,這樣讓空氣跟著轉要容易很多。要非常大的體積才有實用價值,所以最大的困難還是造價以及發射上天的成本吧。
謝邀。為了不把人轉暈(活動時的科氏力過大),旋轉空間站的角速度不能太高,旋轉半徑不能太小,至少幾十米。要麼做一個龐大昂貴到超出現有工程能力的空間站,要麼把兩個艙室安裝到一根梁的兩端旋轉起來。但後者會帶來諸多麻煩,包括難以對接、太陽帆板受力等。至於帶著火箭甩起來之類,如果重心不是完全對稱容易滾轉失控。
航天器保持姿態穩定屬於基本原則,否則天線和太陽帆板無法正確指向。而且大型天線和太陽帆板很容易在離心力作用下解體,如幾個月前日本的天文衛星「瞳」因為控制指令符號弄錯而旋轉成碎片。
何況按照現在的宇航員體育訓練技術,體質退化問題沒那麼嚴重。
根本就沒必要搞這個。搞這種離心段無非就是為了在太空搞個類似地球的環境維持航天員的身體健康,但是人體根本就沒這麼脆弱離了重力活不了,毛子的傑納季-帕達爾卡同志在國際空間站上呆了879天,不管是失重造成的骨質疏鬆還是肌肉萎縮都有人工重力以外的方法實現,並非不可克服。想把空間站做個旋轉結構,首先要解決旋轉段的密封問題,一個空心大直徑軸承既要密封還要承力還得儘可能的輕,另外還得為從中穿過的各種管線做連接的旋轉頭。折騰完這個蛋蛋還沒碎,這還有旋轉臂的結構問題,都知道在我們目前能做到的最大直徑的結構里轉圈想得到適合的重力這個轉速是非常不友好的,所以必須得把結構架出去,不管你是做成桁架的還是圖省事用鋼索,都有個震動的問題,特別是鋼索甚為嚴重,普通空間站上震動這個問題都折騰的要死要活的,你這還得旋轉,這是要死啊要死啊還是要死啊?就算結構一切停當了,這還有使用的問題,祖布林的去火星的方案直接把整個艙段拉出去跟工作完的當配重的上面級一塊甩,但是人家那是飛船你這是空間站不能這麼干,那就必須有個條件就是離心艙跟主體結構直接必須有過道好走人,有通道沒問題,航天員想去睡覺,好,組好團,兩人一組,喊著號子同步往兩頭進,倆人體重還得盡量相等,不然還得找個配重抱著,睡覺的時候要同步躺下,起床的時候要同步起。為啥要這樣?想想洗衣機甩乾的時候衣服沒堆平整啥下場。只住一側可不可以,也可以,但是你另一側也得有個可以移動增減的配重隨著你航天員的活動調整。靠動量輪成不成?不成。所有這些蛋疼到死才得到的人工重力的作用也就是讓航天員能愉快的在低重力下吃喝拉撒加打炮,哦,這還沒法打炮,要打炮還得想辦法消除打炮造成的震動跟不平衡,外加給那些傻逼科幻片減小製作成本,畢竟他們可以不用在攝影棚里裝失重了。
何苦嘞?圖得個啥?空間站沒必要這樣,因為空間站的人想回來可以很快回來,搞一個轉來轉去的不方便,降低可靠性。
遠航,比如去火星什麼的需要。
要我看也不需要什麼旋轉軸之類的了,整個火箭以火箭中間為中心直接縱向旋轉,一個生活艙在頂部,另一個在尾部。
這樣就好了,長度就有十幾米了,人就不會隨隨便便晃暈了,而且還不用增加什麼旋轉部件。
一直想不通為什麼要空間站還需要有個旋轉部件,還要圍繞中心,一根細長的柱子直接甩起來不就好了,人就住在棍子的一頭,反正火箭上大部分是設備,再說了,越靠近中心重力越小,反而可以進行更多的實驗不是么。其實組建不是問題,可以直接在近地軌道拼起來
星際穿越里從地面發是為了做成一次發射同時作為地面實驗室掩人耳目
但是如果半徑太短,角速度太大帶來的眩暈感還是可能會有些明顯
星際穿越中是不是這種空間站
朝鮮
月球工業基地建成後,裝個太空電梯就可以建這個了
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