Gravità artificiale su navicelle/moduli spaziali

[The_NightRider]

Perdonami, ma dove hai letto che lo Skylab girasse per simulare la gravita'?

"Some uses considered for the second Skylab module included putting it into a rotation mode where it could generate artificial gravity and a plan to celebrate the 1976 United States Bicentennial with the launch of two Soviet Soyuz missions to the back-up Skylab"

Poi non so se l'han fatto davvero ;)

Io comunque ci son entrato anche dentro(nella ricostruzione ovviamente) allo Smithsonian Air&Space museum a Washington :)

 

[Fea]

Mi pare che Skylab B non sia mai stato lanciato; e in ogni caso, se avesse avuto una allocazione di sottosistemi e volumi simile al primo, non avrebbe mai potuto ruotare ad una velocità tale da simulare alcunchè.

 

[francobagnoli]

Salve, stavo giusto studiando il problema perché sto preparando delle lezioni su "viaggi spaziali" per l'università dell'età libera (firenze). I suggerimento sono bene accetti.

Per la gravità artificiale, credo che l'unico esperimento sia quello della gemini 11 https://it.wikipedia.org/wiki/Gemini_11: due moduli legati da un filo in rotazione, peraltro generando una gravità irrisoria. Il metodo potrebbe essere interessante, considerando i vincoli:

• Bassa velocità angolare per evitare effetti dinamici (forza di Coriolis)
• Relativamente alta velocità tangenziale per evitare che la velocità relativa degli astronauti possa cambiare la forza apparente (ovvero, non vorrei volar via se mi sposto all'indietro)

Di conseguenza si deve avere una struttura con grande raggio (che evita anche di avere grandi gradienti gravitazionali), diciamo intorno ai 100 metri. Una struttura rigida sarebbe oltremodo pesante e pericolosa, ma si potrebbe pensare invece ad una struttura flessibile: un tubone di stoffa (ovviamente isolato e coibentato) che collega un paio di moduli abitativi rotanti.

Alternativamente, per viaggi lunghi tipo quello su Marte, basta tenere i motori sempre accesi. Usando motori ionici (ormai più o meno fattibili) si potrebbe avere una spinta costante intorno a qualche milionesimo di quella della gravità terrestre ovviamente accelerando sempre per metà viaggio e decelerando per la seconda metà. Supponendo che il viaggio duri 6 mesi, ovvero 15 milioni di secondi, per coprire una distanza di 60 milioni di km c'è bisogno di una accelerazione costante - per metà distanza e metà tempo - di appena 10^-3 m/s^2 ovvero 1/10000 di quella della gravità terrestre. Sempre meglio di nulla, forse.

 

[Fea]

Il problema di non avere un giunto rigido tra i corpi in rotazione è che rischi di avere degli effetti tipo dinamica "massa-molla" (oscillazioni lungo la congiungente).

In realtà se vai a leggere la Gemini 11, generare gravità non era lo scopo della missione, anzi è stata una soluzione messa in piedi per stabilizzare il sistema; lo scopo era usare l'Agena come propulsore per salire di quota (a tutt'oggi è l'orbita record per missioni manned).

Sulla questione motori ti faccio solo un piccolo appunto: i thruster ad effetto Hall (detti HET, cioè Hall Effect Thruster) esistono e si usano da un pezzo proprio per il fatto di poter generare una piccolissima spinta per un lunghissimo tempo. L'accelerazione che generano però è veramente microscopica: per fare un esempio, lo SMART-1 ha usato degli HET come motori di crociera per arrivare sulla Luna, e il rapporto tra spinta e massa (cioè l'accelerazione classica) è un ordine di grandezza sotto, si parla di 10^-4.
Non sono un esperto della parte biologica, ma a spanne un essere umano inizia ad avere problemi già dopo esposizioni lunghe (mesi) a 10^0.

 

[francobagnoli]

Grazie dei commenti. Questa pagina di wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Artificial_gravity discute alcuni degli aspetti riportati qui. Non credo che esistano degli esperimenti di lungo termine sulle conseguenze di una gravità ridotta, immagino che la gran parte degli effetti scali proporzionalmente. Chissà se è possibile compensare la mancanza di gravità con dei periodi a gravità aumentata (usando una piccola centrifuga come palestra).

Per il sistema di due masse collegate da un filo, sembra che ci sia qualche progetto https://en.wikipedia.org/wiki/Tempo3

In effetti, a parte le oscillazioni lungo la congiungente, che possono (penso) essere controllate, c'è il problema che passare dalla parte in rotazione a quella ferma cambia il momento della quantità di moto del sistema. In film di fantascienza tipo "il sopravvissuto" si vede gli astronauti "scendere" verso le zone con gravità scivolando lungo i montanti delle scale, ma se anche il sistema di controllo della sezione rotante compensasse la variazione del momento della quantità di moto, i loro corpi vanno accelerati tangenzialmente quindi sarebbero compressi o "sollevati" rispetto alla scala...

Come penso si sia capito, sono interessato alla "fisica spaziale" anche e sopratutto come metodo per illustrare i principi della fisica agli studenti.

 

[Fea]

Si vede che sei interessato, ma hai anche una buona comprensione della fisica che c'è dietro.
Magari tu nello specifico ne hai già sentito parlare, ma tanto per ricapitolare... Al momento i problemi più noti per la biologia umana dati dalla microgravità (o assenza della stessa) sono 1) la perdita di forza e resistenza per muscoli e scheletro 2) i danni al sistema visivo (link:https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/1038.html)

Il punto 2) è un po' meno noto ma si sta cercando di capire il meccanismo di azione ed eventualmente come mitigarlo, ma al momento non ci sono basi solidissime.

 

[francobagnoli]

Grazie mille. Ho visto il link. Sono un ricercatore di fisica quindi mi reputo più esperto degli aspetti fisici rispetto a quelli biologici (che però spesso hanno una base fisica). Eventuali altri spunti di discussione sono i benvenuti.