Hvorfor har man ikke et roterende modul på den internationale rumstation?

Poul Riis spørger:

Hvad er egentlig grunden(e) til, at man ikke laver et roterende modul til den internationale rumstation, så astronauterne fx kan spise og motionere i et (næsten) normalt tyngdefelt?

Det er jo en gammel og velkendt idé, men er fordelene blot for små i forhold til omkostningerne, eller er der tekniske problemer i det?

Rumfartsekspert, fagmedarbejder og blogger på Ingeniøren, Thomas A. E. Andersen, svarer:

Rumstationer i dag bliver primært bygget til forskning under vægtløse forhold.

En roterende rumstation er dyr og kompliceret at bygge, da delene skal kunne ligge i rumfærgens lastrum eller under næsekappen på en raket.

Hvis man skal skabe samme tyngdekraft i en roterende rumstation, som på Jorden (1 G), skal den enten være lille og rotere hurtigt, eller stor og rotere langsomt. En rumstation som roterer en gang i timen for at skabe Jordens tyngdekraft skal være over 3.000 km i radius.

Spørg Scientariet er redigeret af Julian Henlov

Kommentarer (32)

Hvor mange gange skal den roterer i timen med de eksisterende moduler?
Og ville det på nogen måde påvirke indbyggerne udover tyngdekraften?

  • 0
  • 0

Det er vel nærmest lige gyldigt om den skal rotere langsomt eller hurtigt. Det der nok betyder noget er om der er ligevægt i den, hvis den altså skal sidde fast på den ikke roterende rumstation. Hvis alle undtagen en står i den ene side af cylinderen og en står i den anden, så vil ham der står alene opleve ret meget tyngekraft.

  • 0
  • 0

Man kunne dele rumstationen op i to ligestore moduler anbragte i x kilometers afstand og forbundet med et kabel og lade modulerne rotere om deres fælles tyngdepunkt. Selv et kunstigt tyngdefelt paa 0,1 g maatte være en behagelighed.

  • 0
  • 0

Det bliver lidt af en rejse ind til det operationelle modul, hvor 0g er et krav.

Hvor stor, eller lille man end laver det roterende modul, må et af store problem være at det skal være let at komme til og fra og ikke forstyre resten af rumstationen.

Et andet problem er at en stor roterende masse vil gøre det betydeligt mere besværligt at manøvrere stationen.

  • 0
  • 0

Det er vel nærmest lige gyldigt om den skal rotere langsomt eller hurtigt. Det der nok betyder noget er om der er ligevægt i den, hvis den altså skal sidde fast på den ikke roterende rumstation. Hvis alle undtagen en står i den ene side af cylinderen og en står i den anden, så vil ham der står alene opleve ret meget tyngekraft.

jeg kan ikke se hvordan det skal kunne påvirke hvor meget følese af 'falsk' tyngdekraft man føler hvis der stod nogle i den anden ende/over for i en drejende cylinder eller doughnut.
den vil jo dreje med samme hastighed, om de så står i den nord eller sydlige del af cylinderen. antallet af personer ændre jo ikke på tyngdekraften da man ikke benytter sig af tyngdekraft (masse) men rotation (centrifugalkraft).
og den vil være den samme hele vejen rundt, medmindre dine besætnings medlemmer kan betegnes som sortehuller der kan vride tidsrummet.

problemet med uligevægt kan dog være at hele stationen kommer ud af ligevægt og den begynder at få en slingrevals i rummet

  • 0
  • 0

må et af store problem være at det skal være let at komme til og fra og ikke forstyre resten af rumstationen.

Det skal bare gøres i centrum, så man bevæger sig ned/ud ad en stige, mod bunden i "tyngdefeltet".

Et andet problem er at en stor roterende masse vil gøre det betydeligt mere besværligt at manøvrere stationen

Man kunne også kalde det en fordel, at den er mere stabil!?

  • 0
  • 0

Nu kan det godt være at jeg er komplet dum, men man behøver vel ikke have hele modulet til at køre rundt?

Man kunne vel bare lave et stort hamster-hjul invendig i 'modulet', opbygget i lette materialer, trukket af en lille motor?

  • 0
  • 0

I forbindelse med længere rejser i rummet, som f.eks. til Mars kommer man nok ikke uden om, at der skal etableres områder med gravitet. Men at ville skabe kunstig tyngde på ISS vil naturligvis være helt knold og tot, idet hele formålet med at bygge ISS jo netop er at kunne eksperimentere i zero gravity, ellers kunne man jo bare blive hjemme...

  • 0
  • 0

Nu kan det godt være at jeg er komplet dum, men man behøver vel ikke have hele modulet til at køre rundt?

Man kan også "bare" forbinde modulet med en lang bom til en kontravægt og lade hele systemet rotere om systemets massemidtpunkt. Kontravægten kunne være brændstof, fuelcells, vand, affald etc.

Bare 0,1 g ville gøre tilværelsen lettere deroppe, men solcellerne skal jo stadig vende mod solen hele tiden, så helt nemt bliver det ikke...

EDIT: Aage Andersen var inde på nogenlunde det samme. Det havde jeg overset.

  • 0
  • 0

Man kunne vel bare lave et stort hamster-hjul invendig i 'modulet', opbygget i lette materialer, trukket af en lille motor?

Altså et kæmpestort gyroskop. Ved ikke hvor meget man har brug for løbende at manøvrere med en rumstation, men det bliver nok ikke let med sådan en fætter monteret. Den skal nok slukkes under manøvrering.

Hvad skete der egentlig med den her?

http://ing.dk/artikel/56123-gravitationsso...

Blev der bevist noget?

  • 0
  • 0

jeg kan ikke se hvordan det skal kunne påvirke hvor meget følese af 'falsk' tyngdekraft man føler hvis der stod nogle i den anden ende/over for i en drejende cylinder eller doughnut.

Hele modulet, med alt hvad der er inde i det og sidder fast på det, roterer omkring massemidtpunktet.
Hvis der står en flok på den ene side og en enkelt på den anden, så vil massemidtpunktet rykke mod flokken og den enlige vil komme lidt længere fra omdrejningspunktet og dermed få lidt mere "tyngde".
..men... nu er astronauternes masse ikke en stor del af helhedens. Hvis iøvrigt der er en stige fra kanten ind mod rotationsaksen og folk kravler op og ned ad den så vil rotationshastigheden også ændres... men ikke meget.

  • 0
  • 0

[quote]må et af store problem være at det skal være let at komme til og fra og ikke forstyre resten af rumstationen.

Det skal bare gøres i centrum, så man bevæger sig ned/ud ad en stige, mod bunden i "tyngdefeltet".
[/quote]
Problemet er at enhver ubalance i "hamsterhjulet", som foreksempel at astronauterne ikke har fordelt sig helt jævnt vil forplante sig til det centrale 0g modul.

[quote]Et andet problem er at en stor roterende masse vil gøre det betydeligt mere besværligt at manøvrere stationen

Man kunne også kalde det en fordel, at den er mere stabil!?[/quote]
Man risikerer at den bliver så stabil at manøvrering ikke er en mulighed. Jeg ved faktisk ikke hvor meget de har behov for at manøvrere, men det er klart en problematik der skal tages højde for.

  • 0
  • 0

Det er selfølgelig en stor ingienør-opgave, at gøre en sådan for rumrejsende. Hertil kommer et ikke helt afklaret biologisk spørgsmål, hvor mange gange pr. tidsenhed mennesket kan tåle en rumsnorretur - det er nemlig ikke ganske det samme at befinde sig langt fra et tyngdepunkt og kunne nå at nyde rumudsigten, som at befinde sig tæt på et tyngdepunkt og - for at opnå samme kvantitative effekt - bliver snurret rundt, så stjernerne/galakserne farer hidsigt omkring.
Forskel på en tur i tivolis gnom af et pariserhjul, og så Londons hjul, begge gjort til en rum-forlystelse.
For de rumrejsende, er det bedste komfort-tilbud fortsat at gøre gymnastik i rummet.

Kunstig tyngde (accellerationstyngde) - i Einsteins almindelige relativitetsteori Ra findes dette begreb ikke, kun een tyngdeform er gældende, nemlig geometrisk tyngde.

  • 0
  • 0

Det er selfølgelig en stor ingienør-opgave, at gøre en sådan for rumrejsende. Hertil kommer et ikke helt afklaret biologisk spørgsmål, hvor mange gange pr. tidsenhed mennesket kan tåle en rumsnorretur det er nemlig ikke ganske det samme at befinde sig langt fra et tyngdepunkt og kunne nå at nyde rumudsigten, som at befinde sig tæt på et tyngdepunkt og - for at opnå samme kvantitative effekt - bliver snurret rundt, så stjernerne/galakserne farer hidsigt omkring.

Der behøver ikke at være vinduer i kabinen. En person inde i kabinen vil ikke have nogen fornemmelse af at verdensrummet roterer

Kunstig tyngde (accellerationstyngde) - i Einsteins almindelige relativitetsteori Ra findes dette begreb ikke, kun een tyngdeform er gældende, nemlig geometrisk tyngde.

I følge den specielle rel. teori er der ækvivalens mellem et kunstigt tyngdefelt og andre tyngdefelter.

Jeg finder det nu bekvemt at skelne mellem "kunstige" og "naturlige".

  • 0
  • 0

......også ,at man er nød til at dimensionere hele rumstationen anderledes.

Man har nogle statiske frihedsgrader i rummet som ikke forefindes her på jorden.

Et tilgængeligt roterende modul skulle også modsvares af en modsat energikrævende kraft for at overvinde leje (og Paknings)friktion

  • 0
  • 0

Et tilgængeligt roterende modul skulle også modsvares af en modsat energikrævende kraft for at overvinde leje (og Paknings)friktion

Da der ingen tyngdekraft er, kan modulet være fritsvævende, saa der er ingen friktion, bortset fra en smule fra den omgivende luft.

  • 0
  • 0

Omdrejningshastigheden i forhold til radius er den vigtige faktor her... Der opstår mange problemer hvis man ikke holder omdrejningshastigheden nede.. Man kan prøve sig frem her, og se hvad litteraturen siger til det.. http://www.artificial-gravity.com/sw/SpinC... Kristian von B

Hvis man bruger mit forslag med to ligestore moduler i f.eks 1 km afstand forbundne med et kabel og sat i fælles rotation omkring tyngdepunktet tror jeg ikke corioliskraften er mærkbar. En nøjagtig maaling vil selvfølgelig afsløre at hvis man taber en genstand, følger den ikke en ret linie til gulvet.

  • 0
  • 0

Hvis man bruger mit forslag med to ligestore moduler i f.eks 1 km afstand forbundne med et kabel og sat i fælles rotation omkring tyngdepunktet tror jeg ikke corioliskraften er mærkbar.

Løse tanker: Ovenstående må være det rigtige princip, at undgå lejer, altså at lade alt rotere, og at lade skalaen være så tilstrækkelig stor, at rumskibe kan koble sig til i midten uden problemer. Jo større skala, jo bedre. Det er dog næppe realistisk at bygge en stor konstruktion, medmindre at byggematerialerne ankommer fra Månen, parat til montering, sendt af en elektromagnetisk slynge og styret på plads af små raketter.

Hvis, så mangler vi at løse problemer med stabilitet, dvs. inertimomenterne overalt i forhold til det fælles omdrejningspunkt, korrektioner som skal ske non-stop for at bevare en balance. Sådanne korrektioner vil medføre endnu et problem: vibrationer, bølgesvingninger i den samlede konstruktion. Disse kan meget let blive utålelige og endda ødelægge konstruktionen, fordi rummet omkring konstruktion ingen dæmpning giver. Man kender det fra fjedre, og omtrentligt også fra sejlsport, at visse meget lette master og deres wirer kan opføre sig kaotisk og ødelægge sig selv, hvis en konstruktion indeholder resonanser.

Jeg ville forsøgsvis i et design vælge et ulige antal rum, et antal som helst skal være et slags resonansmæssigt primtal (færrest mulige indbyrdes fælles vibrationer alle vegne, og som vil afhænge af hele konstruktionen). Disse rum skal forbindes til en fælles midte, hver forbindelse et stift rør, med en diameter stor nok til at udstyr og mennesker kan bevæge sig igennem rørene, imellem midten og et rum, allerhelst med en elevator, fordi det giver største kontrol med flytninger af vægte pr. tidsenhed. Desuden skal hver rumt forbindes direkte med dets nærmeste naboer, altså tilsammen et kantet hjul, næppe rundt, fx en 11-kant. Bøjede rumligheder, som vi har set det i science fiction, vil være psykologisk skadelige for mennesker, det er min mistanke, fordi sådant er verdensfremmed for mennesker at leve i, på tydeligt bøjede flader. Eller: Man vil behøve at gøre hjulets diameter enorm, for at skjule bøjningen i praksis. Hvis hjulet er kun lille, vil linieære gulve dog også give psykologiske problemer, fordi man da vil kunne mærke forskel i tyngdekraften mens man vandrer.

Uanset: Hvis vi bygger et hjul, da mangler vi i så fald at kunne korrigere for ustabilitet, og kun én løsning er mulig: Der skal være nogle skinner eller rør på alle de stive forbindelsesrør, og derpå skal der være mange små uafhængige vægte, og disse skal kunne flyttes vilkårligt hurtigt og præcist af en computer, så hele hjulet altid er i balance og altid oplever færrest mulige vibrationer, uanset hvad mennesker og maskiner foretager sig af bevægelser i hjulet. Og, når en af disse mange vægte ikke længere kan forskydes i en nødvendig retning, da skal en robot afmontere vægten fra hjulet, og flytte vægten ved hjælp af en lille raket, tilbage til et midterpunkt på et af forbindelsesrørene. Jeg forudser, at hjulet behøver at have nogle ekstra rør der fx stikker skråt ud fra midten i forhold til hjulets plan, for at gøre det muligt at korrigere for ubalancer i alle rummets tre dimensioner. Det vil kræve en avanceret geometrisk model, programmeret, at kunne sikre stabilitet, men det bør være muligt at lave.

  • 0
  • 0

I've just been reading one of my old Analog magzines from the 1960s, where this very issue is being discussed in the obligatory science fact article.

There are two serious problems with the human balance mechanism which mean that:

  1. the rotation rate must be quite low. Humans are very sensitive to rotation rate.

  2. the rate of change of the pseudo-G field must be low enough tthat the coriolis effects on standing from sitting do not overwhelm the semicircular canals in the inner ear.

This puts a lower limit on the size of such a system which is surprisingly large. Otherwise, as in my title, the astronauts will get dizzy, which is not good for precision work.

It's also important to realise that although the satellite is in free fall it's still under the influence of gravity. AMSAT (the Radio Amateur Satellite Society) have used this as a stabilisation method by extending a long rod with a small weight on the end from one satellite (at least one - I'm way out of date). This end then "locked" into earth-pointing. So two units revolving held together with a cable or rod would require continuous powering up to keep the rotation rate constant. Even the classic "wheel" structure beloved of SciFi and especially 2001 - A Space Oddessy would require regular spinning up, because of this. You can't even fix it parallel to the surface below...

  • 0
  • 0

Hvis man bruger mit forslag med to ligestore moduler i f.eks 1 km afstand forbundne med et kabel og sat i fælles rotation omkring tyngdepunktet tror jeg ikke corioliskraften er mærkbar.

En sådan 1km lang wire, må også kunne bruges som radioantenne. Normalt, vil det være svært at lave en udtrukken antenne - her løses dette problem ved at lade den rotere. Samme princip, kan måske bruges ved andre monsterantenner, hvor et net udspændes og roterer.

Med lidt B-Felt i rummet, er vi også tæt på rummøller... Selvom de vil absorbere energi, for at opretholde rotationen.

  • 0
  • 0

Den naturlige tyngde, er et fænomen der er tilknyttet rummet omkring kildematerien. Tyngdens kvantitet er direkte proportional med denne materie; har vi to runde ens masser m1 og m2 med forskellige rumplaceringer, vil de af symmetrihensyn have samme vektoriale tyngdekvantitet G - er m1 og m2 placeret på eet og samme sted med en rund volumen m1+m2/2, vil tyngden nu være vektorielt 2G.

Ved den kunstige tyngde, er denne knyttet (ikke til materiens kvantitet, men) til materiens hvile/bevægelse; i et i rummet roterende "pariserhjul", vil hjulets materie opleve en kunstig vektorial tyngde, hvis kvantitet er direkte proportional med bevægelsens kvantitet - fordobles bevægelsens vektoriale kvantitet, fordobles tyngdens vektoriale kvantitet.

At få så forskelligeartede fænomener til at være ækvivalente, er da også kun lykkedes ved at pege på deres ens numeriske kvantitet, og så mørklægge pariserhjulet, som om 2. verdenskrig stadig rasede, for at vi ikke skal kunne se bedrageriet. Under mørklægningen, kan vi så sidde og læse Einsteins almindelige relativitetsteori.

  • 0
  • 0

Den kunstige tyngde er snævert knyttet til en hver især specifik materie-bevægelse; dette betyder at kunstig tyngde er skarpt materie og rum afgrænset (det kan vi forvisse os om, ved at prøve at springe på en roterende karrusel i høj fart).
Dette er for naturlig tynde aldeles ukendt.
Rumrejsende kan derfor ikke omgåes de to fænomener som var det eet og det samme, men må nøjes med at forundres over hvad man teoretisk (via matematikken), kan gøre til eet og samme fænomen.

  • 0
  • 0

David Walland, 15.10.2009 kl 12:22 1. the rotation rate must be quite low. Humans are very sensitive to rotation rate.

Nu ved jeg ikke helt hvad du mener med "low", men folk, der bor på ækvator roterer med 44000 km/24 h = 1833 km/h?

  • 0
  • 0

folk, der bor på ækvator roterer med 44000 km/24 h = 1833 km/h?

Problemet er "skøjteprinsessen der trækker sine arme tæt ind til kroppen og roterer hurtigere."

Det ubehagelige er forandringen i den personlige rotationshastighed, pr. længde som man bevæger sig imod eller med den kunstige tyngdekraft. Hvis rotationsradius er lille, er hastighedsforandringen stor pr. centimeter som man bevæger sig "opad eller nedad", udløser en heftig "coreolis", man bliver skubbet sidelæns omkuld. Som, hvis radius er meget lille, vil gøre det umuligt at sætte sig på en stol, man sætter sig ved siden af uden at ville det. Denne hastighedsforandring bliver mindre og mindre, jo længere ude ad en radiuslinie som man befinder sig fra rotationscentrum, og altså er en meget stor diameter i et roterende hjul at foretrække.

Et spørgsmål er desuden, i hvilket omfang at man, når man er i hjulet, vil kunne mærke Jordens og Solens og Månens tyngdekræfter, vinkler der hele tiden vil ændre sig, og som måske vil give ubehag.(?)

På grund af tyngdekraften, uanset kunstig, vil der være luftmæssige trykforskelle og temperaturforskelle i et stort hjul, og som betyder, at hvis man skal kunne ånde og overleve i nærheden af hjulets nav, da er der grænser for hvor stort hjulet må være.

  • 0
  • 0

[quote]David Walland, 15.10.2009 kl 12:22 1. the rotation rate must be quite low. Humans are very sensitive to rotation rate.

Nu ved jeg ikke helt hvad du mener med "low", men folk, der bor på ækvator roterer med 44000 km/24 h = 1833 km/h?
[/quote]

Folk ved ækvator roterer med 7.27e-5 rad/s. Iøvrigt det samme som folk på alle andre breddegrader ;-)

Jeg har iøvrigt svært ved at se hvorfor folk skulle være specielt følsomme over for det i rumstationstilfældet.

Det folk sikkert vil være følsomme for er om den simulerede tyngde er den samme for hovede som for fødder.

  • 0
  • 0

Lur mig om ikke jeg lusker ind i denne debat hvor jeg aldeles ingen grundlag har forat være. Det i gutter diskuterer må jeg desværre indrømme, er på et plan hvor selv min ret blomstrende fantasi mangler noget håndgribeligt at "holde fast i" .:-) Alting snurre rundt i denne tråd. Balancenerver "skvulper over", gulve, vægge og lofter suser rundt og leder tanken hen på de mest syge LSD trip man overhovedet kan tænke sig, uden chance for at træde ud af kæmpemøllen.

Kort og godt begynder der at danne sig et ret godt billede af præcis HVORFOR man ikke for længst har lavet denne hersens anti-gravitations-fætter. :-) Det er højest sansynligt langt langt vanskeligere og rasende dyrer end at det kan svare sig , uanset rumrejsens destination eller formål.

Men måske.......er der alligevel en lille chance som ikke indbefatter 39.275 tons jern og metal i en NÆSTEN kontrolabel rotation. OG ikke at glemme - de forsikrings kontrakter på HELE Kinas BNP!!
Måske skulle man nærmere fokuserer på de rejsende, dem i de hvide rumdragter. Måske kunne lægevidenskaben pille lidt ved deres balancenerver? Medicinsk eller eller fysisk? Måske kunne en hjelm eller lign - a la kamppiloter som modtager al deres data i et HUD, (Head Up Display.) bedøve sanseindtrykket og således i en eller anden grad, eleminerer fornemmelsen eller følelsen af at være i Zero Gravity?

Jeg lister ud af debatten igen såmæn. :-)

Med venlig hilsen

Torben Hedegaard......

  • 0
  • 0

  • nemlig den, at vi mennesker som race, kan stort set hvad vi vil. Det tager blot en masse tid og koster blod sved og tårer. Men ikke desto mindre, findes der mennesker på land, og under land (jeg håber de indespærrede minearbejderer i Chile har det godt og snart kommer ud i dagslyset igen). Til havs og under havs. Fridykkerer, scubadykkerer, ubådsbesætninger og forskerer på undervandsstationer. I bjerge i 5-6 kilometers højde. Som nomader på Saharas sletter. Som samerer eller som indfødte i Sydamerikas tætte regnskove. Kort og godt - der er mennesker over alt. Mennesker som har tilpasset sig livet uanfægtet af, at det kan være på benhårde betingelser.

Min pointe er derfor, at rumrejser til Mars eller meget længerer, ikke nødvendigvis behøver at være et problem, hvis blot det eksekverers i en realistisk tidshorisont. Som sagen står nu, finder jeg det utænkeligt at noget menneskeskabt monstrum af et overdimentioneret "Pariserhjul" eller lignende semi-genial konstruktion, kan fungerer tilnærmelsesværdigt som vores egen planet eller et fartøj på havets overflade kan det. Men som M.J. synger det - "if you wanna change the World - take a look in the Mirror."

Jeg vover den påstand, at fremtidig rumforskning de næste 50 - 100 år, kommer til at indbefatte yderligerer udvikling af robotteknologi, med henblik på at opsende intelligente droner / robotter som foretager de første indledende øvelser og planter forskellige beboelsesmoduler og "ruller den røde løber ud" klar til at modtage de første menneskebårene månestøvler, 20 - 50 år efter. Desuden, gætter jeg forsigtigt på, at f.eks 10 mænd OG ikke at glemme 10 kvinder i den fødedygtige alder, bliver sluset ind til hinanden i en rumstation i en bane om Jorden eller lign, med et par flasker Vodka og nogle Kims Chips, med henblik på, at undfange OG føde de første menneskebørn i rummet - LIGE så snart beslutningen er truffet om dette på globalt plan.

Disse børn, vil sansynligvis og MÅSKE være præcis så tilpasset til livet i rummet, at fordyrende og usikrer anordninger, arrangeret i forbindelse med et rumskib, kan undværes. Men det er også tænkeligt at naturen skal bruge endnu en generation til at ændre gener, balancenerver og muskelstruktur, inden den kan fremvise en vaske ægte astrunaut.

Jeg håber ikke jeg træder nogle over tæerne eller fremstår som om jeg vil gøre menneskebørn til forsøgskaniner. Jeg tænker blot, at tilpasning må være vejen frem HVIS vi virkelig vil leve i rummet.

Med venlig hilsen

Torben Hedegaard. :-)

  • 0
  • 0