Raumkolonien

Verstehe ich also so richtig, daß die ballistische Paarung zweier Zylinder um eine stabille Ausrichtung Richtung Sonne zu erhalten zu starke Gezeitenkräfte erzeugen und somit andere Steuerungsmethoden effektiver wären?

Dadurch dass sich die Bewohner ständig im Inneren bewegen (man will ja schliesslich dort leben), gibt es eine permanente Massenumverteilung. Eine solche Struktur rotiert daher nicht, wie ein Rad am Auto um die fest definierte Achse, sondern um eine Achse, die sich allein aus der momentanen Massenverteilung ergibt. Also Zentralachse != Rotationsachse.

Würde man also zwei solcher Rotationskörper an ihren Zentralachsen (bzw. geometrischen Polen) verbinden, wären gigantische Kräfte in den Verbindungen die Folge.

Ich kann mir nicht ausrechnen, welche Kräfte das wären. Aber die Masse der sich bewegenden Menschen ist << Masse des Habitats. Ich glaube nicht, daß das gigantische Kräfte auslöst. Höchstens begrenzt, wenn sich alle für eine Veranstaltung an einem Ort versammeln.

Wenn größere Massen bewegt werden müssen, ist das vielleicht anders. Da müßte man ein System zum Masseausgleich haben, z.B. umpumpen von Wasservorräten oder ähnliches. Oder verschieben von Vorräten an andere Lagerorte. Wahrscheinlich mehrere Methoden parallel, auf jeden Fall ein Massemanagement. Aber das bräuchte man auch bei einem einzelnen Zylinder.

Wirklich große Kräfte würden auf jeden Fall wirken, wenn die Orientierung des Systems geändert werden müßte, schnell geht das bestimmt nicht, oder das System zerlegt sich.

Edit: Diese Kräfte wirken zwischen einem stationären Rahmen und den drehenden Habitaten. Das wahre konstruktive Problem dürfte darin liegen, solche Kräfte über geeignete Lager zu übertragen. Ob das konstruktiv langlebig und zuverlässig möglich ist?

Guten Morgen,

kurze Frage von mir zu den obigen Gedanken: Wieso sollen zwei Röhren (ineinander) rotieren?
Einen Drehmomentausgleich à la Hubschrauber braucht man nur, wenn sich eine Röhre an der anderen "abstößt", um die eigene Rotation zu beschleunigen/zu bremsen. Wenn man die Rotation mit chemischen/elektrischen/nuklearen Triebwerken direkt kontrolliert, braucht man keine zweite Röhre. Dann ist die ausgestoßene Treibstoffmasse der Impulspartner.

Ein rotierender Zylinder ist ein Kreisel. Er hält die Lage seiner Rotationsachse stabil und setzt einer Änderung dieser Lage einen sehr hohen Widerstand entgegen. Mit zwei Zylindern kann dieser Effekt aufgehoben werden und man kann sie frei im Raum orientieren, ohne gegen den Stabilisierungseffekt ankämpfen zu müssen.

Das hab ich aus dem Link gelernt, das Haus Atreides in seinem ersten Beitrag gepostet hat.

http://en.wikipedia.org/wiki/Island_Three

Nachtrag: Um das Habitat mit dieser Spiegelkonstruktion auf die Sonne ausgerichtet zu halten, muß die Orientierung im Raum permanent korrigiert werden. Ohne Doppelzylinder braucht es dafür eine ganze Menge Treibstoff, auch mit Ionenantrieb.

In der Summe, nach außen, heben sich die beiden Rotationen quasi auf. Aber, jeder Zylinder für sich rotiert und wird präzessieren (wollen) sobald seine Rotationsachse gekiptt wird. Zusammen treffen diese Kräfte/Momente an den gemeinsamen Lagern der Zylinder zusammen, die das aushalten müssen. Außerdem würde dort Reibung entstehen, wodurch die Rotationen sich angleichen, also bremsen.

"Ständig" die Orientierung korrigieren stimmt nicht, zumindest nicht allgemein und pauschal. Ein Objekt kann auch in eine passende Rotatation versetzt werden, um eine Seite ständig in eine bestimmte Richtung zu zeigen (zur Sonne, oder zur Erde, oder ...). Die ISS bspw. rotiert pro Umlauf auch einmal um sich selbst, um immer ihre Nadir-Seite zur Erde zu zeigen.

@Fahrwisch als Ergänzung zu Daniels Beitrag:

die Zylinder müssen so oder so eine gelagerte Verbindung haben. Diese wird sehr stark belastet. Es ist ein sehr koplexes mechanisches Problem, was man an dem Aufwand der Doppelrotor Helikopter oder Flugzeugen sieht. Wenn die Kräfte nicht ausreichend abgefangen werden, kreuzen sich die Rotationsebenen  der Zylinder und die Knallen an einander

Die ISS rotiert aber nicht. Ein rotierendes Habitat in müßte über die Dauer einer Umkreisung der Sonne einmal um seine Achse rotieren, um auf die Sonne ausgerichtet zu bleiben. Bei seiner Größe wäre der Aufwand schon enorm, wenn man dabei gegen die Kreiselstabilisierung angehen müßte.

Das mit den Lagern ist richtig. An der Stelle liegen ja auch meine Bedenken gegen das Konzept. In dem Punkt sind wir uns einig.

Gruß

Führerschein

Doch, die ISS rotiert. Du musst dich vom erd-gebundenen Bezugsystem lösen, denn da sieht man das nicht. Von "hier unten" sieht sie "fest orientiert" aus: sie zeigt uns immer eine Seite. Aber sie rotiert pro Orbit einmal um die Erde UND einmal um sich selbst und schafft es so uns immer die seine Seite zu zeigen.

Rotationen sind nicht immer anschaulich ... und hängen vom Bezugsystem ab.

Natürlich rotiert die ISS.

...

Rotationen sind nicht immer anschaulich ... und hängen vom Bezugsystem ab.

 

Darum ging es doch. Die ISS zeigt der Erde immer die gleiche Seite. Wenn sie rotieren würde, um eine interne Schwerkraft zu erzeugen, könnte sie das nicht. Ja, diese Orientierung auf die Erde ist in dem Sinne auch eine Rotation.

Diese Lösung war halt die Idee von O'Neill Studenten. Mag sein, daß es Bessere gibt.

Ein weiteres Problem, auf das ich auf der Webseite von Al Globus gestossen bin, zeigt übrigens daß die Rotation langer Zylinder instabil wäre, weshalb derzeitige Studien derzeit die Länge auf 1,3 des Zylinderradiuses begrenzen.

Längere Zylinder müssen wahrscheinlich durch zusätzliche Maßnamen stabilsiert werden. (Fragt mich allerdings nicht wie, dazu verstehe ich zu wenig von Statik.  )

...(Fragt mich allerdings nicht wie, dazu verstehe ich zu wenig von Statik.  )

Noch schlimmer: Dynamik - es dreht sich ja...         Gruß HausD

Noch schlimmer: Dynamik - es dreht sich ja...

Stimmt. 

Niemand hat auch behauptet, daß der Bau solcher Habitate einfach wäre.

Hi,
eine Kopplung zweier gegensinnig rotierender Habitate halte ich für überflüssig. Tatsächlich bringt das meiner Meinung nach mehr Nachteile als Vorteile.

So grosse Strukturen wären sowieso eher konstant auf die Sonne ausgerichtet. Will man die Ausrichtung ändern kann man wie, schon gesagt, die Präzession des Systems ausnutzen. So werden z.B. auch Hubschrauberrotoren gesteuert (die Blattverstellung erfolg immer 90° im Vorlauf der gewünschten Rotorbewegung versetzt).

Einen fest stehenden Teil benötigt man nur für Sensoren, Communikation, Solarpanele, Docking-Ports, usw., die eine Ausrichtung in Bezug zum äusseren Bezugssystem benötigen.

Die technischen Schwierigkeiten dabei sind ohnehin schon gross genug, da sollte man alle weiteren Komplikationen, die eine Verbindung zweier Habitate mitsich bringt vermeiden.

Z.B. ist die Realisierung von Docking-Ports generell schwierig weil - egal ob er in Flucht der Zentrallachse liegt und sich mit dreht, oder feststeht - ein Docking Port immer eine leichte Schlingerbewegung ausführen wird, da Zentralachse != Drehachse. Eine vollständige Auswuchtung kann bei so einem grossen Bauwerk sicher nicht angenommen werden. Dazu wäre die notwendige Logistik im Inneren viel zu aufwändig (man müsste ja, wenn irgendwo z.B. eine Wohneinheit gebaut wird, auf der anderen Seite ein passendes Massengegenstück bauen oder Vorräte umlagern).

Es ist also eher anzunehmen, dass ein feststehnder Teil mit der Frquenz der Drehzahl des Habitats schwingt. Die Amplitude dieser Schwingung ist abhängig von der tatsächlichen Entfernung Zentralachse-Drehachse und kann variieren.

Ist die Drehzahl sehr gering (z.B. bei sehr grossen Habitaten) kann die Frequenz so niedrig sein, dass ein Raumschiff gefahrlos koppeln kann. Bedenkt man allerdings die Kopplungszeiten, die z.B. beim Shuttle benötigt werden (nur Endphase), dann muss so ein Habitat schon sehr gross sein und langsam drehen.

Auf der anderen Seite würde es eine sehr kleine Amplitude auch tun. Bei den heutigen Dockingadaptern dürfte die aber nur wenige Zentimeter betragen, was bei grossen Habitaten sicher eine grosse Herausforderung für das Auswuchten darstellt.

Statt ein aufwändiges Auswuchtsystem zu bauen, wäre es wahrscheinlich einfacher, ein entsprechendes Ausgleichsystem für den fest stehenden Teil zu bauen.

Gruss,
DK

So grosse Strukturen wären sowieso eher konstant auf die Sonne ausgerichtet.

Genau das ist doch das Problem. Es ist eben nicht von Natur aus auf die Sonne ausgerichtet, wie dieses Konzept es erfordert. Wenn es in einer Umlaufbahn um die Sonne ist, dann ist die Achse des Habitats nur einmal im Jahr auf die Sonne ausgerichtet, es sei denn, man steuert permanent nach.

Ich glaube, daß dieses Konzept daran scheitern würde. Es lassen sich aber bestimmt andere Konzepte finden. Zum Beispiel komplexere Spiegelsysteme. Oder Entwürfe, bei denen das Licht im Habitat in der Rotationsgeschwindigkeit schwankt. Den Pflanzen würde das nicht viel ausmachen. Die Wohnbereiche der Menschen müßte man dann aber wohl anders beleuchten, damit die nicht zu sehr irritiert werden, kommt auch auf die Geschwindigkeit der Änderungen an.

Oder die Ingenieure, die das bauen sollen, sind erfinderischer als wir. Ist ja nicht auszuschließen.

Es wird sich sicher eine Möglichkeit finden.

Wie gesagt, das Konzept stammt weitestgehend noch aus den 70ern. Auf der vorherigen Seite habe ich ja auch kurz das Arbeiterporblem adressiert.

Laut Heppenheimers Buch wären als Besatzung für die Konstruktionsbasis über 2000 Leute nötig gewesen. Diese sollten halbautomatische Montagemaschinen bedienen, welche die Kolonie bauen würden. Er vergleicht sie mit Nietmaschinen im Flugzeugbau.

Heutzutage würden solche Maschinen, moderner Computertechnik sei dank, vollautomatisch agieren womit ein Großteil dieser Arbeiter überflüssig wären.
(In diversen Fabriken ist dies ja schon der Fall.)

Und Koloniedesigns gibt es in Hülle und Fülle, der Zylinder wäre nur der Effizenteste.
In einer weiteren Gundam Serie gab es z.b. ein "Sanduhrenförmiges" Design, was mir auch sehr gefallen hat und vielleicht etwas "einfacher" zu bauen wäre.

Bild 1
Bild 2

Gundam Seed ole! Ja, die Plants hätten auch was. Wobei mir eine O´Neill Variante irgendwie sicherer erscheint. Die Heliopolis Kolonie aus der Serie müsste ja solch einer entsprechen.

Man könnte den Zylinder wohl in seiner Orientierung unverändert lassen und statt dessen einen zusätzlichen großen Spiegel benutzen, um das Sonnenlicht so einfallen zu lassen,wie man es braucht. Der Spiegel würde nicht rotieren und hätte eine relativ geringe Masse. Er wäre also vergleichsweise leicht zu bauen und zu steuern. Vielleicht bräuchte man noch zusätzlich eine zusätzliche schattengebende Fläche gegen wechselnde direkte Sonneneinstrahlung.

Das Zylindermodell ist schon  attraktiv.

Nur wäre dann wohl die Abschirmung gegen die Strahlung von Solar Flares schwieriger. Wenn der Zylinder ständig auf die Sonne ausgerichtet ist, braucht man dafür "nur" einen Schirm auf der sonnenzugewandten Zylinderstirnfläche.

Hier ist übrigens noch ein alter Artikel von O'Neill aus dem Jahr 1974.

http://www.nss.org/settlement/physicstoday.htm

Ich frage mich, ob ein Torus nicht eh die bessere Geometrie ist.
Rotierende, lange Zylinder sind relativ instabil, ein rotierender Torus ist dagegen extrem lagestabil.

Hinzu kommt die Frage vom Verhältnis Nutzvolumen/Nutzfläche. Bei den kugelförmigen Island-Stationen hat man ein gigantisches Volumen und eine minimale (!) Oberfläche. Die nutzbare Fläche ist dann sogar nochmal kleiner, weil man die Pole nicht bewohnen kann.
Hier ist möglicherweise ein Torus überlegen.

Die Achse könnte normal zur Umlaufebene ausgerichtet sein und Licht entweder über Spiegel direkt oder über Photovoltaik indirekt ins innere Geleitet werden.

Die grossen Glasflächen der O'Neil-Stationen könnten durchaus auch ein massives thermisches Problem verursachen.

Volumen ist nicht schlecht, es ist gut und es kostet nichts. Bis auf die Luft, es zu füllen. Die Menschen fühlen sich mit dem großen Volumen sicher sehr viel wohler.

Was Geld kostet, ist Außenfläche und da ist ein Torus ganz schlecht in der Relation Außenfläche zu Nutzfläche im Vergleich zum Zylinder.

Aber da spielen viele Faktoren rein und was in der Summe rauskommt, können wir wahrscheinlich nicht überschauen. Eventuell kann man den Nachteil des Torus beim Entwurf der Statik teilweise ausgleichen. Beim relativ kleinen Einstieg vielleicht durchaus ein Torus. Je größer, desto eher ein Zylinder, wenn man die Stabilitätsprobleme lösen kann. Das ist meine Meinung.

Ich denke, dass die Umweltkontrolle bei einem grossen Zylinder sicher sehr schwierig ist. Bei den ganz grossen Konzepten ala O'Neill soll ja eine atmosphärische Schichtung mit Wolken, etc. entstehen, bzw. erzeugt werden. Ob das im Tag-Nach-Rytmus mit der dreigeteilten "Landmasse" funktioniert, ist völlig offen.

Aber auch abgesehen davon, verursacht Volumen natürlich auch beträchtliche Kosten, denn die Umweltkontrolle muss entsprechend gross ausgelegt werden, was wiederum Gewicht (Anlagen, Gase, Flüssigkeiten, etc.) und Energie kostet. Und Energie kostet auch Gewicht (Sonnenkollektoren o.a.) .

Was das Verhältnis Nutzfläche/Aussenfläche angeht, bin ich nicht der Meinung, dass der Torus grundsätzlich schlechter abschneidet, als ein Zylinder denn:
Beim Zylinder (zumindest nach O'Neill) ist nur ca. 50% der Zylinderinnenfläche nutzbar. Die Glasflächen und die Deckelflächen sind nicht nutzbar.

Beim Torus ergibt sich ein ähnliches Verhältnis wenn die äussere Hälfte Nutzfläche, die innere Glas ist. Ein gerader Boden ist natürlich nochmal kleiner als die eigentliche Aussenfläche, aber die Differenz zwischen geradem Nutzboden und der Aussenhülle kann für Logistik, Systeme usw. genutzt werden. Dafür müsste beim O'Neillschen Konzept ein sehr gosser Zwischenboden gebaut werden, um diese Systeme im "Untergrund" verschwinden zu lassen. Dafür wäre dann eine erhebliche, zusätzliche Masse notwendig.

Was aber letztlich tatsächlich die beste Geometrie ist, lässt sich erst bei genauerer Planung ermitteln.

http://www.nss.org/resources/library/videos/ISDC12greason.html

Eine sehr interessante Präsentation zum Thema nachhaltige Präsenz im Weltraum. Aber auf Englisch

Bin grad bei den ersten 15 Minuten.

Zusammengefasst erteilt Jeff Greason lange im voraus geplanten "20 Jahre Plänen" eine Absage. (Und bezieht sich hiermit sowohl auf NASA Plänge als auch private Pläne im Zusammenhang mit SpaceX.) Warum? Weil sie traditionell nicht funktionieren.

Er bezeichnet Märkte als chaotische System. Und da die erfolgreiche Besiedlung des Weltraums wahrscheinlich mit kommerziellen Mitteln erzielt wird glaubt er, daß wir nicht vorhersehen können mit was wir dort Geld verdienen werden. (Er bezieht sich hier auf die Besiedlung von Amerika. Der Tabakhandel, Biberfellhandel, und der spätere Handel mit Öl und Hollywoodfilmen war schließlich auch nicht geplant als die Siedler ankamen.  )

Er bezieht sich dann auf Constellation und warum es ihn gestört hat, daß niemand je eine Antwort gegen konnte "warum" wir eine Mondbasis bauen sollten. Es kam grundsätzlich immer das raus: "Wir fliegen zum Mond, bauen eine Basis und dann....?"

Ja aber, er gibt doch auch keine besseren Antworten, oder?
"Wir besiedeln das Weltall kommerziell, weil wir Geld verdienen werden/wollen/können, mit ...?"

Ich übersetze nur was er bisher gesagt. 

Weiter:

- Er redet über die Notwenigkeit offener Standards und vieler Wettbewerber, sowie die Schwierigkeiten von R&D Finanzierung. (Besonders in der Luft und Raumfahrtindustrie, wo es bisher sehr scherig war ohne staatliche Mittel auszukommen.)

Er erwähnt kurz, daß er Treibstoffdepots im All für etweige Forschungsmissionen als mögliches Geschäftsmodell für sinnvoll hält.

Dann macht er ein recht amüstantes Powerpoint Beispiel. (ca. bei 25 Minuten)

- Als nächstes spricht er erneut wie wir und von alten Vorstellungen wie Raumfahrt funktioniert verabschieden sollen.  Ein rein stattlich geführtes Programm ist auf Dauer nicht zu finanzieren, desweiteren bringt das sture Durchführen von "Checkenlisten" im Weltraum keine Innovation und schränkt die Kreativität ein.

Deshalb wiederholt er warum CCDEV wichtig war, da es möglichst vielen Leuten ermöglichen soll in den Weltraum zukommen und Ideen zu entwickeln.

Dann nimmt er Intel als Beispiel und warum es egal ist wer ein Produkt (in dem Fall Computer) herstellt solange eine Nahcfrage besteht. Er lobbt zwar das bisherige Programm, sagt aber letztendlich:

It's just a Shuttle, get over it. (Womit er imo. meint, daß wir das Kapitel abhaken sollen und gegenüber anderen Konzepten offen sein sollen.)

- Dann nimmt er als Beispiel, das gerne genommene "Anktarktis" Beispiel und die dortigen Forschungsstationen als Model zur Weltraumbesiedlung und bezeichnet es als  Blödsinn.

Der Grund: Die dortigen Wissenschaftler verfügen nicht frei über die dortigen Mittel, müssen ebenfalls nach Checkliste arbeiten und was am wichtigsten, dürfen der Ankarktis keine Ressourcen entnehmen um sie zu verkaufen. (Hauptsächlich weil die Ankarktis laut internationalen Verträgen geschützt ist.)

Die Mondkolonisten müssen laut ihm die Möglichkeit haben frei auf dem Mond zu agieren und die dortigen Mittel (kommerziell) zu nutzen. (Erneut nennt er Triebstoffdepots als Beispiel.) Nur dies wird weitere Entwicklungen und mögliche Produkte ermöglichen von denen Erde und Mond beiderseitig profitieren können.

Ergo zusammengefasst:

Lasst den Markt frei agieren und wir werden schon eine Möglichkeit finden.

Ab Minute 46:00 beginnt dann ein kurzes Q&A.