Künstliche Schwerkraft

Das Problem ist ebenfalls lösbar. Schaut unter "magnetflüßigkeitgedichtete Vakuum-Drehdurchführungen" nach. Wegen dem Verbot der Werbung bringe ich hier keine Firmennamen.

Das ist wirklich klasse was Leute alles entwickelt haben. Damit besteht kein Grund mehr nicht beide Bereiche zu haben. Würde zwar noch Arbeit machen große Lager vom mehreren Metern herzustellen, aber gehen sollte das schon. Damit können Habbitat Module durchaus 50m von der Achse weg liegen und der Schwerkraftgradient sollte dann leicht akzeptabel sein.

Im Film Elysium gibt es eine rotierende Raumstation, die nach Innen offen ist.

Raumschiffe können einfach hinein fliegen und haben einen Atmosphäreneintritt fast wie bei der Erde. Ich habe das damals im Kino für Unsinn gehalten, aber um so mehr ich darüber nachdenke, umso mehr glaube ich, dass das vielleicht tatsächlich möglich ist, wenn die Rotation stark genug ist. Gibt es dazu schon Konzepte? Ein offener Ring würde vieles einfacher machen.

EDIT: Ich sehe gerade, dass das hier im Thread "Fehler in Raumfahrtfilmen" schon ausführlich disktuiert wurde:
https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=11949.msg265589#msg265589
In dieser Form funktioniert es also offensichtlich nicht. Aber wie wäre es mit einer Öffnung in der Mitte einer Scheibe? Sozusagen am Punkt, an dem es die wenigsten Verluste gibt.

Ja das gibt es:

https://en.wikipedia.org/wiki/Bishop_Ring_(habitat)

Die Dimensionen wären allerdings gewaltig. 200km Höhe bräuchte man allein für die Seitenwände.

Interessant. Kann man diese Höhe merklich verringern, indem man beispielsweise die Drehung so erhöht, dass man z.B. 1,5 g auf der Oberfläche hat?

Interessant. Kann man diese Höhe merklich verringern, indem man beispielsweise die Drehung so erhöht, dass man z.B. 1,5 g auf der Oberfläche hat?

Möchte ich sehen das du die ganze Zeit 1,5 G aushälst.

Interessant. Kann man diese Höhe merklich verringern, indem man beispielsweise die Drehung so erhöht, dass man z.B. 1,5 g auf der Oberfläche hat?

Wie blackman schon sagte ist 1,5g eher unangenehm ( zu mindestens für die erste Generation ).
Das Konzept an sich finde ich aber sehr gut, es bietet eine große Landfläche mit der man einiges machen kann.
Ob man das ganze nicht trotzdem besser verschließt ist noch eine andere Frage, immerhin ist es ja keine richtige Gravitation und man wird über kurz oder lang etwas Atmosphäre verlieren, aber es kann sein das das so lange dauert das es keine Rolle spielt.

Die Außenwände sind auch nicht unbrauchbar, man könnte sie mit Aufzügen und Hangars zur Außenseite versehen, das macht das Landen von Raumschiffen etwas einfacher.

Die Science Fiction (die "härtere" davon) hat das Thema künstliche Schwerkraft durch Zentrifugalkraft immer wieder aufgegriffen.

Die erzeugte künstliche Schwerkraft entspricht stets g=v²/r, wobei g die künstliche Schwerkraft, v die Bahngeschwindigkeit des Habitatbodens und r der Radius sei. Daraus folgt, dass man einen möglichst großen Radius haben will, um mit möglichst langsamer Bahngeschwindigkeit auszukommen.

Wenn ich die bisher erdachten Lösungen für das Problem mal zusammen fassen darf:

• Torus-Struktur von Schiff oder Station - als Rad oder Zylinder.
• Zwei Habitate, die durch ein langes Verbindungsstück miteinander verbunden werden und um den gemeinsamen Schwerpunkt rotieren. Auch denkbar mit zwei Shuttles/Weltraumflugzeugen.
• Ein Habitat mit einem Gegengewicht (z.B. Fracht, Treibstoff, Radiatoren, etc.), die wieder durch ein langes Verbindungsstück verbunden sind und um den gemeinsamen Schwerpunkt rotieren. Auch denkbar zum Beispiel mit einer Art Space Shuttle/Weltraumflugzeug und einem Verbindungs- und einem Gegengewichtsteil, das an den Rücken des Raumfahrzeugs ankoppelt.
• Teile des Schiffes rotieren entlang der Bewegungsachse des Raumfahrzeugs in die eine, andere Teile in die andere Richtung, evtl. ein weiterer Teil rotiert überhaupt nicht. Als Bonus gibt es noch den Entwurf, die Habitate in Beschleunigungsphasen in Antriebsrichtung auszurichten. Sehr schönes, fiktionales Design dazu: https://starfleet.deviantart.com/art/Valiant-Habitat-Module-31449697
  
• Zwei senkrecht zur Bewegungsachse des Raumfahrzeugs montierte Zentrifugen, die in gegensätzliche Richtung rotieren.

Hab ich was vergessen?

Ausführlicher Artikel über die Möglichkeit eines Tests für künstliche Gravitation durch Rotation mit einer Dragon und Falcon9 Oberstufe.

https://www.thespacereview.com/article/4905/1

Gähn, solche Tests gab es bereits 1966 mit Gemini-11 +12...

Nur die Massen sind jetzt etwa größer.

Gruß
roger50

Eigentlich nur ein "halbes Gähnen". Das Grundprinzip ist klar und wurde schon demonstriert. Aber bei einer "in-orbit-demonstration" geht es ja um die konkrete, technische Lösung/Umsetzung, die gezeigt werden soll ... also hier mit Falcon-9, Dragon-2, deren Steuer/Kontrollsysteme, dem dazu notwendigen Kabel/Seil, etc.. Diese Elemente müssten konkret dafür entwickelt und qualifiziert werden. Falls sie tatsächlich konkret daran arbeiten, ist es nicht komplett "langweilig", oder irrelevant. Wenn sie hier nur das Prinzip analysieren, dann ja ...

Soweit ich das verstanden habe, geht es in dem Artikel nur um die Möglichkeit sowas mit F9/Dragon zu machen!
Kein einziges Wort darüber ob da auch schon tatsächlich dran gearbeitet wird, oder SX auch nur dran denkt das mal so zu versuchen!!
(Wäre z.B. was für J. Isaacman gewesen 
Aber der hat ja jetzt leider was anderes zu tun  .)

Möglicherweise warten sie ja auch auf das Starship und versuchen es gleich damit, oder überlassen es gleich VAST oder einer anderen Firma. Man muss ja schließlich nicht Alles selber machen! Andere wollen auch noch was zu tun haben. 

Ich verstehe nicht so ganz, was der Autor mit dieser rein hypothetischen Testanordnung überhaupt testen will.

Bei den historischen Spin-Tests ging es weniger um Gravitation - die war die ganze Zeit da - sondern um die zusätzliche Drehbewegung orthogonal dazu, die das Innenohr-Gleichgewichtsorgan stört und die Orientierung oder gar die Gesundheit der Astronauten beeinträchtigt.
Dass ein rotierender Hohlkörper "künstliche Schwerkraft" an der Innenseite erzeugt ist eine Binsenweisheit, dass braucht man mit Dragon nicht zu "testen".

Dragon ist für diese Art von Schwerkraft völlig ungeeignet, da die gesamte Einrichtung "nach unten" (also bei stehender Rakete) ausgerichtet ist; wenn die Astronauten in ihren Sitzen sind, hängen sie dann kopfüber, und wenn sie "an der Decke stehen", kommen sie nicht wieder zu ihren Sitzen und zu den Kontrollpulten - was ist bei einem Notfall?
Zudem ist die Technik der Dragon nicht auf Drehung eingestellt (von Triebwerken bis Kommunikation).

Habe den teils sehr mühsam bis bemüht geschriebenen Artikel nicht komplett durchgearbeitet, aber die Zusammenfassung ist wirr und schon die erste der unzähligen am Ende gelisteten Fragen zeigt für mich, dass da jemand was nicht verstanden hat: "Is the cabin ceiling flat and strong enough for the crew to stand on in up to 0.37g?"
Selbstverständlich hält eine Dragon 0,37 g aus, sie erträgt routinemäßg ein Vielfaches.
Aber die "Decke" der Dragon ist weder flach noch rechtwinklig zur erzeugten Schwerkraft, sondern konisch und zudem voller Geräte und Fenster.

Das, was hier in einer Dragon erzeugt werden soll, ist nicht nur kein Ersatz für irdische Schwerkraft oder als Simulation für Mond- oder Mars-Schwerkraft, sondern etwas ganz anderes, das sicher nicht gesünder ist. Das mit dem aufblasbaren "Nasenairbag" wirkt für mich noch viel sinnfreier, da damit das Problem nur verstärkt wird.

Mal ganz abgesehen von den Sicherheitsaspekten: Eine Dragon per Seil an einer Oberstufe, die folglich beim Transfer zur ISS mitkommen muss? Geht schon energetisch nicht, die Oberstufe kann nicht mit zur ISS-Transferbahn. Das Ganze auch noch drehend? Und dann schreibt der Autor "But at any time, the crew can end the spin test by releasing Falcon and despinning Dragon, in either order. " NEIN! Wird zuerst das Seil zur Falcon gekappt, wird die Dragon zufällig irgendwo hingeschleudert, wie bei einem Hammerwurf-Anfänger. ZUERST muss die Drehbewegung gestoppt werden, und wenn das versagt, haben alle ein sehr großes Problem!

Für mich ein völlig unausgegorenes Gedankenexperiment voller Logikfehler und abseits jeder möglichen Umsetzbarkeit. Und selbst wenn es funktionieren würde und jemand das versucht, wäre der Erkenntnisgewinn minimal, da von falschen Voraussetzungen ausgehend.

#Gecko hat wohl Recht!
Sieht zumindest beim genaueren Lesen tatsächlich genau so aus, als hätte da Einer der von der Technik eigentlich nicht allzuviel versteht, seinen Gedanken mal freien Lauf gelassen und eben lustig drauflos spekuliert.

Gähn, solche Tests gab es bereits 1966 mit Gemini-11 +12...

Nur die Massen sind jetzt etwa größer.

Gruß
roger50

Haben es damals tatsächlich so ähnlich probiert, aber hat auch da nicht so richtig funktioniert. 

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Gemini_11

Erst wurde das Kabel nicht straff, und dann haben sie 0.00015 g erzeugt...

Gravitation durch Rotation macht nur bei großern stationären Objekten = Raumstationen Sinn. Aber da will man ja eigentlich Schwerelosigkeit für die Experimente.

Gravitation durch gleichmäßige Beschleunigung/Abbremsen ist das Mittel der Wahl bei langen Reisen, und verkürzt auch noch die Reisedauer.

Gravitation durch Rotation macht nur bei großern stationären Objekten = Raumstationen Sinn. Aber da will man ja eigentlich Schwerelosigkeit für die Experimente.

Gravitation durch gleichmäßige Beschleunigung/Abbremsen ist das Mittel der Wahl bei langen Reisen, und verkürzt auch noch die Reisedauer.

Würde das nicht so eng sehen. Eine Rotation von Raumschiffen wäre durchaus möglich, da ja der Flug z.B. zum Mars die längste Zeit antriebslos erfolgt. Nur für mögliche Bahnkorrekturen sollte dann die Rotation aufgehoben werden. Beim Starship (ich gehe mal von einem verfügbaren Innendurchmesser von 8 m aus) könnte eine Rotation alle 30 s dafür sorgen, dass bei ca. 0,05 G die Körperpflege und Nahrungsaufnahme erleichtert, das Herumschweben von Gegenständen verhindert wird und dennoch den Astronauten die Möglichkeit gibt mit minimalem Kraftaufwand alle Ecken des Raumschiffs "schwebend" zu erreichen. Ob das praktikabel ist sollte endlich mal ausprobiert werden.

Finde auch, daß es wirklich langsam Zeit wird da mal definitiv bemannt zu testen.
Auch wenn es wohl noch einige Jahre (Jahrzehnte?) dauern wird, bis zumindest eine grössere Anzahl von Menschen interplanetare Reisen machen werden. Die Auswirkungen von längerer Schwerelosigkeit sind jetzt lange und genau genug bekannt, und schön langsam wird es Zeit, was Effektives dagegen zu tun.
Auch J. Isaacman hat wiederholt bestätigt, daß mindestens 50% der Menschen (ihn eingeschlossen!) unter mittelschweren bis schweren Anpassungsproblemen leiden, die z.T. noch über schwere Seekrankheit hinausgehen! Von den anderen negativen Auswirkungen bei Langzeitmissionen mal ganz abgesehen.
Um die Raumfahrer gesund und einsatzfähig zu erhalten und auch am Zielort längere Anpassungszeiten zu vermeiden, muß man unbedingt wissen, wie diese Nebenwirkungen vermieden oder therapiert werden können. (Gymnastik schön und gut, aber das reicht bei Weitem nicht!)
Ausserdem ist es dringend erforderlich die Langzeitauswirkungen z.B. der Marsschwerkraft im vorneherein zu testen und zu kennen. Und wo ginge das besser, als auf einer dafür eingerichteten LEO-Raumstation!
Ich halte es für dringenst erforderlich so schnell wie möglich entsprechende Stationen zu bauen, ist eh schon sehr spät dafür, hätte schon vor Jahren gemacht werden sollen! Zahlreiche Ideen kursieren, aber die einzige mir bekannte Firma die da tatsächlich konkrete Pläne für die nächste Zukunft vorgelegt hat ist VAST und die Umsetzung ist auch erst für fühestens in 5-6 Jahren geplant.
Es müßte doch in wenigen Jahren machbar sein z.B. 2 Starships so aneinander zu koppeln und in Drehung zu versetzen, daß die gewünschte Schwerkraft entsteht. Auch hier gibt es schon seit längerem entsprechende Pläne, aber ob auch bereits konkret daran gearbeitet wird?

Ja, Erforschung ist dringend geboten.

Aber ein einzelnes Starship um die Längsache rotieren zu lassen, bei "nur" 8 m Durchmesser, bedeutet unter 4 m Differenz zwischen 0 und x g. Bei stehenden Menschen ist das ein deutlicher Unterschied zwischen Kopf und Füßen und bewirkt dann auch nicht viel.

Zudem ist durch den geringen Durchmesser eine starke ständige Änderung des Dreh-Beschleunigungsvektors gegeben, vor allem wenn man mehr als einen winzigen Bruchteils eines g haben will, was zu Drehschwindel (Innenohr) führt. Für alle, denen im All ohnehin schlecht wird, eine ganz dumme Idee.

Sinnvolle Schwerkraft durch Drehung braucht große Durchmesser von mehreren 10 m, um das zu vermeiden. VAST ist ein guter Ansatz, zwei über längere Kabel verbundene Starships auch; nur an den Nasen koppeln dürfte zu kurz sein, da dann die Entfernung/Durchmesser des Drehradius zu gering ist. Und "unten" am Antrieb koppeln macht keinen Sinn, da dann die Gravitation gegen die vorgesehene "Einrichtung" des Starships wirken würde.

Starships zum Mars zu koppeln und um eine gemeinsame Achse drehen zu lassen hat noch mehr Nachteile:

1) Wird was verloren, zB bei Außeneinsätzen, egal ob Werkzeug oder Astronaut, fliegt das/der tangential weg und ist nicht mehr erreichbar. Bei Gravitation durch Beschleunigung muss man "nur" bremsen, und das/der "kommt zurück"

2) Richtungsänderung, wie schon zuvor mal geschrieben, benötigt zuerst vollständiges Abbremsen, Neuausrichtung in die Flugrichtung, Steuern, wieder Rotation starten. Kostet auch viel Energie und im Notfall dauert es sehr lange. Bei Gravitation durch Beschleugigung muss man "nur" die Steuerdüsen zünden, und das geht sofort.

3) Bei Gravitation durch Beschleugigung wird die Energie für die Erzeugung der Gravitation zugleich auch für die Überwindung der Distanz genutzt, und verringert auch noch die Reisezeit. Nichts davon bei der Drehachse.

4) Anders als bei Kopplung über Kabel könnten bei Gravitation durch Beschleugigung Starships parallel fliegen und über Adapter gekoppelt werden, um ein gemeinsames Habitat zu bilden. Bei Kabelkopplung ist jedes Starship de facto während der Gravitationsphase isoliert.

Drehung eines einzelnen Starships um die Längsachse finde ich auch weitgehend unsinnig, ebenso die direkte Kopplung über die Nasen. Ergibt beides viel zu wenig Abstand vom Zentrum um da bei noch annehmbarer Drehgeschwindigkeit was brauchbares zu erzeugen, ausser man verwandelt auch die Sauerstofftanks in Wohnräume, dann hätte man schon einen Abstand vo etwa 100 Metern!
Auch für einen Flug zum Mars müßte man sich wohl ein ganz neues Konzept ausdenken um da was praktikables zu haben.
Ideal für weite Reisen wäre natürlich das mit der ständigen Beschleunigung, so wie Gecko es weiter oben empfielt, aber dafür fehlen wohl zz. noch die notwendigen Antriebssysteme. 
Aber noch sind wir wohl eh nicht soweit.
Vorläufig geht es erstmal darum eine Station im LEO mit künstlicher Schwerkraft auszustatten und da würden sich eben als wohl billigste und einfachste Lösung zwei oder mehr Starships anbieten, die über eine starre oder Kabelverbindung Nase-Nase miteinander verbunden sind und um ein gemeinsames Zentrum kreisen.
Falls EM/SX tatsächlich noch in diesem Jahrzehnt bemannt zum Mars wollen, wird das wohl in der gewohnten Schwerelosigkeit stattfinden müssen., mit all den sich daraus ergebenden Problemen für die Astronauten.

Hier mal was Marcus House vor etwa 2 Jahren dazu gesagt hat:




Und auch Scott Manley hat darüber vor bereits 3 Jahren ein Video gemacht




Dies sind übrigens nur 2 einer ganzen Reihe von Videos zum Thema, aber wohl 2 der fundiertesten.

Für das Starship scheint es mir doch am einfachsten, es um die Querachse rotieren zu lassen und dann einfach die Inneneinrichtung so anzupassen, das bei der Spitze "unten" ist.
Bei ca. 2m hohen Etagen im Inneren ist es recht egal, ob man an der Decke oder auf dem Fußboden steht, in der Mitte kann man gut arbeiten. Leitern lassen sich auch bei beide Gravitationsrichtungen gut benutzen. Die Sitze und Bedienelemente für Start und Landung wird man auch drehbar einbauen können.
Die schweren Triebwerke am Ende vom Starship dürften dafür sorgen, dass der Schwerpunkt, um sich den sich das Schiff dreht schön weit weg vom bewohnten Raum sind und damit das Gravitationsgefälle für die Astronauten erträglich macht.
Klingt für mich einfacher, als wilde Konstrukte mit zwei Schiffen und Seil.
Möchte mal jemand überschlagen, wie Dick und Schwer ein 50m Seil sein muss, damit in zwei verbundenen Starships bei Rotation 0,5g herrscht?

Zum Glück gibts da für eine Annäherung nicht viel zu berechnen, die Länge des Seils ist nur für das Eigengewicht relevant, da es ansonsten nur auf die Tragkraft für 0,5 g ankommt. Frage ist also, wie schwer sind zwei Starships.

Edit: hatte Startgewicht, nicht Leergewicht aus falscher Quelle genommen:

Ein Starship wiegt leer etwa 1300 t 100t . Schlagen wir noch 200 t für Nutzlast und Resttreibstoff drauf. Dann brauchen wir ein Seil, an dem 2x 1500 t 2x300 t bei .5 g ziehen können, also 1500 t 300 t.
(Tatsächlich weniger, da die Masse ja nicht am Ende konzentriert ist, sondern sich über rund 50 m Starshiplänge verteilt; wenn man das genau haben will, braucht man den Gradienten, die Masseverteilung im Starship und dann auch die Seillänge, aber gut)

Ein Standard-Stahlseil von 35 mm Durchmesser = 962 mm² Querschnitt trägt ca. 60 t und wiegt 400 kg/100 m.
Also brauchen wir ein Äquivalent von 1500 t 300 t / 60 t = 25 5 Seilen = 24.000 mm² = 287 mm 4810 mm² 78 mm = Durchmesser. 
Nicht handlich, aber Industriestandard für Seilbahnen und Hängebrücken.
(War zu faul, nach Tragkraft von Seilbahnkabeln zu googlen)

Gewicht ist dann so 25 * 200 kg = 5 t.
Gewicht ist dann so 5 * 200 kg = 1 t.
Plus Sicherheitsreserve.
Machbar.

Berechnung von Spezialseilen ist eine Wissenschaft für sich und das ist jetzt alles extrem vereinfacht dargestellt, aber die Größenordnung wird hinkommen.

..Ein Standard-Stahlseil von 35 mm Durchmesser = 962 mm² Querschnitt trägt ca. 60 t und wiegt 400 kg/100 m.

Kommt mir ein bisschen wenig vor - 9,62 cm² Stahlquerschnitt wiegen pro Meter so 7,55 kg (Dichte rho = 7,85 g/cm³); also fast das Doppelte

Gecko, failsafe danke für die Berechnung.

https://www.staalkabelstunter.com/de/service/trekkracht-staalkabel

Ich würde da, auch aus Sicherheitsgründen,  mindestens 2, besser noch 4 Seile nehmen. Zumindest 2 Befestigungspunkte pro Schiff hätte man schonmal in den "Fanghaken".
Dann wäre es auch möglich daran eine bedrückte Kabine zu befestigen in der die Astronauten von Schiff zu Schiff reisen könnten, ohne sich in Raumanzüge begeben zu müssen. (Mit jeweils einer Schleuse in den Nasen der Schiffe)
Um das Ganze noch etwas zu komplizieren, wäre auch ein fest eingebautes zentrales Modul mit Schleusen machbar zum:
- Transport der aufgerollten Stahlseile
- späterem Anlegen der Crew- und Frachtschiffe
- Experimente/Produktion in Schwerelosigkeit
- Astronauten in diesem "Zentral-Modul" dürften sich dann auch in sehr geringer Schwerkraft befinden, bei relativ geringen Drehzahlen bzw. grösserer Länge der Verbindungskabel .

Kommt mir ein bisschen wenig vor - 9,62 cm² Stahlquerschnitt wiegen pro Meter so 7,55 kg (Dichte rho = 7,85 g/cm³); also fast das Doppelte

Stahlkabel sind ja nicht massiv. Aber das war der Wert, den ich gefunden hatte, und passt gut zur Quelle von alepu. Da gibts ganz unten ein Seil 36 mm mit 448 g/m.

Ob 1 oder mehr Seile erhöht nicht die Sicherheit, da sie ja sowieso aus mehreren Seilen verdrillt sind. Im Gegenteil, die Zugkräfte könnten ungleichmäßig auftreten und Schwingungen und Belastungsspitzen erzeugen.
Willst  du mehrere Seile haben, die jedes die Gesamtkraft tragen können, wäre das Overkill. 50 m Stahlseil sind sicher nach jedem Ermessen, sonst wären täglich Seilbahnunglücke im Dutzend zu vermelden (da ist die Länge im km-Bereich und auch nur ein Tragseil). Menschliches Versagen, wie "vergessen richtig einzuhaken" kann man nie ausschließen, aber das sollte durch Sensoren usw. zu verhindern sein, nicht durch doppelte Hardware.

Die spannende Erweiterung zu einer Raumstation klingt dann schon verdächtig wieder nach Haven-2 inkl. Zentralmodul. Ob man das aus Starships bauen sollte samt Triebwerks- und Treibstoffsektionen, ist eine andere Frage. Eigentlich ging es ja erstmal "nur" um Tests zu künstlicher Schwerkraft, wenn man schon Starships zu Verfügung hat.