Jeg har lest litt smått om kunstig gravitasjon i forbindelse med romstasjoner. Den tydelig mest aktuelle måten å lage kunstig gravitasjon på er å bruke sentrifugalkraft, altså å rotere romstasjonen rundt, slik at alt inni blir presset ut fra sentrum. Dette er mer eller mindre det stikk motsatte av gravitasjon; jo nærmere sentrum man kommer, jo mindre blir man påvirket av kraften, og omvendt. Er det noen spesiell grunn til at det ikke er blitt kontruert romstasjoner som er smultringformet, for å best kunne simulere kunstig gravitasjon? Jeg skjønner at det er mye penger i sving når romstasjoner skal bygges, og prosjektene må brytes ned i små moduler for å kunne få plass i dagens raketter, og det kan hende at behoved for en "skikkelig" romstasjon ikke har bydd seg ennå. Men bonusen man kan få ved å bygge en smultring er, slik jeg ser det, at astronautene kan bruke mindre tid på å omstille seg, og mindre tid på å "vedlikeholdstrene". Er det noen bivirkninger av denne formen for kunstig tyngdekraft, i form av kvalme og slikt? (Oppdager kroppen at det er noe som ikke stemmer?) Ved å bygge smultringen med et ytre skall som ikke rører seg, så vil det jo bli like "enkelt" å docke romferger med stasjonen.

Som ivrig tilhenger av sci-fi-serier har jeg sett mange kreative forsøk på å designe romfartøyer og romstasjoner, og de fleste konseptene er avhengig av akkurat kunstig tyngdekraft. Det er snedig hvordan seriene aldri går i detalj på hvordan systemene fungerer. Så vidt jeg vet, er tyngdekraft (ekte tyngdekraft) noe som er relativt til masse. Jo større masse, eller tetthet, noe har, jo større blir tyngdekraften. Jorda er rimelig stor og kompakt, og det er derfor vi har sterkere tyngdekraft enn det for eksempel månen har. Finnes det, eller er det mulig å lage et stoff med så stor masse/tetthet at en yay-size blokk kan skape ~1G (tilnærmet jordas tyngdekraft ved havoverflaten)? Jeg har ingen grad i fysikk; men for å oppnå 1G trenger man et objekt som inneholder samme masse som jorden, bare nedskalert like mye som størrelsen på objektet. Hvis man tar alt det som er jordkloden og kollapser det til en liten ball, så - tror jeg - dette objektet vil få mye større tyngdekraft per enhet enn det jorden i utgangspunktet hadde; men hvis man er like langt unna sentrum av dette objektet som vi er fra jordens sentrum nå, vil vi oppleve samme kraft (1G). Tanken min her er altså å lage en slik ball, eller plate, som skaper 1G, eller gjerne litt mer, like ved overflaten - og deretter montere slike "tyngdeplater" i gulvet på romstasjoner og romskip. Hvis disse platene er små, så håper jeg at kraften deres vil minke raskt jo lengre unna man er, og lagt i etasjer over hverandre, vil ikke den platen som er "i taket" påvirke en etasje så mye at den opphever kraften til den som ligger i gulvet.

Jeg regner med at det er teoretisk mulig, ettersom vi er så sikre på at det finnes sorte hull - som er et veldig, veldig lite objekt med helt enorm tyngdekraft. Det blir mer et spørsmål om det er mulig at et stoff genererer 1G uten at det kollapser under sin egen masse. Gitt at det var mulig, ville det blitt problemer om en slik "tyngdeplate" ble konstruert på jordens overflate? Ville den da veid helt hinsides mye, under påvirkning av jordens tyngdekraft?

Er det noen som vet om det er blitt gjennomført tester i samme gate som dette tankeeksperimentet? Da tenker jeg på små doser av et stoff som for eksempel er blitt tatt med opp i verdensrommet og deretter har klart å tiltrekke seg et annet legeme gjennom sin egen tyngdekraft? (Noe som er menneskeskapt, "kunstig" eller simulert.) Jeg har hørt om et prosjekt som skal være i stand til å bøye banen til astroider på vei mot jorden, ved å sende en romsonde opp langs siden på astroiden, og over veldig lang tid bruke sin tyngdekraft til å trekke steinen vekk fra jordens bane. Dette synes til og med jeg høres litt far fetched ut, men igjen; jeg er ingen fysiker.

Enda en digresjon; i lys av de siste uendelig-energi-trådene, hva er problemet med å montere en romstasjon i enden av et tau, feste tauet på en skinne, og trekke opp skinner rundt en hel planet (eller annet himmellegeme), og så utnytte nettopp tyngdekraft til å få tauet til å trekke en vogn med dynamoer rundt og rundt? Jeg regner med at problemet er at hele greia vil ramle ned fra himmelen på sikt - finnes det en perfekt balanse hvor tauet trekker like mye ned som det romstasjonen trekker opp? Hvis den har høy nok omløpsbane og høy nok fart? (Mao. hvis tauet ryker, vil romstasjonen flagre ut i det ytre rom.)

Hovedspørsmålene i posten:
- Hvorfor bygges romstasjoner så "klønete"? Hvorfor ikke bygge dem smultringformet?
- Reagerer kroppen på kunstig tyngdekraft (sentrifuger), eller takler vi det like bra som vanlig tyngdekraft?
- Er det mulig å bygge et objekt med like stor tyngdekraft som jorden, bare er mye mindre i størrelse?

Jeg har skrevet denne posten sakte over lang tid, og satt sammen tanker etter hver som jeg har kommet på dem. Det har sikkert sneket seg inn noen koherensproblemer som følge av det. Håper det meste er til å forstå likevel.
Vær så snill å ikke siter HELE innlegget hvis du svarer - jeg har widescreen, ikke highscreen.

Poenget med romstasjoner er jo å utføre eksprimenter i vektløs tilstand, for å sjå korleis ting oppfører seg. Dagens romstasjoner er ikkje akkurat hotell...

Når det gjeld estetikk så har en ikkje luftmotstand i rommet, og kan altså drite langt i kor klumpete romstasjonen er. Det handler om flest mulig kubikkmeter per kilo en må skyte opp

Foreløpig ikke, og det er heller ingen her som kan svare på det heller. Selvfølgelig er ikke vi i stand til å si om det er i en eller annen fjern fjern teori mulig å lage. Alle lamper lyser på nei, da det er grenser for hvor mye partikler man kan få plass til på et gitt volum, uansett hvor mange protoner og nøytroner vi klarer å putte inn i et nytt grunnstoff.

For all del, jeg ser den. Men det er vel flere bruksområder enn eksperimenter i vektløshet. Kartlegging av stjerner (Hubble), for eksempel. Trenger i utgangspunktet ikke bemanning for å ta bilder, men det ville sikkert gjort prosessen mer smertefri. Med større plass kunne det også vært lettere å bruke stasjonen som en platform for videre reiser til månen og Mars, og arbeidsplass for bygging av satelitter og stasj som er for store til å bygges på jorda. I tillegg kunne den ekstra plassen og elegansen hjulpet til å gjøre romfart kommersielt - tror det er marked for et romhotell. Mer penger i kassa, større romstasjon.

Hvorfor tror du sentripetalakselerasjon
er tyngdekraft? Du vil få en kraft inn mot sentrum, men den er ikke like stor til å lage et bevegelig miljø, da rotasjonen uansett vil presse folk ut i kantene av romstasjonen.

Igjen.. Hvordan vil dette kunne simulere kunstig gravitasjon?

Det har vi jo eit definitivt svar på i dag. Nøytronstjerner, svarte hull og denslags har jo betydlig større masse enn jorda per volumenhet, og jorda har ikkje spesielt stor tetthet

Spørsmålet er om det vil vere mogeleg å lage for mennesker eller ikkje

Når jeg skriver sentrifugalkraft (eller sentrifugekraft), så mener jeg kunstig tyngdekraft som oppstår på samme måte som i en sentrifuge du bruker til å tørke klær. En trommel snurrer rundt og klærne presses mot kantene. Hvis man gjør det samme med en romstasjon, så vil alt som er inni også presses ut fra sentrum på den aksen romstasjonen roterer. Derfor nevner jeg også smultringformede romstasjoner, som best vil kunne utnytte denne kraften.

Wikipedias artikkel om emnet har et fint bilde som illustrerer innsiden av en slik smultringformet stasjon. Der ser du at horisonten bøyer seg oppover i stedet for nedover - altså en "motsatt" tyngdekraft.

Ah, nå er jeg med på tegningen..

som den Halo nerden jeg er minner det bildet noe voldsomt om ringene i spillserien...

om dette og effekter på mennesker:
jeg tror at siden mennesket beveger seg med samme fart som gulvet, vil da mennesket oppleve normal gravitasjon. men han/hun vil også oppleve at overkroppen blir presset fremover da en gjenstand i bevegelse vil helst gå rett frem.

går man i motsatt retning derimot vil man bli vektløs ettersom man opphever den roterende sentrifugalkraften.

(dette er bare teorier)
det var det jeg hadde om saken..

Jeg vil heller ikke tro at man vil merke noen forskjell rent fysisk, men med mindre stasjonen er lukket så tror jeg man vil kunne oppleve kvalme, svimmelhet og/eller forvirring på grunn av det faktum at man roterer. Tror ikke det vil være spesielt behagelig å se stjerner og jorda fykende rundt hele døgnet?

Nå tror jeg ikke at inner-øret vil bli påvirket til å kunne lage svimmelhet, men jeg husker fra en fornøyelsespark der man gikk over ei bru igjennom en sylinder som roterte, så ble man rikelig både svimmel og forvirret.

Ja, det har du nok rett i. Når bevegelsen man oppfatter gjennom balanseorganet ikke matcher bevegelsene man ser så kan man bli kvalm, og astronauter kan oppleve dette. Wikipedia har som vanlig mer om emnet.

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

Handler ikke denne svimmelheten om at man både har tyngdekraft og rotasjonen som virker på kroppen.. I outer space er jo det ikke da samme situasjon..

Gravitasjon er uhyre interessant, spesielt i forbindelse med romfart.

Astronauter opplever ikke bare vektløshet, men også G-krefter langt større enn de vi er vant til, under oppskytning og oppbremsning ved retur gjennom atmosfæren, altså i situasjoner hvor hastigheten endrer seg radikalt over kort tid. Når romfergen skytes opp, opplever astronautene en konstant G - kraft på 3G. Mesteparten av tiden hører de ikke en lyd fra rakettmotorene, fordi fartøyet aksellererer gjennom lufttomt rom. Rett som det er, kuttes rakettmotoren, og man blir kastet rett over i vektløs tilstand.

Rett etter landingen av Apollo 11 kan man høre Neal Armstrong bemerke "This one sixt G feels just like the airplane". Før man reiste til månen, var det ingen som hadde noen ide om hvordan det ville være å skulle jobbe i en gravitasjon som bare var en sjettedel av jordens. Astronautene ble derfor, som en del av forberedelsene, flydd opp i en parabel på samme måte som når man simulerer vektløs tilstand, bare med den forskjellen at parabelen var litt slakkere, slik at de i stedet for vektløshet ville oppleve ca en sjettedels G. Dette er den eneste måten vi vet om, som kan simulere vektløshet eller lavere gravitasjon.

I prinsippet vet vi heller ikke om noen annen måte å simulere G - krefter ute i verdensrommet. I teorien kunne vi kanskje komprimere en tilstrekkelig masse til å skape kunstig gravitasjon langs golvet ombord i Starship Enterprise, men da kunne vi likegodt ta med oss hele jordkloden ut på reise i rommet, siden det ville kreve like mye energi å aksellerere en slik masse. Med mindre vi finner smartere løsninger, er svaret god, gammeldags sentrifugalkraft, slik det først ble illustrert i filmen "2001, en romodyse" hvor man kan se en enorm, ringformet romstasjon. Nå lever vi som kjent i år 2010, og har ennå ikke klart å lage vaskemaskiner som fungerer halvparten så bra. Men det er så sant som det er sagt: den internasjonale romstasjonen er primært laget for å skape et miljø av vektløshet. Det er ikke noe poeng i å sende folk ut i rommet for å oppleve 1G, det kan vi fint gjøre her nede på jorden.

Simulert vektløshet via sentrifugalkraft finnes imidlertid på tegnebrettet hos NASA, og har vært aktuellt i forbindelse med bemannede romferder til Mars. Når man legger ut turer som varer i måndeder og år, byr faktisk vektløsheten på alvorlige helsemessige utfordringer. Det er for eksempel ikke rimelig å forvente at en astronaut er i stand til å stå på sine egne bein etter å ha vært vektløs i 6 måneder eller mer.

En slik løsning krever imidlertid relavtivt stor rotasjonsomkrets. Hvis radiusen inn mot sentrum av rotasjonen er relativt liten, vil du for det første legge merke til at hodet blir lettere når du reiser deg opp fra gulvet. Føttene vil føles omtrent som å vasse i sirup, fordi de blir lettere når du løfter dem opp, og tyngre når du planter dem i golvet. Balanseorganet i det indre øret, som fungerer omtrent som en veldig følsom vater, vil registrere at horisonten som vesken i vateret legger seg etter, er kurvet på en veldig unaturlig måte. Kort sagt, du vil føle deg omtrent som på en permanent karusell - tur.

For å bøte på dette, regner NASA med at det kreves et par kilometer radius. Dette oppnås ved at to romfartøyer blir knyttet sammen med en lang, kraftig kabel, og deretter satt i en synkron bevegelse. Dette har ikke vært utprøvd ute i rommet, men eksperimenter med objekter under tilsvarende betingelser på jorden tilsier at det bør være mulig.

Hei -
jeg har regnet ut at hvis man bygger en romstasjon med oppholds-seksjoner 100 meter fra sentrum av den, må den rotere med rundt 3.2 m/s for at 1G skal oppnåes. Rotasjonstiden blir da tre og et halvt minutt ...
("Tyngdekraften" vil være motkraften til sentripetal-kraften)

Hvordan har du regnet ut dette? Jeg får helt andre tall.

Vinkelhastighet, arad=rw^2

w = (omega) = [rad/s]
arad = g = 9.81 m/s^2
r = radie

osv..

a = v^2/r = ω^2*r

a = 3.2^2/100 = 0.1024 m/s^2
Så vil påstå du har regnet feil gitt.

Det blir ikke det samme å ta med seg jordkloden. Husk på at vi ikke nødvendigvis trenger noe med samme masse som jorda siden vi kan befinne oss mye nærmere objektet vi ser på en det vi til vanligvis befinner oss fra jordas sentrum. Se Provos utregning.

Likevel, Nickodemus har et godt poeng. Om vi hadde klart å lage et slik 1G objekt så vil det ført med seg enorme problemer - I tillegg til det opplagte problemet med størrelsen til objektet. I følge Provos beregning blir dette objektet, dersom vi antar at vi bruker Osmium, ca 6% av Jordas masse.
- Hvordan skal vi sette samme romskipet? Å flytte 1G-objektet på plass er helt enormt energikrevende.
- Hvordan skal vi i praksis akselerere et romskip med så stor masse?

Hvorfor problemer med aksellerasjon? Har sikkert oversett noe, men slår meg ikke som problematisk. Med mindre kraften skal komme fra sentrum da, men det blir jo helt unødvendig.

Jeg sa det egentlig med et spesifikt scenario i tankene; noe slikt noe:

http://4.bp.blogspot.com/-_rb0AYiYGBM/UY_HEUaLdhI/AAAAAAAAWMk/EtaOXbtR81g/s1600/Zephyr.jpg

Bare med en ring med en diameter på 400m. Da blir det fort et problem, avhengig av omkretsen på "hovedkroppen". Det er selvfølgelig et designproblem, og behøver ikke bli et stort problem i den store sammenhengen, annet enn at det blir en utfordring å bringe opp nødvendig utstyr i bane rundt jorden. På sikt kan man dog se for seg enorme fabrikker som går i bane rundt jorden, som benytter seg av mineraler fra asteroider som råmaterialer. Det har dog sine utfordringer det og.