Вращающиеся секции на космических кораблях

[Граф Цеппелин]

Вращающиеся секции на космических кораблях и станциях неоднократно предлагались как средство создания искусственного аналога гравитации, облегчающего условия жизни на борту. Невесомость в дальней перспективе все-таки не слишком полезна для человеческого организма; интенсивные тренировки и специальные процедуры только частично снимают остроту проблемы. Так как вращать весь корабль целиком не всегда рационально, обычно предлагается использовать некие вращающиеся секции, совершающие обороты вокруг основной (неподвижной) структуры.

Что меня интересует, так это каким способом осуществлять коммуникации между вращающимися секциями и неподвижными частями. Каким образом люди будут переходить из одной части корабля в другую? Как будет осуществляться транспортировка воздуха, воды, грузов? Как, наконец, будет поддерживаться структурная прочность корабля?

Пока я видел несколько путей решения проблемы:

1) Осуществлять связь только когда секции не вращаются. Т.е. предполагается, что не-вращающаяся часть корабля в основном беспилотная (либо требует в нормальной ситуации минимума экипажа, возможно, работающего вахтами) и большая часть экипажа и пассажиров постоянно находится во вращающихся секциях. Для перехода, вращение секций просто замедляют до остановки.

Недостаток - морока с раскручиванием-остановкой, невозможность быстрого сообщения в экстренной ситуации.

2) Закреплять вращающиеся секции на оси неподвижной части. Т.е. вращающаяся часть "надета" на выступ не-вращающейся, который является ее осью вращения. В ступице вращающейся части, соответственно, устроен переход, соединяющийся с коридором в не-вращающейся части.

Эта идея имеет тот недостаток, что вращающаяся часть обязательно должна быть закреплена "на конце" (или на выступе) основной структуры корабля. В противном случае, возникает дополнительный вопрос, как осуществлять коммуникации теперь уже между передней и задней неподвижными частями; да и сама проблема перехода усложняется многократно.

3) Расположить вращающуюся часть внутри корпуса. Т.е. вращающаяся часть находится целиком внутри некой герметичной полости в корпусе корабля, и никаких проблем с переходом просто нет; для перехода достаточно спрыгнуть с торца вращающейся части.

Недостаток - огромные герметичные объемы, тратящиеся исключительно на то, чтобы в них вращалась конструкция.

4) Переходной элемент. Т.е. снаружи вращающейся части имеется некая переходная кабина, которая может замедлять вращение и останавливаться, присоединяясь к шлюзу на поверхности неподвижной части. В норме, кабина вращается синхронно с вращающейся частью. Когда кто-то хочет перейти в неподвижную часть, кабина замедляет свое вращение, и останавливается точно напротив переходного отверстия неподвижной части. В обратном случае - то же самое в обратном порядке.

[Звёзды Светят]

Колесо Циолковского.......

[Граф Цеппелин]

Вы о чем?

[prostak_1982]

Хорошие вопросы. Надо бы подумать.

Пока, в теории, самый легко решаемый вопрос, это управляющая связь с остальными секциями корабля в штатном режиме - Wi-Fi рулит.

Если не вращаем весь корабль, а только секцию, то можно сделать центральный ствол, где будут проходить, допустим, все коммуникации.

Воду можно передавать через герметичные втулки, конструктивно аналогичные тем, которые использовались на реактивных вертолетах. Только прокладки потребуются хорошие.

Канализацию отводить в другую сторону. Хотя, тут лучше капсулировать.

Силовое электричество... Вот над этим надо подумать. Почему-то на ум приходит некий аналог трансформатора, в котором есть центральная, неподвижная обмотка и вращающаяся вокруг нее кольцевая обмотка, относящаяся к обитаемой секции. Но тогда будут потери на превращение постоянного тока от солнечных батарей в переменный ток для трансформатора. В самой камере можно использовать и переменный ток. А если корабль с реактором, то тут сразу можно использовать переменку.

[Роман Широков]

на форуме Новости космонавтики читал проект. Сферы внутри которых вращающиеся цилиндры. Сфера наиболее экономично позволяет использовать обьем, ну а цилиндр создает гравитацию в жилой зоне.

[Lestarh]

Вращающиеся секции на космических кораблях и станциях неоднократно предлагались как средство создания искусственного аналога гравитации, облегчающего условия жизни на борту. Невесомость в дальней перспективе все-таки не слишком полезна для человеческого организма; интенсивные тренировки и специальные процедуры только частично снимают остроту проблемы.

Позволю себе заметить.

Вращение порождает силу Кориолиса. В случае человека во "вращающейся гравитации" таковая будет действовать на кровеносную систему, пищеварение, вообще на любые вертикальные перемещения жидкостей внутри организма. И на сам организм буде тому захочется встать, сесть или лечь.

Насколько я помню, при малых радиусах вращения это будет давать заметные эффекты как минимум по принципу морской болезни. При увеличении радиуса и уменьшении линейной скорости вращения их можно уменьшить, но всё же не в ноль. Как будет влиять на организм длительное наличие даже слабых "непредусмотренных техзаданием" сил, действующих на ткани и жидкости - вообще неясно. Никто не проверял.

В общем мне представляется, что это более фундаментальная проблема, нежели чисто технический вопрос сочления подвижных и неподвижных частей.

Эта идея имеет тот недостаток, что вращающаяся часть обязательно должна быть закреплена "на конце" (или на выступе) основной структуры корабля. В противном случае, возникает дополнительный вопрос, как осуществлять коммуникации теперь уже между передней и задней неподвижными частями; да и сама проблема перехода усложняется многократно.

Делаете две соосные трубы в центре. Внутренняя вращается, наружная нет (либо наоборот). Герметизацию и подшипник между ними сделать можно. Переход осуществляется тупо переходом вдоль оси трубы

Кстати на оси вращения "псевдогравитации" не будет, что сильно упростит задачу для переходящих.

Изменено 13 Apr 2015 пользователем Lestarh

[TylerDurden]

а что с ними делать при разгоне? или торможении? когда будут действовать несколько векторов силы тяжести? убирать оттуда экипаж и останавливать вращение?

а по по поводу коммуникации согласен с коллегой Лестархом. правда жилой отсек придется наверное делать автономным, ибо подвести к нему коммуникации проблематично.

[Snafu]

Корабль в виде большого диска. Несколько палуб в виде концентрических цилиндров. На внешних сила "тяжести" (условно) максимальна, на внутренних минимальна.

Вращается либо весь корабль (тогда проблемы просто нет), либо вся жилая часть. Включая командные посты, жилые отсеки, запасы пищи и воды, замкнутую систему жизнеобеспечения, реактор для внутренних нужд... Передавать наружу или внутрь что-либо просто нет необходимости. Невращающаяся зона (главный реактор, двигатель и т.п.) безлюдна по определению. Если все-таки нужно туда перейти (аварийная или ремонтная партия) - можно сделать вращающееся кольцо с несколькими кабинами. Но это совершенно нештатный случай.

[Че Бурашка]

5) Вообще не делать невращающуюся секцию - пусть весь пепелац крутится.

Вращение порождает силу Кориолиса.

Давным давно рассчитано и померяно при каких диаметрах и ускорениях она будет малозаметна.

а что с ними делать при разгоне? или торможении?

Ничего. Если нет генераторов гравитации, космический корабль дальнего плаванья почти наверняка летает на малой тяге.

[Рок]

на малой тяге.

Но даже малая тяга будет оказывать влияние. Допустим, при ускорении одна десятая джи и при вращении командно-жилого модуля с имитацией половинной, скажем, гравитации, внутри будет полный хаос, мне кажется.

Изменено 14 Apr 2015 пользователем Рок

[Doctor Haider]

Обитаемый модуль на центрифуге. При инерциальном полете центрифуга раскладывается перпендикулярно продольной оси корабля и вращается вокруг этой оси. При торможении или разгоне складывается вдоль корпуса вперед или назад по ходу движения так, чтобы пол жилого модуля в любом режиме полета оставался полом. Переход в основную часть корабля осуществляется в центре, где сила тяжести будет отсутствовать.

[Pretiera]

Все кроме

prostak_1982

не по теме, вопрос обеспечения сразу нескольких каналов коммуникации

-связь

-электричество

-газы (1-2 вида)

-жидкости(1-2 вида)

-грузы и люди

и последние не самое сложное

но все это надо одновременно передовать через вращение

для связи можно радио и оптику

для электричества контактные дорожки и токосъемные головки (тролейбус)

главная проблема газы и жидкости - решение коаксиальные трубопроводы, но вопрос надежности и ремонта

[prostak_1982]

главная проблема газы и жидкости - решение коаксиальные трубопроводы, но вопрос надежности и ремонта

Газы иногда можно и баллонами перетащить.

[TylerDurden]

Все кроме

prostak_1982

не по теме, вопрос обеспечения сразу нескольких каналов коммуникации

-связь

-электричество

-газы (1-2 вида)

-жидкости(1-2 вида)

-грузы и люди

и последние не самое сложное

но все это надо одновременно передовать через вращение

для связи можно радио и оптику

для электричества контактные дорожки и токосъемные головки (тролейбус)

главная проблема газы и жидкости - решение коаксиальные трубопроводы, но вопрос надежности и ремонта

ну с энергией понятно, а вот со связью проблемы. ибо все что движется и трется набирает усталость материала, и проблема вряд ли решается двойным и тройным резервированием, а условиях космоса, не вовремя оторвавшийся провод может стать фатальным. надежней система нужна. а самое надежное - полная автономность. элементы управления по любому в такой конструкции придется выносить в невесомость, а жилой модуль использовать повахтенно. при ускорении и торможении команда принудительно выгоняется по местам, а все что не закреплено, намертво прикручивается к переборкам :)

[ГОРЕЦ]

Babylon 5 Omega-class destroyer

Судя по всему, обитаемая только вращающаяся часть

остальное под вооружение двигатели оборудование ИМХО

[Граф Цеппелин]

И вот никак не могу понять, как у "Омеги" она соединяется с корпусом.

[швамбран]

Какие-нибудь магнитные (левитирующие) подшипники стоят.

А вообще, хоть это и офф-топ, есть вполне радикальный способ созданимя искусственной гравитации: корабль должен двигаться с ускорением. И все эти вращающиеся отсеки становятся ненужными.

[Raznij]

ну с энергией понятно, а вот со связью проблемы. ибо все что движется и трется набирает усталость материала,

Эелементарно излучатель и приемник излучения и ничего не трется.

[Doctor Haider]

корабль должен двигаться с ускорением. И все эти вращающиеся отсеки становятся ненужными.

Не всегда возможно двигаться с ускорением

[Doctor Haider]

Инерциальный режим:

Ускорение:

Торможение:

Конструкция:

Мопед не мой - утащено с форума виртуального планетария Space Engine

Комментарии автора:

Привет Всем! Решил пока отойти от темы «ЛА корабль-поверхность» и, под впечатлением Ваших работ и обсуждений, незаметно для себя переключился на концепт базового корабля. Мне конечно же пока далековато до моделей, представленных в начале темы, но я начну с «конца», так сказать. Решил смоделировать и хотя бы «около научно» обосновать обитаемую и не совсем обитаемую часть наших звездолетов. Мой проект еще далеко в зачаточном состоянии, так что пока остановлюсь на следующих деталях:

1. «ХАБ» (обитаемые рабочие и жилые модули)

2. Транспортные/грузовые блоки

3. Коммуникации (транспортные лифты, шахты, переходные шлюзы)

«ХАБ», он же обитаемый модуль. У меня их два. Это восьмигранные усеченные сверху и снизу однопалубные блоки диаметром 20 метров каждый.

Первый обзовем «Командно-инженерным модулем», второй - «Научно-исследовательским». Дело в том, что я отталкивался от теории использования «маятникового» принципа создания искусственной гравитации, т. н. концепции вращающейся центрифуги. В «рабочем» (развернутом) состоянии она представляет собой 120-метровый восьмигранный цилиндр, соединяющий по средством электромагнитного лифта два обитаемых модуля. Вот как она выглядит в эскизном варианте (все пока очень и очень схематично, отсутствуют многие детали, в том числе радиаторы отвода тепла на штангах «Хабов») :

Сразу оговорюсь: на этом рисунке наши модули находятся в позиции «ускорение». Штанга маятника центрифуги сложена посредством специальных вращающихся блоков, расстыкована и в данный момент не используется. Транспортный лифт находится в основной продольной силовой конструкции корабля. Сообщение между обитаемыми модулями осуществляется посредством короткого (4м) поперечного шлюза (он же транспортная платформа продольной транспортной шахты нашего корабля). В таком положении «полом» будет считаться та сторона «ХАБА», которая обращена к «корме» звездолета, а транспортная шахта основной продольной силовой конструкции корабля будет «колодцем» по которому будет курсировать лифт-шлюз в зону доступа к грузовым платформам.

На втором рисунке «ХАБы» находятся в положении «постоянная скорость» или «свободный полет». Штанги центрифуги раскрыты и состыкованы. Весь блок центрифуги теперь представляет собой единое целое и начинает постепенное вращение вокруг продольной оси. В таком положение «полом Хаба» опять же будет служить та часть, которая была при ускорении корабля. Чтобы достичь гравитации 1g, наша центрифуга радиусом 60 метров, должна двигаться со скоростью ок. 24 м/с и совершать полный оборот за 15 сек (4 оборота в минуту). Сразу перейти на такую скорость будет очень «некомфортно» для экипажа, поэтому полную скорость вращения придется набирать постепенно (около суток?) постепенно «набирая» и тяготение. Теперь сообщение между модулями будет осуществляться посредством электромагнитного транспортного лифта в штанге «маятника». Но здесь возникают определенные нюансы. До центральной часть штанги (продольная ось корабля) наш лифт будет двигаться, теряя тяготение на примерно 0,2 g каждые 12 метров. На середине пути между обитаемыми модулями — полная невесомость. Членам экипажа придется пересаживаться на кресла (пристегиваться ремнями) на «потолке» стартовавшего лифта....НО это вроде как и ничего, а вот какая должна быть средняя скорость «подъема» и «спуска» лифта, чтобы члены экипажа безудержно не метали «харч» по переборкам, я не знаю...

В продольную (центральную) шахту корабля, которая была «колодцем» при ускорении, члены экипажа попадут без особого труда, т. к. сам транспортный лифт «штанги» и центральная шахта соединены друг с другом переходным блоком, а скорость вращения лифта по отношению к «центру», будет всего 0,5 м/с.

Третье основное положение «ХАБов» - «торможение» (рис.3) Опять же, как и при маневре ускорения, 2 части штанги маятника центрифуги расстыкованы и сложены вдоль продольной оси корабля, но уже в сторону пылевого щита и опять же при обратном ускорении, «пол» модулей останется на прежнем месте.

В состоянии «покоя» корабля, находясь на орбите, можно использовать вращение центрифуги, а можно работать и в полной невесомости.

Я вижу так:

Шаттлы доставляют членов экипажа на борт корабля. На корабле гравитация отсутствует.

Пройдя стыковочный шлюз, экипаж попадает на кормовую транспортную платформу/лифт (он же переходной шлюз) главной (продольной шахты звездолета), которая доставляет космонавтов к «ХАБам», находящимся в положении «ускорение»

Члены экипажа «разлетаются» по своим постам и начинают подготовку к движению.

Звездолет начинает разгоняться, гравитация растет (по времени до 10 тыс. км/сек, сколько займет — не знаю...)

После разгона, осуществляется переход на режим «свободный полет». Здесь будет «перебой» с тяготением минут на 20-30. Переходной шлюз/лифт вместе с переходными шлюзами «ХАБов» герметизируются.

Штанги центрифуги раздвигаются на 90 градусов перпендикулярно продольной оси, стыкуются и начинают вращение с постепенным ускорением до 24 м/с. С полноценной «Земной» силой тяжести корабль двигается к цели до начала маневра торможения.

Постепенное торможение центрифуги, снова перебой с тяготением, остановка, расстыковка штанг, складывание штанг вдоль оси корабля к «щиту».

Стыковка с носовым переходным шлюзом/лифтом. Постепенное наращивание тяготения.

Полная остановка корабля, невесомость. Штанги центрифуги, или «раскручиваются» заново создавая «комфортные» условия работы на орбите, или же, минуя «свободный полет», переходят в положение «ускорение», ближе к докам шаттлов (невесомость).

Теперь хочу поподробнее остановиться на самом внутреннем устройстве «ХАБов»

Пока более-менее смоделирован т. н. «Командно-инженерный модуль (КИМ)».

Каждый космический аппарат имеет свое прямое назначение, соответственно этим целям и задачам формируется и экипаж. т. к. данный корабль пока «межпланетник» (отсутствует гипердвигатель), то Экипаж КИМа будет состоять из 17 астронавтов:

Командир экипажа

Главный инженер

Инженер реакторной группы

Инженер топливной группы

Первый бортинженер (Ассистент ИРГ)

Второй бортинженер (Ассистент ИТГ)

Инженер-механик

Первый пилот

Второй пилот

Ассистент второго пилота

Инженер астрофизик

Инженер-навигатор

Ассистент инженера навигатора

Специалист радиолокационной связи

Оператор информационных бортовых систем

Ассистент ИБС

Медик-биолог

В архитектурном плане «ХАБ» представляет собой восьмигранный цилиндр шириной 20 метров, высотой 6,7 метров (1,5 метров снизу и 2 сверху усечены.) В нижней размещается все коммуникации генераторов, батарей, теплопоглощающих элементов, рециклеров и т. д. В верхней усеченной части и в межстенном пространстве самого модуля, расположено бортовое радиоэлетронное оборудование, коммуникации информационных систем, части систем жизнеобеспечения. Непосредственно между ними «приютилась» основная палуба обитаемого модуля с высотой стен 2,5 метра. Каждый модуль рассчитан на замкнутый цикл «жилищно-коммунального хозяйства».

Начну с центра:

1. Шахта электромагнитной грузопассажирской лифтовой платформы

Используется только при раскрытой штанге центрифуги и служит для обеспечения сообщения, как между самими модулями, так и для перехода в центральный тоннель продольной силовой оси корабли, для доступа к носовым/кормовым модулям грузовых платформ, обсерватории астронавигационного модуля, или к докам шаттлов.

2. Лифтовая платформа дублируется аварийной шахтой (вход с центрального поста управления). Эта шахта снабжена лестницей и поручнями (единственная лестница по кототрой чем больше поднимаешься, тем легче становится :-))

3. окружает центральную шахту два отсека:

- Центральный пост управления кораблем

- Пост инженерного контроля

В каждом посту 4 вахтенных места. Они представляют собой большие кресла диамагнитной компенсации, снабженные какими-нибудь выдвижными прозрачными мониторами контроля. (надо подумать)..В ЦПУ посменно дежурят непосредственно пилоты и навигаторы, в ПИКе — контроль реакторов, топлива, связь, астрономы. В каждый отсек ведет отдельный вход.

4. Огибает все это дело кольцевой коридор шириной 1,7 метра, обеспечивающий сообщение всем отсекам «ХАБа»

5. Жилой отсек членов экипажа (всего четыре отсека в модуле) рассчитан на 4 человека. Обеспечен индивидуальными спальными местами «купейного» типа, индивидуальными камерами хранения личных вещей, индивидуальными легкими средства защиты и т. д. Каждый отсек имеет санузел, оборудованный душевой герметичной кабиной, умывальником, туалетом.

6. Коридор переходного шлюза обеспечивает переход между обитаемыми модулями экипажа в режиме ускорение/торможение, а так же, как герметичный отсек для аварийного выхода в членов экипажа в открытый космос. Шлюз оборудован камерами хранения инженерного ремонтного оборудования и скафандров.

7. Каюта командира экипажа находится непосредственно напротив входа в ЦПУ.

8. Справа от каюты командира расположен медблок, рассчитанный на одного члена экипажа. (Если болящих будет больше — нах. в лазарет в научно-исследовательский блок :-))

9. Камбуз-столовая рассчитана на одновременный прием пищи 8 членов экипажа. Представляет собой помещение снабженное автоматическим блоком обработки продуктов питания, столом на 8 персон, блоком утилизации пищевых отходов. Блоком ультразвуковой «стирки» персонального белья и нанострижки волосей ))))))

10. кают-компания, он же отсек рекреации. Представляет собой гармоничное сочетание небольшого тренажерного зала и мягкого уголка библиотечного типа с стереографическими пейзажами родных просторов на всю стену отсека.

Научно-исследовательский модуль пока не моделил. Сотрудников будет там поменьше, зато пространство под лаборатории и гидропонику всякую планируется больше.

Как думаете, астроинженеры? )))<

[Doctor Haider]

Ну и остальное

[Граф Цеппелин]

А вообще, хоть это и офф-топ, есть вполне радикальный способ созданимя искусственной гравитации: корабль должен двигаться с ускорением. И все эти вращающиеся отсеки становятся ненужными.

Это требует постоянных затрат энергии/реактивной массы, и не всегда оптимально с точки зрения траектории полета. Плюс, например, двигатель Алькубьерре вообще не в состоянии создавать ускорение.

Doctor Haider, спасибо!

[Doctor Haider]

Другой вариант корабля, но принцип создания искусственной гравитации тот же:

[VIR]

есть вполне радикальный способ созданимя искусственной гравитации: корабль должен двигаться с ускорением. И все эти вращающиеся отсеки становятся ненужными.

Во, наконец-то! Мы уже обуждали межзвездные полеты. Так они все так и рассчитываются - полпути с ускорением, скажем, g, и полпути с ускорением - g

[ВВВ]

Никто не проверял.

Американцы вроде исследовали.