gravità artificiale: contrappeso

Avete presentel a stazione spaziale 2001 Odissea nello spazio?(domanda idiota)
Mi domando perchè non abbiano ancora deciso di realizzare un progetto simile. Comunque veniamo alla questione:

Un altro modo per ottenere gravità artificiale se si è in orbita di un pianeta (non vale se si è in viaggio interplanetario) è quello della stazione spaziale a contrappeso:

Molti di voi avranno sentito parlare dell’idea di ascensore orbitale, un sistema che in definitiva è composto da una corda fissa a terra in una zona dell’equatore, e lunga più di 35000km. Il punto che si trova all’estremità della corda si trova in orbita geostazionaria, cioè: l’accelerazione centrifuga che il corpo subisce a causa della sua velocità angolare (uguale ad un qualsiasi punto fisso sulla superficie terrestre) è equivalente al valore dell’accelerazione gravitazionale a quella distanza dalla Terra.

Mantenendo invariata la velocità angolare, i punti che si trovano a distanze superiori si muovono più velocemente di come dovrebbero fare per la loro orbita (più ci si allontana dalla Terra, più le velocità angolari delle orbite diminuiscono) e quindi in loro vince la forza centrifuga.
Viceversa, nei punti che si trovano a distanze inferiori vince la forza peso, e in tali punti (procedendo dall’alto verso l’basso) l’accelerazione di gravità sarà compresa tra 0m/s^2 e 9,8m/s^2.

Immaginiamo ora di posizionare una stazione spaziale, con la stessa velocità angolare considerata in precedenza, in un orbita inferiore a quella geostazionaria: la stazione precipiterà verso il basso.
Parimenti posizionando una stazione spaziale, sempre dotata della stessa velocità angolare, in un orbita superiore a quella geostazionaria, la stazione sfuggirà al campo gravitazionale terrestre.

Ma se fosse possibile collegare le 2 stazione tramite una corda, ortogonale alla superficie terrestre, ciascuna delle 2 stazioni farebbe da contrappeso all’altra mantenendo il sistema stabile, con il baricentro in orbita geostazionaria.

Ovviamente, rinunciando alla geostazionarietà, sarebbe possibile costruire un sistema su orbite più basse e ridurre realisticamente la lunghezza della corda necessaria a tenere unite le 2 stazioni.
Così avremmo 2 stazioni operanti a gravità artificiale: sia in quella inferiore che in quella superiore gli astronauti opererebbero in condizioni di gravità minore rispetto a quella terrestre, ma non nulla (proporzionale alla distanza delle stazioni dal baricentro). Curiosamente gli astronauti presenti nella stazione superiore camminerebbero avendo la Terra sulle loro teste.

L’idea evidentemente non è mia; la prima e unica volta in cui ne ho sentito parlare è sul forum Coelestis.
Qui c’è il link alla discussione originale:
http://www.trekportal.it/coelestis/showthread.php?t=1721

forse perchè non serve?

cioè, si fanno gli esperimenti lassu perchè c’è microgravità!

altrimenti si farebbero quaggiù! :stuck_out_tongue_winking_eye:

Questa è appunto una delle risposte!
La ISS è usata (anche) per gli esperimenti in gravità ridotta, se la creiamo per far stare meglio gli astronauti abbiamo perso il perchè di avere una ISS…

E per chi proprio vuole gzero, non si potrebbe introdurre un terzo elemento pressurizzato proprio in corrispondenza del “baricentro” di questo sistema?
Potremmo sostituire la corda con un condotto percorribile.
Funzionerebbe? :thinking:
Cosi’ almeno quei poveretti che vogliono solo usare un telescopio a raggix o simili non devono per forza stare a galleggiare per 6 mesi…

oppure piu’ semplicemente rendere realta’ il sogno di von Braun…

Di questa possibilità non avevo mai sentito parlare, cionondimeno mi sembra fattibile in teoria, anche se fuori portata in pratica. Non ho fatto calcoli specifici, ma così a naso direi che il collegamento fra le due estremità dovrebbe essere lungo centinaia, se non migliaia, di km per avere livelli di gravità accettabili (per semplificare la vita agli astronauti e non obbligarli alle ore e ore di esercizio fisico quotidiano a cui sono obbligati a 0g).
La trovo comunque un’ipotesi molto affascinante che offre interessanti spunti di discussione.

In questo thread affrontammo alcuni ragionamenti che possono tornare utili a questa discussione: http://www.forumastronautico.it/index.php?topic=2748.0

Altro anche qui: http://www.forumastronautico.it/index.php?topic=3646.0

Oltre a permettere il prolungamento dei tempi di permanenza in orbita, una stazione del genere potrebbe essere utile per sperimentare gli effetti dell’organismo umano ad una gravità uguale, ad esempio, a quella marziana.
Un’altro modo per sfruttarla sarebbe usarla come piattaforma per passare dalle orbite basse (300km) alle orbite alte (4000km) con un dispendio di energia di gran lunga inferiore (in pratica sarebbero degli ascensori orbitali su scala ridotta e non ancorati al suolo).

Ovviamente rimane il problema della realizzazione

Riporto qualche “conto” sempre dal forum che ho linkato. Non sono in grado di verificarne l’esattezza per mancanza di conoscenze! ma credo che chi li ha fatti non sia il primo arrivato

Se volessimo realizzare una stazione (inferiore) che orbiti a 300km di altezza, compiendo 10 giri al giorno, e possieda per i suoi occupanti un’accelerazione di gravità pari a 5.18m/s^2 (circa metà di quella terrestre) il contrappeso dovrebbe essere messo a più di 2200km di distanza.
Se però, volessimo una stazione (inferiore) che orbiti a 300km di altezza, compiendo 15.2 giri al giorno, e possieda per gli occupanti una gravità pari a quella lunare (1.6m/s^2) il contrappeso dovrebbe essere messo a più di
178 km di distanza.

Che dite? 200Km (se i calcoli sono corretti) non sono poi così tanti. Magari con un futuro sviluppo della tecnologia dei materiali (nanotubi di carbonio, per esempio)

Il concetto è molto interessante.
Per il problema della ricerca si possono costruire moduli abitativi posti nei punti con la gravità e moduli scientifici sul baricentro.
Se i dati riportati da tonyruspa sono esatti potrebbe diventare un progetto realmente realizzabile in futuro, mentre un prototipo dimostrativo si potrebbe già realizzare con le attuali tecnologie…

Interessante…
Decisamente più fattibile degli ascensori orbitali da Terra.

Ho seguito la discussione in disparte, con iniziale scetticismo, per poi cambiare idea gradatamente, grazie alle vostre interessanti considerazioni.
A questo punto mi chiedo però, se l’inevitabile peso o massa del “filo”, viste le sue dimensioni, possa essere il vero punto critico!
Ovviamente, oltre a trattenere le masse ai suoi estremi, dovrà resistere anche alla propria massa necessariamente elevata.
In teoria il cavo dovrebbe essere più grosso, spesso o resistente al suo baricentro?
Problemi inferiori forse ad un ascensore spaziale, ma non di molto… :thinking:

una domanda tecnica ma non c’e’ il rischio che il cavo raggiunga il punto armonico (non sono un ingegnere, intndo in cui ventual oscillazioe rnderebbe il cavo fragilissimo).

Forse ho letto male, ma due stazioni collegate da filo su orbite diverse? c’è il problema di rendere sincrona la velocità angolare delle due stazioni. Il cavo sarebbe sottopostoa a trazione ma si potrebbero usare più cavi. c’è da considerare l’attrito con gli strati superiori dell’atmosfera che frena la stazione in basso.
Non sarebbe possibile costruire ascensori tra le stazioni perchè comporterebbero uno sbilanciamento delle masse in gioco.
Però una grande struttura a parallelepipedo, con sistemi idraulici in grado di compensare all’istante lo sbilanciamento di masse in movimento verticale o che aumentino la massa della stazione inferiore quando si abbassa troppo d’orbita…
eppure
una stazione toroidale mi pare che resta l’iopotesi più promettente, ma per questo rimando ad altro tread, dove i problemi di tale struttura sono stati ampiamente discussi.

Già, infatti il problema dell’attrito con l’atmosfera non è trascurabile.

Tutto sommato direi che è tecnicamente poco fattibile, però l’idea iniziale a mio parere è geniale e non priva di aspetti positivi.
Resta comunque il fatto che la gravità artificiale ottenuta per rotazione è decisamente più realistica.
Riguardo ciò, ho spulciato un po’ la rete per curiosita e riassumendo i punti principali sono:

1.FORZA MAREALE: la forza centrifuga che gli occupanti percepiscono all’altezza della testa è troppo diversa da quella che sentono ai loro piedi. Per evitarla è possibile costruire una struttura toroidale con raggio molto ampio (un raggio di 10 metri basterebbe per contenere gli effetti mareali).
2.ASIMMETRIA DEL SISTEMA: se abbiamo un toroide omogeneo che gira attorno al proprio asse il problema non si pone; ma il toroide non può essere omogeneo se ci sono degli astronauti che camminano all’interno: ci saranno dei punti massivi e altri punti meno massivi. Questa asimmetria provoca inevitabilmente delle oscillazioni, tanto più forti quanto maggiore è il rapporto tra la massa dell’astronauta e la massa del toroide.
La soluzione è limitare l’intensità delle oscillazioni:
a) costruendo un toroide molto massivo in modo che l’asimmetria generata dalla massa dell’astronauta sia minima
b) creando un sistema attivo di mantenimento di assetto, con piccoli razzi che ogni secondo tengono ferma la struttura applicando piccole correzioni
3. MONTAGGIO!!! ovviamente la stazione andrebbe costruita in orbita portando ciascun “pezzo” separatamente con un vettore di qualche tipo (shutttle??)

Opinioni?

Puntualizzo che considero la cosa oltre che di dubbia utilità, molto (ma molto) fantascientifica oggi (per questo non sono intervenuto prima), nelle discussioni linkate sopra è stato più volte evidenziato il problema delle forze di Coriolis che l’equipaggio subirebbe rendendo del tutto invivibile la stazione… e già questo potrebbe essere un problema insormontabile…

Mi trovo fondamentalmente d’accordo con Albyz.
La forza centrifuga dipende dal raggio, e quindi per non avere sensibili differenze tra i piedi e la testa il raggio di questa stazione dovrebbe essere di una dimensione che la rende fantascientifica…
I mezzi teorici per fare una cosa del genere ci sono, e quella di 2001 secondo me già considerava molte di queste cose (d’altronde Clarke non era proprio l’ultimo del mondo :wink: ), pero’ i mezzi tecnici/realistici sono ben lontano dall’arrivare a livelli del genere…