Questão:
Há algum limite teórico de tamanho para estações / estruturas espaciais feitas pelo homem?
Zoltán Schmidt
2013-07-29 23:27:51 UTC
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A pergunta fala por si. Se a resposta for "sim", quais são os problemas em criar uma estrutura espacial de grande escala, talvez até dezenas de quilômetros de extensão? Que tal mover & para reposicionar, construir, manusear, fornecer, manter e reparar problemas de hiperestruturas espaciais (por exemplo, uma fábrica nuclear no espaço)?

Eu poderia verificar apenas um aspecto: mover e reposicionar.

Teoricamente, estruturas espaciais maiores (como estações espaciais) não precisam de propulsão séria porque podem ser construídas no espaço (como aconteceu com a Estação Espacial Internacional: foi construída peça por peça) e movê-las deveria ser necessário no reposicionamento - mas se eles pudessem obter uma órbita (em torno de uma lua, um planeta ou talvez até uma estrela), eles são movidos pela força da gravidade.

EDITAR: com a palavra estrutura , quero dizer uma instalação feita pelo homem que tem certas funções. Eu não gostaria de usar a palavra estação espacial , porque com escalas muito grandes, uma instalação semelhante seria mais do que uma estação.

com a palavra _estrutura_, quero dizer uma instalação feita pelo homem que tem certas funções. Eu não gostaria de usar a palavra _estação espacial_, porque com escalas muito grandes, uma instalação semelhante seria mais do que uma estação.
AFAIK, colapsando sob a própria gravidade e se transformando em um buraco negro é o único limite. Procure "Dyson Sphere" por exemplo de algo GRANDE. A propósito, lembro-me de pelo menos algumas idéias envolvendo a transformação de asteróides em naves espaciais.
Mas mesmo a Estrela da Morte não era tão grande a ponto de ter entrado em colapso sob sua própria gravidade - embora fosse apenas uma instalação fictícia. =)
A Estrela da Morte não precisava seguir as leis da física, apenas as leis da imaginação dos espectadores. ;)
Eu sei, não fui nem totalmente sério =) mas para criar buracos negros é preciso muita concentração ... Quer dizer, como a massa da Terra na cabeça de um alfinete. (fonte: VSauce) É muito improvável que aconteça com uma instalação feita pelo homem.
Existem problemas de escala definitivos com gradiente gravitacional, ciclo térmico e vibração quando falamos sobre a tecnologia atual e orçamentos limitados. Porém, continuar jogando tempo e dinheiro os fará ir embora.
@DeerHunter Tive de pensar um pouco sobre o ciclo térmico, mas não classificaria isso como sensível ao tamanho. Eu acho que há um tamanho ideal onde o estresse térmico em órbita é o pior, devido ao comprimento da órbita e à massa térmica que causa o maior gradiente térmico.
Dois respostas:
#1
+16
AlanSE
2013-07-30 00:38:30 UTC
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Para ser o mais prático possível, a missão do Ônibus Espacial STS-75 experimentou uma amarração espacial. Para o registro, a corda quebrou. Para ser bem exato, quebrou por motivos que não o teriam quebrado se a linha fosse mais curta. Então, em certo sentido (mas apenas em um sentido limitado), já vimos uma corda espacial quebrar por causa de seu tamanho.

Isso foi por causa da corrente do fio interagindo com o ar aprisionado da fabricação na linha. A corrente foi causada pelo movimento dentro do campo magnético da Terra. Isso tinha 20 km de comprimento. Não podemos chamar isso de limite em nenhum sentido significativo, porque a NASA poderia fazer uma amarração melhor agora, e todo o objetivo da missão era fazer experimentos com corrente induzida. Portanto, um isolador seria muito melhor.

No entanto, a corrente induzida ainda é específica para o tamanho . Também é específico para velocidade, campo magnético e provavelmente algumas outras coisas.

Forças da maré

A razão de haver tensão no fio para começar foi as forças das marés. Existem inúmeras propostas de amarras para vários sistemas cislunares que aproveitam o gradiente de gravidade. Foi até considerado fazer estruturas para a ISS que usariam as forças das marés para ajudar a manter a orientação.

Existem alguns qualificadores. As forças de maré se estendem apenas em uma direção, portanto, pode não estressar sua estrutura dependendo da geometria e de como ela é apontada.

Para um tratamento matemático básico, o campo de maré cresce linearmente com o movimento do ponto central. Se você tem um membro mecânico, então ele é integrado ao longo do comprimento para dar uma força de tração da ordem de (comprimento) ^ 2, eu acredito.

Em um sentido significativo, um elevador espacial tem que lutar contra as forças das marés e exigiria materiais futuristas. Minha pobre aproximação de l ^ 2 seria insuficiente nessa escala.

Autogravitação

Algo pode entrar em colapso sob seu próprio peso. Claro, teremos que assumir que não está contando com pressão interna. Os planetas dependem de sua própria pressão interna para se manterem estáveis ​​contra a autogravitação. Isso não é espetacular, e como estamos procurando estruturas feitas pelo homem, vou imaginar algo como a Estrela da Morte.

Se uma estação espacial esférica tem uma densidade constante, a gravidade cresce linearmente a partir do Centro. Por causa disso, teria a mesma escala (comprimento) ^ 2 de requisitos estruturais, mas isso seria compressivo. Você pode empurrar os limites dos materiais ainda mais com cargas de tração do que cargas de compressão em geral.

É importante observar que a autogravitação depende da densidade média da estrutura. Na verdade, é um relacionamento (densidade) ^ 2. O argumento para o quadrado é que na Terra seu peso é apenas (massa), porque é a gravidade entre você-Terra. A autogravitação está entre você-você. Assim, seu termo de massa é inserido duas vezes. Isso significa que uma estrutura muito esparsa poderia teoricamente abranger um tamanho maior que o da Terra, embora não entre em colapso sob sua própria autogravitação.

Outros

Há outra maneira de levar isso ainda mais longe - use as forças cinéticas. Você poderia ter uma estrutura rígida que gira em um grande anel, o que evita alguma compressão por autogravitação. Você poderia levar essa ideia muito longe, com enormes enxames de Dyson autogravitantes ou algo parecido. Mas talvez isso não cumprisse o requisito de não ser "rígido". Pode haver outras soluções alternativas. Minha criatividade me falha neste ponto.

Neste ponto, chegando ao absurdo, existem alguns limites estranhos e até cômicos que você pode imaginar. Por exemplo, se você presumir que nosso crescimento de energia continua crescendo a 1% ao ano, vamos cozinhar a Terra em 1000 anos ou mais. Não é um argumento complicado. Suponha que continuamos a crescer exponencialmente e a conclusão é óbvia. Isso pode ser aplicado em qualquer fronteira, incluindo o sistema solar ou a galáxia.

Em última análise, sim, o limite seria se tornar um buraco negro. É difícil ver como isso aconteceria antes do limite térmico, porque é altamente sensível à densidade da matéria. Teoricamente, você poderia fazer um buraco negro sem um evento catastrófico como uma supernova, porque grandes buracos negros podem ter uma "densidade" (definida com o horizonte de eventos) menor que a água. Então, se você estivesse voando com blocos gigantes de chumbo pelo espaço em uma formação cuidadosamente planejada ao longo de muitos anos-luz, você poderia se transformar em um buraco negro de uma maneira muito nova. Mas por quê?

Mas por que? ** PORQUE NÓS PODEMOS! ** Fora de piadas, grande +1 para a resposta longa, profunda e precisa!
@ZoltánSchmidt Sempre há esperança para o recurso em uma versão futura do Kerbal Space Program
@ZoltánSchmidt - é comum esperar pelo menos 24 horas antes de aceitar uma resposta, apenas para dar às pessoas de todos os fusos horários a chance de adicionar seus 0,02 dirhams. A resposta de Alan está certa, apenas pensei que você precisava conhecer esse costume local ...
@DeerHunter obrigado pela dica, ninguém mencionou para mim ainda.
AlanSE - desculpe, não queria te roubar ...
@DeerHunter - 0,02 dirhams é convertido para apenas 1 ¢ US, e todos nós sabemos que o valor padrão universalmente aceito para contribuições do usuário é 2 ¢ US. : P
#2
+4
aramis
2013-08-09 04:38:03 UTC
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Em termos mais simples: o limite superior é o ponto em que o objeto afirma gravidade suficiente para colapsar e o limite disponível de materiais disponíveis.

Um objeto de suficiente a massa deve se auto-colapsar em um esferóide; para silicatos, estima-se que tenha várias centenas de milhas de diâmetro; observe que Ceres está acima do limite de auto-arredondamento e tem cerca de 0,00015 Terras (895E18 kg) e cerca de 590 milhas de diâmetro (cerca de 1/13 de diâmetro da Terra).

Não se pode construir uma estrutura maior que o total de materiais disponíveis; no Sistema Sol, assumindo a canibalização de todos os corpos rochosos, esse limite é algo em torno de 3-4 massas terrestres.



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