Kunstig tyngdekraft ville gøre livet på en rumstation meget lettere. Så behøvede astronauter ikke at træne så meget, man kunne bevæge sig rundt, som man er vant til på Jorden, og der ville være tjek på, hvad der var opad og nedad.
Så hvor bliver de af, de roterende rumstationer og rumskibe med kunstig tyngdekraft? Det vil vores trofaste læser Viggo gerne vide. Han spørger:
»Er brug af centrifugalkraft på rumskibe ren science fiction?«
Han uddyber:
»I adskillige sci-fi-film benyttes centrifugalkraft på rumskibet til at skabe tyngdekraft. Jeg vil gerne vide, hvor realistisk det er, og hvad det indebærer. Hvor langt er vi fra at kunne det i den virkelige verden?«
\ Har du et spørgsmål til videnskaben?
Med vores brevkasse Spørg Videnskaben kan du stille spørgsmål til forskerne om alt fra prutter og sjove bynavne til kvantecomputere og livets oprindelse.
Vi vælger de bedste spørgsmål og kvitterer med en Videnskab.dk-T-shirt.
Du kan spørge om alt – men vi elsker især de lidt skøre spørgsmål, der er opstået på baggrund af en nysgerrig undren.
Send dit spørgsmål via mail til sv@videnskab.dk eller via kontaktformularen på Spørg Videnskaben-siden.
Det er et glimrende spørgsmål, som vi straks sender videre til René Fléron. Han er ingeniør og rumforsker på DTU Space, og han peger straks på en stor udfordring ved roterende rumstationer:
De skal være meget store, hvis besætningen skal kunne holde balancen, undgå svimmelhed og leve et nogenlunde normalt liv.
Vægtløsheden gør os slappe
Idéen er ellers god nok. Vægtløshed er både usundt og upraktisk, så det ville være smart med kunstig tyngdekraft på rumstationer og rumskibe på langfart.
Trods to timers styrke- og konditionstræning hver eneste dag mister astronauterne stadig muskel- og knoglemasse, når de er vægtløse på en rumstation i månedsvis.
Det kunne undgås, hvis der var kunstig tyngdekraft svarende til den tyngdekraft (eller mere præcist den tyngdeacceleration), vi oplever på Jorden.
Mere lavpraktisk ville kunstig tyngdekraft gøre det lettere at holde styr på tingene. På Jorden er vi vant til, at genstande falder nedad på grund af tyngdekraften, så hvis vi taber noget, så ender det på gulvet. Men sådan er det ikke på en rumstation, hvor alting er i frit fald og der ikke er noget op eller ned.
»Hvis man slipper en ting på rumstationen, så flyver den væk. Ventilationen deroppe betyder, at det altid blæser en lille smule, så hvis man for eksempel taber en kuglepen og mister den af syne, så forsvinder den nemt. I virvaret af ledninger og udstyr kan den være svær at finde igen,« fortæller René Fléron med henvisning til oplevelser, den danske astronaut Andreas Mogensen har haft på sine rumrejser.
\ Fiktive kræfter bliver meget virkelige
For fysikere er både centrifugalkraften og corioliskraften fiktive kræfter, man kun mærker, fordi man befinder sig i et roterende system.
Det kan man læse meget mere om i artiklen Kan kunstig tyngdekraft gøre livet lettere for astronauter?
Rotation giver grim rumsyge
Men bygger man en rumstation som et stort hjul, som man får til at dreje rundt, vil besætningen blive slynget udad af centrifugalkraften. Så kan hjulets ydre kant fungere som gulv for fødderne, mens hovederne peger ind mod hjulets centrum.
Det lyder simpelt, men rotationen giver desværre ikke en kunstig tyngdekraft, der svarer til at være på Jordens overflade. Det hele kører rundt, og det giver en mærkbar forskel, siger René Fléron:
»Hvis du ikke sidder bomstille med hovedet under hele turen, får du problemer. Så snart du drejer hovedet, bliver du søsyg. Væsken i balanceorganet i det indre øre ryger ud til siderne, så du vil føle, at du er ved at falde ind i væggen.«
Problemet er den såkaldte coriolis-effekt, der opstår, når du bevæger dig rundt i et system, der hele tiden drejer rundt. Det indre øre registrerer uventede accelerationer, som giver svimmelhed og kvalme, og som er svær at vænne sig til.
Du vil også opleve, at genstande ikke falder lige ’ned’, men slår en bue, fordi gulvet roterer under dig. Desuden vil den kunstige tyngdekraft føles anderledes, alt efter om du går med eller mod rotationsretningen. En løbetur i samme retning som rotationen giver ekstra centrifugalkraft, så du bliver tungere – og omvendt.
Enorm rumstation giver færrest bivirkninger
Helt håbløst er det dog ikke. Rotationshastigheden må bare ikke være alt for stor. Hvis rumskibet har en diameter på cirka 450 meter, skal man op på et par omdrejninger i minuttet for at få en kunstig tyngdekraft som på Jorden, og så bliver coriolis-effekten så lille, at den er til at leve med.
Så stort et rumfartøj er bare svært at konstruere, ikke mindst når ingeniørerne også skal medregne belastningerne fra centrifugalkraften.
»På mange områder er vi stadig i rumfartens barndom. Vi har ikke teknologien til at bygge så store konstruktioner i rummet. Jeg vil ikke afvise, at vi engang kan gøre det, men det bliver nok først, når vi er nået meget længere og for eksempel har bygget en base på Månen,« siger René Fléron.
Ny raketteknologi, tak!
Endnu smartere ville det være, hvis man kunne skabe kunstig tyngdekraft ved hele tiden at accelerere fremad med de cirka 9,8 m/s2, der svarer til tyngdeaccelerationen på Jorden.
Så ville besætningen (og alt andet ombord) konstant bliver presset mod rumskibets gulv, på fuldstændig samme måde som tyngdekraften presser os nedad på Jorden, og man slap for coriolis-effekten.
Med konstant acceleration svarende til tyngdeaccelerationen kan man komme hele vejen til Mars på et par døgn eller tre. Man skulle bare huske at vende rumskibet halvvejs, så man bremser sidste halvdelen af turen (tyngdekraft-effekten ville være den samme).
\ Hvorfor skulle man huske at vende rumskibet?
Forestil dig, at du vil flyve til Mars med en tyngdekraft (tyngdeacceleration), der er som på Jorden. Så skulle du bare accelerere med 9,8 m/s2 hele tiden. Men hey, så har du virkelig meget fart på, når du når Mars, og flyver lige forbi!
Hvis du vil ende på Mars, skal du begynde at bremse, når du er halvvejs. Men det er ok, bare accelerationen (eller decelerationen, den negative acceleration) er den samme.
Det er mest oplagt at vende rumskibet, så raketmotorerne nu peger mod Mars i stedet for Jorden, for så kan de bremse rumskibet ned på samme måde, som det blev accelereret op i fart.
Og så vil besætningen stadig opleve at blive presset mod gulvet på nøjagtig samme måde som før.
Men desværre kan selv de største rumraketter ikke levere kraft nok til sådan en acceleration i mere end 20 minutters tid. Vi har brug for helt nye og revolutionerende raketmotorer, hvis den plan skal føres ud i livet.
Så er roterende rumstationer og rumskibe som dem, der optræder i film som ’Rumrejsen år 2001’ ’Interstellar’, ’The Martian’ og den kommende ’Project Hail Mary’, trods alt mere realistiske. Vi kommer dog til at vente mange årtier endnu, før de kan blive virkelighed.
Vi sender Viggo en T-shirt som tak for spørgsmålet. Husk, at brevkassen stadig er åben, så du skal ikke brænde inde med et videnskabeligt spørgsmål. Send det i stedet på mail til Spørg Videnskaben på sv@videnskab.dk eller brug formularen på videnskab.dk/sv.
