Kan vi lage tyngdekraft i rommet ved å spinne rundt?
SPØR EN FORSKER: I filmer som Interstellar, 2001: En romodyssé og snart også Project Hail Mary har romstasjoner og romskip kunstig tyngdekraft fordi de roterer. En leser lurer på om dette kan bli virkelighet.
I 2021 presenterte selskapet Orbital Assembly Corporation store planer for det roterende romhotellet Voyager, som det da ble sagt at skulle være klart i 2027.(Illustrasjon: Orbital Assembly Corporation)
Henrik BendixHenrikBendixHenrik BendixJournalist i Videnskab.dk
Publisert
Kunstig tyngdekraft ville ha gjort livet på en romstasjon mye enklere. Astronauter ville ikke trenge å trene like mye, de kunne bevege seg rundt som de er vant til på jorda, og det ville være tydelig hva som er opp og ned.
Så hvor blir det av de roterende romstasjonene og romskipene med kunstig tyngdekraft? Det vil Videnskab.dks trofaste leser Viggo gjerne vite. Han spør den danske forskningsavisen:
– Er bruk av sentrifugalkraft på romskip ren science fiction?
Han utdyper:
– I mange sci-fi-filmer brukes sentrifugalkraft på romskipet for å skape tyngdekraft. Jeg vil gjerne vite hvor realistisk dette er, og hva det innebærer. Hvor langt er vi fra å kunne gjøre dette i den virkelige verden?
René Fléron svarer på spørsmålet. Han er ingeniør og romforsker ved DTU Space og peker umiddelbart på en stor utfordring ved roterende romstasjoner:
De må være veldig store hvis besetningen skal kunne holde balansen, ikke bli svimle og leve noe i nærheten av et normalt liv.
Vektløshet gjør oss slappe
Ideen er god nok. Vektløshet er både usunt og upraktisk, så det ville vært smart med kunstig tyngdekraft på romstasjoner og romskip på langfart.
Til tross for to timers styrke- og kondisjonstrening hver eneste dag, mister astronautene muskel- og beinmasse når de er vektløse på en romstasjon i månedsvis.
Dette kunne vært unngått hvis det var kunstig tyngdekraft tilsvarende den tyngdekraften – eller mer presist: tyngdeakselerasjonen – vi opplever på jorda.
Praktisk sett ville kunstig tyngdekraft gjøre det enklere å holde styr på ting. På jorda er vi vant til at gjenstander faller nedover på grunn av tyngdekraften, så hvis vi mister noe, ramler det på gulvet. Men slik er det ikke på en romstasjon, der alt er i fritt fall og det ikke er noe opp eller ned.
– Hvis man slipper en ting på romstasjonen, så flyr den vekk. Ventilasjonen der oppe betyr at det alltid blåser litt, så hvis man for eksempel slipper en kulepenn og mister den av syne, kan den lett bli borte. I virvaret av ledninger og utstyr kan den være vanskelig å finne igjen, forteller Fléron og viser til opplevelser den danske astronauten Andreas Mogensen har hatt på sine romreiser.
Rotasjon gir fæl romsykdom
Men hvis en romstasjon bygges som et stort, roterende hjul, vil besetningen bli slynget utover av sentrifugalkraften. Da kan hjulets ytre del fungere som gulv for føttene, mens hodene peker inn mot hjulets sentrum.
Det høres enkelt ut, men rotasjonen gir dessverre ikke en kunstig tyngdekraft som svarer til det å være på jordens overflate. Alt roterer, og det er en merkbar forskjell, sier Fléron:
– Hvis du ikke sitter helt stille med hodet hele turen, får du problemer. Så fort du snur hodet, blir du sjøsyk. Væsken i balanseorganet i det indre øret flytter seg til sidene, så du vil føle at du er i ferd med å falle inn i veggen.
Problemet er den såkalte corioliseffekten som oppstår når du beveger deg rundt i noe som roterer hele tiden. Det indre øret registrerer uventede akselerasjoner, noe som gir svimmelhet og kvalme og er vanskelig å venne seg til.
Annonse
Du vil også oppleve at gjenstander ikke faller rett ned, men i en bue, fordi gulvet roterer under deg. Dessuten vil den kunstige tyngdekraften føles forskjellig avhengig av om du går med eller mot rotasjonsretningen. En løpetur i samme retning som rotasjonen gir ekstra sentrifugalkraft, slik at du blir tyngre – og omvendt.
Men helt håpløst er det ikke. Rotasjonshastigheten må bare ikke være for stor. Hvis romskipet har en diameter på rundt 450 meter, må man opp på et par omdreininger i minuttet for å få en kunstig tyngdekraft som på jorda. Da blir corioliseffekten så liten at den er mulig å håndtere.
Et så stort romfartøy er imidlertid vanskelig å konstruere, ikke minst når ingeniørene også må ta hensyn til belastningene fra sentrifugalkraften.
– På mange områder er vi fortsatt i romfartens barndom. Vi har ikke teknologien til å bygge så store konstruksjoner i rommet. Jeg vil ikke avvise at vi en gang kan gjøre det, men det blir nok først når vi har kommet mye lenger og for eksempel har bygget en base på månen, sier Fléron.
I filmen Interstellar får romskipet Endurance kunstig tyngdekraft ved hjelp av rotasjon. I virkeligheten ville coriolis-effekten ha vært merkbar på et roterende romskip av den størrelsen. (Video: Jay M)
Ny raketteknologi, takk!
Enda smartere ville det vært om man kunne skape kunstig tyngdekraft ved hele tiden å akselerere fremover med de cirka 9,8 m/s² som tilsvarer tyngdeakselerasjonen på jorda.
Da ville besetningen – og alt annet om bord – hele tiden bli presset mot romskipets gulv, på nøyaktig samme måte som tyngdekraften presser oss nedover på jorda, og de ville unngått corioliseffekten.
Med konstant akselerasjon tilsvarende tyngdeakselerasjonen kan besetningen komme hele veien til Mars på to-tre døgn. De må bare huske å snu romskipet halvveis, slik at det bremser den siste halvdelen av turen – tyngdekrafteffekten ville være den samme.
Hvorfor måtte romskipet ha blitt snudd?
Forestill deg at du vil fly til Mars med en tyngdekraft – tyngdeakselerasjon – som på jorda. Da måtte du akselerere med 9,8 m/s² hele tiden. Men du ville fått veldig høy fart når du kom fram til Mars – og fly rett forbi.
Hvis du vil stoppe på Mars, må du begynne å bremse når du er halvveis. Men det er greit, så lenge akselerasjonen – eller deselerasjonen, den negative akselerasjonen – er den samme.
Det mest åpenbare er å snu romskipet slik at rakettmotorene nå peker mot Mars i stedet for jorda, for da kan de bremse romskipet på samme måte som det ble akselerert opp i fart.
Og da vil besetningen fortsatt oppleve å bli presset mot gulvet på nøyaktig samme måte som før.
Men dessverre kan selv ikke de største romrakettene levere nok kraft til slik akselerasjon i mer enn 20 minutter av gangen. Vi trenger helt nye og revolusjonerende rakettmotorer hvis dette skal kunne bli noe av.
Dermed er roterende romstasjoner og romskip som i filmer som 2001: En romodyssé, Interstellar, The Martian og den kommende Project Hail Mary tross alt mer realistiske. Det vil likevel ta mange tiår enda før de kan bli virkelighet.
