3ος Μαθητικός Διαγωνισµός ΑστρονοµίαςΝικολακόπουλος     Αναστάσης                   Β’ Αρσάκειο                Λύκειο Ψυχι...
3ος Μαθητικός Διαγωνισµός ΑστρονοµίαςΓΕΝΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ       Μια αποστολή στο διάστηµα, που απαιτεί παραµονή µεγάλης διάρκε...
3ος Μαθητικός Διαγωνισµός Αστρονοµίαςβαρύτητας, το βάρος να υποκατασταθεί µε µία άλλη δύναµη. Έτσι, πρέπει οδιαστηµικός στ...
3ος Μαθητικός Διαγωνισµός ΑστρονοµίαςΕΝΔΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΣΤΟΝ ΔΙΑΣΤΗΜΙΚΟ ΣΤΑΘΜΟΔιατήρηση κίνησης       Η διατήρηση της ο...
3ος Μαθητικός Διαγωνισµός Αστρονοµίαςειδικά βαγόνια που θα µεταφέρουν τον αρµόδιο µηχανικό στο τµήµα πουχρειάζεται να γίνε...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Διαστημικος Σταθμος

3,308 views

Published on

Διαστημικος Σταθμος

Published in: Technology
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
3,308
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2,102
Actions
Shares
0
Downloads
7
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Διαστημικος Σταθμος

  1. 1. 3ος Μαθητικός Διαγωνισµός ΑστρονοµίαςΝικολακόπουλος Αναστάσης Β’ Αρσάκειο Λύκειο Ψυχικού Α’ Λυκείου ΔΙΑΣΤΗΜΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ
  2. 2. 3ος Μαθητικός Διαγωνισµός ΑστρονοµίαςΓΕΝΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Μια αποστολή στο διάστηµα, που απαιτεί παραµονή µεγάλης διάρκειαςσε αυτό, προϋποθέτει έναν διαστηµικό σταθµό που θα εξυπηρετεί τις ανάγκεςτων κοσµοναυτών. Ένας τέτοιος σταθµός, λοιπόν, θα πρέπει να είναικατασκευασµένος έτσι ώστε να αντιµετωπίζει αποτελεσµατικά δυσµενείςσυνθήκες που επικρατούν στο διάστηµα. Θα πρέπει να παρέχει συνθήκεςδιαβίωσης ανάλογες µε αυτές που επικρατούν στη Γη. Όλοι οι διαστηµικοί σταθµοί σήµερα, ενώ παρέχουν ένα σχετικόεπίπεδο διαβίωσης ανάλογο µε αυτό της Γης, χαρακτηρίζονται από συνθήκηέλλειψης βαρύτητας, δηλαδή δεν ασκείται κάποια δύναµη στους κοσµοναύτεςαπό το δάπεδο του σταθµου (και από τους κοσµοναύτες προς αυτό), για νανιώθουν το βάρος τους. Άρα το πρωτεύον θέµα που θα πρέπει να επιλυθείείναι η κατασκευή ενός διαστηµικού σταθµού, στον οποίο θα υπάρχει τεχνητήβαρύτητα. Η εργασία αυτή λοιπόν, πραγµατεύεται µία πρόταση για τηδηµιουργία τεχνητής βαρύτητας.ΒΑΡΥΤΗΤΑ Βαρύτητα είναι η ιδιότητα δύο µαζών να έλκουν η µία την άλλη, αλλάουσταστικά µελετάται ως η ιδιότητα ένας πλανήτης να έλκει ένα σώµα. Η βαρύτητα είναι αποτέλεσµα του νόµου της Παγκόσµιας Έλξης, τονοποίον διατύπωσε ο Νεύτων. Σύµφωνα µε αυτόν: “Οι ελκτικές δυνάµεις µεταξύ δύο ουρανίων σωµάτων είναι ανάλογεςτου γινοµένου των µαζών τους και αντιστρόφως ανάλογες του τετραγώνου τηςµεταξύ των κέντρων µάζας τους απόστασης.” Ο παραπάνω νόµος εκφράζεται µε τη µαθηµατική σχέση: (m1 m2) F=G r2 όπου F είναι η ελκτική δύναµη σε Newton, G η σταθερά τηςπαγκόσµιας έλξης, m1 και m2 οι µάζες αδράνειας των δύο σωµάτων σεχιλιόγραµµα, και r η µεταξύ τους απόσταση σε µέτρα. Η σταθερά της παγκόσµιας έλξης (G) έχει συνιστώµενη τιµή, βάσει τηςεπιστηµονικής επιτροπής CODATA, ίση µε (σε µονάδες SI): G = 6,6742867 × 10-11 N m2 Kg-2 Από αυτήν την ιδιότητα προκύπτουν δύο αµοιβαίες δυνάµεις. Κάθε µίαδύναµη την ονοµάζουµε βάρος (w). Έτσι, στον πλανήτη Γη, το βάρος ενόςανθρώπου είναι η δύναµη µε την οποία η Γη έλκει τον άνθρωπο. Με το ίδιοµέτρο δύναµης ο άνθρωπος έλκει τη Γη. Αυτές οι δύο δυνάµεις είναι αντίθετες. Στη Γη η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας είναι ίση µε 9,81 m/s2 (η τιµήαυτή ισχύει στην επιφάνεια της θάλασσας) και συµβολίζεται µε το γράµµα g. Έτσι, το βάρος ενός σώµατος στην Γη, δίδεται απο τη σχέση: w=m×g Στο διάστηµα, υπάρχουν συνθήκες έλλειψης βαρύτητας. Στόχος λοιπόνείναι στον διαστηµικό σταθµό, για να ξεπεραστεί το πρόβληµα της έλλειψης
  3. 3. 3ος Μαθητικός Διαγωνισµός Αστρονοµίαςβαρύτητας, το βάρος να υποκατασταθεί µε µία άλλη δύναµη. Έτσι, πρέπει οδιαστηµικός σταθµός να λειτουργεί µε τέτοιο τρόπο ώστε να δηµιουργείταισυνθήκη τεχνητής βαρύτητας η οποία θα δηµιουργεί αυτή τη δύναµη. Σύµφωνα µε τα περαπάνω προτείνεται η δύναµη που θαυποκαταστήσει το βάρος να είναι η φυγόκεντρος δύναµη.ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΟΣ ΔΥΝΑΜΗ Η φυγόκεντρος δύναµη είναι µία “ψευδοδύναµη” που εµφανίζεται σεσυστήµατα που εκτελούν οµαλή κυκλική κίνηση. Σε ένα σύστηµα που εκτελεί οµαλή κυκλική κίνηση ασκείται ηκεντροµόλος δύναµη (= η συνισταµένη των δυνάµεων που ασκούνται στοσύστηµα). Η κεντροµόλος δύναµη έχει ακτινική διεύθυνση και φορά προς τοεσωτερικό της στροφής (κέντρο του κύκλου). Ένας παρατηρητής που βρίσκεται µέσα στο σύστηµα πουεκτελέι οµαλή κυκλική κίνηση, για να ερµηνεύσει την “ηρεµία” του(= ισορροπία του) ως προς το σύστηµα θα πρέπει να υποθέσειπως του ασκείται µία δύναµη αντίθετη της κεντροµόλου. Αυτήη δύναµη είναι η φυγόκεντρος.ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Προκειµένου η τεχνητή βαρύτητα να δηµιουργείταιλόγω της ύπαρξης της φυγοκέντρου δύναµης, προτείνεται: α) Ο διαστηµικός σταθµός να έχει µορφή δαχτυλιδιού και ναπεριστρέφεται γύρω από άξονα κάθετο στο επίπεδο του σταθµoύ, ο οποίοςάξονας θα διέρχεται από το κέντρο του σταθµού (δηλαδή να περιστρέφεταιόπως ένας τροχός). (βλ. διπλανή εικόνα και εικόνα εξωφύλλου) β) Η εσωτερική επιφάνεια του εξωτερικού τοιχώµατος του σταθµού ναείναι το δάπεδο του. γ) Η οροφή του σταθµού να είναι η εσωτερική επιφάνεια τουεσωτερικού τοιχώµατος. δ) Ενώ ο σταθµός θα έχει σχήµα κυκλικό, ακτίνες να τον συγκρατούνκαι να τον συνδέουν µε το κέντρο του, όπως περίπου ένας τροχός. Η είσοδος του σταθµού θα βρίσκεται στο κέντρο του (από όπου θαδιέρχεται και ο άξονας περιστροφής του). Άρα, καθώς ο σταθµός θα περιστρέφεται, η φυγόκεντρος δύναµη θαυποκαθιστά το βάρους και οι χρήστες θα νοιώθουν σα να βρίσκονται στη Γη. ε) Η επιφάνεια του κυκλικού δίσκου που σχηµατίζεται δεν θα είναι κενή.Σε αυτήν, θα τοποθετηθούν ηλιακοί συλλέκτες έτσι ώστε να καλύπτουν τιςενεργειακές ανάγκες του διαστηµικού σταθµού.
  4. 4. 3ος Μαθητικός Διαγωνισµός ΑστρονοµίαςΕΝΔΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΣΤΟΝ ΔΙΑΣΤΗΜΙΚΟ ΣΤΑΘΜΟΔιατήρηση κίνησης Η διατήρηση της οµαλής περιστροφής εξασφαλίζεται από τηναδράνεια. Στο διάστηµα οι τριβές είναι σχεδόν µηδενικές, άρα οι αντίστασηείναι αµελητέα. Οποιαδήποτε µεταβολή ή απόκλιση της περιστροφικήςκίνησης µπορεί να εξοµαλύνεται-διορθώνεται µε ειδικές προωθητικές µηχανέςπου θα είναι τοποθετηµένες σε ειδικές θέσεις στο εξωτερικό τοίχωµα του. Οιµηχανές αυτές θα µπορούν είτε να επιταχύνουν είτε να επιβραδύνουν τηνταχύτητα περιστροφής.Είσοδος στον σταθµό Εφ’ όσον ο σταθµός περιστρέφεται µε κάποια ταχύτητα,το όχηµα που θα µεταφέρει τους κοσµοναύτες στον σταθµό θαπρέπει να περιστρέφεται και αυτό γύρω από τον άξονά του. Οφορέας του άξονα περιστροφής του οχήµατος, θα πρέπει ναταυτιστεί µε το φορέα του άξονα περιστροφής του σταθµού.Επιπρόσθετα, η ταχύτητα περιστροφής του οχήµατος θαπρέπει να ταυτιστεί µε αυτην του σταθµού, έτσι ώστε να µηνπεριστρέφονται το ένα ως προς το άλλο. Μόλις το σκάφος εισέλθει στο κέντρο του σταθµού, όπου είναι ηείσοδος και ολοκληρωθεί η προσεγγίση προς τον σταθµό, τα δύο σώµατα θαδηµιουργήσουν ένα αδρανειακό σύστηµα. Η µεταφορά των κοσµοναυτών στο κυρίως µέρος του σταθµού θαγίνεται µε ανελκυστήρα µέσω των ακτίνων που συνδέουν το κυρίως µέρος µετο κέντρο του (είσοδος).Ενδεχόµενες συγκρούσεις Η επιφάνεια του σταθµού µε τους ηλιακούς συλλέκτες ανοικτούς θα είναι υπερβολικά πολύ µεγάλη και ο κίνδυνος πρόσκρουσης µε κάποιο ουράνιο σώµα ή διαστηµικό σκουπίδι θα είναι αυξηµένος. Προτείνεται, συνεπώς, οι ηλιακοί συλλέκτες να είναι αναδιπλούµενοι ή, εφ‘ όσον είναι δυνατό, εύκαµπτοι σαν ένα φύλλο χαρτί, ώστε να διπλώνουν ή να τυλίγονται, δηµιουργόντας ένα κενό για να περάσει κάποιο σώµα που η τροχιά του θα σήµαινε σύγκρουση.Επισκευές Σε περίπτωση που χρειάζεται επισκευήκάποιο εξωτερικό τµήµα του σταθµού, η έξοδοςαπό αυτόν θα είναι απαγορευτική, λόγω τηςµεγάλης αδράνειας που θα έχουν όλα τασώµατα στον σταθµό. Για να επιλυθεί αυτο το πρόβληµα,προτείνεται η κατασκευή ραγών κατά µήκος τωνεξωτερικών επιφανειών, απ‘ όπου θα διέρχονται
  5. 5. 3ος Μαθητικός Διαγωνισµός Αστρονοµίαςειδικά βαγόνια που θα µεταφέρουν τον αρµόδιο µηχανικό στο τµήµα πουχρειάζεται να γίνει η επισκευή. Επίσης, αντί για τη µετακίνηση µε το βαγόνι, µπορεί ο αρµόδιος ναφορέσει ειδική στολή και να προσαρτήσει την άκρη ενός σχοινιού/συρµατοσχοινίου στην ράγα αυτή και να µεταφερθεί στο σηµείο πουχρειάζεται. Το πλεονέκτηµα αυτής της µεθόδου είναι ότι ο αρµόδιος µπορεί ναρυθµίσει την απόστασή του από το τοίχωµα µε ένα βίντσι που θα φέρει ηστολή του. Μέγεθος - Συχνότητα περιστροφής Η ακτίνα του σταθµού και η συχνότητα περιστροφής του είναι ανάλογαποσά και δίνονται από τη σχέση: 9,81 × g R= ( ) π × rpm 2 30 όπου R: ακτίνα του σταθµού g: επιτάχυνση της βαρύτητας rpm: στροφές ανά λεπτό Εάν η ακτίνα του κύκλου είναι σχετικά µικρή, γεγονός που θαπροσφέρει τη δυνατότητα ο σταθµός να κατασκευαστεί στη Γη και νααπογειωθεί ολοκληρωµένος, η συχνότητα περιστροφής του (rpm) θα πρέπεινα είναι πολύ υψηλή. Αυτό θα έχει δυσάρεστα αποτελέσµατα, όπως ναδηµιουργεί ναυτία στους κοσµοναύτες. Για να είναι, συνεπώς, η συχνότητα περιστροφής µικρή και άρα ανεκτή,η ακτίνα του σταθµού θα πρέπει να είναι σχετικά µεγάλη. Αποτέλεσµα αυτούείναι να πρέπει ο σταθµός να κατασκευαστεί στο διάστηµα.

×