Cosa pensano i veri scienziati missilistici del design della nave spaziale in Interstellar?

Beh, vediamo prima cosa ha da dire Interstellar Wikia su questo:

L'Endurance è una nave modulare composta da diversi moduli di missione scatolari collegati da tunnel, disposti in un anello di 65 metri di diametro. La forma ad anello della nave è fatta in modo che possa ruotare per produrre gravità artificiale. Ruota a 5,5 giri al minuto per produrre la forza centrifuga che simula la gravità terrestre per gli astronauti.

Cosa sono questi moduli?

Ci sono dodici moduli nel progetto della nave, ognuno con il suo scopo:

• Quattro moduli servono come sistema di propulsione principale dell'Endurance, ognuno dei quali monta tre motori al plasma ad alta efficienza e alta spinta che spingono la nave.
• Quattro moduli servono come baccelli di carico staccabili, destinati ad essere trasportati su una superficie planetaria dai Lander per creare un insediamento.
• Due dei moduli servono come habitat per l'equipaggio, con alloggi per dormire, materiali di consumo e sistemi di riciclaggio dell'aria e dell'acqua.
• Un modulo è l'alloggiamento criogenico, con le capsule di ipersonno per l'ibernazione dell'equipaggio. Questo modulo serve anche come infermeria della nave.
• L'ultimo modulo è il modulo di comando dell'Endurance, contenente la cabina di pilotaggio, le apparecchiature di comunicazione, la sala riunioni e i sistemi di navigazione. Il modulo di comando è dotato di collegamenti che viaggiano fino al collare di attracco, permettendo alla nave di essere pilotata da un'imbarcazione di supporto collegata.

L'Endurance è spinta da una serie di dodici avanzati motori a razzo al plasma magnetico. I motori producono un caratteristico pennacchio blu di gas ionizzato quando sparano. La spaziatura uniforme dei razzi permette alla nave di accelerare e manovrare anche mentre ruota per produrre pseudo-gravità attraverso il momento angolare.

L'Endurance ha un hub di attracco centrale/core che può montare sei delle sue imbarcazioni di supporto alla volta. L'Endurance ha anche quattro porte di attracco laterali che possono essere agganciate solo dai Ranger. Queste porte laterali sono più facili da attraccare al posto delle porte dell'hub centrale quando la nave è rivolta verso l'alto sopra l'atmosfera in orbita intorno a un pianeta, quando si ha bisogno di attraccare rapidamente. Nel complesso, la nave ha un totale di 11 porte di attracco.

L'Endurance trasporta due Ranger e due Lander per un alto grado di ridondanza. I Ranger sono navi da esplorazione veloci e aerodinamiche, mentre i Lander sono utilizzati per traghettare le capsule di carico sulla superficie di un pianeta dall'Endurance. I Rangers possono navigare in modo efficiente attraverso l'atmosfera planetaria e utilizzare motori aerospaziali al plasma/chimici per raggiungere l'orbita a un solo stadio. I Lander usano motori simili, ma sono più derivati dai motori principali a campana dell'Endurance. Ogni veicolo è abbastanza efficiente e potente da raggiungere l'orbita più volte.

Alcune delle informazioni sono state prese da Endurance e potete andare al link per saperne di più.

Ora per quanto riguarda le cose... la maggior parte sono vere, alcune sono ancora in fase di ricerca e alcune sono fittizie.

Primo, perché il veicolo spaziale gira?

Questa non è una domanda così semplice. Lasciatemi iniziare con l'affermazione che gli astronauti sono "senza peso" quando viaggiano nello spazio. Non mi addentrerò in una spiegazione completa - ma potete trovarne una qui (penso sia abbastanza completa).

Ecco i punti chiave:

• C'è ancora gravità nello spazio.
• Gli astronauti si sentono senza peso quando sia loro che il loro veicolo spaziale sono accelerati solo dalla gravità.
• Per gli astronauti è come se non ci fosse gravità.
• Gli esseri umani non sentono nemmeno realmente la forza gravitazionale, poiché essa tira su tutte le parti del nostro corpo. Invece, associamo il peso alle forze di contatto esterne, come quella del terreno che spinge su di noi. Chiamiamo questa forza il "peso apparente".

Il punto principale è che se dico che non c'è gravità dove si trova questa navicella spaziale, è lo stesso problema che se fosse in orbita intorno alla Terra. In entrambi i casi gli astronauti sono "senza peso". La soluzione all'assenza di peso (ho lasciato le virgolette questa volta) è di fornire qualche tipo di forza sul corpo in modo che ci sia un peso apparente.

Qui ci sono due astronauti. A sinistra, un astronauta in piedi sulla Terra e a destra uno in un'astronave. Se l'astronauta si trova in un luogo con pochissima gravità (come nello spazio profondo), allora l'unico modo per "sentire il peso" sarebbe avere una forza dal pavimento che spinge verso l'alto. In questo caso, entrambi gli astronauti sentirebbero la stessa cosa.

Quindi come si fa a fare questa forza sull'astronauta nello spazio? Tutto dipende dalla natura della forza. Forse avete familiarità con questa equazione:

Questa dice che la forza totale (netta) su un oggetto lo fa accelerare. Sia la forza che l'accelerazione sono vettori - questo sarà importante tra un po'. Ma per ora, diciamo che guardo un breve intervallo di tempo. In questo intervallo di tempo, l'accelerazione media sarebbe:

Se si cambia la velocità del veicolo spaziale, si avrà un'accelerazione. Se questa accelerazione è nella direzione dai piedi alla testa dell'astronauta, ci sarà anche una forza dal pavimento che spinge verso l'alto e l'astronauta sentirà un peso apparente. Naturalmente sarebbe abbastanza difficile continuare ad accelerare accelerando per un tempo significativo (ma non impossibile).

C'è un altro modo di avere un'accelerazione per un astronauta e ha a che fare con la natura vettoriale della velocità. L'accelerazione dipende dal cambiamento di velocità. Poiché la velocità è un vettore, cambiando la grandezza o la direzione della velocità si avrà un'accelerazione. Boom. Ecco la tua risposta. Se ti muovi in cerchio (a velocità costante), cambierai continuamente direzione e sarai in accelerazione. Ecco un diagramma:

Muoversi in cerchio significa dover accelerare. Ma questo lo sapevate già. Ogni volta che girate la vostra auto, potete sentire su di voi le forze che accompagnano questa accelerazione circolare. Un veicolo spaziale che gira fa essenzialmente la stessa cosa. Se vuoi una derivazione più completa dell'accelerazione di un oggetto che si muove in cerchio, ti consiglio il capitolo 9 del mio ebook di fisica introduttiva - Just Enough Physics.

Il peso apparente che un astronauta sente dipende solo da due cose (in un veicolo spaziale che gira): il raggio del cerchio e la velocità di rotazione (tradizionalmente rappresentata da ω). La seguente è un'espressione per il peso apparente (in g) in un'astronave che gira.

Qui si può vedere che astronavi più grandi (r più grandi) non devono girare così velocemente. Se hai un'astronave più piccola, devi girare più velocemente. Oh, la velocità angolare in questa espressione deve essere in unità di radianti al secondo.

Puoi controllare anche queste cose interessanti sulla resistenza:

Spero ti piaccia! :)