Problème avec la pesanteur artificielle par rotation

[Olivzzz]

Bonjour,

J'ai toujours trouvé ce système de pesanteur artificielle fascinant et rêvé de stations orbitales géantes, permettant de vivre dans l'espace sur de longues durées voire y passer sa vie. En m'y intéressant de plus près, j'ai vu que tout n'était pas aussi simple : notamment, la vitesse circonférentielle augmentant en s'éloignant du centre, en me baissant je risque de me sentir tiré de côté, en me levant pareil. D'autres problèmes sont aussi mentionnés que je ne reprendrai pas ici, ça ne manque pas sur le net.

Il est en revanche un problème - je pense que c'en est un mais pas sûr, d'où mon post - que je n'ai vu abordé nulle part : L'effet sur le système des forces gravitationnelles, bien réelles, du ou des corps célestes alentours, par exemple la Terre dans le cas d'une station orbitale. Comme je vois la chose et sans faire de calcul, même si à l'orbite choisie la force d'attraction de la Terre vaut encore 0.2g, les variations de pesanteur ressenties dans la station à chaque rotation risquent vite d'épuiser le stock de vomi-bags !

Quel est votre avis sur la chose? Une telle station spatiale n'est-elle envisageable qu'à très grande distance de toute influence gravitationnelle?
-----

[f6bes]

L'effet sur le système des forces gravitationnelles, bien réelles, du ou des corps célestes alentours, par exemple la Terre dans le cas d'une station orbitale. Comme je vois la chose et sans faire de calcul, même si à l'orbite choisie la force d'attraction de la Terre vaut encore 0.2g, les variations de pesanteur ressenties dans la station à chaque rotation risquent vite d'épuiser le stock de vomi-bags !

Quel est votre avis sur la chose? Une telle station spatiale n'est-elle envisageable qu'à très grande distance de toute influence gravitationnelle?

Bonjour à toi,
Tu parles de "station orbitale",
Penses tu que les vomi-bags sont en abondances dans la stationorbitale actuelle?
Mais bon elle ne tourne pas la seule station qui soit en l'air.

On fait tourner une station orbitale SI il n'y a pas de pesanteur..ce qui élimine le 0.2g me semble t il.
Pourquoi créer une pesanteur si il y a une , si minime soit elle ?

Bonne journée

[Olivzzz]

Bonjour f6bes,

Merci de ta réponse. Je parle d'une hypothétique future station orbitale permettant à un grand nombre de personnes d'y vivre sur une très longue durée, d'où l'intérêt de la station en rotation pour obtenir une pesanteur artificielle digne de ce nom et permettant une vie normale. C'est pas moi qui l'invente, le concept est bien plus vieux que moi. Voir ou revoir le film Elysium pour illustrer la chose.

La rotation n'élimine pas la pesanteur résiduelle que la Terre exerce sur les occupants de la station. Si vous faites une série de loopings en avion, à une vitesse créant un effet centrifuge équivalent à 1g ressenti, vous passerez de environs 0g ressentis au point haut à 2g ressentis au point bas, à cause de l'attraction terrestre qui rajoute son 1g à elle. ça c'est l'exemple extrême, mais dans une station orbitale on aura le même problème, en plus léger certes mais sur une longue durée. D'où l'intérêt d'un bon gros stock de vomi-bag

On peut jouer sur l'inclinaison de l'axe de rotation de la station sur elle-même, par rapport à l'axe de sa rotation autour de la Terre, mais ça ne changera pas grand chose au résultat final, à savoir le retour du dîner par où il est entré sous l'effet des constantes variations de pesanteur ressentie.

Voilà j'espère avoir un peu clarifié mon propos

Bien à toi

[Gilgamesh]

Bonjour,

J'ai toujours trouvé ce système de pesanteur artificielle fascinant et rêvé de stations orbitales géantes, permettant de vivre dans l'espace sur de longues durées voire y passer sa vie. En m'y intéressant de plus près, j'ai vu que tout n'était pas aussi simple : notamment, la vitesse circonférentielle augmentant en s'éloignant du centre, en me baissant je risque de me sentir tiré de côté, en me levant pareil. D'autres problèmes sont aussi mentionnés que je ne reprendrai pas ici, ça ne manque pas sur le net.

Il est en revanche un problème - je pense que c'en est un mais pas sûr, d'où mon post - que je n'ai vu abordé nulle part : L'effet sur le système des forces gravitationnelles, bien réelles, du ou des corps célestes alentours, par exemple la Terre dans le cas d'une station orbitale. Comme je vois la chose et sans faire de calcul, même si à l'orbite choisie la force d'attraction de la Terre vaut encore 0.2g, les variations de pesanteur ressenties dans la station à chaque rotation risquent vite d'épuiser le stock de vomi-bags !

Quel est votre avis sur la chose? Une telle station spatiale n'est-elle envisageable qu'à très grande distance de toute influence gravitationnelle?

Si le thème de la gravité artificielle et des stations orbitale géantes t'intéresse tu peux aller voir ici :

http://space-nation.org/index.php/Ar...aire_(article)
http://space-nation.org/index.php/Arche_de_Gilgamesh

Et les différents fils Futura consacré à ça
http://forums.futura-sciences.com/as...ete-futur.html
http://forums.futura-sciences.com/as...structure.html
http://forums.futura-sciences.com/as...pitre-iii.html
http://forums.futura-sciences.com/as...decheance.html
http://forums.futura-sciences.com/as...jet-de-bd.html

[A voir en vidéo sur Futura]

[Amanuensis]

La rotation n'élimine pas la pesanteur résiduelle que la Terre exerce sur les occupants de la station.

Quelle pesanteur résiduelle?

Si vous faites une série de loopings en avion, à une vitesse créant un effet centrifuge équivalent à 1g ressenti, vous passerez de environs 0g ressentis au point haut à 2g ressentis au point bas, à cause de l'attraction terrestre qui rajoute son 1g à elle.

Normal, la pesanteur est de 1 g dans le contexte décrit d'où une variation entre +1 g et -1 g dans le référentiel tournant.

ça c'est l'exemple extrême, mais dans une station orbitale on aura le même problème

Non, la pesanteur dans cet autre contexte est de 0 g ('apesanteur', ou 'micropesanteur'). La différence entre 0 et -0 dans le référentiel tournant ne va pas être très sensible.

(Ce n'est 0 qu'au centre de masse de la station. Un petit calcul très simple donne une variation en 3GMd/R^3, avec d la distance au centre de masse et R la distance à l'astre de masse M, pour une orbite circulaire. Soit pour une orbite basse, et un rayon de rotation de 100 m, de l'ordre de +/-1/20000 de g.)

[noir_ecaille]

Si l'axe de rotation est perpendiculaire à la surface terrestre, je ne vois pas trop de soucis.

[f6bes]

C'est pas moi qui l'invente, le concept est bien plus vieux que moi. Voir ou revoir le film Elysium pour illustrer la chose.

i

Remoi,
Je n'ai jamais dit que tu ..inventais quoique ce soit.
J'ai assez parcouru futura pour savoir cela aussi ( crétion pesanteur artificielle SI nécessité)
Mais ça dépends des conditions ( éloiognement) de la dite station.
Bonne journée

[Amanuensis]

Si l'axe de rotation est perpendiculaire à la surface terrestre, je ne vois pas trop de soucis.

Il me semble que cela ne joue pas, l'ordre de grandeur de la variation est le même que l'axe soit perpendiculaire ou parallèle à la surface. A vérifier.

Le calcul simple que j'ai évoqué est celui pour l'axe parallèle à la surface, et pour la variation entre les points resp. le plus et le moins éloigné du centre de l'astre.

[noir_ecaille]

J'ai un peu de mal avec l'axe de rotation parallèle à la surface. On est d'accord que la variation à une altitude de micropesanteur peut être considérée négligeable, mais dans l'absolu comment l'application du vecteur gravité terrestre (attention, allez-y doucement et je comprendrai plus vite) + du vecteur gravité simulée aurait les mêmes effets selon, rotation oblige, qu'on s'approche ou qu'on s'éloigne de la Terre ?

Leur addition va donner un vecteur gravité ressentie : ce dernier est-il le même en tout point de la rotation de la station spatiale ?

[Amanuensis]

Le point essentiel est que 'pesanteur' couvre à la fois la gravitation et l'accélération d'entraînement, et dépend donc du référentiel.

Dans le cas d'une station orbitale en chute libre, si on prend comme référentiel celui tel que le centre de masse est immobile, ainsi que la directions des astres les plus lointains, la pesanteur est nulle au centre de masse, car la gravitation est alors exactement compensée par l'accélération d'entraînement, pour tout objet.

Si on s'éloigne un peu du centre, la compensation n'est plus exacte. Dans le sens vertical parce que la gravitation diminue vers le haut et l'accélération d'entraînement augmente. Dans la direction horizontale perpendiculaire au plan de révolution parce que la gravitation pointe vers le centre de l'astre et l'accélération d'entraînement vers l'axe de révolution (elles ne sont plus colinéaires). Et enfin dans la direction horizontale dans le plan de révolution... ben ça à l'air de rester compensé.

(Mais une rotation fait intervenir deux directions orthogonales...)

[Gilgamesh]

Non, mais attendez on s'intéresse exclusivement à des corps en orbite : autours de la Terre, de la Lune, du Soleil, de Jupiter ou encore de la Galaxie et donc de corps en chute libre, donc de poids apparent nul. Y'a pas de "gravité résiduelle" ou que sais-je.

[Amanuensis]

Non, mais attendez on s'intéresse exclusivement à des corps en orbite : autours de la Terre, de la Lune, du Soleil, de Jupiter ou encore de la Galaxie et donc de corps en chute libre, donc de poids apparent nul. Y'a pas de "gravité résiduelle" ou que sais-je.

J'ai écrit autre chose?

[Gilgamesh]

Du tout, mais j'ai l'impression que c'est pas clair dans la tête de tous le monde

[noir_ecaille]

Dans la direction perpendiculaire au plan de révolution parce que la gravitation pointe vers le centre de l'astre et l'accélération d'entraînement vers l'axe de révolution (elles ne sont plus colinéaires).

Là je bute... Je pensais justement qu'il existait des points de "tengeance" où les vecteurs deviennent un temps colinéaires, un avec la même direction (côté "descente") et l'autre en opposition (côté "montée").

enfin dans la direction horizontale dans le plan de révolution... ben ça à l'air de rester compensé.

Donc on se retrouve avec une situation comparable à être au centre de masse relativement à la gravitation terrestre ?


PS : C'est juste pour un peu de culture personnelle mathématique en "application"

[Olivzzz]

Rebonjour,

L'axe de rotation ne peut pas être *continuellement" perpendiculaire à la surface terrestre à cause du principe de conservation du mouvement (c.f. le gyroscope). Il peut l'être "à 12h" et "à 6h" de son orbite autour de la Terre (en faisant l'analogie de son orbite avec un cadran d'horloge) mais à "9h" et "3h" il sera parallèle à la surface de la Terre et incliné de 45° à "10h30". Donc les variations de pesanteur ressentie pendant une rotation de la station seront maximale à 12h et à 6h et nulles à 3h et à 9h, mais à ces 2 moments-là, la gravité terrestre s'appliquera latéralement sur les occupants. J'en conclus donc que quelle que soit l'orientation de la station, les effets seront là.

La question-clé est vraisemblablement celle de l'altitude à partir de laquelle ces effets sont négligeables et ne pénalisent plus la vie des occupants et leurs activités.

Quelqu'un est-il versé dans le calcul de la force de l'attraction terrestre en fonction de l'altitude ?

[Olivzzz]

Non, mais attendez on s'intéresse exclusivement à des corps en orbite : autours de la Terre, de la Lune, du Soleil, de Jupiter ou encore de la Galaxie et donc de corps en chute libre, donc de poids apparent nul. Y'a pas de "gravité résiduelle" ou que sais-je.

Si le corps est, comme vous le dites justement, en chute libre, c'est bien qu'il y a attraction vers le corps céleste, donc gravité Et cette gravité, si elle n'est pas perceptible à l'humain enfermé dans l'ISS par exemple (il flotte joyeusement dans l'air), n'en est pas moins présente et fait "tomber" l'humain avec l'ISS. C'est pareil avec les avions simulant l'apensanteur par des vols paraboliques. Mais le même avion qui effectuerait une série de loopings fera ressentir à ses occupants l'effet dont je parle, à savoir la variation de la pesanteur ressentie selon que la gravité terrestre s'y ajoute (lorsque l'avion est en bas) ou s'y soustrait (lorsqu'il est en haut).

[Amanuensis]

Quelqu'un est-il versé dans le calcul de la force de l'attraction terrestre en fonction de l'altitude ?

Cours de lycée, gravitation de Newton, accélération en GM/d², force en GMm/d²

Mais on s'en fiche un peu. Pour une orbite basse (prise comme exemple) la "force de l'attraction terrestre" est très très peu différente de ce qu'elle est à la surface.

[Gilgamesh]

Si le corps est, comme vous le dites justement, en chute libre, c'est bien qu'il y a attraction vers le corps céleste, donc gravité Et cette gravité, si elle n'est pas perceptible à l'humain enfermé dans l'ISS par exemple (il flotte joyeusement dans l'air), n'en est pas moins présente et fait "tomber" l'humain avec l'ISS. C'est pareil avec les avions simulant l'apensanteur par des vols paraboliques. Mais le même avion qui effectuerait une série de loopings fera ressentir à ses occupants l'effet dont je parle, à savoir la variation de la pesanteur ressentie selon que la gravité terrestre s'y ajoute (lorsque l'avion est en bas) ou s'y soustrait (lorsqu'il est en haut).

Oui, c'est tout ceci qui est inclut dans le concept de "chute libre".

Et donc ceci : "Comme je vois la chose et sans faire de calcul, même si à l'orbite choisie la force d'attraction de la Terre vaut encore 0.2g, les variations de pesanteur ressenties dans la station à chaque rotation risquent vite d'épuiser le stock de vomi-bags !" est faux.

Même si la station orbitale orbite à 1 cm du sol d'une planète idéalement lisse et de masse arbitrairement grande, la pesanteur d'origine planétaire, ressentie à l'intérieur de la station, sera nulle, par définition de ce qu'est une orbite.

[Amanuensis]

Donc on se retrouve avec une situation comparable à être au centre de masse relativement à la gravitation terrestre ?

Oui, cela correspond à être en avance ou en retard sur la même orbite. Si elle est circulaire, la situation est comparable.

[Amanuensis]

Même si la station orbitale orbite à 1 cm du sol d'une planète idéalement lisse et de masse arbitrairement grande, la gravité provenant de la planète ressentie à l'intérieur de la station sera nulle.

Perso (mais "on" m'a déjà opposé sur ce point), j'utilise la particularité du français d'avoir deux mots distincts, pesanteur et gravité, avantage dont ne dispose pas l'anglais (qui utilise "gravity" pour les deux concepts), d'où l'anglicisme très courant consistant à utiliser "gravité" pour dire "pesanteur".

C'est d'ailleurs le vocabulaire utilisé en géodésie par exemple.

Dans le cas d'espèce la gravité ("provenant de la planète") n'est pas nulle, mais la pesanteur (ce qui est "ressenti") l'est.

[noir_ecaille]

Oui, cela correspond à être en avance ou en retard sur la même orbite. Si elle est circulaire, la situation est comparable.

D'accord

[Amanuensis]

Mais le même avion qui effectuerait une série de loopings fera ressentir à ses occupants l'effet dont je parle, à savoir la variation de la pesanteur ressentie selon que la gravité terrestre s'y ajoute (lorsque l'avion est en bas) ou s'y soustrait (lorsqu'il est en haut).

Oui, mais cela ne correspond pas au cas d'une station orbitale tournant sur elle-même.

Parce que ce mouvement de rotation ne supprime pas le mouvement de rotation autour de la Terre, il s'y ajoute.

Dans le cas de l'avion, soit il fait un looping, soit il suit une trajectoire parabolique, mais pas les deux à la fois.

La station, elle, suit une trajectoire de chute libre (la révolution autour de la Terre, correspondant au vol parabolique), PLUS un petit mouvement de rotation local.

[Gilgamesh]

Perso (mais "on" m'a déjà opposé sur ce point), j'utilise la particularité du français d'avoir deux mots distincts, pesanteur et gravité, avantage dont ne dispose pas l'anglais (qui utilise "gravity" pour les deux concepts), d'où l'anglicisme très courant consistant à utiliser "gravité" pour dire "pesanteur".

C'est d'ailleurs le vocabulaire utilisé en géodésie par exemple.

Dans le cas d'espèce la gravité ("provenant de la planète") n'est pas nulle, mais la pesanteur (ce qui est "ressenti") l'est.

D'accord, c'est une distinction utile.

[Olivzzz]

@vous tous : force m'est d'admettre que j'ai fait une faute de réflexion, trop de forces tuent la Force. Une station orbitale rotative devrait en effet fonctionner sans soucis de retour de dîners, ou alors pour d'autres raisons Merci à tous d'avoir pris la peine de répondre à mon post. Et tant mieux, ça m'aurait ennuyé d'avoir raison sur ce coup-là.

[inviteec0d6e6f]

Rebonjour,

L'axe de rotation ne peut pas être *continuellement" perpendiculaire à la surface terrestre à cause du principe de conservation du mouvement (c.f. le gyroscope). Il peut l'être "à 12h" et "à 6h" de son orbite autour de la Terre (en faisant l'analogie de son orbite avec un cadran d'horloge) mais à "9h" et "3h" il sera parallèle à la surface de la Terre et incliné de 45° à "10h30". Donc les variations de pesanteur ressentie pendant une rotation de la station seront maximale à 12h et à 6h et nulles à 3h et à 9h, mais à ces 2 moments-là, la gravité terrestre s'appliquera latéralement sur les occupants. J'en conclus donc que quelle que soit l'orientation de la station, les effets seront là.

La question-clé est vraisemblablement celle de l'altitude à partir de laquelle ces effets sont négligeables et ne pénalisent plus la vie des occupants et leurs activités.

Quelqu'un est-il versé dans le calcul de la force de l'attraction terrestre en fonction de l'altitude ?

Comme il t'est dit au dessus par Amanuensis et Gilgamesh, un objet en orbite, par definition, n'a plus de poids.
Que tu recrée ensuite une gravité artificielle avec un axe nord/sud ou haut/bas ou est/ouest ne change donc absolument rien a ce que ressentiront les occupants.
Que tu sois en orbite a 200km d'altitude ou bien a 50 000 km d'altitude, l'effet est exactement le même : tu n'a plus de poids, il n'y a donc strictement aucune différence de "pesanteur ressentie", car 0=0, dans tout les cas ou tu es en orbite.
Comme le dit Gilgamesh, il me semble que tu fais des grosses confusions sur ce sujet.

edit :ha ba j'avais pas vu ta dernière intervention a ce sujet, tant mieux si tout est clair désormais
re edit : en fait tu l'a posté pendant que j'écrivais la mienne.