Selv en person uten interesse i verdensrommet har noen gang sett en film om romfart eller lest om slike ting i bøker. I nesten alle slike arbeider går folk rundt på skipet, sover norm alt, og opplever ikke problemer med å spise. Det betyr at disse – fiktive – skipene har kunstig gravitasjon. De fleste seere oppfatter dette som noe helt naturlig, men det er det slett ikke.
kunstig gravitasjon
Dette er navnet på endringen (i alle retninger) av tyngdekraften som er kjent for oss ved å bruke ulike metoder. Og dette gjøres ikke bare i fantastiske verk, men også i veldig virkelige jordiske situasjoner, oftest for eksperimenter.
I teorien ser ikke skapelsen av kunstig gravitasjon så vanskelig ut. For eksempel kan den gjenskapes ved hjelp av treghet, mer presist sentrifugalkraft. Behovet for denne kraften oppsto ikke i går - det skjedde umiddelbart, så snart en person begynte å drømme om langsiktige romflyvninger. Opprettelsekunstig tyngdekraft i rommet vil gjøre det mulig å unngå mange problemer som oppstår under lengre opphold i vektløshet. Astronautenes muskler svekkes, beinene blir mindre sterke. Når du reiser under slike forhold i flere måneder, kan du få atrofi av enkelte muskler.
I dag er altså skapelsen av kunstig gravitasjon en oppgave av største betydning, romutforskning uten denne ferdigheten er rett og slett umulig.
Materials
Selv de som kun kan fysikk på nivå med skolepensum forstår at tyngdekraften er en av de grunnleggende lovene i vår verden: alle kropper samhandler med hverandre og opplever gjensidig tiltrekning/frastøtning. Jo større kroppen er, jo større tiltrekningskraft er den.
Jorden for vår virkelighet er et veldig massivt objekt. Det er derfor, uten unntak, alle kropper rundt henne er tiltrukket av det.
For oss betyr dette akselerasjonen av fritt fall, som vanligvis måles i g, lik 9,8 meter per kvadratsekund. Dette betyr at hvis vi ikke hadde støtte under føttene, ville vi falle med en hastighet som øker med 9,8 meter hvert sekund.
Dermed er vi bare takket være tyngdekraften i stand til å stå, falle, spise og drikke norm alt, forstå hvor er opp, hvor er ned. Hvis tyngdekraften forsvinner, vil vi være i null tyngdekraft.
Astronauter som befinner seg i verdensrommet i en tilstand av svevende - fritt fall er spesielt kjent med dette fenomenet.
Teoretisk sett vet forskere hvordan man lager kunstig gravitasjon. Eksistereflere teknikker.
Big Mass
Det mest logiske alternativet er å gjøre romskipet så stort at det har kunstig gravitasjon. Det vil være mulig å føle seg komfortabel på skipet, siden orienteringen i rommet ikke vil gå tapt.
Dessverre er denne metoden med den moderne utviklingen av teknologi urealistisk. Å bygge et slikt objekt krever for mange ressurser. I tillegg vil det kreve utrolig mye energi å løfte det.
Speed up
Det ser ut til at hvis du ønsker å oppnå g lik jordens, trenger du bare å gi skipet en flat (plattform) form og få det til å bevege seg vinkelrett på planet med ønsket akselerasjon. På denne måten vil kunstig tyngdekraft oppnås, og ideelt.
Men virkeligheten er mye mer komplisert.
Først av alt er det verdt å vurdere drivstoffproblemet. For at stasjonen skal akselerere konstant, er det nødvendig å ha en avbruddsfri strømforsyning. Selv om det plutselig dukker opp en motor som ikke støter ut materie, vil loven om bevaring av energi forbli i kraft.
Det andre problemet er selve ideen om konstant akselerasjon. I følge vår kunnskap og fysiske lover er det umulig å akselerere til det uendelige.
I tillegg er slike kjøretøy ikke egnet for forskningsoppdrag, siden de hele tiden må akselerere – fly. Han vil ikke være i stand til å stoppe for å studere planeten, han vil ikke engang kunne fly sakte rundt den - han må akselerere.
SåDermed blir det klart at slik kunstig gravitasjon ennå ikke er tilgjengelig for oss.
Carousel
Alle vet hvordan rotasjonen av karusellen påvirker kroppen. Derfor ser en kunstig gravitasjonsanordning i henhold til dette prinsippet ut til å være den mest realistiske.
Alt som er i diameteren til karusellen har en tendens til å falle ut av den med en hastighet som er omtrent lik rotasjonshastigheten. Det viser seg at en kraft virker på kroppen, rettet langs radien til det roterende objektet. Det er veldig likt gravitasjon.
Så du trenger et skip som har en sylindrisk form. Samtidig må den rotere rundt sin akse. Forresten, kunstig gravitasjon på et romskip, skapt etter dette prinsippet, vises ofte i science fiction-filmer.
Tønneformet skip, som roterer rundt lengdeaksen, skaper en sentrifugalkraft, hvis retning tilsvarer objektets radius. For å beregne den resulterende akselerasjonen må du dele kraften på massen.
Det vil ikke være vanskelig for folk som kan fysikk å beregne dette: a=ω²R.
I denne formelen er resultatet av beregningen akselerasjonen, den første variabelen er nodalhastigheten (målt i radianer per sekund), den andre er radiusen.
I følge dette, for å oppnå den vanlige g, er det nødvendig å kombinere vinkelhastigheten og radiusen til romtransport på riktig måte.
Dette problemet er dekket i filmer som "Intersol", "Babylon 5", "2001: A Space Odyssey" og lignende. I alle disse tilfellenekunstig gravitasjon er nær jordens akselerasjon for fritt fall.
Uansett hvor god ideen er, er det ganske vanskelig å implementere den.
Problemer med karusellmetoden
Det mest åpenbare problemet er fremhevet i A Space Odyssey. Radiusen til "rombæreren" er ca. 8 meter. For å få en akselerasjon på 9,8 må rotasjonen skje med en hastighet på omtrent 10,5 omdreininger hvert minutt.
Ved de angitte verdiene manifesteres «Coriolis-effekten», som består i at ulike krefter virker i ulik avstand fra gulvet. Det avhenger direkte av vinkelhastigheten.
Det viser seg at det vil skapes kunstig gravitasjon i rommet, men for rask rotasjon av etuiet vil føre til problemer med det indre øret. Dette forårsaker igjen ubalanser, problemer med det vestibulære apparatet og andre lignende problemer.
Fremveksten av denne barrieren tyder på at en slik modell er ekstremt mislykket.
Du kan prøve å gå fra det motsatte, slik de gjorde i romanen «The World-Ring». Her er skipet laget i form av en ring, hvis radius er nær radiusen til vår bane (ca. 150 millioner km). Ved denne størrelsen er rotasjonshastigheten nok til å ignorere Coriolis-effekten.
Du kan anta at problemet er løst, men det er ikke slik i det hele tatt. Faktum er at en fullstendig rotasjon av denne strukturen rundt sin akse tar 9 dager. Dette gjør det mulig å anta at belastningene blir for store. For åkonstruksjonen tålte dem, det trengs et veldig sterkt materiale, som vi ikke har til rådighet i dag. I tillegg er problemet materialmengden og selve byggeprosessen.
I spill med lignende tema, som i filmen "Babylon 5", er disse problemene løst på en eller annen måte: rotasjonshastigheten er ganske tilstrekkelig, Coriolis-effekten er ikke signifikant, det er hypotetisk mulig å lage et slikt skip.
Men selv slike verdener har en ulempe. Hans navn er momentum.
Skipet, som roterer rundt sin akse, blir til et enormt gyroskop. Som du vet er det ekstremt vanskelig å få gyroskopet til å avvike fra aksen på grunn av vinkelmomentet. Det er viktig at mengden ikke forlater systemet. Dette betyr at det vil være svært vanskelig å sette retningen for dette objektet. Dette problemet kan imidlertid løses.
Problem Solving
Kunstig tyngdekraft på en romstasjon blir tilgjengelig når "O'Neill-sylinderen" kommer til unnsetning. For å lage dette designet er det nødvendig med identiske sylindriske skip, som er koblet sammen langs aksen. De skal rotere i forskjellige retninger. Resultatet av denne monteringen er null vinkelmomentum, så det skal ikke være noen problemer med å gi skipet ønsket retning.
Hvis det er mulig å lage et skip med en radius på ca 500 meter, så vil det fungere akkurat som det skal. Samtidig vil kunstig tyngdekraft i rommet være ganske behagelig og egnet for lange flyvninger på skip eller forskningsstasjoner.
Space Engineers
Hvordan lage kunstig gravitasjon er kjent for skaperne av spillet. Men i denne fantasiverdenen er tyngdekraften ikke den gjensidige tiltrekningen av kropper, men en lineær kraft designet for å akselerere objekter i en gitt retning. Attraksjonen her er ikke absolutt, den endres når kilden omdirigeres.
Kunstig tyngdekraft på romstasjonen skapes ved å bruke en spesiell generator. Den er jevn og likeveis i området til generatoren. Så i den virkelige verden, hvis du blir truffet av et skip som har en generator installert, vil du bli dratt til skroget. Men i spillet vil helten falle til han forlater omkretsen av enheten.
I dag er kunstig gravitasjon i rommet, skapt av en slik enhet, utilgjengelig for menneskeheten. Men selv gråhårede utviklere slutter ikke å drømme om det.
Sfærisk generator
Dette er en mer realistisk versjon av utstyret. Når den er installert, har tyngdekraften en retning mot generatoren. Dette gjør det mulig å lage en stasjon hvis tyngdekraft vil være lik den planetariske.
Centrifuge
I dag finnes kunstig gravitasjon på jorden i forskjellige enheter. De er for det meste basert på treghet, siden denne kraften føles av oss på samme måte som gravitasjonseffekter - kroppen skiller ikke hva som forårsaker akselerasjon. Som et eksempel: en person som går opp i en heis opplever effekten av treghet. Gjennom en fysikers øyne: Å løfte en heis øker akselerasjonen av fritt fall akselerasjonen til bilen. Ved returhytter til en målt bevegelse "økning" i vekt forsvinner, og returnerer de vanlige følelsene.
Forskere har lenge vært interessert i kunstig gravitasjon. Sentrifugen brukes oftest til disse formålene. Denne metoden egner seg ikke bare for romfartøy, men også for bakkestasjoner der det er nødvendig å studere tyngdekraftens effekt på menneskekroppen.
Study on Earth, søk om…
Selv om studiet av gravitasjon begynte fra verdensrommet, er det en veldig hverdagslig vitenskap. Selv i dag har prestasjoner på dette området funnet sin anvendelse, for eksempel innen medisin. Når man vet om det er mulig å lage kunstig gravitasjon på planeten, kan man bruke den til å behandle problemer med motorapparatet eller nervesystemet. Dessuten utføres studiet av denne kraften primært på jorden. Dette gjør det mulig for astronauter å utføre eksperimenter mens de forblir under nøye oppmerksomhet fra leger. En annen ting er kunstig tyngdekraft i verdensrommet, det er ingen mennesker der som kan hjelpe astronauter i tilfelle en uforutsett situasjon.
Gitt total vektløshet kan man ikke ta hensyn til en satellitt i lav jordbane. Disse gjenstandene er, om enn i liten grad, påvirket av tyngdekraften. Tyngdekraften som genereres i slike tilfeller kalles mikrogravitasjon. Virkelig tyngdekraft oppleves bare i et apparat som flyr med konstant hastighet i verdensrommet. Men menneskekroppen føler ikke denne forskjellen.
Du kan oppleve vektløshet under et langt hopp (før kalesjen åpner) eller under en parabolsk nedstigning av flyet. Slike eksperimenterofte iscenesatt i USA, men på et fly varer denne følelsen bare 40 sekunder - dette er for kort for en fullstendig studie.
I USSR tilbake i 1973 visste de om det var mulig å lage kunstig gravitasjon. Og ikke bare skapte det, men endret det også på en eller annen måte. Et levende eksempel på en kunstig reduksjon i tyngdekraften er tørr nedsenking, nedsenking. For å oppnå ønsket effekt må du legge en tett film på overflaten av vannet. Personen er plassert oppå den. Under vekten av kroppen synker kroppen under vann, bare hodet forblir over. Denne modellen demonstrerer støtten med lav tyngdekraft som finnes i havet.
Det er ingen grunn til å gå ut i verdensrommet for å føle effekten av den motsatte kraften til vektløshet - hypergravitasjon. Når du tar av og lander et romfartøy, i en sentrifuge, kan du ikke bare føle overbelastningen, men også studere den.
Gravity treatment
Gravitasjonsfysikk studerer blant annet effekten av vektløshet på menneskekroppen, og forsøker å minimere konsekvensene. Imidlertid kan et stort antall prestasjoner av denne vitenskapen være nyttige for vanlige innbyggere på planeten.
Leger setter store forhåpninger til forskning på oppførselen til muskelenzymer ved myopati. Dette er en alvorlig sykdom som fører til tidlig død.
Med aktive fysiske øvelser kommer en stor mengde av enzymet kreatinofosfokinase inn i blodet til en frisk person. Årsaken til dette fenomenet er ikke klart, kanskje virker belastningen på cellemembranen på en slik måte at den"perforerer". Pasienter med myopati får samme effekt uten trening. Observasjoner av astronauter viser at i vektløshet reduseres strømmen av det aktive enzymet i blodet betydelig. Denne oppdagelsen antyder at bruk av nedsenking vil redusere den negative effekten av faktorer som fører til myopati. Dyreforsøk pågår for øyeblikket.
Behandling av enkelte sykdommer utføres allerede i dag ved hjelp av data hentet fra gravitasjonsstudier, inkludert kunstig. For eksempel behandles cerebral parese, slag, Parkinson ved å bruke belastningsdrakter. Forskning på den positive effekten av støtten - den pneumatiske skoen er nesten ferdig.
Vil vi fly til Mars?
De siste prestasjonene til astronauter gir håp om prosjektets virkelighet. Det er erfaring med medisinsk støtte til en person under et lengre opphold borte fra jorden. Forskningsflyvninger til månen, der tyngdekraften er 6 ganger mindre enn vår egen, har også gitt mange fordeler. Nå setter astronauter og forskere seg et nytt mål – Mars.
Før du står i kø for å få billett til den røde planeten, bør du vite hva kroppen forventer allerede i første arbeidsfase – på veien. I gjennomsnitt vil veien til ørkenplaneten ta halvannet år – omtrent 500 dager. På veien må du bare stole på din egen styrke, det er rett og slett ingen steder å vente på hjelp.
Mange faktorer vil undergrave styrke: stress, stråling, mangel på magnetfelt. Den viktigste testen for kroppen er endringen i tyngdekraften. Under reisen "blir" en person kjent medflere gravitasjonsnivåer. For det første er dette overbelastninger under takeoff. Deretter - vektløshet under flyturen. Etter det, hypogravity på destinasjonen, siden gravitasjonen på Mars er mindre enn 40 % av jorden.
Hvordan takler du de negative effektene av vektløshet på en lang flytur? Det er håpet at utviklingen innen å skape kunstig tyngdekraft vil bidra til å løse dette problemet i nær fremtid. Eksperimenter på rotter som reiser på Kosmos-936 viser at denne teknikken ikke løser alle problemer.
OS-erfaring har vist at bruk av treningskomplekser som kan bestemme den nødvendige belastningen for hver astronaut individuelt, kan gi mye flere fordeler for kroppen.
Så langt er det antatt at ikke bare forskere vil fly til Mars, men også turister som ønsker å etablere en koloni på den røde planeten. For dem, i det minste til å begynne med, vil følelsene av å være i vektløshet oppveie alle argumentene til leger om farene ved langvarig eksponering for slike forhold. De vil imidlertid trenge hjelp om noen uker også, og derfor er det så viktig å kunne finne en måte å skape kunstig gravitasjon på et romskip.
Resultater
Hvilke konklusjoner kan trekkes om dannelsen av kunstig gravitasjon i rommet?
Blant alle alternativene som vurderes for øyeblikket, ser den roterende strukturen mest realistisk ut. Men med dagens forståelse av fysiske lover er dette umulig, siden skipet ikke er en hul sylinder. Inni den er det overlappinger som forstyrrer realiseringen av ideer.
I tillegg bør radiusen til skipet være slikstor slik at Coriolis-effekten ikke har en signifikant effekt.
For å kontrollere noe slikt, trenger du O'Neill-sylinderen nevnt ovenfor, som vil gi deg muligheten til å kontrollere skipet. I dette tilfellet øker sjansene for å bruke en lignende design for interplanetære flyvninger med å gi mannskapet et komfortabelt gravitasjonsnivå.
Før menneskeheten lykkes med å gjøre drømmene sine til virkelighet, vil jeg gjerne se litt mer realisme og enda mer kunnskap om fysikkens lover i science fiction.
