Chiar și o persoană fără interes pentru spațiu a văzut vreodată un film despre călătoriile în spațiu sau a citit despre astfel de lucruri în cărți. În aproape toate astfel de lucrări, oamenii se plimbă în jurul navei, dorm normal și nu au probleme cu alimentația. Aceasta înseamnă că aceste nave - fictive - au gravitație artificială. Majoritatea spectatorilor percep acest lucru ca pe ceva complet natural, dar nu este deloc.
Gravitație artificială
Acesta este numele schimbării (în orice direcție) a gravitației care ne este familiar prin aplicarea diferitelor metode. Și acest lucru se face nu numai în lucrări fantastice, ci și în situații pământești foarte reale, cel mai adesea pentru experimente.
În teorie, crearea gravitației artificiale nu pare atât de dificilă. De exemplu, poate fi recreat cu ajutorul inerției, mai exact, al forței centrifuge. Necesitatea acestei puteri nu a apărut ieri - s-a întâmplat imediat, de îndată ce o persoană a început să viseze zboruri spațiale pe termen lung. Crearegravitația artificială în spațiu va face posibilă evitarea multor probleme care apar în timpul șederii prelungite în imponderabilitate. Mușchii astronauților se slăbesc, oasele devin mai puțin puternice. Călătorind în astfel de condiții luni de zile, puteți obține atrofia unor mușchi.
Astfel, astăzi crearea gravitației artificiale este o sarcină de o importanță capitală, explorarea spațiului fără această abilitate este pur și simplu imposibilă.
Materiale
Chiar și cei care cunosc fizica doar la nivelul programului școlar înțeleg că gravitația este una dintre legile fundamentale ale lumii noastre: toate corpurile interacționează între ele, experimentând atracție/repulsie reciprocă. Cu cât corpul este mai mare, cu atât este mai mare forța sa de atracție.
Pământul pentru realitatea noastră este un obiect foarte masiv. De aceea, fără excepție, toate corpurile din jurul ei sunt atrase de el.
Pentru noi, aceasta înseamnă accelerația căderii libere, care se măsoară de obicei în g, egală cu 9,8 metri pe secundă pătrată. Aceasta înseamnă că, dacă nu am avea niciun sprijin sub picioare, am cădea cu o viteză care crește cu 9,8 metri în fiecare secundă.
Astfel, doar datorită gravitației suntem capabili să stăm în picioare, să cădem, să mâncăm și să bem în mod normal, să înțelegem unde este sus, unde este jos. Dacă gravitația dispare, vom fi în gravitate zero.
Astronauții care se găsesc în spațiu într-o stare de avânt - cădere liberă sunt familiarizați în special cu acest fenomen.
Teoretic, oamenii de știință știu cum să creeze gravitația artificială. Existamai multe tehnici.
Marea mare
Cea mai logică opțiune este să faci nava spațială atât de mare încât să aibă gravitație artificială. Va fi posibil să vă simțiți confortabil pe navă, deoarece orientarea în spațiu nu se va pierde.
Din păcate, această metodă cu dezvoltarea modernă a tehnologiei este nerealistă. Pentru a construi un astfel de obiect este nevoie de prea multe resurse. În plus, va necesita o cantitate incredibilă de energie pentru a-l ridica.
Accelerează
S-ar părea că, dacă vrei să obții g egal cu cel al Pământului, trebuie doar să dai navei o formă plată (platformă) și să o faci să se miște perpendicular pe plan cu accelerația dorită. În acest fel, se va obține gravitația artificială, ideală.
Cu toate acestea, realitatea este mult mai complicată.
În primul rând, merită să luați în considerare problema combustibilului. Pentru ca stația să accelereze constant, este necesar să existe o sursă de alimentare neîntreruptibilă. Chiar dacă apare brusc un motor care nu ejectează materie, legea conservării energiei va rămâne în vigoare.
A doua problemă este însăși ideea de accelerare constantă. Conform cunoștințelor noastre și a legilor fizice, este imposibil să accelerăm la infinit.
În plus, astfel de vehicule nu sunt potrivite pentru misiuni de cercetare, deoarece trebuie să accelereze constant - să zboare. Nu se va putea opri pentru a studia planeta, nici măcar nu va putea zbura încet în jurul ei - trebuie să accelereze.
DeciAstfel, devine clar că o astfel de gravitație artificială nu este încă disponibilă pentru noi.
Carusel
Toată lumea știe cum rotația caruselului afectează corpul. Prin urmare, un dispozitiv de gravitație artificială conform acestui principiu pare a fi cel mai realist.
Tot ceea ce se află în diametrul caruselului tinde să cadă din el cu o viteză aproximativ egală cu viteza de rotație. Se dovedește că asupra corpului acționează o forță, îndreptată de-a lungul razei obiectului care se rotește. Este foarte asemănător cu gravitația.
Deci, aveți nevoie de o navă care are o formă cilindrică. În același timp, trebuie să se rotească în jurul axei sale. Apropo, gravitația artificială pe o navă spațială, creată conform acestui principiu, este adesea prezentată în filmele științifico-fantastice.
Nava în formă de butoi, care se rotește în jurul axei longitudinale, creează o forță centrifugă, a cărei direcție corespunde razei obiectului. Pentru a calcula accelerația rezultată, trebuie să împărțiți forța la masă.
Nu va fi dificil pentru cei care cunosc fizică să calculeze acest lucru: a=ω²R.
În această formulă, rezultatul calculului este accelerația, prima variabilă este viteza nodale (măsurată în radiani pe secundă), a doua este raza.
În conformitate cu aceasta, pentru a obține g-ul obișnuit, este necesar să combinați corect viteza unghiulară și raza transportului spațial.
Această problemă este acoperită în filme precum „Intersol”, „Babylon 5”, „2001: Odiseea spațiului” și altele asemenea. În toate aceste cazurigravitația artificială este aproape de accelerația în cădere liberă a Pământului.
Oricât de bună este ideea, este destul de dificil să o implementezi.
Probleme ale metodei carusel
Cea mai evidentă problemă este evidențiată în A Space Odyssey. Raza „purtătorului spațial” este de aproximativ 8 metri. Pentru a obține o accelerație de 9,8, rotația trebuie să aibă loc cu o rată de aproximativ 10,5 rotații în fiecare minut.
La valorile indicate se manifesta „efectul Coriolis” care consta in faptul ca diferite forte actioneaza la distante diferite fata de podea. Depinde direct de viteza unghiulară.
Se pare că se va crea gravitația artificială în spațiu, dar rotirea prea rapidă a carcasei va duce la probleme cu urechea internă. Aceasta, la rândul său, provoacă dezechilibre, probleme cu aparatul vestibular și alte probleme similare.
Apariția acestei bariere sugerează că un astfel de model este extrem de nereușit.
Puteți încerca să treceți de la opus, așa cum au făcut-o în romanul „The World-Ring”. Aici nava este realizată sub forma unui inel, a cărui rază este apropiată de raza orbitei noastre (aproximativ 150 de milioane de km). La această dimensiune, viteza sa de rotație este suficientă pentru a ignora efectul Coriolis.
Puteți presupune că problema este rezolvată, dar nu este deloc așa. Faptul este că o rotație completă a acestei structuri în jurul axei sale durează 9 zile. Acest lucru face posibilă presupunerea că sarcinile vor fi prea mari. Pentru aconstructia le-a rezistat, este nevoie de un material foarte rezistent, pe care nu il avem la dispozitie astazi. În plus, problema este cantitatea de material și procesul de construcție în sine.
În jocurile cu o temă similară, ca în filmul „Babylon 5”, aceste probleme sunt cumva rezolvate: viteza de rotație este destul de suficientă, efectul Coriolis nu este semnificativ, este ipotetic posibil să se creeze o astfel de navă.
Cu toate acestea, chiar și astfel de lumi au un dezavantaj. Numele lui este impuls.
Nava, care se rotește în jurul axei sale, se transformă într-un giroscop uriaș. După cum știți, este extrem de dificil să faceți giroscopul să devieze de la axă din cauza momentului unghiular. Este important ca cantitatea sa să nu părăsească sistemul. Aceasta înseamnă că va fi foarte dificil să setați direcția pentru acest obiect. Cu toate acestea, această problemă poate fi rezolvată.
Rezolvarea problemelor
Gravația artificială pe o stație spațială devine disponibilă atunci când „cilindrul O’Neill” vine în ajutor. Pentru a crea acest design, sunt necesare nave cilindrice identice, care sunt conectate de-a lungul axei. Ar trebui să se rotească în direcții diferite. Rezultatul acestui ansamblu este un moment unghiular zero, așa că nu ar trebui să existe nicio dificultate în a oferi navei direcția dorită.
Dacă este posibil să faci o navă cu o rază de aproximativ 500 de metri, atunci va funcționa exact așa cum ar trebui. În același timp, gravitația artificială în spațiu va fi destul de confortabilă și potrivită pentru zboruri lungi pe nave sau stații de cercetare.
Ingineri spațiali
Cum se creează gravitația artificială este cunoscut de creatorii jocului. Cu toate acestea, în această lume fantastică, gravitația nu este atracția reciprocă a corpurilor, ci o forță liniară menită să accelereze obiectele într-o direcție dată. Atracția aici nu este absolută, se schimbă atunci când sursa este redirecționată.
Gravația artificială pe stația spațială este creată folosind un generator special. Este uniform și echidirecțional în zona generatorului. Deci, în lumea reală, dacă ai fi lovit de o navă care are un generator instalat, ai fi tras la carenă. Cu toate acestea, în joc, eroul va cădea până când va părăsi perimetrul dispozitivului.
Astăzi, gravitația artificială în spațiu, creată de un astfel de dispozitiv, este inaccesibilă omenirii. Cu toate acestea, chiar și dezvoltatorii cu părul cărunt nu încetează să viseze la asta.
Generator sferic
Aceasta este o versiune mai realistă a echipamentului. Când este instalat, gravitația are o direcție către generator. Acest lucru face posibilă crearea unei stații, a cărei gravitație va fi egală cu cea planetară.
Centrifugă
Astăzi, gravitația artificială pe Pământ se găsește în diverse dispozitive. Ele se bazează, în cea mai mare parte, pe inerție, deoarece această forță este resimțită de noi în mod similar efectelor gravitaționale - corpul nu distinge ceea ce provoacă accelerația. De exemplu: o persoană care urcă într-un lift experimentează efectul inerției. Prin ochii unui fizician: ridicarea unui lift adaugă la accelerația căderii libere accelerația mașinii. La întoarcerecabinele la o mișcare măsurată „câștig” în greutate dispare, revenind la senzațiile obișnuite.
Oamenii de știință sunt de mult interesați de gravitația artificială. Centrifuga este folosită cel mai adesea în aceste scopuri. Această metodă este potrivită nu numai pentru nave spațiale, ci și pentru stațiile terestre în care este necesar să se studieze efectul gravitației asupra corpului uman.
Studiați pe Pământ, aplicați în…
Deși studiul gravitației a început din spațiu, este o știință foarte banală. Chiar și astăzi, realizările în acest domeniu și-au găsit aplicarea, de exemplu, în medicină. Știind dacă este posibil să se creeze gravitație artificială pe planetă, se poate folosi pentru a trata problemele cu aparatul motor sau sistemul nervos. Mai mult, studiul acestei forțe se efectuează în primul rând pe Pământ. Acest lucru face posibil ca astronauții să efectueze experimente, rămânând în același timp sub atenta atenție a medicilor. Un alt lucru este gravitația artificială în spațiu, acolo nu există oameni care să poată ajuta astronauții în cazul unei situații neprevăzute.
Având în vedere imponderabilitate totală, nu se poate lua în considerare un satelit pe orbita joasă a Pământului. Aceste obiecte, deși într-o mică măsură, sunt afectate de gravitație. Forța gravitațională generată în astfel de cazuri se numește microgravitație. Gravitația reală este experimentată doar într-un aparat care zboară cu o viteză constantă în spațiul cosmic. Cu toate acestea, corpul uman nu simte această diferență.
Puteți experimenta imponderabilitate în timpul unui s alt în lungime (înainte de deschiderea baldachinului) sau în timpul unei coborâri parabolice a aeronavei. Astfel de experimenteeste adesea organizat în SUA, dar într-un avion acest sentiment durează doar 40 de secunde - este prea scurt pentru un studiu complet.
În URSS, în 1973, știau dacă era posibil să se creeze gravitația artificială. Și nu numai că l-a creat, dar l-a și schimbat într-un fel. Un exemplu viu de scădere artificială a gravitației este imersiunea uscată, imersiunea. Pentru a obține efectul dorit, trebuie să puneți o peliculă densă pe suprafața apei. Persoana este așezată deasupra. Sub greutatea corpului, corpul se scufundă sub apă, doar capul rămâne deasupra. Acest model demonstrează suportul cu gravitație scăzută găsit în ocean.
Nu este nevoie să mergeți în spațiu pentru a simți efectul forței opuse a imponderabilitatii - hipergravitația. La decolarea și aterizarea unei nave spațiale, într-o centrifugă, nu numai că poți simți supraîncărcarea, ci și o poți studia.
Tratament gravitațional
Fizica gravitațională studiază, printre altele, impactul imponderabilității asupra corpului uman, căutând să minimizeze consecințele. Cu toate acestea, un număr mare de realizări ale acestei științe pot fi utile locuitorilor obișnuiți ai planetei.
Medicii își pun mari speranțe în cercetarea comportamentului enzimelor musculare în miopatie. Aceasta este o boală gravă care duce la moarte prematură.
Cu exerciții fizice active, o cantitate mare de enzimă creatinofosfokinază intră în sângele unei persoane sănătoase. Motivul acestui fenomen nu este clar, poate că sarcina acționează asupra membranei celulare în așa fel încât„perforează”. Pacienții cu miopatie obțin același efect fără exerciții fizice. Observațiile astronauților arată că în imponderabilitate fluxul enzimei active în sânge este redus semnificativ. Această descoperire sugerează că utilizarea imersiei va reduce impactul negativ al factorilor care duc la miopatie. Testarea pe animale este în prezent în curs.
Tratamentul unor boli este deja efectuat astăzi, folosind date obținute din studiul gravitației, inclusiv artificial. De exemplu, paralizia cerebrală, accidentele vasculare cerebrale, boala Parkinson sunt tratate folosind costume de încărcare. Cercetări privind impactul pozitiv al suportului - pantoful pneumatic este aproape finalizat.
Vom zbura pe Marte?
Ultimele realizări ale astronauților dau speranță pentru realitatea proiectului. Există experiență de sprijin medical pentru o persoană în timpul unei șederi lungi departe de Pământ. Zborurile de cercetare către Lună, pe care forța gravitației este de 6 ori mai mică decât a noastră, au adus și ele o mulțime de beneficii. Acum astronauții și oamenii de știință își stabilesc un nou obiectiv - Marte.
Înainte de a ajunge la coadă pentru un bilet pe Planeta Roșie, ar trebui să știți ce așteaptă organismul deja la prima etapă a muncii - pe drum. În medie, drumul către planeta deșertică va dura un an și jumătate - aproximativ 500 de zile. Pe drum, va trebui să te bazezi doar pe propriile forțe, pur și simplu nu există unde să aștepți ajutor.
Mulți factori vor submina puterea: stresul, radiațiile, lipsa câmpului magnetic. Cel mai important test pentru organism este schimbarea gravitației. În timpul călătoriei, o persoană „se familiarizează” cumai multe niveluri de gravitație. În primul rând, acestea sunt supraîncărcări în timpul decolării. Apoi - imponderabilitate în timpul zborului. După aceea, hipogravitația la destinație, deoarece gravitația pe Marte este mai mică de 40% din Pământ.
Cum te descurci cu efectele negative ale imponderabilitatii pe un zbor lung? Se speră că evoluțiile în domeniul creării gravitației artificiale vor ajuta la rezolvarea acestei probleme în viitorul apropiat. Experimentele pe șobolani care călătoresc pe Kosmos-936 arată că această tehnică nu rezolvă toate problemele.
Experiența cu OS a arătat că utilizarea complexelor de antrenament care pot determina sarcina necesară pentru fiecare astronaut în mod individual poate aduce mult mai multe beneficii organismului.
Până acum se crede că nu numai cercetătorii vor zbura pe Marte, ci și turiștii care doresc să înființeze o colonie pe Planeta Roșie. Pentru ei, cel puțin la început, senzațiile de a fi în imponderabilitate vor depăși toate argumentele medicilor despre pericolele expunerii prelungite la astfel de condiții. Cu toate acestea, vor avea nevoie de ajutor și în câteva săptămâni, motiv pentru care este atât de important să puteți găsi o modalitate de a crea gravitație artificială pe o navă spațială.
Rezultate
Ce concluzii se pot trage despre crearea gravitației artificiale în spațiu?
Dintre toate opțiunile luate în considerare în prezent, structura rotativă pare cea mai realistă. Cu toate acestea, cu înțelegerea actuală a legilor fizice, acest lucru este imposibil, deoarece nava nu este un cilindru gol. În interiorul acestuia există suprapuneri care interferează cu realizarea ideilor.
În plus, raza navei ar trebui să fie așamare, astfel încât efectul Coriolis să nu aibă un efect semnificativ.
Pentru a controla așa ceva, aveți nevoie de cilindrul O'Neill menționat mai sus, care vă va oferi posibilitatea de a controla nava. În acest caz, șansele de a utiliza un design similar pentru zborurile interplanetare, oferind echipajului un nivel confortabil de gravitație cresc.
Înainte ca omenirea să reușească să-și devină visele realitate, aș dori să văd puțin mai mult realism și chiar mai multe cunoștințe despre legile fizicii în science fiction.
