Čak i osoba koja ne zanima svemir je ikada gledala film o svemirskim putovanjima ili čitala o takvim stvarima u knjigama. U skoro svim ovakvim radovima ljudi hodaju po brodu, normalno spavaju i nemaju problema s ishranom. To znači da ovi - izmišljeni - brodovi imaju umjetnu gravitaciju. Većina gledalaca ovo doživljava kao nešto sasvim prirodno, ali to uopće nije.
Umjetna gravitacija
Ovo je naziv promjene (u bilo kojem smjeru) gravitacije koja nam je poznata primjenom različitih metoda. I to se ne radi samo u fantastičnim djelima, već iu vrlo stvarnim zemaljskim situacijama, najčešće za eksperimente.
U teoriji, stvaranje vještačke gravitacije ne izgleda tako teško. Na primjer, može se ponovo stvoriti uz pomoć inercije, tačnije centrifugalne sile. Potreba za ovom snagom nije se pojavila jučer - to se dogodilo odmah, čim je osoba počela sanjati o dugotrajnim letovima u svemir. Kreacijaumjetna gravitacija u svemiru će omogućiti izbjegavanje mnogih problema koji nastaju tokom dužeg boravka u bestežinskom stanju. Mišići astronauta slabe, kosti postaju manje jake. Putujući u takvim uslovima mesecima, možete dobiti atrofiju nekih mišića.
Dakle, danas je stvaranje umjetne gravitacije zadatak od najveće važnosti, istraživanje svemira bez ove vještine je jednostavno nemoguće.
Materijal
Čak i oni koji poznaju fiziku samo na nivou školskog programa razumiju da je gravitacija jedan od osnovnih zakona našeg svijeta: sva tijela međusobno djeluju, doživljavajući međusobnu privlačnost/odbojnost. Što je tijelo veće, to je veća njegova sila privlačenja.
Zemlja za našu stvarnost je veoma masivan objekat. Zato su, bez izuzetka, sva tijela oko nje privučena.
Za nas to znači ubrzanje slobodnog pada, koje se obično mjeri u g, jednako 9,8 metara po kvadratnoj sekundi. To znači da bismo, da nismo imali oslonac pod nogama, pali brzinom koja se svake sekunde povećava za 9,8 metara.
Dakle, samo zahvaljujući gravitaciji možemo normalno stajati, pasti, jesti i piti, razumjeti gdje je gore, a gdje dolje. Ako gravitacija nestane, bit ćemo u nultoj gravitaciji.
Astronauti koji se nađu u svemiru u stanju letenja - slobodnog pada su posebno upoznati sa ovim fenomenom.
Teoretski, naučnici znaju kako stvoriti umjetnu gravitaciju. Postojinekoliko tehnika.
Big Mass
Najlogičnija opcija je da svemirski brod bude toliko velik da ima umjetnu gravitaciju. Na brodu će se moći osjećati ugodno, jer se orijentacija u prostoru neće izgubiti.
Nažalost, ova metoda uz savremeni razvoj tehnologije je nerealna. Za izgradnju takvog objekta potrebno je previše resursa. Osim toga, bit će potrebna nevjerovatna količina energije da se podigne.
Ubrzajte
Čini se da ako želite postići g jednako zemaljskom, samo trebate dati brodu ravan (platformski) oblik i natjerati ga da se kreće okomito na ravan sa željenim ubrzanjem. Na ovaj način će se dobiti vještačka gravitacija, i to idealna.
Međutim, stvarnost je mnogo komplikovanija.
Pre svega, vredi razmotriti pitanje goriva. Da bi stanica stalno ubrzavala potrebno je imati neprekidno napajanje. Čak i ako se iznenada pojavi motor koji ne izbacuje materiju, zakon održanja energije će ostati na snazi.
Drugi problem je sama ideja konstantnog ubrzanja. Prema našem znanju i fizičkim zakonima, nemoguće je ubrzati do beskonačnosti.
Osim toga, takva vozila nisu pogodna za istraživačke misije, jer moraju stalno ubrzavati - letjeti. Neće moći da stane da proučava planetu, neće moći čak ni da polako leti oko nje - treba da ubrza.
DakleStoga postaje jasno da nam takva umjetna gravitacija još nije dostupna.
Vrtuljak
Svi znaju kako rotacija vrtuljka utječe na tijelo. Stoga se čini da je uređaj s umjetnom gravitacijom po ovom principu najrealniji.
Sve što je u prečniku vrtuljka teži da ispadne iz njega brzinom približno jednakom brzini rotacije. Ispada da na tijelo djeluje sila, usmjerena duž polumjera rotirajućeg objekta. Veoma je sličan gravitaciji.
Dakle, potreban vam je brod cilindričnog oblika. Istovremeno, mora se rotirati oko svoje ose. Inače, umjetna gravitacija na svemirskom brodu, stvorena po ovom principu, često se prikazuje u naučnofantastičnim filmovima.
Brod u obliku bačve, rotirajući oko uzdužne ose, stvara centrifugalnu silu, čiji pravac odgovara poluprečniku objekta. Da biste izračunali rezultujuće ubrzanje, morate podijeliti silu sa masom.
Ljudima koji poznaju fiziku neće biti teško izračunati ovo: a=ω²R.
U ovoj formuli, rezultat proračuna je ubrzanje, prva varijabla je čvorna brzina (mjerena u radijanima po sekundi), druga je poluprečnik.
Prema ovome, da bi se dobio uobičajeni g, potrebno je pravilno kombinovati ugaonu brzinu i radijus svemirskog transporta.
Ovaj problem je pokriven u filmovima kao što su "Intersol", "Babylon 5", "2001: Odiseja u svemiru" i sl. U svim ovim slučajevimaumjetna gravitacija je blizu Zemljinog ubrzanja slobodnog pada.
Bez obzira na to koliko je ideja dobra, prilično ju je teško implementirati.
Problemi metode vrteške
Najočitiji problem je istaknut u Odiseji u svemiru. Radijus "svemirskog nosača" je oko 8 metara. Da bi se postiglo ubrzanje od 9,8, rotacija se mora odvijati brzinom od približno 10,5 okretaja svake minute.
Na naznačenim vrijednostima manifestuje se “Coriolisov efekat” koji se sastoji u tome da različite sile djeluju na različitim udaljenostima od poda. To direktno zavisi od ugaone brzine.
Ispostavilo se da će se stvoriti umjetna gravitacija u svemiru, ali će prebrza rotacija kućišta dovesti do problema s unutrašnjim uhom. To pak uzrokuje neravnotežu, probleme sa vestibularnim aparatom i druge slične probleme.
Pojava ove barijere sugerira da je takav model izuzetno neuspješan.
Možete pokušati ići od suprotnog, kao što su to učinili u romanu "Svjetski prsten". Ovdje je brod napravljen u obliku prstena, čiji je polumjer blizak poluprečniku naše orbite (oko 150 miliona km). Na ovoj veličini, njegova brzina rotacije je dovoljna da zanemari Coriolisov efekat.
Mogli biste pretpostaviti da je problem riješen, ali uopće nije tako. Činjenica je da potpuna rotacija ove strukture oko svoje ose traje 9 dana. To omogućava pretpostavku da će opterećenja biti prevelika. Da bikonstrukcija ih je izdržala, potreban je jako jak materijal kojim danas nemamo na raspolaganju. Osim toga, problem je količina materijala i sam proces izgradnje.
U igricama slične tematike, kao u filmu "Babylon 5", ovi problemi su nekako riješeni: brzina rotacije je sasvim dovoljna, Coriolisov efekat nije značajan, hipotetički je moguće napraviti takav brod.
Međutim, čak i takvi svjetovi imaju nedostatak. Njegovo ime je momentum.
Brod se, rotirajući oko svoje ose, pretvara u ogroman žiroskop. Kao što znate, izuzetno je teško natjerati žiroskop da odstupi od ose zbog ugaonog momenta. Važno je da njegova količina ne napusti sistem. To znači da će biti vrlo teško odrediti smjer za ovaj objekt. Međutim, ovaj problem se može riješiti.
Rješavanje problema
Vještačka gravitacija na svemirskoj stanici postaje dostupna kada "O'Neill cilindar" priskoči u pomoć. Za kreiranje ovog dizajna potrebni su identični cilindrični brodovi, koji su povezani duž osi. Trebali bi se rotirati u različitim smjerovima. Rezultat ovog sklopa je nula ugaonog momenta, tako da ne bi trebalo biti poteškoća u davanju broda u željenom smjeru.
Ako je moguće napraviti brod u radijusu od oko 500 metara, onda će raditi tačno kako treba. U isto vrijeme, umjetna gravitacija u svemiru će biti prilično udobna i pogodna za duge letove na brodovima ili istraživačkim stanicama.
Svemirski inženjeri
Kako stvoriti umjetnu gravitaciju je poznato kreatorima igre. Međutim, u ovom svijetu mašte, gravitacija nije uzajamno privlačenje tijela, već linearna sila dizajnirana da ubrza objekte u datom smjeru. Privlačnost ovdje nije apsolutna, mijenja se kada se izvor preusmjeri.
Umjetna gravitacija na svemirskoj stanici se stvara korištenjem specijalnog generatora. Ujednačen je i ravnosmjeran u području generatora. Dakle, u stvarnom svijetu, ako vas udari brod koji ima instaliran generator, bili biste povučeni u trup. Međutim, u igri, heroj će pasti sve dok ne napusti perimetar uređaja.
Danas je čovječanstvu nedostupna umjetna gravitacija u svemiru, stvorena takvim uređajem. Međutim, čak ni sjedokosi programeri ne prestaju sanjati o tome.
Sferični generator
Ovo je realističnija verzija opreme. Kada je ugrađena, gravitacija ima smjer prema generatoru. Ovo omogućava stvaranje stanice čija će gravitacija biti jednaka planetarnoj.
Centrifuga
Danas se umjetna gravitacija na Zemlji nalazi u raznim uređajima. Oni se uglavnom zasnivaju na inerciji, jer tu silu osjećamo slično kao gravitacijski efekti - tijelo ne razlikuje šta uzrokuje ubrzanje. Kao primjer: osoba koja se penje u liftu doživljava efekat inercije. Očima fizičara: podizanje lifta doprinosi ubrzanju slobodnog pada i ubrzanju automobila. Po povratkukabine do odmjerenog pokreta "dobitak" na težini nestaje, vraćajući uobičajene senzacije.
Naučnici su dugo bili zainteresovani za veštačku gravitaciju. U te svrhe najčešće se koristi centrifuga. Ova metoda je pogodna ne samo za svemirske letjelice, već i za zemaljske stanice u kojima je potrebno proučavati utjecaj gravitacije na ljudsko tijelo.
Studirajte na Zemlji, prijavite se za…
Iako je proučavanje gravitacije počelo iz svemira, to je veoma prizemna nauka. I danas su dostignuća u ovoj oblasti našla svoju primjenu, na primjer, u medicini. Znajući da li je moguće stvoriti umjetnu gravitaciju na planeti, može se koristiti za liječenje problema s motoričkim aparatom ili nervnim sistemom. Štaviše, proučavanje ove sile provodi se prvenstveno na Zemlji. To omogućava astronautima da sprovode eksperimente dok su pod strogom pažnjom lekara. Druga stvar je vještačka gravitacija u svemiru, tamo nema ljudi koji mogu pomoći astronautima u slučaju nepredviđene situacije.
S obzirom na potpunu bestežinsku težinu, ne može se uzeti u obzir satelit u niskoj Zemljinoj orbiti. Na ove objekte, iako u maloj mjeri, utječe gravitacija. Sila gravitacije koja nastaje u takvim slučajevima naziva se mikrogravitacija. Prava gravitacija se doživljava samo u aparatu koji leti konstantnom brzinom u svemiru. Međutim, ljudsko tijelo ne osjeća ovu razliku.
Možete iskusiti bestežinsko stanje tokom skoka u dalj (prije nego što se nadstrešnica otvori) ili tokom paraboličnog spuštanja aviona. Takvi eksperimentičesto se postavljaju u SAD, ali u avionu ovaj osjećaj traje samo 40 sekundi - ovo je prekratko za potpunu studiju.
U SSSR-u 1973. znali su da li je moguće stvoriti umjetnu gravitaciju. I ne samo da je stvorio, već i na neki način promijenio. Živopisan primjer umjetnog smanjenja gravitacije je suho uranjanje, uranjanje. Da biste postigli željeni učinak, morate staviti gusti film na površinu vode. Osoba je postavljena na njega. Pod težinom tijela tijelo tone pod vodom, samo glava ostaje iznad. Ovaj model demonstrira podršku niske gravitacije koja se nalazi u okeanu.
Nema potrebe ići u svemir da biste osjetili efekat suprotne sile bestežinskog stanja - hipergravitacije. Prilikom polijetanja i slijetanja svemirske letjelice, u centrifugi, možete ne samo osjetiti preopterećenje, već ga i proučavati.
Gravitacijski tretman
Gravitaciona fizika proučava, između ostalog, uticaj bestežinskog stanja na ljudsko telo, nastojeći da minimizira posledice. Međutim, veliki broj dostignuća ove nauke može biti od koristi običnim stanovnicima planete.
Ljekari polažu velike nade u istraživanje ponašanja mišićnih enzima u miopatiji. Ovo je ozbiljna bolest koja vodi do rane smrti.
Aktivnim fizičkim vježbama velika količina enzima kreatinofosfokinaze ulazi u krv zdrave osobe. Razlog za ovu pojavu nije jasan, možda opterećenje djeluje na ćelijsku membranu na način da"perforira". Pacijenti s miopatijom imaju isti učinak bez vježbanja. Promatranja astronauta pokazuju da je u bestežinskom stanju protok aktivnog enzima u krv značajno smanjen. Ovo otkriće sugerira da će korištenje imerzije smanjiti negativan utjecaj faktora koji dovode do miopatije. Testiranje na životinjama je trenutno u toku.
Liječenje nekih bolesti se već danas provodi korištenjem podataka dobivenih proučavanjem gravitacije, uključujući i umjetnu. Na primjer, cerebralna paraliza, moždani udari, Parkinsonova bolest se liječe korištenjem teretnih odijela. Istraživanje o pozitivnom uticaju potpore - pneumatska cipela je skoro završena.
Hoćemo li letjeti na Mars?
Najnovija dostignuća astronauta daju nadu u realnost projekta. Postoji iskustvo medicinske podrške za osobu tokom dužeg boravka daleko od Zemlje. Istraživački letovi na Mjesec, na kojem je sila gravitacije 6 puta manja od naše, također su donijeli mnogo koristi. Sada astronauti i naučnici sebi postavljaju novi cilj - Mars.
Pre nego što stanete u red za kartu za Crvenu planetu, trebalo bi da znate šta telo očekuje već u prvoj fazi rada - na putu. U prosjeku, put do pustinjske planete trajat će godinu i po dana - oko 500 dana. Na putu ćete se morati osloniti samo na svoje snage, pomoć jednostavno nema gdje čekati.
Mnogi faktori će potkopati snagu: stres, zračenje, nedostatak magnetnog polja. Najvažniji test za tijelo je promjena gravitacije. Tokom putovanja, osoba se "upoznaje".nekoliko nivoa gravitacije. Prije svega, to su preopterećenja prilikom polijetanja. Zatim - bestežinsko stanje tokom leta. Nakon toga, hipogravitacija na odredištu, pošto je gravitacija na Marsu manja od 40% Zemlje.
Kako se nosite s negativnim efektima bestežinskog stanja na dugom letu? Nadamo se da će razvoj u oblasti stvaranja umjetne gravitacije pomoći u rješavanju ovog problema u bliskoj budućnosti. Eksperimenti na pacovima koji putuju na Kosmosu-936 pokazuju da ova tehnika ne rješava sve probleme.
OS iskustvo je pokazalo da upotreba trening kompleksa koji mogu odrediti potrebno opterećenje za svakog astronauta pojedinačno može donijeti mnogo više koristi za tijelo.
Za sada se veruje da će na Mars leteti ne samo istraživači, već i turisti koji žele da osnuju koloniju na Crvenoj planeti. Za njih će, barem u početku, osjećaji u bestežinskom stanju nadjačati sve argumente ljekara o opasnostima dužeg izlaganja takvim stanjima. Međutim, i njima će trebati pomoć za nekoliko sedmica, zbog čega je toliko važno pronaći način za stvaranje umjetne gravitacije na svemirskom brodu.
Rezultati
Koji se zaključci mogu izvući o stvaranju vještačke gravitacije u svemiru?
Među svim opcijama koje se trenutno razmatraju, rotirajuća struktura izgleda najrealnije. Međutim, sa trenutnim razumijevanjem fizičkih zakona, to je nemoguće, jer brod nije šuplji cilindar. Unutar njega postoje preklapanja koja ometaju realizaciju ideja.
Osim toga, radijus broda bi trebao biti takavveliki tako da Coriolisov efekat nema značajan efekat.
Da biste kontrolisali nešto poput ovoga, potreban vam je O'Neill cilindar koji je gore naveden, koji će vam dati mogućnost upravljanja brodom. U ovom slučaju povećavaju se šanse za korištenje sličnog dizajna za međuplanetarne letove uz pružanje posade udobnog nivoa gravitacije.
Prije nego što čovječanstvo uspije ostvariti svoje snove, želio bih vidjeti malo više realizma i još više znanja o zakonima fizike u naučnoj fantastici.
