Umjetna gravitacija i kako stvoriti

Čak i osoba koja nije zainteresirana za prostor barem je jednom vidjela film o svemirskim putovanjima ili čitala o takvim stvarima u knjigama. Gotovo u svim takvim radovima ljudi idu oko broda, normalno spavaju, nemaju problema s unosom hrane. To znači da na tim - fiktivnim - brodovima postoji umjetna gravitacija. Većina gledatelja to doživljava kao nešto potpuno prirodno, ali to nije tako.

Umjetna gravitacija

Ovo je ime za promjenu (u oba smjera) od uobičajene težine za nas primjenom različitih metoda. I to se radi ne samo u fantastičnim djelima, nego iu vrlo stvarnim zemaljskim situacijama, najčešće za pokuse.

U teoriji, stvaranje umjetne gravitacije ne izgleda tako teško. Na primjer, može se ponovno stvoriti inercijom, preciznije centrifugalnom silom. Potreba za tom moći nije nastala jučer - odmah se dogodilo, čim je osoba počela sanjati o dugim letovima. Stvaranje umjetne gravitacije u prostoru omogućit će izbjegavanje mnoštva problema koji se javljaju tijekom produljenog izlaganja nulte gravitacije. Kozmonauti slabe mišiće, kosti postaju manje izdržljive. Putujući u ovim uvjetima mjesecima, možete dobiti atrofiju nekih mišića.

Stoga je do danas stvaranje umjetne gravitacije zadatak od najveće važnosti, istraživanje kozmosa bez ove vještine jednostavno je nemoguće.

Materijalno

Čak i oni koji poznaju fiziku samo na razini školskog kurikuluma razumiju da je gravitacija jedan od temeljnih zakona našega svijeta: sva tijela međusobno djeluju, doživljavaju međusobnu privlačnost / odbojnost. Što je tijelo veće, to je veća njegova privlačnost.

Zemlja je za našu stvarnost - objekt je vrlo masivan. Zato se privlače sva tijela bez iznimke.

Za nas to znači ubrzanje slobodnog pada, što se obično mjeri u g, jednako 9,8 metara po kvadratnom sekundi. To znači da, ako nismo imali potporu ispod naših nogu, pali bi se brzinom koja bi se povećala za 9,8 metara svake sekunde.

Dakle, samo zahvaljujući gravitaciji možemo stati, pasti, jesti i piti normalno, shvatiti gdje je vrh, gdje je dno. Ako se atrakcija nestaje - mi ćemo biti bezbolni.

Posebno upoznati s ovim fenomenom su astronauti koji se nalaze u svemiru u stanju bezobraznog pada.

Teoretski, znanstvenici znaju stvoriti umjetnu gravitaciju. Postoji nekoliko metoda.

Veća masa

Najlogičnija je mogućnost napraviti letjelicu koja je tako velika da se na njemu javlja umjetna gravitacija. Na brodu će se moći osjećati ugodno, jer se orijentacija u svemiru neće izgubiti.

Nažalost, ova metoda je nerealna s modernim razvojem tehnologija. Za izgradnju takvog objekta potrebno je previše resursa. Osim toga, podizanje će zahtijevati nevjerojatnu količinu energije.

ubrzanje

Čini se da, ako želite postići g, jednako zemlji, samo trebate dati brodu ravnu (platformu) oblik i pustite ga da se pomakne okomito na ravninu s željenim ubrzanjem. Na taj će se način postići umjetna gravitacija i idealna.

Međutim, u stvarnosti, sve je puno složenije.

Prije svega, potrebno je uzeti u obzir problem s gorivom. Da bi se stanica stalno ubrzala, potrebno je imati neprekinuti izvor napajanja. Čak i ako se motor iznenada pojavi, a ne bacanje materije, zakon o očuvanju energije ostaje na snazi.

Drugi problem je sama ideja konstantnog ubrzanja. Prema našem znanju i fizičkim zakonima, nemoguće je ubrzati do beskonačnosti.

Osim toga, takav prijevoz nije pogodan za istraživačke poslove, jer mora stalno ubrzati - letjeti. Ne može se zaustaviti na proučavanju planeta, čak neće ni moći polagano leti oko njega - moramo ubrzati.

Tako postaje jasno da takva umjetna gravitacija još nije dostupna nama.

ringišpil

Svatko zna kako rotacija karusela utječe na tijelo. Zbog toga je uređaj umjetne gravitacije po ovom principu najistaknutiji.

Sve što je u promjeru vrtuljka, ima tendenciju da pada iz nje pri brzini približno jednakoj brzini rotacije. Ispada da se sila koja djeluje duž radijusa rotirajućeg tijela djeluje na tijela. Vrlo je slična gravitaciji.

Dakle, potreban vam je brod koji ima cilindričan oblik. U tom se slučaju mora okretati oko svoje osi. Usput, umjetna gravitacija na svemirskom brodu, stvorena ovim principom, često se pokazuje u filmovima znanstvene fantastike.

Brod u obliku bačve, rotirajući oko uzdužne osi, stvara centrifugalnu silu, smjer koji odgovara polumjeru objekta. Za izračunavanje dobivenog ubrzanja, potrebno je podijeliti silu u masu.

Znajući fizičkoj osobi da to ne bi bilo vrlo teško: a = ω²R.

U ovoj formuli, rezultat izračuna je ubrzanje, prva varijabla je brzina čvora (izmjerena u broju radijana u sekundi), drugi je radijus.

Prema tome, da bi se dobio uobičajeni g, potrebno je kompetentno kombinirati kutnu brzinu i radijus svemirskog prijevoza.

Sličan je problem istaknut u filmovima kao što su "Intersolah", "Babylon 5", "2001: Space Odyssey" i slično. U svim tim slučajevima umjetna se gravitacija približava Zemljinoj ubrzanju gravitacije.

Bez obzira na to koliko je dobra ideja, vrlo je teško shvatiti.

Problemi metode "karusela"

Najočitiji problem pokriven je u "Odiseji svemira". Polumjer "nosioca svemira" je oko 8 metara. Kako bi se dobio ubrzanje od 9,8, rotacija bi se trebala dogoditi pri brzini od oko 10,5 okretaja svake minute.

S navedenim vrijednostima, "Coriolis efekt" se očituje, što se sastoji u činjenici da različita sila djeluje na različitim udaljenostima od poda. Ovisi izravno o kutnoj brzini.

Ispada da će stvoriti umjetnu gravitaciju u svemiru, ali prebrza rotacija tijela će dovesti do problema s unutarnjim ušima. To zauzvrat uzrokuje neravnoteže, probleme s vestibularnim aparatom i druge - slične - poteškoće.

Pojava ove prepreke ukazuje da je takav model iznimno neuspješan.

Možete pokušati ići suprotno, kao u romanu "The World-Ring". Ovdje je brod napravljen u obliku prstena, čiji je polumjer blizak polumjeru naše orbite (oko 150 milijuna km). S ovom veličinom brzina rotacije dovoljno je da zanemari Coriolis efekt.

Možemo pretpostaviti da je problem riješen, ali to nije tako. Činjenica je da cjelokupni promet tog dizajna oko svoje osi traje 9 dana. To omogućuje pretpostavku da će opterećenja biti prevelika. Da bi preživjeli gradnju, potreban je vrlo jak materijal, koji trenutno nemamo. Osim toga, problem je količina materijala i sam proces gradnje.

U igrama slične teme, kao u filmu "Babylon 5", ti se problemi na neki način rješavaju: brzina rotacije je dovoljna, Coriolisov učinak nije neophodan, moguće je stvoriti takav brod hipotetski.

Međutim, čak i takvi svjetovi imaju nedostatak. Njegovo je ime trenutak impulsa.

Brod se okreće oko osi i pretvara se u ogroman žiroskop. Kao što je poznato, izuzetno je teško prisiliti da giroskop odstupi od osi zbog kutnog momenta. Važno je da njegova količina ne napusti sustav. To znači da će biti vrlo teško postaviti smjer za ovaj objekt. Međutim, takav se problem može riješiti.

Obraćajući

Umjetna gravitacija na svemirskoj postaji postaje dostupna kada se "O'Neillov cilindar" spasi. Da biste stvorili ovaj dizajn, trebate identične cilindrične brodove koji su povezani uzduž osi. Moraju se okretati u različitim smjerovima. Rezultat takvog sklopa je nulti moment impulsa, tako da nema poteškoća s davanjem broda potrebnom smjeru.

Ako je moguće napraviti brod s radijusom od oko 500 metara, onda će raditi točno onako kako treba. Istovremeno, umjetna gravitacija u prostoru bit će prilično udobna i pogodna za duge letove na brodovima ili istraživačkim postajama.

Prostorni inženjeri

Kako stvoriti umjetnu gravitaciju poznat je kreatorima igre. Međutim, u ovom fantastičnom svijetu gravitacija nije uzajamna privlačnost tijela, već linearna sila dizajnirana za ubrzavanje objekata u određenom smjeru. Atrakcija ovdje nije apsolutna, mijenja se kada se izvor preusmjeri.

Umjetna gravitacija na svemirskoj stanici izrađena je pomoću posebnog generatora. Jedinstvena je i jednadžba u rasponu generatora. Dakle, u stvarnom svijetu, udaranje broda na kojem je instaliran generator, privlačili biste ga trupom. Međutim, u igri junak će pasti dok ne napusti opseg uređaja.

Do danas, umjetna gravitacija u prostoru, stvorena takvim uređajem, nedostupna je čovječanstvu. Međutim, čak i sive turske programere ne prestaju sanjati o tome.

Sferni generator

Ovo je realističnija inačica opreme. Kada je instaliran, gravitacija ima smjer generatora. To omogućuje stvaranje postaje čija će gravitacija biti jednaka planetarni.

centrifuga

Danas se umjetna gravitacija na Zemlji pojavljuje u raznim uređajima. Uglavnom se temelje na inertnosti, jer nas ta sila osjećaju slično gravitacijskom utjecaju - organizam ne razlikuje ono što uzrokuje ubrzanje. Kao primjer: osoba koja se penjala u liftu, pod utjecajem je inercije. S očima fizičara: dizanje dizala povećava ubrzanje ubrzanja kabine kako bi se ubrzao slobodni pad. Kada se kokpit vraća u mjereni pokret, nestaje "dobitak" težine, vraćajući uobičajene senzacije.

Znanstvenici su odavno zainteresirani za umjetnu gravitaciju. Centrifuga se najčešće koristi za ovu svrhu. Ova metoda je prikladna ne samo za letjelice, već i za zemaljske stanice u kojima je potrebno proučiti učinak gravitacije na ljudsko tijelo.

Saznajte na Zemlji, prijavite se ...

Iako je istraživanje gravitacije započelo iz svemira, to je vrlo zemaljska znanost. Čak i danas postignuća u ovom području su pronašla njihovu primjenu, na primjer, u medicini. Znajući da li je moguće stvoriti umjetnu gravitaciju na planeti, možete ga koristiti za liječenje problema s motornim aparatom ili živčanim sustavom. Štoviše, proučavanje ove sile prvenstveno se bavi zemljom. To omogućava kozmonautima provođenje eksperimenata, koji ostaju pod bliskim pregledom liječnika. Druga stvar je umjetna gravitacija u prostoru, nema ljudi koji mogu pomoći astronautima u slučaju nepredviđene situacije.

Imajući u vidu punu neželjenost, ne može se uzeti u obzir satelit u orbiti blizu Zemlje. Ti su objekti, iako u maloj mjeri, pogođeni gravitacijom. Gravitacija, nastala u takvim slučajevima, zove se microgravity. Stvarna se gravitacija doživljava samo u vozilu koje leti uz konstantnu brzinu u otvorenom prostoru. Međutim, ljudsko tijelo ne osjeća tu razliku.

Možete doživjeti bestežinsko stanje s dugačkim skokom (prije otvaranja kupole) ili tijekom paraboličkog silaska zrakoplova. Takvi eksperimenti često se stavljaju u SAD, ali na avionu taj osjećaj traje samo 40 sekundi - to je premalo za potpuni studij.

U SSSR-u su 1973. godine znali je li moguće stvoriti umjetnu gravitaciju. I nisu ga samo stvorili, već su i na neki način promijenili. Živi primjer umjetne redukcije gravitacije je suho uranjanje, uranjanje. Da bi se postigao željeni učinak, potrebno je nanijeti gust film na površinu vode. Osoba je smještena na vrhu. Pod težinom tijela, tijelo se uranja pod vodu, samo glava ostaje iznad nje. Ovaj model pokazuje nepodržavanje sa smanjenom gravitacijom koja je karakteristična za ocean.

Nema potrebe ući u svemir da bi osjetili učinak suprotne nejednakosti sile - hipergravitacije. Uz polijetanje i slijetanje svemirske letjelice, u centrifugi, preopterećenje se ne samo da može osjetiti nego i proučavati.

Liječenje gravitacijom

Gravitacijska fizika proučava, između ostalog, učinak bezubotine na ljudsko tijelo, nastojeći minimizirati posljedice. Međutim, veliki broj postignuća ove znanosti može biti korisno običnim stanovnicima planeta.

Liječnici postavljaju velike nade na proučavanje ponašanja mišićnih enzima u miopatiji. To je ozbiljna bolest koja dovodi do prijevremene smrti.

Uz aktivne fizičke vježbe, veliki volumen enzima kreatinofosfokinaze ulazi u krv zdrave osobe. Uzrok ove pojave je nejasan, možda opterećenje djeluje na staničnu membranu na takav način da se "perforira". Pacijenti s miopatijom primaju isti učinak bez vježbanja. Promatranja kozmonauta pokazuju da se u odsutnosti težine ulazi aktivni enzim u krv značajno smanjuje. Ovo otkriće sugerira da će upotreba uranjanja smanjiti negativan utjecaj čimbenika koji dovode do miopatije. U ovom trenutku eksperimenti se provode na životinjama.

Neke od bolesti se danas liječe pomoću podataka dobivenih u istraživanju gravitacije, uključujući i umjetne. Na primjer, provodi se liječenje cerebralne paralize, moždanog udara, Parkinsonove bolesti primjenom opterećenja. Praktično završena istraživanja pozitivnih učinaka potpore - pneumatske cipele.

Hoćemo li letjeti na Mars?

Najnovija dostignuća kozmonauta pružaju nadu za stvarnost projekta. Postoji iskustvo medicinske potpore osobi s dugim boravkom udaljenim od Zemlje. Mnogi istraživački letovi na Mjesec donijeli su puno korisnosti, gravitacijska sila na kojoj je 6 puta manja od našeg nativnog. Sada astronauti i znanstvenici postavljaju novi cilj - Mars.

Prije nego što budete čekali za ulaznicu na Crveni planet, trebali biste znati što čeka tijelo u prvoj fazi rada - na putu. U prosjeku, put do pustinjskog planeta trajat će godinu i pol - oko 500 dana. Brojanje na cesti imat će samo vlastitu snagu, nema nigdje da pričeka pomoć.

Postoje mnogi čimbenici koji će potkopati snagu: stres, zračenje, odsutnost magnetskog polja. Najvažniji test za tijelo je promjena gravitacije. Na putovanju se osoba "upoznaje" s nekoliko razina težine. Prije svega, to je preopterećenje tijekom polijetanja. Tada - bez težine tijekom leta. Nakon toga - hipoteza na odredištu, jer je gravitacija na Marsu manja od 40% gravitacije Zemlje.

Kako se nositi s negativnim utjecajem težine u dugom letu? Nadamo se da će razvoj u području stvaranja umjetne gravitacije pomoći u rješavanju ovog problema u bliskoj budućnosti. Eksperimenti na štakorima koji putuju u Cosmos-936 pokazuju da ova tehnika ne rješava sve probleme.

OS Iskustvo je pokazalo da je mnogo korisnije za organizam je u stanju donijeti korištenje simulatora, u mogućnosti odrediti potrebnu opterećenje za svaki pojedini astronaut.

Iako se vjeruje da je Mars letjeti ne samo znanstvenika, već i za turiste koji žele uspostaviti koloniju na Crvenom planetu. Za njih, barem u početku, osjećaj da su u bestežinskom stanju prevagnuti razloge liječnicima o opasnostima duljeg boravka u tim uvjetima. Međutim, nakon nekoliko tjedana, a potrebna pomoć im zašto je tako važno biti u mogućnosti pronaći način da se izgradi na svemirski brod umjetne gravitacije.

rezultati

Što zaključci mogu se o stvaranju umjetne gravitacije u svemiru?

Među svim razmatranim opcijama trenutno rotirajući dizajn izgleda realnije. Međutim, na temelju sadašnjeg razumijevanja fizikalnih zakona je nemoguće, jer je brod - to nije šuplji cilindar. Unutar nje nalazi se preklapaju koči provedbu ideja.

Osim toga, brod radijus mora biti dovoljno velik da Coriolisova efekt nije značajan učinak.

Za upravljanje nešto slično, to traje cilindar O'Neill je gore spomenuto, što će ga moguće kontrolirati brod. U tom slučaju, šanse povećavaju za korištenje takve strukture za međuplanetarnih misija osigurati tim udoban razini gravitacije.

Prije čovječanstvo će moći prevesti svoje snove u stvarnost, želimo vidjeti u djelima fikcije malo realnije i više znanja o zakonima fizike.