Zelfs iemand zonder interesse in de ruimte heeft ooit een film over ruimtevaart gezien of in boeken over zulke dingen gelezen. In bijna al deze werken lopen mensen rond het schip, slapen ze normaal en ervaren ze geen problemen met eten. Dit betekent dat deze - fictieve - schepen kunstmatige zwaartekracht hebben. De meeste kijkers zien dit als iets heel natuurlijks, maar dat is het helemaal niet.
Kunstmatige zwaartekracht
Dit is de naam van de verandering (in welke richting dan ook) van de zwaartekracht waarmee we vertrouwd zijn door verschillende methoden toe te passen. En dit gebeurt niet alleen in fantastische werken, maar ook in zeer reële aardse situaties, meestal voor experimenten.
In theorie lijkt het creëren van kunstmatige zwaartekracht niet zo moeilijk. Het kan bijvoorbeeld opnieuw worden gemaakt met behulp van traagheid, meer bepaald middelpuntvliedende kracht. De behoefte aan deze kracht ontstond gisteren niet - het gebeurde onmiddellijk, zodra een persoon begon te dromen van langdurige ruimtevluchten. creatiekunstmatige zwaartekracht in de ruimte zal het mogelijk maken om veel problemen te vermijden die zich voordoen tijdens langdurig verblijf in gewichtloosheid. De spieren van de astronauten verzwakken, de botten worden minder sterk. Als je maandenlang in dergelijke omstandigheden reist, kun je atrofie van sommige spieren krijgen.
Dus vandaag is het creëren van kunstmatige zwaartekracht een taak van het allergrootste belang, ruimteverkenning zonder deze vaardigheid is gewoon onmogelijk.
Materialen
Zelfs degenen die natuurkunde alleen kennen op het niveau van het schoolcurriculum, begrijpen dat zwaartekracht een van de fundamentele wetten van onze wereld is: alle lichamen hebben interactie met elkaar en ervaren wederzijdse aantrekking / afstoting. Hoe groter het lichaam, hoe groter de aantrekkingskracht.
De aarde is voor onze realiteit een zeer massief object. Dat is de reden waarom, zonder uitzondering, alle lichamen om haar heen erdoor aangetrokken worden.
Voor ons betekent dit de versnelling van de vrije val, die gewoonlijk wordt gemeten in g, gelijk aan 9,8 meter per vierkante seconde. Dit betekent dat als we geen steun onder onze voeten hadden, we zouden vallen met een snelheid die elke seconde met 9,8 meter toeneemt.
Dus, alleen dankzij de zwaartekracht kunnen we normaal staan, vallen, eten en drinken, begrijpen waar boven is, waar beneden is. Als de zwaartekracht verdwijnt, hebben we geen zwaartekracht.
Astronauten die zich in de ruimte bevinden in een staat van zwevende vrije val zijn vooral bekend met dit fenomeen.
Theoretisch weten wetenschappers hoe ze kunstmatige zwaartekracht kunnen creëren. Bestaanverschillende technieken.
Grote Mis
De meest logische optie is om het ruimteschip zo groot te maken dat het kunstmatige zwaartekracht heeft. Het zal mogelijk zijn om je comfortabel te voelen op het schip, omdat de oriëntatie in de ruimte niet verloren gaat.
Helaas is deze methode met de moderne ontwikkeling van technologie onrealistisch. Om zo'n object te bouwen zijn te veel middelen nodig. Bovendien zal het ongelooflijk veel energie vergen om het op te tillen.
Versnellen
Het lijkt erop dat als je g wilt bereiken die gelijk is aan die van de aarde, je het schip gewoon een platte (platform)vorm moet geven en het loodrecht op het vlak moet laten bewegen met de gewenste versnelling. Op deze manier wordt kunstmatige zwaartekracht verkregen, en ideaal.
De realiteit is echter veel gecompliceerder.
Allereerst is het de moeite waard om het brandstofprobleem te overwegen. Om het station constant te laten versnellen, is het noodzakelijk om een ononderbroken stroomvoorziening te hebben. Zelfs als er plotseling een motor verschijnt die geen materie uitwerpt, blijft de wet van behoud van energie van kracht.
Het tweede probleem is het idee van constante versnelling. Volgens onze kennis en natuurkundige wetten is het onmogelijk om tot oneindig te versnellen.
Bovendien zijn dergelijke voertuigen niet geschikt voor onderzoeksmissies, omdat ze constant moeten versnellen - vliegen. Hij zal niet kunnen stoppen om de planeet te bestuderen, hij zal er zelfs niet langzaam omheen kunnen vliegen - hij moet versnellen.
SoZo wordt het duidelijk dat dergelijke kunstmatige zwaartekracht nog niet voor ons beschikbaar is.
Carrousel
Iedereen weet hoe de rotatie van de carrousel het lichaam beïnvloedt. Daarom lijkt een kunstmatig zwaartekrachtapparaat volgens dit principe het meest realistisch.
Alles wat zich in de diameter van de carrousel bevindt, heeft de neiging eruit te vallen met een snelheid die ongeveer gelijk is aan de rotatiesnelheid. Het blijkt dat er een kracht op het lichaam werkt, gericht langs de straal van het roterende object. Het lijkt erg op zwaartekracht.
Dus je hebt een schip nodig met een cilindrische vorm. Tegelijkertijd moet het om zijn as draaien. Trouwens, kunstmatige zwaartekracht op een ruimteschip, gemaakt volgens dit principe, wordt vaak getoond in sciencefictionfilms.
Tonvormig schip, dat rond de lengteas draait, creëert een middelpuntvliedende kracht waarvan de richting overeenkomt met de straal van het object. Om de resulterende versnelling te berekenen, moet je de kracht delen door de massa.
Het zal niet moeilijk zijn voor mensen die natuurkunde kennen om dit te berekenen: a=ω²R.
In deze formule is het resultaat van de berekening de versnelling, de eerste variabele is de knoopsnelheid (gemeten in radialen per seconde), de tweede is de straal.
Volgens dit, om de gebruikelijke g te verkrijgen, is het noodzakelijk om de hoeksnelheid en straal van ruimtetransport correct te combineren.
Dit probleem wordt behandeld in films zoals "Intersol", "Babylon 5", "2001: A Space Odyssey" en dergelijke. In al deze gevallenkunstmatige zwaartekracht ligt dicht bij de versnelling van de vrije val van de aarde.
Hoe goed het idee ook is, het is best moeilijk om het uit te voeren.
Problemen van de carrouselmethode
Het meest voor de hand liggende probleem wordt benadrukt in A Space Odyssey. De straal van de "ruimtedrager" is ongeveer 8 meter. Om een versnelling van 9,8 te krijgen, moet de rotatie plaatsvinden met een snelheid van ongeveer 10,5 omwentelingen per minuut.
Bij de aangegeven waarden manifesteert zich het "Coriolis-effect", dat erin bestaat dat verschillende krachten op verschillende afstanden van de vloer werken. Het hangt direct af van de hoeksnelheid.
Het blijkt dat er kunstmatige zwaartekracht in de ruimte wordt gecreëerd, maar een te snelle rotatie van de behuizing zal leiden tot problemen met het binnenoor. Dit veroorzaakt op zijn beurt onevenwichtigheden, problemen met het vestibulaire apparaat en andere soortgelijke problemen.
De opkomst van deze barrière suggereert dat een dergelijk model uiterst onsuccesvol is.
Je kunt proberen het tegenovergestelde te doen, zoals ze deden in de roman "The World-Ring". Hier is het schip gemaakt in de vorm van een ring, waarvan de straal dicht bij de straal van onze baan ligt (ongeveer 150 miljoen km). Bij deze grootte is de rotatiesnelheid voldoende om het Coriolis-effect te negeren.
Je zou kunnen aannemen dat het probleem is opgelost, maar dat is helemaal niet zo. Het feit is dat een volledige rotatie van deze structuur rond zijn as 9 dagen duurt. Dit maakt het mogelijk om aan te nemen dat de belastingen te groot zullen zijn. Om zo tede constructie heeft ze weerstaan, er is een zeer sterk materiaal nodig, dat we vandaag niet tot onze beschikking hebben. Bovendien is het probleem de hoeveelheid materiaal en het constructieproces zelf.
In games met een soortgelijk thema, zoals in de film "Babylon 5", zijn deze problemen op de een of andere manier opgelost: de rotatiesnelheid is voldoende, het Coriolis-effect is niet significant, het is hypothetisch mogelijk om zo'n schip te maken.
Maar zelfs zulke werelden hebben een nadeel. Zijn naam is momentum.
Het schip, dat om zijn as draait, verandert in een enorme gyroscoop. Zoals je weet is het door het impulsmoment extreem moeilijk om de gyroscoop van de as af te laten wijken. Het is belangrijk dat de hoeveelheid het systeem niet verlaat. Dit betekent dat het erg moeilijk zal zijn om de richting voor dit object te bepalen. Dit probleem kan echter worden opgelost.
Probleemoplossing
Kunstmatige zwaartekracht op een ruimtestation wordt beschikbaar wanneer de "O'Neill-cilinder" te hulp komt. Om dit ontwerp te maken, zijn identieke cilindrische schepen nodig, die langs de as zijn verbonden. Ze moeten in verschillende richtingen draaien. Het resultaat van deze assemblage is een impulsmoment van nul, dus het zou geen probleem moeten zijn om het schip de gewenste richting te geven.
Als het mogelijk is om een schip te maken met een straal van ongeveer 500 meter, dan werkt het precies zoals het zou moeten. Tegelijkertijd zal kunstmatige zwaartekracht in de ruimte behoorlijk comfortabel zijn en geschikt voor lange vluchten op schepen of onderzoeksstations.
Ruimte-ingenieurs
Hoe je kunstmatige zwaartekracht kunt creëren, is bekend bij de makers van het spel. In deze fantasiewereld is zwaartekracht echter niet de wederzijdse aantrekkingskracht van lichamen, maar een lineaire kracht die is ontworpen om objecten in een bepaalde richting te versnellen. De aantrekkingskracht hier is niet absoluut, het verandert wanneer de bron wordt omgeleid.
Kunstmatige zwaartekracht op het ruimtestation wordt gecreëerd met behulp van een speciale generator. Het is uniform en equidirectioneel in het gebied van de generator. Dus in de echte wereld, als je wordt geraakt door een schip waarop een generator is geïnstalleerd, zou je naar de romp worden getrokken. In het spel zal de held echter vallen totdat hij de omtrek van het apparaat verlaat.
Tegenwoordig is kunstmatige zwaartekracht in de ruimte, gecreëerd door een dergelijk apparaat, ontoegankelijk voor de mensheid. Maar zelfs grijsharige ontwikkelaars blijven erover dromen.
Sferische generator
Dit is een meer realistische versie van de apparatuur. Wanneer geïnstalleerd, heeft de zwaartekracht een richting naar de generator. Dit maakt het mogelijk om een station te creëren waarvan de zwaartekracht gelijk zal zijn aan de planetaire.
Centrifuge
Tegenwoordig wordt kunstmatige zwaartekracht op aarde in verschillende apparaten aangetroffen. Ze zijn voor het grootste deel gebaseerd op traagheid, omdat deze kracht door ons wordt gevoeld op dezelfde manier als zwaartekrachteffecten - het lichaam maakt geen onderscheid wat de versnelling veroorzaakt. Als voorbeeld: een persoon die in een lift naar boven gaat, ervaart het effect van traagheid. Door de ogen van een natuurkundige: het optillen van een lift draagt bij aan de versnelling van de vrije val de versnelling van de auto. bij terugkomstcabines naar een afgemeten beweging "gewichtstoename" verdwijnt en keert terug naar de gebruikelijke sensaties.
Wetenschappers zijn al lang geïnteresseerd in kunstmatige zwaartekracht. De centrifuge wordt hiervoor het meest gebruikt. Deze methode is niet alleen geschikt voor ruimtevaartuigen, maar ook voor grondstations waarin het effect van de zwaartekracht op het menselijk lichaam moet worden bestudeerd.
Studie op aarde, solliciteer in…
Hoewel de studie van de zwaartekracht vanuit de ruimte begon, is het een heel alledaagse wetenschap. Zelfs vandaag de dag hebben prestaties op dit gebied hun toepassing gevonden, bijvoorbeeld in de geneeskunde. Als je weet of het mogelijk is om kunstmatige zwaartekracht op de planeet te creëren, kun je het gebruiken om problemen met het motorapparaat of het zenuwstelsel te behandelen. Bovendien wordt de studie van deze kracht voornamelijk op aarde uitgevoerd. Dit maakt het voor astronauten mogelijk om experimenten uit te voeren terwijl ze onder de aandacht van artsen blijven. Een ander ding is kunstmatige zwaartekracht in de ruimte, er zijn daar geen mensen die astronauten kunnen helpen in het geval van een onvoorziene situatie.
Gezien totale gewichtloosheid, kan men geen rekening houden met een satelliet in een lage baan om de aarde. Deze objecten worden, zij het in geringe mate, beïnvloed door de zwaartekracht. De zwaartekracht die in dergelijke gevallen wordt gegenereerd, wordt microzwaartekracht genoemd. Echte zwaartekracht wordt alleen ervaren in een apparaat dat met een constante snelheid in de ruimte vliegt. Het menselijk lichaam voelt dit verschil echter niet.
Je kunt gewichtloosheid ervaren tijdens een verspringen (voordat de kap opengaat) of tijdens een parabolische afdaling van het vliegtuig. zulke experimentenvaak opgevoerd in de VS, maar in een vliegtuig duurt dit gevoel slechts 40 seconden - dit is te kort voor een volledige studie.
In de USSR in 1973 wisten ze of het mogelijk was om kunstmatige zwaartekracht te creëren. En niet alleen gemaakt, maar ook op de een of andere manier veranderd. Een levendig voorbeeld van een kunstmatige afname van de zwaartekracht is droge onderdompeling, onderdompeling. Om het gewenste effect te bereiken, moet u een dichte film op het wateroppervlak aanbrengen. De persoon wordt er bovenop geplaatst. Onder het gewicht van het lichaam zinkt het lichaam onder water, alleen het hoofd blijft erboven. Dit model demonstreert de ondersteuning door lage zwaartekracht in de oceaan.
Het is niet nodig om de ruimte in te gaan om het effect te voelen van de tegenovergestelde kracht van gewichtloosheid - hyperzwaartekracht. Bij het opstijgen en landen van een ruimtevaartuig, in een centrifuge, kun je de overbelasting niet alleen voelen, maar ook bestuderen.
Zwaartekrachtbehandeling
Zwaartekrachtfysica bestudeert onder andere de impact van gewichtloosheid op het menselijk lichaam, met als doel de gevolgen te minimaliseren. Een groot aantal resultaten van deze wetenschap kan echter nuttig zijn voor gewone bewoners van de planeet.
Artsen hebben grote hoop op onderzoek naar het gedrag van spierenzymen bij myopathie. Dit is een ernstige ziekte die leidt tot een vroege dood.
Bij actieve lichamelijke oefeningen komt een grote hoeveelheid van het enzym creatinofosfokinase in het bloed van een gezond persoon. De reden voor dit fenomeen is niet duidelijk, misschien werkt de belasting zodanig op het celmembraan dat het"perforeert". Patiënten met myopathie krijgen hetzelfde effect zonder inspanning. Observaties van astronauten laten zien dat bij gewichtloosheid de stroom van het actieve enzym in het bloed aanzienlijk wordt verminderd. Deze ontdekking suggereert dat het gebruik van onderdompeling de negatieve impact van factoren die tot myopathie leiden, zal verminderen. Dierproeven zijn momenteel aan de gang.
Behandeling van sommige ziekten wordt vandaag al uitgevoerd met behulp van gegevens die zijn verkregen uit de studie van de zwaartekracht, inclusief kunstmatige. Bijvoorbeeld hersenverlamming, beroertes, Parkinson worden behandeld met behulp van ladingspakken. Onderzoek naar de positieve impact van de ondersteuning - de pneumatische schoen is bijna voltooid.
Zullen we naar Mars vliegen?
De nieuwste prestaties van astronauten geven hoop voor de realiteit van het project. Er is ervaring met medische ondersteuning van een persoon tijdens een lang verblijf weg van de aarde. Onderzoeksvluchten naar de maan, waarop de zwaartekracht 6 keer kleiner is dan die van ons, hebben ook veel voordelen opgeleverd. Nu stellen astronauten en wetenschappers zichzelf een nieuw doel - Mars.
Voordat je in de rij staat voor een ticket naar de Rode Planeet, moet je weten wat het lichaam al in de eerste fase van het werk verwacht - onderweg. Gemiddeld duurt de weg naar de woestijnplaneet anderhalf jaar - ongeveer 500 dagen. Onderweg zul je alleen op je eigen kracht moeten vertrouwen, je kunt gewoon nergens op hulp wachten.
Veel factoren zullen de kracht ondermijnen: stress, straling, gebrek aan een magnetisch veld. De belangrijkste test voor het lichaam is de verandering in zwaartekracht. Tijdens de reis "maakt een persoon kennis met"verschillende niveaus van zwaartekracht. Allereerst zijn dit overbelastingen tijdens het opstijgen. Dan - gewichtloosheid tijdens de vlucht. Daarna hypozwaartekracht op de bestemming, aangezien de zwaartekracht op Mars minder is dan 40% van de aarde.
Hoe ga je om met de negatieve effecten van gewichtloosheid tijdens een lange vlucht? Gehoopt wordt dat ontwikkelingen op het gebied van het creëren van kunstmatige zwaartekracht dit probleem in de nabije toekomst zullen helpen oplossen. Experimenten met ratten die reizen op Kosmos-936 tonen aan dat deze techniek niet alle problemen oplost.
OS-ervaring heeft aangetoond dat het gebruik van trainingscomplexen die de benodigde belasting voor elke astronaut afzonderlijk kunnen bepalen, veel meer voordelen voor het lichaam kan opleveren.
Tot nu toe wordt aangenomen dat niet alleen onderzoekers naar Mars zullen vliegen, maar ook toeristen die een kolonie willen stichten op de Rode Planeet. Voor hen, althans in het begin, zullen de gevoelens van gewichtloosheid opwegen tegen alle argumenten van artsen over de gevaren van langdurige blootstelling aan dergelijke omstandigheden. Over een paar weken hebben ze echter ook hulp nodig, daarom is het zo belangrijk om een manier te vinden om kunstmatige zwaartekracht op een ruimteschip te creëren.
Resultaten
Welke conclusies kunnen worden getrokken over het ontstaan van kunstmatige zwaartekracht in de ruimte?
Van alle opties die momenteel worden overwogen, ziet de roterende structuur er het meest realistisch uit. Met het huidige begrip van natuurkundige wetten is dit echter onmogelijk, aangezien het schip geen holle cilinder is. Binnenin zijn er overlappingen die de realisatie van ideeën belemmeren.
Bovendien moet de straal van het schip zo zijngroot zodat het Coriolis-effect geen significant effect heeft.
Om zoiets als dit te besturen, heb je de hierboven genoemde O'Neill-cilinder nodig, waarmee je het schip kunt besturen. In dit geval neemt de kans toe dat een soortgelijk ontwerp wordt gebruikt voor interplanetaire vluchten waarbij de bemanning een comfortabel niveau van zwaartekracht krijgt.
Voordat de mensheid erin slaagt hun dromen waar te maken, zou ik graag wat meer realisme en nog meer kennis van de natuurwetten in sciencefiction zien.
