Umělá gravitace a způsoby, jak ji vytvořit

Dokonce i člověk, který se vesmíru nezajímá, alespoň jednou viděl film o cestě po vesmíru nebo o knihách o takových věcech četl. Téměř ve všech takových dílech lidé chodí po lodi, normálně spí, nemají problémy s příjmem potravy. To znamená, že na těchto - fiktivních - lodích je umělá gravitace. Většina diváků to vnímá jako něco zcela přirozeného, ​​a přesto to není tak.

Umělá gravitace

Toto je jméno pro změnu (v obou směrech) obvyklé gravity pro nás použitím různých metod. A to se děje nejen ve fantastických dílech, ale také v poměrně reálných pozemských situacích, nejčastěji pro experimenty.

Teoreticky vytváření umělé gravitace nevypadá tak obtížně. Například může být znovu vytvořena setrvačností, přesněji, odstředivá síla. Potřeba této síly nevznikla včera - stalo se to okamžitě, jakmile člověk začal snít o dlouhých vesmírných letech. Vytvoření umělé gravitace ve vesmíru umožní vyhnout se velkému množství problémů, které vznikají při dlouhodobém vystavení beztrestnosti. Kosmonauty oslabují svaly, kosti se stávají méně odolnými. Cestování v těchto podmínkách po dobu několika měsíců, můžete získat atrofii některých svalů.

Takže pro dnešní stavbu umělé gravitace je úkol nejdůležitější, průzkum vesmíru bez této schopnosti je prostě nemožné.

Manželství

Dokonce i ti, kteří vědí fyziku pouze na úrovni učebních osnov, chápou, že gravitace je jedním ze základních zákonů našeho světa: všechny těla vzájemně komunikují a zažívají vzájemnou přitažlivost / odpudivost. Čím je tělo větší, tím vyšší je jeho přitažlivost.

Země je pro naši realitu - objekt je velmi masivní. Proto jsou těmto orgánům přitahovány bez výjimky.

Pro nás to znamená zrychlení gravitace, která je obvykle měřena v g, rovnající se 9,8 metru za sekundu. To znamená, že kdybychom neměli podporu pod našimi nohami, snížili bychom rychlost, která se každou vteřinu zvyšuje o 9,8 metrů.

Takže jen díky gravitaci jsme schopni stát, spadnout, jíst a pít normálně, pochopit, kde je vrchol, kde je dno. Pokud přitažlivost zmizí, budeme v beztíži.

Zvláště obeznámeni s tímto jevem jsou astronauti, kteří se nacházejí ve vesmíru ve stavu prudkého - volného pádu.

Teoreticky vědci vědí, jak umělou gravitaci vytvářet. Existuje několik metod.

Větší hmotnost

Nejvíce logická možnost je udělat kosmická loď tak velký, že by vznikla umělá gravitace. Na lodi se bude moci cítit pohodlně, protože orientace ve vesmíru se neztratí.

Bohužel tato metoda je nerealistická s moderním vývojem technologií. Chcete-li vytvořit takový objekt, bude vyžadovat příliš mnoho zdrojů. Navíc k tomu, aby se zvýšilo, bude vyžadovat neuvěřitelné množství energie.

Zrychlení

Zdá se, že chcete-li dosáhnout g, rovného pozemskému, musíte prostě dát lodi plochý tvar (podobný plošině) a přemístit jej kolmo na rovinu s požadovaným zrychlením. Tímto způsobem bude dosažena umělá gravitace a bude ideální.

Ve skutečnosti je však všechno mnohem složitější.

Především je třeba vzít v úvahu otázku paliv. Aby stanice byla neustále zrychlená, je nutné mít nepřerušený zdroj napájení. Dokonce i když se náhle objeví motor, který nehazuje záležitost, zůstane zákon zachování energie v platnosti.

Druhým problémem je samotná myšlenka neustálého zrychlení. Podle našich znalostí a fyzických zákonů není možné urychlit do nekonečna.

Navíc taková doprava není vhodná pro výzkumné mise, protože musí neustále zrychlovat - létat. Nemůže se zastavit, aby studoval planetu, ale ani pomalu nemůže ležet kolem něj - musíme urychlit.

Je tedy zřejmé, že taková umělá gravitace nám ještě není k dispozici.

Karusel

Každý ví, jak rotace karuselu ovlivňuje tělo. Z tohoto důvodu se zdá, že zařízení umělé gravitace na tomto principu je skutečné.

Vše, co je v průměru karuselu, má tendenci vypadat z něj rychlostí zhruba rovnou rychlosti otáčení. Ukazuje se, že síla působící podél poloměru rotujícího objektu působí na tělesa. Je to velmi podobné gravitaci.

Takže potřebujete loď, která má válcový tvar. V tomto případě se musí otáčet kolem své osy. Mimochodem, umělá gravitace na vesmírné lodi, vytvořené tímto principem, se často projevuje v sci-fi filmech.

Lodní loď, která se otáčí kolem podélné osy, vytváří odstředivou sílu, jejíž směr odpovídá poloměru objektu. Pro výpočet výsledného zrychlení je nutné sílu rozdělit na hmotnost.

Znalost fyziky zjistí, že to nebude těžké: a = omega-R.

V tomto vzorci je výsledkem výpočtů zrychlení, první proměnná je rychlost uzlu (měřeno v počtu radiánů za sekundu), druhá je poloměr.

Podle toho, abychom získali obvyklé g, je nutné kompetentně kombinovat úhlová rychlost a poloměrem přepravy prostoru.

Podobným problémem jsou i filmy jako Intersolakh, Babylon 5, 2001: Space Odyssey a podobné. Ve všech těchto případech je umělá gravitace přiblížena ke zrychlení gravitace země.

Bez ohledu na to, jak je to dobře, je to docela obtížné to realizovat.

Problémy metody "karuselu"

Nejvíce zřejmý problém je obsažen v "Odyssey Space". Poloměr "kosmického nosiče" je asi 8 metrů. Aby bylo dosaženo zrychlení 9,8, měla by rotace probíhat rychlostí asi 10,5 otáček za minutu.

S uvedenými hodnotami se projevuje "efekt Coriolis", který spočívá v tom, že na různých vzdálenostech od podlahy působí různá síla. To závisí přímo na úhlové rychlosti.

Ukázalo se, že umělá gravitace v prostoru bude vytvořena, ale příliš rychlé otáčení těla povede k problémům s vnitřním uchem. To naopak způsobuje nerovnováhu, problémy s vestibulárním aparátem a další - podobné - potíže.

Vznik této bariéry naznačuje, že takový model je velmi neúspěšný.

Můžete se pokusit jít z opaku, stejně jako v románu "The World-Ring". Zde se loď vyrábí v podobě prstence, jehož poloměr je blízko poloměru naší oběžné dráhy (asi 150 milionů km). S touto velikostí je rychlost jeho natočení dostatečná, aby ignorovala efekt Coriolis.

Můžeme předpokládat, že problém je vyřešen, ale není tomu tak. Faktem je, že celkový obrat tohoto návrhu kolem jeho osy trvá 9 dní. To umožňuje předpokládat, že zatížení bude příliš velké. Abychom přežili stavbu, je třeba velmi silný materiál, který momentálně nemáme. Navíc problémem je množství materiálu a samotný stavební postup.

Ve hrách podobných subjektů, jak ve filmu „Babylon 5“, jsou tyto problémy nějak vyřešit: stačí, rychlost otáčení, Coriolis účinek není významná, hypoteticky možné vytvořit takovou loď.

Nicméně i takové světy mají nevýhodu. Jeho jméno je okamžik impulsu.

Loď, která se otáčí kolem osy, se změní v obrovský gyroskop. Jak je známo, je extrémně obtížné, aby se gyroskop odklonil od osy hybnost. Je důležité, aby jeho množství nezanechalo systém. To znamená, že směr tohoto objektu bude velmi obtížný. Takový problém však lze vyřešit.

Odstraňování problémů

Umělá tíha na vesmírné stanici se stává dostupná, když "záchranný válec Orsquo-Nile" přijde k záchraně. Chcete-li vytvořit tento design, potřebujete stejné válcové lodě, které jsou spojeny podél osy. Měly by se otáčet v různých směrech. Výsledkem takové sestavy je nulový moment impulsu, takže by nemělo být žádné potíže s tím, že loď potřebuje směr.

Je-li možné vytvořit loď o poloměru asi 500 metrů, bude fungovat přesně tak, jak má. Současně bude umělá tíha v prostoru velmi pohodlná a vhodná pro dlouhé lety na lodích nebo výzkumných stanicích.

Space Engineers

Jak vytvořit umělou gravitaci je známo tvůrcům hry. V tomto fantastickém světě však gravitace není vzájemná přitažlivost těl, ale lineární síla určená k urychlení objektů v daném směru. Přitažlivost zde není absolutní, změní se při přesměrování zdroje.

Umělá gravitace na vesmírné stanici je vytvořena pomocí speciálního generátoru. Je to stejnoměrné a stejnosměrné v rozsahu generátoru. Takže v reálném světě, když udeříte na loď, ve které je generátor instalován, budete přitahováni k trupu. Ve hře však hrdina spadne, dokud neopustí obvod zařízení.

Dosavadní umělá gravitace v prostoru, vytvořená tímto zařízením, není pro lidstvo k dispozici. Dokonce i šediví vývojáři nepřestávají snést o tom.

Sferický generátor

Jedná se o realističtější verzi zařízení. Při instalaci má gravitační směr směrem k generátoru. To umožňuje vytvořit stanici, jejíž gravitace se bude rovnat planetě.

Odstředivě

Dnes se v různých zařízeních vyskytuje umělá gravitace na Zemi. Jsou založeny převážně na setrvačnosti, protože tato síla se nám podobá gravitační akci - organismus nerozlišuje, co způsobuje zrychlení. Jako příklad: osoba, která leze ve výtahu, je ovlivněna setrvačností. S očima fyziků: zvedání výtahu přispívá ke zrychlení akcelerace volného pádu kabiny. Když se kokpit vrátí na měřený pohyb, ztrácí se "zisk" v hmotnosti a vrátí se obvyklé pocity.

Vědci se již dlouho zajímají o umělou gravitaci. Centrifuga se nejčastěji používá k tomuto účelu. Tato metoda je vhodná nejen pro kosmické lodě, ale i pro pozemní stanice, kde je třeba zkoumat vliv gravitace na lidské tělo.

Studie na Zemi platí v Hellip-

Ačkoli studium gravitace začalo z vesmíru, je to velmi pozemská věda. Dokonce i dnes dosahují úspěchy v této oblasti jejich aplikace například v medicíně. Zjistit, zda je možné vytvořit umělou gravitaci na planetě, můžete jej použít k léčbě problémů s lokomoce nebo nervového systému. Navíc studium této síly se primárně týká Země. To umožňuje kosmonautům provádět experimenty, přičemž zůstávají pod důkladnou kontrolou lékařů. Další věc, kterou je umělá gravitace ve vesmíru, nejsou lidé schopni pomoci astronautů v případě nouze.

Vezmeme-li v úvahu úplnou beztížnost, nelze vzít do úvahy družici v blízké oběžné dráze. Tyto objekty, i když v malém rozsahu, jsou ovlivněny gravitací. Gravitace, vytvořená v takových případech, se nazývá mikrogravitace. Reálná gravitace se projevuje pouze ve vozidle, které letí konstantní rychlostí v otevřeném prostoru. Lidské tělo však tento rozdíl necítí.

Můžete zažít beztrestnost s dlouhým skokem (před otevřením kupole) nebo během parabolického sestupu letadla. Takové experimenty jsou často umístěny v USA, avšak v letadle trvá tento pocit jen 40 sekund - je to příliš málo pro úplné studium.

V roce 1973 v SSSR věděli, zda je možné vytvořit umělou gravitaci. A oni to nejen vytvořili, ale také nějakým způsobem změnili. Živým příkladem umělé redukce gravitace je suché ponoření, ponoření. Chcete-li dosáhnout požadovaného efektu, je třeba umístit hustou fólii na povrch vody. Osoba je umístěna na vrcholu. Pod váhou těla se tělo potápí pod vodou, nad ním zůstává pouze hlava. Tento model demonstruje nezabezpečení se sníženou gravitací, která je charakteristická pro oceán.

Není třeba jít do vesmíru cítit vliv opačné beztíže síly - hypergravitace. Při vzletu a přistání kosmické lodi v odstředivce může být přetížení nejen cítit, ale také studováno.

Léčba gravitací

Gravitační fyzikální studie mimo jiné zahrnují vliv beztíže na lidské tělo a snaží se minimalizovat důsledky. Nicméně velké množství úspěchů této vědy může být užitečné pro obyčejné obyvatele planety.

Lékaři kladou velké naděje na studium chování svalových enzymů v myopatii. Jedná se o vážné onemocnění vedoucí k předčasné smrti.

Při aktivních fyzických cvičeních vstupuje velký objem enzymu kreatinfosfokinázy do krve zdravé osoby. Důvod tohoto jevu není jasné, že je možné, zatížení působí na buněčné membráně tak, že „Vyzařovací“. Pacienti s myopatií dostávají stejný účinek bez cvičení. Pozorování kosmonautů ukazuje, že v nepřítomnosti hmotnosti se příjem aktivního enzymu v krvi významně snižuje. Takový objev naznačuje, že použití ponoření sníží negativní dopad faktorů vedoucích k myopatii. V současné době se experimenty provádějí na zvířatech.

Některé z těchto onemocnění jsou dnes léčeny pomocí údajů získaných při studiu gravitace, včetně umělé. Například se provádí léčba mozkové obrny, mrtvice, Parkinsonů použitím nákladu. Prakticky dokončené studie pozitivních účinků podpěry - pneumatická obuv.

Musíme letět na Mars?

Nejnovější úspěchy kosmonautů dávají naději na skutečnost projektu. Existuje zážitek lékařské podpory pro osobu s dlouhým pobytem mimo Zemi. Velkou užitečnost přinesly výzkumné lety na Měsíc, jejichž gravitační síla je 6krát menší než naše rodné. Nyní kosmonauté a vědci nastavují nový cíl - Mars.

Předtím, než se dostanete do fronty na Červenou planetu, měli byste vědět, co tělo čeká v první fázi práce - na silnici. V průměru bude cesta k pouštní planetě trvat rok a půl - asi 500 dní. Počítání na silnici bude mít jen na vlastní sílu, není tam kde čekat na pomoc.

Existuje mnoho faktorů, které podkopávají síly: stres, záření, nepřítomnost magnetického pole. Nejdůležitější zkouškou pro tělo je změna gravitace. Na cestě se člověk "seznámí" s několika úrovněmi gravitace. Za prvé, toto je přetížení během vzletu. Pak - beztížnost během letu. Poté - hrobovost na místě určení, protože gravitační hmotnost na Marsu je menší než 40% zemské gravitace.

Jak se vyrovnáváte s negativním dopadem beztíže v dlouhém letu? Doufáme, že vývoj v oblasti vytváření umělé gravitace pomůže vyřešit tento problém v blízké budoucnosti. Pokusy na potkanech cestujících do Cosmos-936 ukazují, že tato technika nevyřeší všechny problémy.

Zkušenosti s OS ukázaly, že mnohem užitečnější pro tělo je schopné přinést použití simulátorů, které mohou určit individuální zatížení každého astronautu.

I když se předpokládá, že nejen Marsovi budou letět s průzkumníky, ale i turisty, kteří chtějí založit kolonii na červené planetě. Pro ně, přinejmenším poprvé, pocity, že jsou v beztížnosti, převáží všechny argumenty lékařů o nebezpečí dlouhodobé expozice v takových podmínkách. Během několika týdnů bude však nutné jim pomoci, takže je tak důležité, abychom byli schopni najít způsob, jak vytvořit umělou gravitaci na kosmické lodi.

Výsledky

Jaké závěry lze vyvodit z vytvoření umělé gravitace v prostoru?

Ze všech možností, které jsou v současné době zvažovány, se nejvíce revolvingový design zdá být realistický. Nicméně se současným pochopením fyzických zákonů to není možné, protože loď není dutý válec. Uvnitř jsou podlahy, které zasahují do ztělesnění nápadů.

Kromě toho musí být poloměr lodi tak velký, že efekt Coriolisu nemá významný vliv.

Chcete-li spravovat něco takového, potřebujete výše uvedený válec Orsquo-Nile, který vám umožní ovládat loď. V takovém případě se zvyšuje pravděpodobnost použití takového návrhu pro meziplanetární lety, což poskytuje týmu komfortní míru gravitace.

Než lidstvo dokáže splnit své sny, chtěl bych ve fantazijních dílech vidět trochu více realismu a ještě více znalostí zákonů fyziky.