Maging ang isang taong walang interes sa kalawakan ay nakapanood na ng pelikula tungkol sa paglalakbay sa kalawakan o nagbasa tungkol sa mga bagay na iyon sa mga aklat. Sa halos lahat ng ganoong gawain, ang mga tao ay naglalakad sa paligid ng barko, natutulog nang normal, at hindi nakakaranas ng mga problema sa pagkain. Nangangahulugan ito na ang mga ito - kathang-isip - mga barko ay may artificial gravity. Iniisip ito ng karamihan sa mga manonood bilang isang bagay na ganap na natural, ngunit hindi talaga.
Artificial Gravity
Ito ang pangalan ng pagbabago (sa anumang direksyon) ng gravity na pamilyar sa atin sa pamamagitan ng paggamit ng iba't ibang pamamaraan. At ito ay ginagawa hindi lamang sa mga kamangha-manghang gawa, kundi pati na rin sa totoong mga makalupang sitwasyon, kadalasan para sa mga eksperimento.
Sa teorya, ang paglikha ng artificial gravity ay hindi mukhang napakahirap. Halimbawa, maaari itong muling likhain sa tulong ng inertia, mas tiyak, sentripugal na puwersa. Ang pangangailangan para sa kapangyarihang ito ay hindi lumitaw kahapon - ito ay nangyari kaagad, sa sandaling ang isang tao ay nagsimulang mangarap ng mga pangmatagalang paglipad sa kalawakan. PaglikhaAng artificial gravity sa kalawakan ay gagawing posible upang maiwasan ang maraming mga problema na lumabas sa panahon ng matagal na pananatili sa kawalan ng timbang. Ang mga kalamnan ng mga astronaut ay humihina, ang mga buto ay nagiging mas malakas. Kapag naglalakbay sa ganitong mga kondisyon sa loob ng maraming buwan, maaari kang magkaroon ng atrophy ng ilang kalamnan.
Kaya, ngayon, ang paglikha ng artificial gravity ay isang gawaing pinakamahalaga, ang paggalugad sa kalawakan nang walang ganitong kasanayan ay sadyang imposible.
Materials
Maging ang mga nakakaalam ng pisika sa antas lamang ng kurikulum ng paaralan ay nauunawaan na ang gravity ay isa sa mga pangunahing batas ng ating mundo: lahat ng katawan ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa, na nakakaranas ng magkaparehong atraksyon / pagtanggi. Kung mas malaki ang katawan, mas malaki ang puwersa ng pagkahumaling nito.
Ang Earth para sa ating realidad ay isang napakalaking bagay. Kaya naman, walang exception, lahat ng katawan sa paligid niya ay naaakit dito.
Para sa amin, nangangahulugan ito ng acceleration ng free fall, na karaniwang sinusukat sa g, katumbas ng 9.8 metro bawat square second. Nangangahulugan ito na kung wala kaming suporta sa ilalim ng aming mga paa, mahuhulog kami sa bilis na tumataas ng 9.8 metro bawat segundo.
Kaya, salamat lamang sa grabidad kaya nating tumayo, mahulog, kumain at uminom ng normal, maunawaan kung saan ang itaas, kung saan ang pababa. Kung mawawala ang gravity, magiging zero gravity tayo.
Ang mga astronaut na nasa kalawakan sa isang estado ng pag-angat - ang free fall ay lalo na pamilyar sa hindi pangkaraniwang bagay na ito.
Sa teorya, alam ng mga siyentipiko kung paano lumikha ng artificial gravity. Umiiralilang mga diskarte.
Malaking Misa
Ang pinakalohikal na opsyon ay gawing napakalaki ang spaceship na mayroon itong artificial gravity. Magiging posible na maging komportable sa barko, dahil hindi mawawala ang oryentasyon sa kalawakan.
Sa kasamaang palad, ang pamamaraang ito sa modernong pag-unlad ng teknolohiya ay hindi makatotohanan. Upang makabuo ng naturang bagay ay nangangailangan ng napakaraming mapagkukunan. Bilang karagdagan, mangangailangan ito ng hindi kapani-paniwalang dami ng enerhiya upang maiangat ito.
Bilisan
Mukhang kung gusto mong makamit ang g katumbas ng earth, kailangan mo lang bigyan ng flat (platform) na hugis ang barko at gawin itong patayo sa eroplano na may nais na acceleration. Sa ganitong paraan, makukuha ang artificial gravity, at perpekto.
Gayunpaman, ang katotohanan ay mas kumplikado.
Una sa lahat, sulit na isaalang-alang ang isyu sa gasolina. Upang ang istasyon ay patuloy na mapabilis, kinakailangan na magkaroon ng isang hindi maputol na suplay ng kuryente. Kahit na biglang lumitaw ang isang makina na hindi naglalabas ng matter, mananatiling may bisa ang batas ng pagtitipid ng enerhiya.
Ang pangalawang problema ay ang mismong ideya ng patuloy na pagbilis. Ayon sa ating kaalaman at pisikal na batas, imposibleng mapabilis hanggang sa kawalang-hanggan.
Sa karagdagan, ang mga naturang sasakyan ay hindi angkop para sa mga misyon ng pananaliksik, dahil dapat silang patuloy na bumilis - lumipad. Hindi siya maaaring huminto sa pag-aaral sa planeta, ni hindi niya magagawang dahan-dahang lumipad sa paligid nito - kailangan niyang bumilis.
KayaKaya, nagiging malinaw na ang naturang artificial gravity ay hindi pa magagamit sa atin.
Carousel
Alam ng lahat kung paano nakakaapekto sa katawan ang pag-ikot ng carousel. Samakatuwid, ang isang artificial gravity device ayon sa prinsipyong ito ay tila ang pinaka-makatotohanan.
Lahat ng nasa diameter ng carousel ay may posibilidad na mahulog mula dito sa bilis na humigit-kumulang katumbas ng bilis ng pag-ikot. Ito ay lumiliko na ang isang puwersa ay kumikilos sa katawan, na nakadirekta sa radius ng umiikot na bagay. Ito ay halos kapareho ng gravity.
Kaya, kailangan mo ng barko na may cylindrical na hugis. Kasabay nito, dapat itong paikutin sa paligid ng axis nito. Oo nga pala, ang artificial gravity sa isang spaceship, na nilikha ayon sa prinsipyong ito, ay madalas na ipinapakita sa mga science fiction na pelikula.
Barrel na hugis ng barko, na umiikot sa paayon na axis, ay lumilikha ng puwersang sentripugal, na ang direksyon ay tumutugma sa radius ng bagay. Upang kalkulahin ang resultang acceleration, kailangan mong hatiin ang puwersa sa masa.
Hindi magiging mahirap para sa mga taong may alam sa physics na kalkulahin ito: a=ω²R.
Sa formula na ito, ang resulta ng pagkalkula ay ang acceleration, ang unang variable ay ang nodal speed (sinusukat sa radians bawat segundo), ang pangalawa ay ang radius.
Ayon dito, upang makuha ang karaniwang g, kinakailangang pagsamahin nang tama ang angular velocity at radius ng space transport.
Ang problemang ito ay sakop sa mga pelikulang gaya ng "Intersol", "Babylon 5", "2001: A Space Odyssey" at iba pa. Sa lahat ng mga kasong itoAng artificial gravity ay malapit sa free fall acceleration ng Earth.
Gaano man kaganda ang ideya, medyo mahirap ipatupad ito.
Mga problema sa paraan ng carousel
Ang pinaka-halatang problema ay naka-highlight sa A Space Odyssey. Ang radius ng "space carrier" ay humigit-kumulang 8 metro. Upang makakuha ng acceleration na 9.8, dapat na maganap ang pag-ikot sa bilis na humigit-kumulang 10.5 revolution bawat minuto.
Sa ipinahiwatig na mga halaga, ang "Coriolis effect" ay ipinapakita, na binubuo sa katotohanan na ang iba't ibang pwersa ay kumikilos sa iba't ibang distansya mula sa sahig. Direkta itong nakadepende sa angular velocity.
Lumalabas na malilikha ang artificial gravity sa kalawakan, ngunit ang masyadong mabilis na pag-ikot ng case ay hahantong sa mga problema sa panloob na tainga. Ito naman ay nagdudulot ng imbalances, mga problema sa vestibular apparatus at iba pang katulad na problema.
Ang paglitaw ng hadlang na ito ay nagpapahiwatig na ang gayong modelo ay lubhang hindi matagumpay.
Maaari mong subukang pumunta mula sa kabaligtaran, tulad ng ginawa nila sa nobelang "The World-Ring". Dito ang barko ay ginawa sa anyo ng isang singsing, ang radius nito ay malapit sa radius ng ating orbit (mga 150 milyong km). Sa ganitong laki, sapat na ang bilis ng pag-ikot nito para balewalain ang Coriolis effect.
Maaari mong ipagpalagay na ang problema ay nalutas na, ngunit hindi ito ganoon. Ang katotohanan ay ang isang kumpletong pag-ikot ng istrakturang ito sa paligid ng axis nito ay tumatagal ng 9 na araw. Ginagawa nitong posible na ipagpalagay na ang mga load ay magiging masyadong malaki. Nang sa gayonang konstruksiyon ay nakatiis sa kanila, isang napakalakas na materyal ang kailangan, na wala tayo sa ating pagtatapon ngayon. Bilang karagdagan, ang problema ay ang dami ng materyal at ang proseso mismo ng konstruksiyon.
Sa mga laro na may katulad na tema, tulad ng sa pelikulang "Babylon 5", ang mga problemang ito ay kahit papaano nalutas: ang bilis ng pag-ikot ay sapat na, ang epekto ng Coriolis ay hindi makabuluhan, hypothetically posible na lumikha ng naturang barko.
Gayunpaman, kahit na ang mga ganitong mundo ay may kakulangan. Ang pangalan niya ay momentum.
Ang barko, na umiikot sa axis nito, ay nagiging isang malaking gyroscope. Tulad ng alam mo, napakahirap gawin ang gyroscope na lumihis mula sa axis dahil sa angular momentum. Mahalaga na ang dami nito ay hindi umaalis sa sistema. Nangangahulugan ito na magiging napakahirap itakda ang direksyon para sa bagay na ito. Gayunpaman, maaaring malutas ang problemang ito.
Paglutas ng Problema
Ang artificial gravity sa isang space station ay magiging available kapag ang "O'Neill cylinder" ay dumating sa pagsagip. Upang lumikha ng disenyo na ito, kailangan ang magkaparehong mga cylindrical na barko, na konektado sa kahabaan ng axis. Dapat silang paikutin sa iba't ibang direksyon. Ang resulta ng pagpupulong na ito ay zero angular momentum, kaya hindi dapat mahirapan sa pagbibigay sa barko ng nais na direksyon.
Kung posibleng gumawa ng barko na may radius na humigit-kumulang 500 metro, gagana ito nang eksakto sa nararapat. Kasabay nito, ang artificial gravity sa kalawakan ay magiging komportable at angkop para sa mahabang flight sa mga barko o mga istasyon ng pananaliksik.
Space Engineers
Kung paano gumawa ng artificial gravity ay kilala ng mga gumawa ng laro. Gayunpaman, sa mundong ito ng pantasya, ang gravity ay hindi ang magkaparehong atraksyon ng mga katawan, ngunit isang linear na puwersa na idinisenyo upang mapabilis ang mga bagay sa isang tiyak na direksyon. Ang atraksyon dito ay hindi ganap, nagbabago ito kapag na-redirect ang pinagmulan.
Ang artificial gravity sa space station ay nilikha sa pamamagitan ng paggamit ng isang espesyal na generator. Ito ay pare-pareho at equidirectional sa lugar ng generator. Kaya, sa totoong mundo, kung matamaan ka ng isang barko na may generator na naka-install, mahihila ka sa katawan ng barko. Gayunpaman, sa laro, mahuhulog ang bida hanggang sa umalis siya sa perimeter ng device.
Ngayon, ang artificial gravity sa kalawakan, na nilikha ng naturang device, ay hindi naa-access ng sangkatauhan. Gayunpaman, kahit na ang mga developer na may uban ay hindi tumitigil sa pangangarap tungkol dito.
Spherical Generator
Ito ay isang mas makatotohanang bersyon ng kagamitan. Kapag naka-install, ang gravity ay may direksyon patungo sa generator. Ginagawa nitong posible na lumikha ng istasyon, na ang gravity nito ay magiging katumbas ng planetaryong istasyon.
Centrifuge
Ngayon, ang artificial gravity sa Earth ay matatagpuan sa iba't ibang device. Ang mga ito ay nakabatay, para sa karamihan, sa pagkawalang-galaw, dahil ang puwersang ito ay nararamdaman natin katulad ng mga epekto ng gravitational - hindi nakikilala ng katawan kung ano ang nagiging sanhi ng pagbilis. Bilang halimbawa: ang isang taong umaakyat sa elevator ay nakakaranas ng epekto ng pagkawalang-galaw. Sa pamamagitan ng mga mata ng isang physicist: ang pag-angat ng elevator ay nagdaragdag sa acceleration ng free fall ang acceleration ng sasakyan. Sa pagbabalikang mga cabin sa isang nasusukat na paggalaw ay nawawala ang "pagtaas" ng timbang, na bumabalik sa karaniwang mga sensasyon.
Matagal nang interesado ang mga siyentipiko sa artificial gravity. Ang centrifuge ay kadalasang ginagamit para sa mga layuning ito. Ang pamamaraang ito ay angkop hindi lamang para sa spacecraft, kundi para din sa mga ground station kung saan kinakailangan na pag-aralan ang epekto ng gravity sa katawan ng tao.
Mag-aral sa Earth, mag-apply sa…
Bagaman ang pag-aaral ng gravity ay nagsimula sa kalawakan, ito ay isang napaka-mundo na agham. Kahit ngayon, ang mga tagumpay sa lugar na ito ay natagpuan ang kanilang aplikasyon, halimbawa, sa medisina. Alam kung posible na lumikha ng artificial gravity sa planeta, maaari itong gamitin upang gamutin ang mga problema sa motor apparatus o nervous system. Bukod dito, ang pag-aaral ng puwersang ito ay pangunahing isinasagawa sa Earth. Ginagawa nitong posible para sa mga astronaut na magsagawa ng mga eksperimento habang nananatili sa ilalim ng malapit na atensyon ng mga doktor. Ang isa pang bagay ay ang artificial gravity sa kalawakan, walang mga tao doon na makakatulong sa mga astronaut sakaling magkaroon ng hindi inaasahang sitwasyon.
Dahil sa kabuuang kawalan ng timbang, hindi maaaring isaalang-alang ng isa ang isang satellite sa mababang orbit ng Earth. Ang mga bagay na ito, kahit sa maliit na lawak, ay apektado ng gravity. Ang puwersa ng grabidad na nabuo sa mga ganitong kaso ay tinatawag na microgravity. Ang tunay na gravity ay nararanasan lamang sa isang apparatus na lumilipad sa patuloy na bilis sa outer space. Gayunpaman, hindi nararamdaman ng katawan ng tao ang pagkakaibang ito.
Maaari kang makaranas ng pagkawala ng timbang sa panahon ng mahabang pagtalon (bago bumukas ang canopy) o sa panahon ng parabolic na pagbaba ng sasakyang panghimpapawid. Mga ganitong eksperimentomadalas na itinatanghal sa USA, ngunit sa isang eroplano ang pakiramdam na ito ay tumatagal lamang ng 40 segundo - ito ay masyadong maikli para sa isang buong pag-aaral.
Sa USSR noong 1973 alam nila kung posible bang lumikha ng artificial gravity. At hindi lamang ito nilikha, ngunit binago din ito sa ilang paraan. Ang isang matingkad na halimbawa ng isang artipisyal na pagbaba sa gravity ay dry immersion, immersion. Upang makamit ang ninanais na epekto, kailangan mong maglagay ng isang siksik na pelikula sa ibabaw ng tubig. Ang tao ay inilagay sa ibabaw nito. Sa ilalim ng bigat ng katawan, ang katawan ay lumulubog sa ilalim ng tubig, ang ulo lamang ang nananatili sa itaas. Ipinapakita ng modelong ito ang mababang gravity support na makikita sa karagatan.
Hindi na kailangang pumunta sa kalawakan para maramdaman ang epekto ng kabaligtaran na puwersa ng kawalan ng timbang - hypergravity. Sa pag-alis at paglapag ng spacecraft, sa isang centrifuge, hindi mo lang mararamdaman ang labis na karga, ngunit pag-aralan mo rin ito.
Gravity treatment
Gravitational physics studies, bukod sa iba pang mga bagay, ang epekto ng kawalan ng timbang sa katawan ng tao, na naglalayong bawasan ang mga kahihinatnan. Gayunpaman, ang malaking bilang ng mga nagawa ng agham na ito ay maaaring maging kapaki-pakinabang sa mga ordinaryong naninirahan sa planeta.
Ang mga manggagamot ay umaasa sa pagsasaliksik sa gawi ng mga enzyme ng kalamnan sa myopathy. Isa itong malubhang sakit na humahantong sa maagang pagkamatay.
Sa mga aktibong pisikal na ehersisyo, ang malaking halaga ng enzyme creatinophosphokinase ay pumapasok sa dugo ng isang malusog na tao. Ang dahilan para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay hindi malinaw, marahil ang pag-load ay kumikilos sa lamad ng cell sa paraang ito"butas". Ang mga pasyente na may myopathy ay nakakakuha ng parehong epekto nang walang ehersisyo. Ang mga obserbasyon ng mga astronaut ay nagpapakita na sa kawalan ng timbang ang daloy ng aktibong enzyme sa dugo ay makabuluhang nabawasan. Iminumungkahi ng pagtuklas na ito na ang paggamit ng immersion ay magbabawas sa negatibong epekto ng mga salik na humahantong sa myopathy. Kasalukuyang isinasagawa ang pagsusuri sa hayop.
Isinasagawa na ngayon ang paggamot sa ilang sakit gamit ang data na nakuha mula sa pag-aaral ng gravity, kabilang ang artipisyal. Halimbawa, ginagamot ang cerebral palsy, stroke, Parkinson sa pamamagitan ng paggamit ng mga load suit. Pananaliksik tungkol sa positibong epekto ng suporta - ang pneumatic na sapatos ay halos makumpleto.
Lipad ba tayo sa Mars?
Ang pinakabagong mga nagawa ng mga astronaut ay nagbibigay ng pag-asa para sa realidad ng proyekto. Mayroong karanasan sa medikal na suporta para sa isang tao sa mahabang panahon na malayo sa Earth. Ang mga paglipad ng pananaliksik sa Buwan, kung saan ang puwersa ng grabidad ay 6 na beses na mas mababa kaysa sa atin, ay nagdulot din ng maraming benepisyo. Ngayon, ang mga astronaut at siyentipiko ay nagtatakda ng kanilang sarili ng isang bagong layunin - Mars.
Bago ka makapila para sa isang tiket sa Red Planet, dapat mong malaman kung ano ang inaasahan ng katawan sa unang yugto ng trabaho - sa daan. Sa karaniwan, ang daan patungo sa disyerto na planeta ay tatagal ng isang taon at kalahati - mga 500 araw. Sa daan, kakailanganin mong umasa lamang sa iyong sariling lakas, wala na talagang mapaghintay para sa tulong.
Maraming salik ang magpapapahina sa lakas: stress, radiation, kawalan ng magnetic field. Ang pinakamahalagang pagsubok para sa katawan ay ang pagbabago sa gravity. Sa panahon ng paglalakbay, ang isang tao ay "nakakakilala" sailang antas ng gravity. Una sa lahat, ito ay mga overload sa panahon ng pag-alis. Pagkatapos - kawalan ng timbang sa panahon ng paglipad. Pagkatapos nito, ang hypogravity sa destinasyon, dahil ang gravity sa Mars ay mas mababa sa 40% ng Earth.
Paano mo haharapin ang mga negatibong epekto ng kawalan ng timbang sa mahabang byahe? Inaasahan na ang mga pag-unlad sa larangan ng paglikha ng artificial gravity ay makakatulong sa paglutas ng isyung ito sa malapit na hinaharap. Ang mga eksperimento sa mga daga na naglalakbay sa Kosmos-936 ay nagpapakita na ang pamamaraang ito ay hindi nilulutas ang lahat ng problema.
Ang karanasan sa OS ay nagpakita na ang paggamit ng mga training complex na maaaring matukoy ang kinakailangang load para sa bawat astronaut nang paisa-isa ay maaaring magdulot ng higit pang mga benepisyo sa katawan.
Sa ngayon ay pinaniniwalaan na hindi lamang mga mananaliksik ang lilipad sa Mars, kundi pati na rin ang mga turista na gustong magtatag ng kolonya sa Red Planet. Para sa kanila, hindi bababa sa una, ang mga sensasyon ng pagiging walang timbang ay hihigit sa lahat ng mga argumento ng mga doktor tungkol sa mga panganib ng matagal na pagkakalantad sa gayong mga kondisyon. Gayunpaman, kakailanganin din nila ng tulong sa loob ng ilang linggo, kaya naman napakahalaga na makahanap ng paraan para makagawa ng artificial gravity sa isang spaceship.
Resulta
Anong mga konklusyon ang mabubuo tungkol sa paglikha ng artificial gravity sa kalawakan?
Sa lahat ng mga opsyon na kasalukuyang isinasaalang-alang, ang umiikot na istraktura ay mukhang pinaka-makatotohanan. Gayunpaman, sa kasalukuyang pag-unawa sa mga pisikal na batas, imposible ito, dahil ang barko ay hindi isang guwang na silindro. Sa loob nito ay may mga overlap na nakakasagabal sa pagsasakatuparan ng mga ideya.
Sa karagdagan, ang radius ng barko ay dapat na ganoonmalaki upang ang epekto ng Coriolis ay walang makabuluhang epekto.
Upang makontrol ang isang bagay na tulad nito, kailangan mo ang O'Neill cylinder na binanggit sa itaas, na magbibigay sa iyo ng kakayahang kontrolin ang barko. Sa kasong ito, ang mga pagkakataong gumamit ng katulad na disenyo para sa mga interplanetary flight na nagbibigay sa mga tripulante ng komportableng antas ng pagtaas ng gravity.
Bago magtagumpay ang sangkatauhan na matupad ang kanilang mga pangarap, gusto kong makakita ng kaunting realismo at higit pang kaalaman sa mga batas ng pisika sa science fiction.
