Kunstlik gravitatsioon ja selle loomise meetodid. Miks meil pole kosmoses tehisgravitatsiooni? Kuidas gravitatsiooni suurendada

Ma ei tea, kust ma tulin, kuhu ma lähen või isegi kes ma olen.

E. Schrödinger

Mitmed tööd märkisid huvitavat efekti, mis seisnes objektide kaalu muutumises pöörlevate masside juuresolekul. Kaalu muutus toimus piki massi pöörlemistelge. N. Kozyrevi töödes täheldati pöörleva güroskoopi kaalu muutust. Veelgi enam, olenevalt güroskoobi rootori pöörlemissuunast vähenes või suurenes güroskoobi enda kaal. E. Podkletnovi töös täheldati ülijuhtiva pöörleva ketta kohal paikneva objekti massi vähenemist, mis oli magnetväljas. V. Roštšini ja S. Godini töödes vähendati massiivse magnetmaterjalist pöörleva ketta, mis ise oli magnetvälja allikas, kaal.

Nendes katsetes saab tuvastada ühe ühise teguri – pöörleva massi olemasolu.

Pöörlemine on omane kõigile meie universumi objektidele, alates mikrokosmosest kuni makrokosmoseni. Elementaarosakestel on oma mehaaniline moment - spin, kõik planeedid, tähed, galaktikad pöörlevad samuti ümber oma telje. Teisisõnu, mis tahes materiaalse objekti pöörlemine ümber oma telje on selle lahutamatu omadus. Tekib loomulik küsimus: mis põhjus sellist pöörlemist põhjustab?

Kui hüpotees kronovälja ja selle mõju kohta ruumile on õige, siis võime eeldada, et ruumi paisumine toimub selle pöörlemise tõttu kronovälja mõjul. See tähendab, et kronoväli meie kolmemõõtmelises maailmas laiendab ruumi, alamruumi piirkonnast superruumi piirkonda, keerutades seda rangelt määratletud sõltuvuse järgi.

Nagu juba märgitud, väheneb gravitatsioonilise massi olemasolul kronovälja energia, ruum paisub aeglasemalt, mis viib gravitatsiooni ilmnemiseni. Gravitatsioonimassist eemaldudes kronovälja energia suureneb, ruumi paisumise kiirus suureneb ja gravitatsiooni mõju väheneb. Kui mõnes gravitatsioonimassi lähedal asuvas piirkonnas ruumi paisumise kiirust kuidagi suurendatakse või vähendatakse, põhjustab see selles piirkonnas asuvate objektide kaalu muutumise.

Tõenäoliselt põhjustasid sellise muutuse ruumi paisumise kiiruses katsed pöörlevate massidega. Kosmos suhtleb mingil moel pöörleva massiga. Massiivse objekti piisavalt suure pöörlemiskiirusega saate suurendada või vähendada ruumi laienemise kiirust ja vastavalt muuta piki pöörlemistelge asuvate objektide kaalu.

Autor püüdis tehtud oletust eksperimentaalselt kontrollida. Pöörleva massina võeti lennunduse güroskoop. Katse ülesehitus vastas E. Podkletnovi katsele. Erineva tihedusega materjalide massid tasakaalustati analüütilistel kaaludel mõõtetäpsusega kuni 0,05 mg. Lasti kaal oli 10 grammi. Kaalutud skaala all oli güroskoop, mis pöörles üsna suure kiirusega. Güroskoobi toitevoolu sagedus oli 400 Hz. Kasutati erineva massiga ja erineva inertsimomendiga güroskoope. Güroskoobi rootori maksimaalne kaal ulatus 1200 g-ni.Güroskoope pöörati nii päri- kui vastupäeva.

Pikaajalised katsed 2002. aasta märtsi teisest poolest kuni augustini ei andnud positiivseid tulemusi. Mõnikord täheldati väikeseid kaaluhälbeid ühe jaotuse piires. Need võivad olla tingitud vigadest, mis on tingitud vibratsioonist või muudest välismõjudest. Nende kõrvalekallete olemus oli aga üheselt mõistetav. Güroskoobi vastupäeva pööramisel täheldati kaalu vähenemist, päripäeva pöörates aga tõusu.

Katse käigus muutus güroskoobi asend ja selle telje suund horisondi suhtes erinevate nurkade all. Kuid ka see ei andnud tulemusi.

N. Kozyrev märkis oma töös, et güroskoobi kaalu muutusi võis tuvastada hilissügisel ja talvel ning ka sel juhul muutusid näidud päeva jooksul. Ilmselgelt on see tingitud Maa asukohast Päikese suhtes. N. Kozyrev viis oma katsed läbi Pulkovo observatooriumis, mis asub umbes 60° põhjalaiusel. Talvehooajal on Maa asend Päikese suhtes selline, et gravitatsiooni suund sellel laiuskraadil on päevasel ajal peaaegu risti ekliptikatasandiga (7°). Need. güroskoobi pöörlemistelg oli praktiliselt paralleelne ekliptika tasandi teljega. Suvel tuli tulemuste saamiseks katset proovida öösel. Võib-olla ei võimaldanud sama põhjus E. Podkletnovi katset korrata teistes laborites.

Zhitomiri laiuskraadil (umbes 50° põhjalaiust), kus autor katseid läbi viis, on nurk gravitatsiooni suuna ja ekliptikatasandiga risti suviti peaaegu 63°. Võib-olla sel põhjusel täheldati vaid väikeseid kõrvalekaldeid. Kuid on ka võimalik, et mõju oli ka tasakaalustavatele koormustele. Sel juhul ilmnes kaalu erinevus kaalutavate ja tasakaalustavate koormuste ja güroskoopi erineva kauguse tõttu.

Võib ette kujutada järgmist kaalumuutuse mehhanismi. Gravitatsioonimasside ja muude objektide ja süsteemide pöörlemine universumis toimub kronovälja mõjul. Kuid pöörlemine toimub ümber ühe telje, mille asukoht ruumis sõltub mõnest meile veel teadmata faktorist. Sellest lähtuvalt omandab selliste pöörlevate objektide juuresolekul kronovälja mõjul toimuv ruumi paisumine suunalise iseloomu. See tähendab, et süsteemi pöörlemistelje suunas toimub ruumi laienemine kiiremini kui üheski teises suunas.

Kosmost võib ette kujutada kvantgaasina, mis täidab kõik isegi aatomituuma sees. Ruumi ja materiaalsete objektide vahel, milles see asub, toimub vastastikmõju, mida saab välistegurite mõjul, näiteks magnetvälja olemasolul, võimendada. Kui pöörlev mass paikneb gravitatsioonisüsteemi pöörlemistasandil ja pöörleb samas suunas piisavalt suure kiirusega, siis piki pöörlemistelge laieneb ruum ruumi ja pöörleva massi vastasmõju tõttu kiiremini. Kui gravitatsiooni ja ruumi paisumise suunad langevad kokku, siis objektide kaal väheneb. Vastupidise pöörlemise korral aeglustub ruumi laienemine, mis toob kaasa kaalu suurenemise.

Juhtudel, kui raskusjõu ja ruumi paisumise suunad ei lange kokku, muutub tekkiv jõud ebaoluliselt ja seda on raske registreerida.

Pöörlev mass muudab gravitatsioonivälja tugevust konkreetses kohas. Gravitatsioonivälja tugevuse valemis g = (G· M) / R 2 gravitatsioonikonstant G ja Maa mass M ei saa muuta. Järelikult väärtus muutub R– kaugus Maa keskpunktist kaalutava objektini. Ruumi täiendava laienemise tõttu suureneb see väärtus Δ võrra R. See tähendab, et koormus näib tõusvat selle võrra Maa pinnast kõrgemale, mis toob kaasa gravitatsioonivälja tugevuse muutumise g" = (G· M) / (R + Δ R) 2 .

Ruumi paisumise aeglustamise korral on Δ väärtus R arvatakse maha R mis toob kaasa kaalutõusu.

Katsed kaalumuutustega pöörleva massi juuresolekul ei võimalda saavutada suurt mõõtmistäpsust. Võib-olla ei piisa güroskoobi pöörlemiskiirusest märgatava kaalumuutuse tekitamiseks, kuna ruumi täiendav laienemine pole kuigi märkimisväärne. Kui sarnaseid katseid teha kvantkelladega, siis kahe kella näitude võrdlemisel on võimalik saavutada suurem mõõtmistäpsus. Piirkonnas, kus ruum laieneb kiiremini, suureneb kronovälja pinge ning kell liigub kiiremini ja vastupidi.

Teabeallikad:

1. Kozyrev N.A. Aja omaduste eksperimentaalse uurimise võimalusest. // Aeg teaduses ja filosoofias. Praga, 1971. Lk 111...132.
2. Roštšin V.V., Godin S.M. Mittelineaarsete efektide eksperimentaalne uurimine dünaamilises magnetsüsteemis. , 2001.
3. Yumashev V.E.

1969. aasta jaama kontseptsioon, mis pidi Apollo programmi lõppenud etappidest orbiidile kokku panema. Jaam pidi kunstliku gravitatsiooni tekitamiseks pöörlema ​​ümber oma kesktelje

Miks? Sest kui soovite minna mõnda teise tähesüsteemi, peate kiirendama oma laeva, et sinna jõuda, ja seejärel aeglustama seda, kui olete kohale jõudnud. Kui te ei suuda end nende kiirenduste eest kaitsta, ootab teid katastroof. Näiteks Star Trekis täishoo, mõne protsendini valguse kiirusest kiirendamiseks tuleks kogeda 4000 g kiirendust. See on 100-kordne kiirendus, mis hakkab takistama verevoolu kehas.

Kosmosesüstiku Columbia start 1992. aastal näitas, et kiirendus toimub pika aja jooksul. Kosmoselaeva kiirendus on kordades suurem ja inimkeha ei tule sellega toime

Kui just ei taha pikal teekonnal kaalutu olla – et mitte allutada end kohutavale bioloogilisele kulumisele nagu lihaste ja luude hõrenemine –, peab kehale mõjuma pidev jõud. Mis tahes muu jõu puhul on seda üsna lihtne teha. Näiteks elektromagnetismis võiks paigutada meeskonna juhtivasse kabiini ja paljud välised elektriväljad lihtsalt kaoksid. Sisse oleks võimalik paigutada kaks paralleelset plaati ja tekitada pidev elektriväli, mis surub laenguid kindlas suunas.

Kui ainult gravitatsioon töötaks samamoodi.

Sellist asja nagu gravitatsioonijuht lihtsalt pole olemas, samuti pole võimalik ennast gravitatsioonijõu eest kaitsta. On võimatu luua ühtlast gravitatsioonivälja ruumi piirkonnas, näiteks kahe plaadi vahel. Miks? Sest erinevalt positiivsete ja negatiivsete laengute tekitatud elektrijõust on gravitatsioonilaeng ainult ühte tüüpi ja see on massienergia. Gravitatsioonijõud tõmbab alati ligi ja sellest pole pääsu. Saate kasutada ainult kolme tüüpi kiirendust - gravitatsiooniline, lineaarne ja pöörlev.

Valdav enamus Universumi kvarkidest ja leptonitest koosneb ainest, kuid igaühes neist on ka antiainest koosnevaid antiosakesi, mille gravitatsioonimassi pole kindlaks tehtud

Ainus viis kunstliku gravitatsiooni loomiseks, mis kaitseks teid teie laeva kiirenduse mõjude eest ja annaks teile pideva "allapoole" tõukejõu ilma kiirenduseta, oleks see, kui vabastaksite negatiivse gravitatsiooni massiosakesed. Kõigil seni leitud osakestel ja antiosakestel on positiivne mass, kuid need massid on inertsiaalsed, mis tähendab, et neid saab hinnata ainult osakese loomisel või kiirendamisel. Inertsiaalmass ja gravitatsioonimass on kõigi meile teadaolevate osakeste jaoks samad, kuid me pole kunagi oma ideed antiaine või antiosakeste peal testinud.

Praegu tehakse selles valdkonnas katseid. CERNi ALPHA eksperiment on loonud antivesiniku: neutraalse antiaine stabiilse vormi ja püüab seda isoleerida kõigist teistest osakestest. Kui katse on piisavalt tundlik, saame mõõta, kuidas antiosake gravitatsioonivälja siseneb. Kui see kukub maha, nagu tavaline aine, on sellel positiivne gravitatsioonimass ja seda saab kasutada gravitatsioonijuhi ehitamiseks. Kui see gravitatsiooniväljas ülespoole kukub, muudab see kõike. Vaid üks tulemus ja kunstlik gravitatsioon võib äkki võimalikuks saada.

Kunstliku gravitatsiooni saamise võimalus on meie jaoks uskumatult atraktiivne, kuid põhineb negatiivse gravitatsioonilise massi olemasolul. võib olla selline mass, kuid me pole seda veel tõestanud

Kui antiainel on negatiivne gravitatsioonimass, siis normaalse aine välja ja antiaine lae loomisega saaksime luua kunstliku gravitatsioonivälja, mis tõmbaks sind alati alla. Luues meie kosmoselaeva kere kujul gravitatsiooni juhtiva kesta, kaitseksime meeskonda ülikiire kiirenduse jõudude eest, mis muidu oleksid surmavad. Ja mis kõige parem, inimesed kosmoses ei kogeks enam negatiivseid füsioloogilisi mõjusid, mis tänapäeval astronaute vaevavad. Kuid seni, kuni leiame negatiivse gravitatsioonimassiga osakese, saavutatakse kunstlik gravitatsioon ainult tänu kiirendusele.

Vestibulaarsüsteemi probleemid ei ole pikaajalise mikrogravitatsiooniga kokkupuute ainus tagajärg. Astronaudid, kes veedavad ISS-il üle kuu, kannatavad sageli unehäirete, aeglase südame-veresoonkonna funktsiooni ja kõhugaaside all.

NASA lõpetas hiljuti katse, mille käigus teadlased uurisid kaksikvendade genoomi: üks neist veetis ISS-il ligi aasta, teine ​​tegi vaid lühikesi lende ja veetis suurema osa ajast Maal. Pikaajaline kosmoses viibimine viis selleni, et 7% esimese astronaudi DNA-st muutus igaveseks – me räägime immuunsüsteemiga seotud geenidest, luukoe moodustumisest, hapnikunäljast ja liigsest süsihappegaasist organismis.

NASA võrdles kaksikastronaute, et näha, kuidas inimkeha kosmoses muutub

Mikrogravitatsiooni tingimustes on inimene sunnitud jääma passiivseks: me ei räägi astronautidest, kes jäävad ISS-ile, vaid lendudest süvakosmosesse. Et teada saada, kuidas selline režiim astronautide tervist mõjutaks, paigutas Euroopa Kosmoseagentuur (ESA) 14 vabatahtlikku 21 päevaks pea küljele kallutatud voodisse. NASA ja Roscosmos plaanivad ühiselt läbi viia katse, mille käigus testitakse uusimaid kaalutatuse vastu võitlemise meetodeid – nagu täiustatud treening- ja toitumisrežiimid.

Kui aga inimesed otsustavad saata laevu Marsile või Veenusele, läheb vaja ekstreemsemaid lahendusi – tehisgravitatsiooni.

Kuidas gravitatsioon ruumis eksisteerida saab

Esiteks tasub mõista, et gravitatsioon eksisteerib kõikjal - mõnes kohas on see nõrgem, teises tugevam. Ja avakosmos pole erand.

ISS ja satelliidid on pidevalt gravitatsiooni mõju all: kui objekt on orbiidil, kukub see lihtsamalt öeldes ümber Maa. Sarnane efekt ilmneb ka siis, kui viskad palli ette – enne kui see maad tabab, lendab see veidi viske suunas. Kui visata palli kõvemini, lendab see kaugemale. Kui olete Superman ja pall on raketimootor, ei kuku see maapinnale, vaid lendab selle ümber ja jätkab pöörlemist, sisenedes järk-järgult orbiidile.

Mikrogravitatsioon eeldab, et laeva sees olevad inimesed ei ole õhus – nad kukuvad laevalt alla, mis omakorda kukub ümber Maa.

Kuna gravitatsioon on kahe massi vaheline tõmbejõud, püsime sellel kõndides pigem Maa pinnal, mitte ei hõlju taevasse. Sel juhul tõmbab kogu Maa mass meie kehade massi oma keskmesse.

Kui laevad lähevad orbiidile, hõljuvad nad vabalt avakosmoses. Need on endiselt allutatud Maa gravitatsioonilisele tõmbejõule, kuid laev ja selles olevad esemed või reisijad alluvad gravitatsioonile samamoodi. Olemasolevad seadmed ei ole piisavalt massiivsed, et tekitada märgatavat külgetõmmet, mistõttu inimesed ja neis olevad esemed ei seisa põrandal, vaid “hõljuvad” õhus.

Kuidas luua kunstlikku gravitatsiooni

Kunstlikku gravitatsiooni kui sellist ei eksisteeri, selle loomiseks peab inimene õppima kõike loodusliku gravitatsiooni kohta. Ulmekirjanduses on gravitatsiooni simuleerimise kontseptsioon: see võimaldab kosmoselaevade meeskonnal tekil kõndida ja objektidel sellel seista.

Teoreetiliselt on simuleeritud gravitatsiooni loomiseks kaks võimalust ja kumbagi pole päriselus veel kasutatud. Esimene on tsentripetaaljõu kasutamine gravitatsiooni simuleerimiseks. Laev või jaam peab olema rattataoline konstruktsioon, mis koosneb mitmest pidevalt pöörlevast segmendist.

Selle kontseptsiooni kohaselt loob seadme tsentripetaalne kiirendus, surudes mooduleid tsentri poole, gravitatsiooni või tingimused, mis on sarnased Maal. Seda kontseptsiooni demonstreeriti Stanley Kubricku filmides 2001: A Space Odyssey ja Christopher Nolani tähtedevahelises.

Seadme kontseptsioon, mis loob tsentripetaalse kiirenduse, et simuleerida gravitatsiooni

Selle projekti autoriks peetakse Saksa raketiteadlast ja inseneri Wernher von Brauni, kes juhtis Apollo 11 meeskonna ja mitmed teised mehitatud sõidukid Kuule toimetanud raketi Saturn 5 väljatöötamist.

NASA Marshalli kosmoselennukeskuse direktorina populariseeris von Braun vene teadlase Konstantin Tsiolkovski ideed luua toroidaalne kosmosejaam, mis põhineb jalgratta ratast meenutaval rummukujundusel. Kui ratas pöörleb ruumis, siis inerts ja tsentrifugaaljõud võivad tekitada mingi kunstliku gravitatsiooni, mis tõmbab esemeid ratta välisümbermõõdu poole. See võimaldab inimestel ja robotitel kõndida põrandal, nagu Maal, mitte hõljuda õhus, nagu ISS-il.

Sellel meetodil on aga olulisi puudusi: mida väiksem on kosmoselaev, seda kiiremini see pöörlema ​​peab – see toob kaasa nn Cornolise jõu tekkimise, mille korral tsentrist kaugemal asuvaid punkte mõjutab gravitatsioon tugevamalt kui neid. sellele lähemale. Teisisõnu, gravitatsioon on astronautide peadel tugevam kui jalgadel, mis neile ei meeldi.

Selle efekti vältimiseks peab laev olema mitu korda suurem jalgpalliväljaku suurusest – sellise seadme orbiidile panemine läheb ülimalt kulukaks, arvestades, et kaubakilogrammi kauba hind varieerub 1,5 tuhandest dollarist. 3 tuhande dollarini.

Teine gravitatsioonisimulatsiooni loomise meetod on praktilisem, kuid ka ülimalt kulukas – me räägime kiirendusmeetodist. Kui laev esmalt kiirendab teatud teelõigul ja seejärel pöörab ümber ja hakkab aeglustuma, tekib kunstliku gravitatsiooni mõju.

Selle meetodi rakendamiseks on vaja tohutuid kütusevarusid - tõsiasi on see, et mootorid peavad töötama peaaegu pidevalt, välja arvatud lühike paus keset reisi - laeva pöörde ajal.

Tõelised näited

Vaatamata gravitatsiooni simuleerivate kosmoselaevade käivitamise kõrgetele kuludele, üritavad ettevõtted üle maailma selliseid laevu ja jaamu ehitada.

Gateway Foundation, uurimisfond, mis kavatseb ehitada Maa orbiidile pöörleva jaama, püüab ellu viia Von Brauni kontseptsiooni. Eeldatakse, et ratta ümbermõõdul asuvad kapslid, mida riiklikud ja eralennundusettevõtted saavad uurimistööks osta. Mõnda kapslit müüakse villadena maailma jõukamatele elanikele, teisi aga kosmoseturistidele mõeldud hotellidena. avalikustas täispuhutavate moodulitega pöörleva kosmoseaparaadi Nautilus-X kontseptsiooni, mis vähendaks mikrogravitatsiooni mõju teadlastele pardal.

Eeldati, et projekt läheb maksma vaid 3,7 miljardit dollarit – selliste seadmete puhul väga vähe – ja selle ehitamine võtab aega 64 kuud. Nautilus-X ei jõudnud aga kunagi esialgsetest joonistest ja ettepanekutest kaugemale.

Järeldus

Praegu on kõige tõenäolisem viis simuleeritud gravitatsiooni saamiseks, mis kaitseb laeva kiirenduse mõjude eest ja tagab pideva gravitatsiooni ilma vajaduseta pidevalt mootoreid kasutada, tuvastada negatiivse massiga osake. Igal osakesel ja antiosakesel, mille teadlased on kunagi avastanud, on positiivne mass. On teada, et negatiivne mass ja gravitatsioonimass on üksteisega võrdsed, kuid siiani pole teadlased suutnud seda teadmist praktikas demonstreerida.

CERN-i ALPHA eksperimendi teadlased on juba loonud antivesiniku - neutraalse antiaine stabiilse vormi - ja töötavad selle nimel, et isoleerida see väga madalatel kiirustel kõigist teistest osakestest. Kui teadlastel see õnnestub, on tõenäoline, et lähitulevikus muutub tehisgravitatsioon praegusest reaalsemaks.

Isegi inimene, kes ei ole kosmosehuviline, on vähemalt korra näinud filmi kosmosereisidest või lugenud sellistest asjadest raamatutest. Peaaegu kõikides sellistes töödes käiakse mööda laeva ringi, magatakse normaalselt, söömisega probleeme pole. See tähendab, et neil – väljamõeldud – laevadel on kunstlik gravitatsioon. Enamik vaatajaid tajub seda kui midagi täiesti loomulikku, kuid see pole sugugi nii.

Kunstlik gravitatsioon

Seda nimetatakse gravitatsiooni muutmiseks (mis tahes suunas), mis on meile tuttav erinevate meetodite kasutamise kaudu. Ja seda ei tehta mitte ainult ulmeteostes, vaid ka väga reaalsetes maistes olukordades, enamasti katseteks.

Teoreetiliselt ei tundu kunstliku gravitatsiooni loomine nii keeruline. Näiteks saab seda inertsi kasutades uuesti luua või täpsemalt ei tekkinud selle jõu järele vajadust eile – see juhtus kohe, niipea, kui inimene hakkas unistama pikaajalistest kosmoselendudest. Kunstliku gravitatsiooni loomine kosmoses võimaldab vältida paljusid probleeme, mis tekivad pikaajalise kaaluta oleku ajal. Astronautide lihased nõrgenevad ja luud muutuvad nõrgemaks. Kuude kaupa sellistes tingimustes reisimine võib põhjustada mõne lihase atroofiat.

Seega on tänapäeval kunstliku gravitatsiooni loomine ülimalt tähtis ülesanne, ilma selle oskuseta on see lihtsalt võimatu.

Materjal

Isegi need, kes tunnevad füüsikat ainult koolikava tasemel, mõistavad, et gravitatsioon on üks meie maailma põhiseadusi: kõik kehad suhtlevad üksteisega, kogedes vastastikust külgetõmmet/tõrjumist. Mida suurem on keha, seda suurem on selle gravitatsioonijõud.

Maa on meie reaalsuse jaoks väga massiivne objekt. Seetõttu tõmbavad eranditult kõik teda ümbritsevad kehad tema poole.

Meie jaoks tähendab see, mida tavaliselt mõõdetakse grammides, 9,8 meetrit ruutsekundi kohta. See tähendab, et kui meil poleks jalge all tuge, kukuksime kiirusega, mis kasvab iga sekundiga 9,8 meetrit.

Seega ainult tänu gravitatsioonile suudame normaalselt seista, kukkuda, süüa ja juua, mõista, kus on üleval ja kus all. Kui gravitatsioon kaob, leiame end kaaluta olekust.

Kosmonautid, kes satuvad kosmosesse hüppeliselt – vaba langemise – on selle nähtusega eriti tuttavad.

Teoreetiliselt teavad teadlased, kuidas kunstlikku gravitatsiooni luua. On mitmeid meetodeid.

Suur mass

Kõige loogilisem variant on teha see nii suureks, et peale tekiks kunstlik gravitatsioon. Laeval saate end mugavalt tunda, kuna ruumis orienteerumine ei lähe kaotsi.

Kahjuks on see meetod kaasaegse tehnoloogia arenguga ebareaalne. Sellise objekti ehitamine nõuab liiga palju ressursse. Lisaks nõuaks selle tõstmine uskumatult palju energiat.

Kiirendus

Näib, et kui soovite saavutada g-d, mis on võrdne Maa omaga, peate lihtsalt andma laevale tasase (platvormilaadse) kuju ja panema selle vajaliku kiirendusega tasapinnaga risti liikuma. Sel viisil saadakse kunstlik gravitatsioon ja ideaalne gravitatsioon.

Tegelikkuses on aga kõik palju keerulisem.

Kõigepealt tasub kaaluda kütuseprobleemi. Selleks, et jaam pidevalt kiirendaks, on vajalik katkematu toiteallika olemasolu. Isegi kui ootamatult ilmub mootor, mis ainet ei väljuta, jääb energia jäävuse seadus kehtima.

Teine probleem on pideva kiirenduse idee. Meie teadmiste ja füüsikaseaduste järgi on võimatu lõputult kiirendada.

Lisaks ei sobi selline sõiduk uurimismissioonideks, kuna see peab pidevalt kiirendama - lendama. Ta ei saa peatuda, et planeeti uurida, ta ei saa isegi aeglaselt ümber lennata – ta peab kiirendama.

Seega saab selgeks, et selline kunstlik gravitatsioon pole meile veel kättesaadav.

Karussell

Kõik teavad, kuidas karusselli pöörlemine kehale mõjub. Seetõttu tundub sellel põhimõttel põhinev tehisgravitatsiooniseade olevat kõige realistlikum.

Kõik, mis jääb karusselli läbimõõdu sisse, kipub sellest välja kukkuma kiirusega, mis on ligikaudu võrdne pöörlemiskiirusega. Selgub, et kehadele mõjub jõud, mis on suunatud mööda pöörleva objekti raadiust. See on väga sarnane gravitatsiooniga.

Seega on vaja silindrilise kujuga laeva. Samal ajal peab see pöörlema ​​ümber oma telje. Muide, selle põhimõtte järgi loodud tehisgravitatsiooni kosmoselaeval demonstreeritakse sageli ulmefilmides.

Tünnikujuline laev, mis pöörleb ümber oma pikitelje, tekitab tsentrifugaaljõu, mille suund vastab objekti raadiusele. Saadud kiirenduse arvutamiseks peate jagama jõu massiga.

Selles valemis on arvutuse tulemuseks kiirendus, esimene muutuja on sõlme kiirus (mõõdetakse radiaanides sekundis), teine ​​on raadius.

Selle järgi on meile harjumuspärase g saamiseks vaja kosmosetranspordi raadiust õigesti kombineerida.

Sarnane probleem on esile tõstetud sellistes filmides nagu Intersolah, Babylon 5, 2001: A Space Odyssey jms. Kõigil neil juhtudel on kunstlik gravitatsioon lähedane maakera gravitatsioonist tingitud kiirendusele.

Ükskõik kui hea idee ka poleks, on seda üsna raske teostada.

Probleemid karussellmeetodiga

Kõige ilmsem probleem on esile tõstetud filmis A Space Odyssey. Kosmosekandja raadius on umbes 8 meetrit. Kiirenduse 9,8 saamiseks peab pöörlemine toimuma kiirusega ligikaudu 10,5 pööret minutis.

Nende väärtuste juures ilmneb Coriolise efekt, mis seisneb selles, et erinevad jõud toimivad põrandast erinevatel kaugustel. See sõltub otseselt nurkkiirusest.

Selgub, et kosmoses tekib kunstlik gravitatsioon, kuid keha liiga kiire pöörlemine toob kaasa probleeme sisekõrvaga. See omakorda põhjustab tasakaaluhäireid, probleeme vestibulaaraparaadiga ja muid - sarnaseid - raskusi.

Selle takistuse ilmnemine viitab sellele, et selline mudel on äärmiselt ebaõnnestunud.

Võite proovida minna vastupidiselt, nagu nad tegid romaanis "Sõrmuse maailm". Siin on laev valmistatud rõnga kujul, mille raadius on lähedane meie orbiidi raadiusele (umbes 150 miljonit km). Selle suuruse juures on selle pöörlemiskiirus piisav Coriolise efekti ignoreerimiseks.

Võib arvata, et probleem on lahendatud, kuid see pole sugugi nii. Fakt on see, et selle struktuuri täispööre ümber oma telje võtab 9 päeva. See viitab sellele, et koormused on liiga suured. Selleks, et konstruktsioon neile vastu peaks, on vaja väga tugevat materjali, mida meie käsutuses täna pole. Lisaks on probleemiks materjali hulk ja ehitusprotsess ise.

Sarnaste teemade mängudes, nagu filmis “Babylon 5”, on need probleemid kuidagi lahendatud: pöörlemiskiirus on täiesti piisav, Coriolise efekt pole märkimisväärne, hüpoteetiliselt on sellist laeva võimalik luua.

Kuid isegi sellistel maailmadel on puudus. Selle nimi on nurgamoment.

Ümber oma telje pöörlev laev muutub tohutuks güroskoopiks. Teatavasti on güroskoopi äärmiselt raske sundida oma teljest kõrvale kalduma, kuna on oluline, et selle kogus süsteemist välja ei läheks. See tähendab, et sellele objektile on väga raske suunda anda. Selle probleemi saab siiski lahendada.

Lahendus

Kunstlik gravitatsioon kosmosejaamas muutub kättesaadavaks, kui O'Neilli silinder tuleb appi. Selle disaini loomiseks on vaja identseid silindrilisi laevu, mis on piki telge ühendatud. Need peaksid pöörlema ​​erinevates suundades. Sellise koostu tulemuseks on nurkimment null, seega ei tohiks laevale vajaliku suuna andmisega raskusi tekkida.

Kui on võimalik teha umbes 500 meetri raadiusega laev, siis see töötab täpselt nii nagu peab. Samal ajal on kunstlik gravitatsioon kosmoses üsna mugav ja sobib pikkadeks lendudeks laevadel või uurimisjaamades.

Kosmoseinsenerid

Mängu loojad teavad, kuidas luua kunstlikku gravitatsiooni. Kuid selles fantaasiamaailmas ei ole gravitatsioon mitte kehade vastastikune külgetõmme, vaid lineaarne jõud, mis on loodud objektide kiirendamiseks antud suunas. Atraktsioon pole siin absoluutne; see muutub allika ümbersuunamisel.

Kunstlik gravitatsioon kosmosejaamas luuakse spetsiaalse generaatori abil. See on generaatori tööpiirkonnas ühtlane ja samasuunaline. Nii et kui sa jääksid reaalses maailmas generaatoriga laeva alla, tõmbaks sind kere poole. Mängus kukub kangelane aga seni, kuni ta seadme perimeetrist lahkub.

Tänapäeval on sellise seadmega loodud tehisgravitatsioon kosmoses inimkonnale kättesaamatu. Kuid isegi hallipäine arendajad ei lakka sellest unistamast.

Sfääriline generaator

See on realistlikum varustusvõimalus. Paigaldamisel on gravitatsioon suunatud generaatori poole. See võimaldab luua jaama, mille gravitatsioon on võrdne planeedi omaga.

Tsentrifuugi

Tänapäeval leidub kunstlikku gravitatsiooni Maal erinevates seadmetes. Need põhinevad enamasti inertsil, kuna me tunneme seda jõudu sarnaselt gravitatsioonilise mõjuga – keha ei tee vahet, mis põhjustab kiirenduse. Näiteks: liftiga üles minev inimene kogeb inertsi mõju. Füüsiku pilgu läbi: lifti tõus lisab vabalangemise kiirendusele kabiini kiirenduse. Kui kabiin naaseb mõõdetud liikumise juurde, kaob kaalutõus, naases tavapärased aistingud.

Teadlasi on kunstlik gravitatsioon juba pikka aega huvitanud. Nendel eesmärkidel kasutatakse kõige sagedamini tsentrifuugi. See meetod sobib mitte ainult kosmoselaevadele, vaid ka maapealsetele jaamadele, kus on vaja uurida gravitatsiooni mõju inimkehale.

Õppige Maa peal, kandideerige...

Kuigi gravitatsiooni uurimine sai alguse kosmosest, on see väga maapealne teadus. Ka tänapäeval on selle valdkonna edusammud leidnud rakendust näiteks meditsiinis. Teades, kas planeedil on võimalik kunstlikku gravitatsiooni luua, saab seda kasutada luu- ja lihaskonna või närvisüsteemi probleemide raviks. Veelgi enam, selle jõu uurimine toimub peamiselt Maal. See võimaldab astronautidel teha eksperimente, jäädes samal ajal arstide tähelepanu alla. Teine asi on kunstlik gravitatsioon kosmoses, seal pole inimesi, kes saaksid astronaute ettenägematute olukordade korral aidata.

Täielikku kaaluta olekut silmas pidades ei saa arvestada madalal Maa orbiidil asuva satelliidiga. Neid objekte, kuigi vähesel määral, mõjutab gravitatsioon. Sellistel juhtudel tekkivat gravitatsioonijõudu nimetatakse mikrogravitatsiooniks. Tõelist gravitatsiooni kogetakse ainult püsiva kiirusega kosmoses lendavas sõidukis. Inimkeha seda erinevust aga ei tunneta.

Kaalutaolekut võite kogeda kaugushüppe ajal (enne varikatuse avanemist) või lennuki paraboolsel laskumisel. Selliseid katseid tehakse sageli USA-s, kuid lennukis kestab see tunne vaid 40 sekundit - see on täieliku uuringu jaoks liiga lühike.

NSV Liidus teadsid nad 1973. aastal, kas kunstlikku gravitatsiooni on võimalik luua. Ja nad mitte ainult ei loonud seda, vaid ka muutsid seda mingil moel. Markantne näide gravitatsiooni kunstlikust vähendamisest on kuivkümblus, keelekümblus. Soovitud efekti saavutamiseks peate veepinnale asetama paksu kile. Inimene asetatakse selle peale. Keha raskuse all vajub keha vee alla, jättes ülaossa vaid pea. See mudel demonstreerib ookeanile iseloomulikku toevaba, madala gravitatsiooniga keskkonda.

Pole vaja kosmosesse minna, et kogeda kaaluta olemise vastupidist jõudu – hüpergravitatsiooni. Kui kosmoselaev tõuseb õhku ja maandub tsentrifuugi, saab ülekoormust mitte ainult tunda, vaid ka uurida.

Gravitatsiooniravi

Gravitatsioonifüüsika uurib ka kaaluta oleku mõju inimkehale, püüdes selle tagajärgi minimeerida. Kuid suur hulk selle teaduse saavutusi võib olla kasulik ka planeedi tavalistele elanikele.

Arstid panevad suuri lootusi lihasensüümide käitumise uurimisele müopaatia korral. See on tõsine haigus, mis põhjustab varajase surma.

Aktiivse füüsilise koormuse ajal satub terve inimese verre suur hulk ensüümi kreatiinfosfokinaasi. Selle nähtuse põhjus on ebaselge, võib-olla mõjub koormus rakumembraanile nii, et see muutub "aukuks". Müopaatiaga patsiendid saavad sama efekti ilma treeninguta. Astronautide vaatlused näitavad, et kaaluta olekus on aktiivse ensüümi vool verre oluliselt vähenenud. See avastus viitab sellele, et keelekümbluse kasutamine vähendab müopaatiat põhjustavate tegurite negatiivset mõju. Praegu tehakse katseid loomadega.

Mõnede haiguste ravimisel kasutatakse gravitatsiooni, sealhulgas tehisgravitatsiooni, uurimisel saadud andmeid. Näiteks tserebraalparalüüsi, insultide ja Parkinsoni tõve ravi viiakse läbi stressiülikondade kasutamisega. Toe, pneumaatilise jalatsi positiivse mõju uurimine on peaaegu lõppenud.

Kas me lendame Marsile?

Astronautide viimased saavutused annavad lootust projekti reaalsuseks. On kogemusi meditsiinilise abi osutamisel inimesele pikaajalisel Maast eemal viibimisel. Palju kasu on toonud ka uurimislennud Kuule, mille gravitatsioonijõud on meie omast 6 korda väiksem. Nüüd seavad astronaudid ja teadlased endale uue eesmärgi – Marsi.

Enne Punase Planeedi pileti järjekorda seadmist peaksite teadma, mis keha ootab ees juba töö esimeses etapis - teel. Keskmiselt kulub tee kõrbeplaneedile poolteist aastat – umbes 500 päeva. Teel peate lootma ainult oma jõule, abi pole lihtsalt kusagilt oodata.

Paljud tegurid õõnestavad teie jõudu: stress, kiirgus, magnetvälja puudumine. Keha jaoks on kõige olulisem proovikivi gravitatsiooni muutus. Teekonna jooksul tutvub inimene mitme gravitatsioonitasemega. Esiteks on need ülekoormused õhkutõusmisel. Siis - kaaluta olek lennu ajal. Pärast seda - hüpogravitatsioon sihtkohas, kuna gravitatsioon Marsil on alla 40% Maa omast.

Kuidas tulla toime kaaluta oleku negatiivse mõjuga pikal lennul? Loodetavasti aitavad arengud tehisgravitatsiooni vallas seda probleemi lähiajal lahendada. Katsed Cosmos 936 peal reisivate rottidega näitavad, et see tehnika ei lahenda kõiki probleeme.

OS-i kogemus on näidanud, et treeningkomplekside kasutamine, mis suudavad määrata iga astronaudi jaoks eraldi vajaliku koormuse, võib tuua kehale palju suuremat kasu.

Praegu arvatakse, et Marsile ei lenda mitte ainult teadlased, vaid ka turistid, kes soovivad Punasele planeedile kolooniat rajada. Nende jaoks kaaluvad kaaluta olemise aistingud vähemalt esimest korda üles kõik arstide argumendid sellistes tingimustes pikaajalise viibimise ohtude kohta. Mõne nädala pärast vajavad aga abi ka nemad, mistõttu on nii oluline leida võimalus kosmoselaevale kunstliku gravitatsiooni tekitamiseks.

Tulemused

Milliseid järeldusi saab teha kunstliku gravitatsiooni loomise kohta kosmoses?

Kõigi praegu kaalutavate võimaluste hulgast tundub pöörlev struktuur kõige realistlikum. Praeguste füüsikaseaduste mõistmise juures on see aga võimatu, kuna laev ei ole õõnes silinder. Sees on kattumisi, mis segavad ideede elluviimist.

Lisaks peab laeva raadius olema nii suur, et Coriolise efekt ei avaldaks olulist mõju.

Millegi sellise juhtimiseks on vaja ülalmainitud O'Neilli silindrit, mis annab võimaluse laeva juhtida. Sel juhul suureneb võimalus kasutada sellist konstruktsiooni planeetidevahelistel lendudel, pakkudes samal ajal meeskonnale mugavat gravitatsioonitaset.

Enne kui inimkonnal õnnestub oma unistusi ellu viia, tahaks ulmeteostes näha veidi rohkem realismi ja veelgi rohkem teadmisi füüsikaseadustest.