A mesterséges gravitáció és létrehozásának módszerei. Miért nincs mesterséges gravitáció az űrben? Hogyan lehet növelni a gravitációt

Nem tudom, honnan jöttem, hová tartok, és még azt sem tudom, hogy ki vagyok.

E. Schrödinger

Számos munka felfigyelt egy érdekes hatásra, amely a tárgyak súlyának változásában állt forgó tömegek jelenlétében. A tömeg változása a tömeg forgástengelye mentén következett be. N. Kozyrev munkáiban egy forgó giroszkóp súlyának változását figyelték meg. Ezenkívül a giroszkóp forgórészének forgásirányától függően magának a giroszkópnak a súlya csökkent vagy nőtt. E. Podkletnov munkájában egy szupravezető forgó korong felett elhelyezkedő, mágneses térben lévő tárgy súlyának csökkenését figyelték meg. V. Roscsin és S. Godin munkáiban csökkentették a mágneses anyagból készült masszív forgó korong súlyát, amely maga is mágneses tér forrása volt.

Ezekben a kísérletekben egy közös tényező azonosítható - a forgó tömeg jelenléte.

A forgás Univerzumunk minden objektumában benne van, a mikrokozmosztól a makrokozmoszig. Az elemi részecskéknek megvan a saját mechanikai nyomatéka - forog; minden bolygó, csillag, galaxis is forog a tengelye körül. Más szóval, bármely anyagi tárgynak a tengelye körüli forgása annak szerves tulajdonsága. Felmerül a természetes kérdés: mi az oka az ilyen forgásnak?

Ha a kronomezőről és a térre gyakorolt ​​hatásáról szóló hipotézis helyes, akkor feltételezhetjük, hogy a tér tágulása a kronomező hatására bekövetkező forgása miatt következik be. Azaz a kronomező háromdimenziós világunkban kitágítja a teret, az altér régiójából a szupertér régiójába, egy szigorúan meghatározott függőség szerint forgatva azt.

Mint már említettük, gravitációs tömeg jelenlétében a kronomező energiája csökken, a tér lassabban tágul, ami a gravitáció megjelenéséhez vezet. Ahogy távolodsz a gravitációs tömegtől, a kronotér energiája nő, a tér tágulási sebessége nő, a gravitációs befolyás csökken. Ha a gravitációs tömeg közelében lévő bármely területen a tér tágulási sebessége valahogy megnő vagy csökken, ez az ezen a területen található tárgyak súlyának változásához vezet.

Valószínű, hogy a forgó tömegekkel végzett kísérletek okoztak ekkora változást a tér tágulási sebességében. A tér valamilyen módon kölcsönhatásba lép a forgó tömeggel. Egy masszív tárgy kellően magas forgási sebességével növelheti vagy csökkentheti a tér tágulási sebességét, és ennek megfelelően megváltoztathatja a forgástengely mentén elhelyezkedő tárgyak súlyát.

A szerző kísérletet tett a feltevés kísérleti igazolására. Egy repülési giroszkópot vettek forgó tömegnek. A kísérleti terv megfelelt E. Podkletnov kísérletének. Különböző sűrűségű anyagok tömegét analitikai mérlegeken 0,05 mg mérési pontossággal egyensúlyoztam. A rakomány súlya 10 gramm volt. A súlyozott mérleg alatt giroszkóp volt, amely meglehetősen nagy sebességgel forgott. A giroszkóp tápáramának frekvenciája 400 Hz volt. Különböző tömegű, eltérő tehetetlenségi nyomatékú giroszkópokat használtak. A giroszkóp rotor maximális tömege elérte az 1200 g-ot, a giroszkópokat az óramutató járásával megegyezően és ellentétes irányban is forgatták.

A 2002. március második felétől augusztusig tartó hosszú távú kísérletek nem hoztak pozitív eredményt. Néha kisebb súlyeltéréseket figyeltek meg egy osztályon belül. Ezek a rezgések vagy más külső hatások következtében fellépő hibákra vezethetők vissza. Ezeknek az eltéréseknek a természete azonban egyértelmű volt. Amikor a giroszkópot az óramutató járásával ellentétes irányba forgattuk, súlycsökkenést, az óramutató járásával megegyező irányba forgatva pedig növekedést figyeltünk meg.

A kísérlet során a giroszkóp helyzete és tengelyének iránya a horizonthoz képest különböző szögekben változott. De ez sem hozott semmilyen eredményt.

N. Kozyrev munkájában megjegyezte, hogy késő ősszel és télen lehetett észlelni a giroszkóp súlyának változásait, és még ebben az esetben is változtak a leolvasások napközben. Nyilvánvalóan ez a Földnek a Naphoz viszonyított helyzetéből adódik. N. Kozyrev kísérleteit a Pulkovo Obszervatóriumban végezte, amely az északi szélesség 60°-án található. A téli időszakban a Földnek a Naphoz viszonyított helyzete olyan, hogy a gravitáció iránya ezen a szélességen napközben majdnem merőleges az ekliptikai síkra (7°). Azok. a giroszkóp forgástengelye gyakorlatilag párhuzamos volt az ekliptikus sík tengelyével. Nyáron az eredmény eléréséhez a kísérletet éjszaka kellett kipróbálni. Talán ugyanez az ok nem tette lehetővé E. Podkletnov kísérletének megismétlését más laboratóriumokban.

Zhitomir szélességi fokán (kb. 50° északi szélesség), ahol a kísérleteket a szerző végezte, a gravitáció iránya és az ekliptikai síkra merőleges szöge nyáron közel 63°. Talán emiatt csak kisebb eltéréseket figyeltek meg. De az is lehetséges, hogy a kiegyenlítő terhelésekre is hatással volt. Ebben az esetben a súlykülönbség a lemért és kiegyenlítő terhelés és a giroszkóp közötti eltérő távolság miatt nyilvánult meg.

Elképzelhető a következő mechanizmus a súlyváltozáshoz. A gravitációs tömegek és más objektumok és rendszerek forgása az Univerzumban a kronomező hatására megy végbe. De a forgás egyetlen tengely körül történik, amelynek térbeli helyzete néhány számunkra még ismeretlen tényezőtől függ. Ennek megfelelően az ilyen forgó objektumok jelenlétében a tér tágulása a kronomező hatására irányjellegűvé válik. Vagyis a rendszer forgástengelyének irányában a tér tágulása gyorsabban fog bekövetkezni, mint bármely más irányba.

Az űr kvantumgázként képzelhető el, amely még az atommag belsejében is mindent kitölt. A tér és a benne elhelyezkedő anyagi tárgyak között kölcsönhatás lép fel, amely külső tényezők hatására, például mágneses tér jelenlétében fokozható. Ha a forgó tömeg a gravitációs rendszer forgássíkjában helyezkedik el és kellően nagy sebességgel ugyanabba az irányba forog, akkor a forgástengely mentén a tér és a forgó tömeg kölcsönhatása következtében a tér gyorsabban tágul. Ha a gravitáció iránya és a tér tágulása egybeesik, a tárgyak súlya csökkenni fog. Ellentétes forgással a tér tágulása lelassul, ami a súly növekedéséhez vezet.

Azokban az esetekben, amikor a gravitáció és a tér tágulási iránya nem esik egybe, a keletkező erő jelentéktelen mértékben változik, és nehezen regisztrálható.

A forgó tömeg megváltoztatja a gravitációs tér erősségét egy adott helyen. A gravitációs térerő képletében g = (G· M) / R 2 gravitációs állandó Gés a Föld tömege M nem tud változni. Következésképpen az érték változik R– a Föld középpontja és a mérendő tárgy távolsága. A tér további tágulása miatt ez az érték Δ-vel nő R. Ez azt jelenti, hogy a terhelés ennyivel a Föld felszíne fölé emelkedni látszik, ami a gravitációs tér erősségének megváltozásához vezet. g" = (G· M) / (R + Δ R) 2 .

A tér tágulásának lassítása esetén a Δ értéke R levonásra kerül R ami súlygyarapodáshoz vezet.

A forgó tömeg jelenlétében végzett súlyváltozásokkal végzett kísérletek nem teszik lehetővé a nagy mérési pontosság elérését. Talán a giroszkóp forgási sebessége nem elegendő ahhoz, hogy észrevehető súlyváltozást okozzon, mivel a további tértágulás nem túl jelentős. Ha hasonló kísérleteket végzünk kvantumórákkal, akkor két óra leolvasásának összehasonlításával nagyobb mérési pontosság érhető el. Azon a területen, ahol a tér gyorsabban tágul, megnő a kronomező feszültsége, az óra gyorsabban fog mozogni és fordítva.

Információforrások:

1. Kozyrev N.A. Az idő tulajdonságainak kísérleti vizsgálatának lehetőségéről. // Idő a tudományban és a filozófiában. Prága, 1971. P. 111...132.
2. Roscsin V.V., Godin S.M. Nemlineáris hatások kísérleti vizsgálata dinamikus mágneses rendszerben. , 2001.
3. Yumashev V.E.

Az állomás 1969-es koncepciója, amelyet az Apollo-program befejezett szakaszaiból kellett volna pályára állítani. Az állomásnak a központi tengelye körül kellett volna forognia, hogy mesterséges gravitációt hozzon létre

Miért? Mert ha egy másik csillagrendszerbe akarsz menni, fel kell gyorsítanod a hajódat, hogy odaérj, majd le kell lassítanod, ha megérkezel. Ha nem tudod megvédeni magad ezektől a gyorsulásoktól, katasztrófa vár rád. Például ahhoz, hogy a Star Trekben teljes lendületre, a fénysebesség néhány százalékára felgyorsuljon, 4000 g-os gyorsulást kell tapasztalnia. Ez 100-szorosa a gyorsulásnak, ami akadályozni kezdi a véráramlást a szervezetben.

A Columbia űrsikló 1992-es kilövése megmutatta, hogy a gyorsulás hosszú időn keresztül megy végbe. Az űrhajó gyorsulása sokszorosa lesz, és az emberi szervezet nem fog tudni megbirkózni vele

Hacsak nem akarsz súlytalan lenni egy hosszú utazás során - hogy ne tedd ki magad olyan szörnyű biológiai kopásnak, mint az izom- és csontvesztés -, akkor állandó erőnek kell hatnia a testre. Bármilyen más erő esetében ezt meglehetősen könnyű megtenni. Az elektromágnesességben például elhelyezhetnénk a legénységet egy vezető kabinban, és sok külső elektromos mező egyszerűen eltűnne. Lehetőség lenne két párhuzamos lemez elhelyezésére, és állandó elektromos mező létrehozására, amely egy bizonyos irányba tolja a töltéseket.

Ha a gravitáció ugyanúgy működne.

Egyszerűen nincs olyan, hogy gravitációs vezető, és nem is lehet megvédeni magát a gravitációs erőtől. Lehetetlen egységes gravitációs mezőt létrehozni egy térbeli régióban, például két lemez között. Miért? Mert ellentétben a pozitív és negatív töltések által generált elektromos erővel, a gravitációs töltésnek csak egy fajtája létezik, ez pedig a tömegenergia. A gravitációs erő mindig vonz, és nincs menekvés előle. Csak háromféle gyorsulást használhat: gravitációs, lineáris és rotációs.

Az Univerzumban található kvarkok és leptonok túlnyomó többsége anyagból áll, de mindegyikben vannak antianyagból készült antirészecskék is, amelyek gravitációs tömegét nem határozták meg

A mesterséges gravitáció létrehozásának egyetlen módja, amely megvédené Önt a hajó gyorsulásának hatásaitól, és gyorsulás nélkül állandó „lefelé” tolóerőt biztosítana az lenne, ha feloldaná a negatív gravitációs tömegrészecskéket. Az összes eddig talált részecske és antirészecske pozitív tömegű, de ezek a tömegek inerciálisak, vagyis csak a részecske keletkezésekor vagy felgyorsulásakor lehet megítélni. A tehetetlenségi tömeg és a gravitációs tömeg minden általunk ismert részecske esetében azonos, de soha nem teszteltük az elképzelésünket antianyagon vagy antirészecskéken.

Jelenleg ezen a területen folynak kísérletek. A CERN-ben végzett ALPHA-kísérlet létrehozta az antihidrogént: a semleges antianyag stabil formáját, és azon dolgozik, hogy elszigetelje az összes többi részecskétől. Ha a kísérlet elég érzékeny, akkor meg tudjuk majd mérni, hogyan kerül egy antirészecske a gravitációs mezőbe. Ha leesik, mint a közönséges anyag, akkor pozitív gravitációs tömege van, és gravitációs vezető építésére használható. Ha felfelé esik egy gravitációs térben, az mindent megváltoztat. Csak egy eredmény, és a mesterséges gravitáció hirtelen lehetségessé válhat.

A mesterséges gravitáció megszerzésének lehetősége hihetetlenül vonzó számunkra, de a negatív gravitációs tömeg létezésén alapul. lehet ekkora tömeg, de ezt még nem bizonyítottuk

Ha az antianyagnak negatív gravitációs tömege van, akkor a normál anyag mezőjének és az antianyag felső határának létrehozásával létrehozhatunk egy mesterséges gravitációs mezőt, amely mindig lehúz. Egy gravitációsan vezető héj létrehozásával űrszondánk törzse formájában megvédenénk a legénységet az egyébként halálos ultragyors gyorsulás erőitől. És ami a legjobb az egészben, az űrben tartózkodó emberek többé nem tapasztalnák meg azokat a negatív élettani hatásokat, amelyek manapság az űrhajósokat sújtják. De amíg nem találunk negatív gravitációs tömegű részecskét, addig mesterséges gravitációt csak a gyorsulásnak köszönhetünk.

A vesztibuláris rendszerrel kapcsolatos problémák nem az egyetlen következménye a mikrogravitációnak való hosszan tartó expozíciónak. Azok az űrhajósok, akik több mint egy hónapot töltenek az ISS-en, gyakran szenvednek alvászavaroktól, lassú szív- és érrendszeri működéstől és puffadástól.

A NASA nemrég fejezte be azt a kísérletet, amelyben a tudósok ikertestvérek genomját tanulmányozták: egyikük csaknem egy évet töltött az ISS-en, a másik csak rövid repüléseket végzett, és az idő nagy részét a Földön töltötte. A hosszú távú tartózkodás az űrben ahhoz a tényhez vezetett, hogy az első űrhajós DNS-ének 7% -a örökre megváltozott - az immunrendszerhez kapcsolódó génekről, a csontképződésről, az oxigén éhezésről és a szervezetben lévő felesleges szén-dioxidról beszélünk.

A NASA iker űrhajósokat hasonlított össze, hogy lássa, hogyan változik az emberi test az űrben

Mikrogravitációs körülmények között az ember kénytelen lesz inaktív maradni: nem az ISS-en maradó űrhajósokról beszélünk, hanem a mélyűrbe történő repülésekről. Annak kiderítésére, hogy egy ilyen rendszer milyen hatással lenne az űrhajósok egészségére, az Európai Űrügynökség (ESA) 14 önkéntest fektetett a fej oldalára döntött ágyba 21 napra. A kísérletet, amely a súlytalanság elleni küzdelem legújabb módszereit – például a továbbfejlesztett testmozgást és táplálkozási rendet – teszteli, a NASA és a Roszkozmosz közösen végzi majd el.

De ha az emberek úgy döntenek, hogy hajókat küldenek a Marsra vagy a Vénuszra, akkor extrémebb megoldásokra lesz szükség – mesterséges gravitációra.

Hogyan létezhet a gravitáció az űrben

Először is érdemes megérteni, hogy a gravitáció mindenhol létezik - egyes helyeken gyengébb, máshol erősebb. És ez alól a világűr sem kivétel.

Az ISS és a műholdak folyamatosan a gravitáció hatása alatt állnak: ha egy tárgy keringő pályán van, akkor leegyszerűsítve a Föld körül esik. Hasonló hatás lép fel, ha előre dobunk egy labdát – mielőtt a földet érné, egy kicsit a dobás irányába repül. Ha erősebben dobja a labdát, az tovább repül. Ha Ön Superman, és a labda egy rakétamotor, akkor nem esik le a földre, hanem körberepül és tovább forog, fokozatosan pályára állva.

A mikrogravitáció azt feltételezi, hogy a hajó belsejében lévő emberek nincsenek a levegőben – leesnek a hajóról, ami viszont a Föld körül esik.

Mivel a gravitáció a két tömeg közötti vonzás ereje, a Föld felszínén maradunk, amikor azon járunk, nem pedig az ég felé lebegünk. Ebben az esetben a Föld teljes tömege testünk tömegét vonzza a középpontjába.

Amikor a hajók pályára állnak, szabadon lebegnek a világűrben. Továbbra is ki vannak téve a Föld gravitációs vonzásának, de a hajó és a benne lévő tárgyak vagy utasok ugyanúgy ki vannak téve a gravitációnak. A meglévő eszközök nem elég masszívak ahhoz, hogy észrevehető vonzerőt keltsenek, ezért az emberek és a bennük lévő tárgyak nem a padlón állnak, hanem „lebegnek” a levegőben.

Hogyan hozzunk létre mesterséges gravitációt

Mesterséges gravitáció mint olyan nem létezik, létrehozásához az embernek mindent meg kell tanulnia a természetes gravitációról. A sci-fiben létezik a gravitáció szimulációjának koncepciója: lehetővé teszi, hogy az űrhajók legénysége a fedélzeten sétáljon, és tárgyak álljanak rajta.

Elméletileg kétféle módon lehet szimulált gravitációt létrehozni, és egyiket sem használták még a való életben. Az első a centripetális erő alkalmazása a gravitáció szimulálására. A hajónak vagy állomásnak kerékszerű szerkezetnek kell lennie, amely több, folyamatosan forgó szegmensből áll.

E koncepció szerint az eszköz centripetális gyorsulása, a modulokat a középpont felé tolva, a gravitáció vagy a földihez hasonló feltételeket hoz létre. Ezt az elképzelést Stanley Kubrick 2001: Űrodüsszeia és Christopher Nolan Csillagközi című művében mutatták be.

Egy olyan eszköz koncepciója, amely centripetális gyorsulást hoz létre a gravitáció szimulálására

A projekt szerzője Wernher von Braun német rakétatudós és mérnök, aki a Saturn 5 rakéta fejlesztését vezette, amely az Apollo 11 legénységét és számos más emberes járművet szállított a Holdra.

A NASA Marshall Űrrepülési Központjának igazgatójaként von Braun népszerűsítette Konsztantyin Ciolkovszkij orosz tudós ötletét, miszerint egy kerékpárkerékre emlékeztető kerékagy-kialakításon alapuló toroid alakú űrállomást kell létrehozni. Ha egy kerék forog a térben, akkor a tehetetlenség és a centrifugális erő egyfajta mesterséges gravitációt hozhat létre, amely a tárgyakat a kerék külső kerülete felé húzza. Ez lehetővé teszi, hogy az emberek és a robotok a földön járjanak, mint a Földön, ahelyett, hogy a levegőben lebegnének, mint az ISS-en.

Ennek a módszernek azonban jelentős hátrányai is vannak: minél kisebb az űrhajó, annál gyorsabban kell forognia – ez az úgynevezett Cornolis-erő kialakulásához vezet, amelyben a középponttól távolabb eső pontokat erősebben fogja befolyásolni a gravitáció, mint azokat. közelebb hozzá. Más szóval, a gravitáció erősebb lesz az űrhajósok fején, mint a lábukon, amit nem fognak szeretni.

E hatás elkerülése érdekében a hajó méretének többszörösen nagyobbnak kell lennie egy futballpálya méreténél – egy ilyen eszköz pályára állítása rendkívül költséges lesz, tekintve, hogy egy kilogramm rakomány költsége kereskedelmi indításakor 1,5 ezer dollár között mozog. 3 ezer dollárig.

A gravitációs szimuláció létrehozásának másik módja praktikusabb, de rendkívül költséges is - a gyorsítási módszerről beszélünk. Ha a hajó először felgyorsul az út egy bizonyos szakaszán, majd megfordul, és lassulni kezd, akkor a mesterséges gravitáció hatása lép fel.

Ennek a módszernek a megvalósításához óriási üzemanyag-tartalékra lesz szükség - tény, hogy a hajtóműveknek szinte folyamatosan kell működniük, az utazás közepén tartó rövid szünetet leszámítva - a hajó fordulásakor.

Valós példák

A gravitációt szimuláló űrhajók felbocsátásának magas költségei ellenére a vállalatok világszerte próbálkoznak ilyen hajók és állomások építésével.

Von Braun koncepcióját próbálja megvalósítani a Gateway Foundation nevű kutatóalapítvány, amely a Föld körüli pályán forgó állomás építését tervezi. Feltételezhető, hogy a kerék kerülete körül kapszulákat helyeznek majd el, amelyeket állami és magán repülőgépipari cégek vásárolhatnak kutatás céljából. Egyes kapszulákat villáként adnak el a világ leggazdagabb lakóinak, míg másokat az űrturisták hoteljeként használnak majd fel. bemutatta egy felfújható modulokkal ellátott forgó űrhajó, a Nautilus-X koncepcióját, amely csökkentené a mikrogravitáció hatásait a tudósokra. a fedélzeten.

Feltételezték, hogy a projekt mindössze 3,7 milliárd dollárba kerül – ez az ilyen eszközök esetében nagyon kevés –, és 64 hónapot vesz igénybe a megépítése. A Nautilus-X azonban soha nem haladt túl a kezdeti rajzokon és javaslatokon.

Következtetés

Egyelőre a legvalószínűbb módja annak, hogy olyan szimulált gravitációt kapjunk, amely megvédi a hajót a gyorsulás hatásaitól, és állandó gravitációt biztosít anélkül, hogy folyamatosan motorokat kellene használni, ha negatív tömegű részecske észlelhető. A tudósok által valaha felfedezett minden részecske és antirészecske pozitív tömegű. Ismeretes, hogy a negatív tömeg és a gravitációs tömeg egyenlő egymással, de a kutatók eddig nem tudták ezt a tudást a gyakorlatban demonstrálni.

A CERN-ben végzett ALPHA-kísérlet kutatói már létrehozták az antihidrogént - a semleges antianyag stabil formáját -, és azon dolgoznak, hogy nagyon alacsony sebességgel elkülönítsék az összes többi részecskétől. Ha a tudósoknak sikerül ezt megtenniük, akkor valószínűleg a közeljövőben a mesterséges gravitáció valóságosabbá válik, mint most.

Még az is, akit nem érdekel az űr, legalább egyszer látott már űrutazásról szóló filmet, vagy olvasott ilyesmiről könyvekben. Szinte minden ilyen munkában az emberek körbejárják a hajót, rendesen alszanak, és nem okoz gondot az étkezés. Ez azt jelenti, hogy ezek a - kitalált - hajók mesterséges gravitációval rendelkeznek. A legtöbb néző ezt teljesen természetesnek érzékeli, de ez egyáltalán nem így van.

Mesterséges gravitáció

Ez a neve a gravitáció (bármilyen irányban) megváltoztatásának, amelyet különféle módszerek alkalmazásával ismerünk. És ez nem csak a tudományos-fantasztikus művekben történik, hanem egészen valóságos földi helyzetekben is, leggyakrabban kísérletekre.

Elméletileg a mesterséges gravitáció létrehozása nem tűnik olyan nehéznek. Például a tehetetlenség segítségével újrateremthető, pontosabban nem tegnap merült fel erre az erőre az igény - azonnal megtörtént, amint az ember hosszú űrrepülésekről kezdett álmodni. A mesterséges gravitáció létrehozása az űrben lehetővé teszi számos probléma elkerülését, amelyek a súlytalanságban való hosszan tartó tartózkodás során merülnek fel. Az űrhajósok izmai gyengülnek, a csontok pedig kevésbé erősek. A hónapokig tartó utazás ilyen körülmények között egyes izmok sorvadását okozhatja.

Így ma a mesterséges gravitáció létrehozása kiemelten fontos feladat, e nélkül a képesség nélkül egyszerűen lehetetlen.

Anyag

A fizikát csak iskolai szinten ismerők is értik, hogy a gravitáció világunk egyik alaptörvénye: minden test kölcsönhatásban van egymással, kölcsönös vonzást/taszítást tapasztalva. Minél nagyobb a test, annál nagyobb a gravitációs ereje.

A Föld a mi valóságunkban egy nagyon masszív tárgy. Ezért minden körülötte lévő test kivétel nélkül vonzódik hozzá.

Számunkra ez azt jelenti, amit általában g-ban mérnek, ami 9,8 méter per négyzetmásodperc. Ez azt jelenti, hogy ha nem lenne támasz a lábunk alatt, akkor másodpercenként 9,8 méterrel növekvő sebességgel esnénk.

Így csak a gravitációnak köszönhetően tudunk normálisan állni, esni, enni és inni, megérteni, hol van fent és hol lent. Ha a gravitáció megszűnik, súlytalanságban találjuk magunkat.

Azok a kozmonauták, akik a világűrben szárnyaló – szabadesés – állapotában találják magukat, különösen jól ismerik ezt a jelenséget.

Elméletileg a tudósok tudják, hogyan kell mesterséges gravitációt létrehozni. Számos módszer létezik.

Nagy tömeg

A leglogikusabb megoldás az, hogy akkora legyen, hogy a mesterséges gravitáció megjelenjen rajta. Kényelmesen érezheti magát a hajón, mivel a térben való tájékozódás nem vész el.

Sajnos ez a módszer a modern technológiai fejlődés mellett irreális. Egy ilyen objektum megépítése túl sok erőforrást igényel. Ráadásul a felemelése hihetetlen mennyiségű energiát igényelne.

Gyorsulás

Úgy tűnik, hogy ha a földi g-értéket akarja elérni, akkor csak lapos (platformszerű) formát kell adnia a hajónak, és a szükséges gyorsulással merőlegesen kell mozognia a síkra. Ily módon mesterséges gravitációt kapunk, mégpedig ideális gravitációt.

A valóságban azonban minden sokkal bonyolultabb.

Mindenekelőtt érdemes átgondolni az üzemanyag-problémát. Ahhoz, hogy az állomás folyamatosan gyorsuljon, szünetmentes tápegységre van szükség. Még akkor is, ha hirtelen megjelenik egy motor, amely nem dobja ki az anyagot, az energiamegmaradás törvénye érvényben marad.

A második probléma maga az állandó gyorsulás gondolata. Ismereteink és fizikai törvényeink szerint lehetetlen a végtelenségig gyorsítani.

Ezenkívül egy ilyen jármű nem alkalmas kutatási küldetésekre, mivel folyamatosan gyorsulnia kell - repülnie. Nem fog tudni megállni, hogy tanulmányozza a bolygót, még csak lassan is körberepülhet – gyorsulnia kell.

Így világossá válik, hogy ilyen mesterséges gravitáció még nem áll rendelkezésünkre.

Körhinta

Mindenki tudja, hogy a körhinta forgása hogyan hat a testre. Ezért egy ezen az elven alapuló mesterséges gravitációs eszköz tűnik a legreálisabbnak.

Minden, ami a körhinta átmérőjén belül van, körülbelül a forgási sebességgel megegyező sebességgel hullik ki belőle. Kiderül, hogy a testekre a forgó tárgy sugara mentén ható erő hat. Nagyon hasonlít a gravitációra.

Tehát egy hengeres hajóra van szükség. Ugyanakkor forognia kell a tengelye körül. Egyébként az ezen elv alapján létrehozott mesterséges gravitációt egy űrhajón gyakran bemutatják tudományos-fantasztikus filmekben.

A hossztengelye körül forgó hordó alakú hajó centrifugális erőt hoz létre, amelynek iránya megfelel a tárgy sugarának. A kapott gyorsulás kiszámításához el kell osztani az erőt a tömeggel.

Ebben a képletben a számítás eredménye a gyorsulás, az első változó a csomóponti sebesség (radián per másodpercben mérve), a második a sugár.

Eszerint az általunk megszokott g eléréséhez az űrközlekedés sugarát kell helyesen kombinálni.

Hasonló problémára hívják fel a figyelmet az olyan filmek, mint az Intersolah, Babylon 5, 2001: A Space Odyssey és hasonlók. Mindezekben az esetekben a mesterséges gravitáció közel áll a Föld gravitációs gyorsulásához.

Bármennyire is jó az ötlet, elég nehéz megvalósítani.

Problémák a körhinta módszerrel

A legnyilvánvalóbb problémát az Űrodüsszeia emeli ki. Az „űrhordozó” sugara körülbelül 8 méter. A 9,8-as gyorsulás eléréséhez a forgásnak percenként körülbelül 10,5 fordulattal kell történnie.

Ezeknél az értékeknél megjelenik a „Coriolis-effektus”, ami abban áll, hogy a padlótól eltérő távolságra különböző erők hatnak. Ez közvetlenül függ a szögsebességtől.

Kiderült, hogy mesterséges gravitáció jön létre az űrben, de a test túl gyors elforgatása problémákhoz vezet a belső fülben. Ez pedig egyensúlyzavarokat, vesztibuláris apparátus problémákat és egyéb - hasonló - nehézségeket okoz.

Ennek az akadálynak a megjelenése azt sugallja, hogy egy ilyen modell rendkívül sikertelen.

Megpróbálhat az ellenkezőjéről is elmenni, ahogy a „The Ring World” című regényben tették. Itt egy gyűrű alakú hajó készül, amelynek sugara közel van a mi pályánk sugarához (kb. 150 millió km). Ennél a méretnél a forgási sebessége elegendő a Coriolis-effektus figyelmen kívül hagyásához.

Feltételezheti, hogy a probléma megoldódott, de ez egyáltalán nem így van. A helyzet az, hogy ennek a szerkezetnek a teljes körforgása a tengelye körül 9 napig tart. Ez arra utal, hogy a terhelés túl nagy lesz. Ahhoz, hogy a szerkezet ezeket elbírja, nagyon erős anyag kell, ami ma már nem áll rendelkezésünkre. Ezenkívül a probléma az anyag mennyisége és maga az építési folyamat.

A hasonló témájú játékokban, mint a „Babylon 5” filmben, ezek a problémák valahogy megoldódnak: a forgási sebesség eléggé elegendő, a Coriolis-effektus nem jelentős, feltételezhetően lehetséges egy ilyen hajó létrehozása.

Azonban még az ilyen világoknak is van hátránya. A neve szögmomentum.

A tengelye körül forgó hajó hatalmas giroszkóppá változik. Tudniillik rendkívül nehéz egy giroszkópot a tengelyétől való eltérésre kényszeríteni, mivel fontos, hogy mennyisége ne hagyja el a rendszert. Ez azt jelenti, hogy nagyon nehéz lesz irányt adni ennek az objektumnak. Ez a probléma azonban megoldható.

Megoldás

A mesterséges gravitáció az űrállomáson akkor válik elérhetővé, amikor az O'Neill henger segít. Ennek a kialakításnak a létrehozásához azonos hengeres hajókra van szükség, amelyek a tengely mentén vannak összekötve. Különböző irányokba kell forogniuk. Egy ilyen összeállítás eredménye nulla szögimpulzus, így nem jelenthet nehézséget a hajó kívánt irányának megadása.

Ha lehetséges körülbelül 500 méter sugarú hajót készíteni, akkor pontosan úgy fog működni, ahogy kell. Ugyanakkor a mesterséges gravitáció az űrben meglehetősen kényelmes lesz, és alkalmas hosszú repülésekre hajókon vagy kutatóállomásokon.

Űrmérnökök

A játék készítői tudják, hogyan kell mesterséges gravitációt létrehozni. Ebben a fantáziavilágban azonban a gravitáció nem a testek kölcsönös vonzása, hanem egy lineáris erő, amely a tárgyakat adott irányba gyorsítja. A vonzalom itt nem abszolút, megváltozik, amikor a forrást átirányítják.

A mesterséges gravitációt az űrállomáson egy speciális generátor segítségével hozzák létre. Egyenletes és egyenlő irányú a generátor tartományában. Tehát a való világban, ha egy generátorral felszerelt hajó alá kerülne, a hajótest felé húznák. A játékban azonban a hős addig fog esni, amíg el nem hagyja az eszköz kerületét.

Ma az ilyen eszközzel létrehozott mesterséges gravitáció az űrben elérhetetlen az emberiség számára. Azonban még az ősz hajú fejlesztők sem hagyják abba az álmodozást.

Gömb alakú generátor

Ez egy reálisabb felszerelési lehetőség. Telepítéskor a gravitáció a generátor felé irányul. Ez lehetővé teszi egy olyan állomás létrehozását, amelynek gravitációja megegyezik a bolygóéval.

Centrifuga

Ma a mesterséges gravitáció a Földön különféle eszközökben található. Ezek nagyrészt a tehetetlenségen alapulnak, mivel ezt az erőt a gravitációs hatáshoz hasonlóan érezzük – a test nem különbözteti meg, hogy mi okozza a gyorsulást. Példaként: egy liftben felfelé haladó személy a tehetetlenség hatását tapasztalja. Fizikus szemmel: a lift felemelkedése a kabin gyorsulását adja a szabadesés gyorsulásához. Amikor a kabin visszatér a mért mozgáshoz, a súlygyarapodás eltűnik, és visszatér a szokásos érzés.

A tudósokat régóta érdekli a mesterséges gravitáció. Leggyakrabban centrifugát használnak erre a célra. Ez a módszer nem csak űrhajókra, hanem földi állomásokra is alkalmas, ahol a gravitáció emberi szervezetre gyakorolt ​​hatását kell vizsgálni.

Tanulj a Földön, jelentkezz...

Bár a gravitáció tanulmányozása az űrben kezdődött, ez egy nagyon földi tudomány. Az ezen a területen elért eredmények még ma is alkalmazásra találtak, például az orvostudományban. Tudva, hogy lehetséges-e mesterséges gravitációt létrehozni egy bolygón, felhasználható a mozgásszervi vagy az idegrendszeri problémák kezelésére. Ezen túlmenően ennek az erőnek a tanulmányozását elsősorban a Földön végzik. Ez lehetővé teszi, hogy az űrhajósok kísérleteket végezzenek, miközben továbbra is az orvosok figyelme alatt maradnak. A mesterséges gravitáció az űrben más kérdés, ott nincsenek emberek, akik segíthetnének az űrhajósoknak egy előre nem látható helyzet esetén.

A teljes súlytalanságot szem előtt tartva nem lehet figyelembe venni az alacsony Föld körüli pályán lévő műholdat. Ezekre a tárgyakra, ha kis mértékben is, de hatással van a gravitáció. Az ilyen esetekben keletkező gravitációs erőt mikrogravitációnak nevezzük. Valódi gravitáció csak a világűrben állandó sebességgel repülő járműben tapasztalható. Az emberi szervezet azonban nem érzi ezt a különbséget.

Súlytalanságot tapasztalhat távolugrás közben (a tető kinyílása előtt), vagy a repülőgép parabola süllyedése közben. Az Egyesült Államokban gyakran végeznek ilyen kísérleteket, de egy repülőgépen ez az érzés csak 40 másodpercig tart - ez túl rövid egy teljes vizsgálathoz.

A Szovjetunióban 1973-ban tudták, hogy lehetséges-e mesterséges gravitációt létrehozni. És nem csak létrehozták, hanem valamilyen módon megváltoztatták is. A gravitáció mesterséges csökkentésének szembetűnő példája a száraz merítés, bemerítés. A kívánt hatás eléréséhez vastag filmet kell helyezni a víz felszínére. A személyt a tetejére helyezik. A test súlya alatt a test víz alá süllyed, és csak a fej marad felül. Ez a modell az óceánra jellemző alátámasztás nélküli, alacsony gravitációs környezetet mutatja be.

Nem kell az űrbe menni ahhoz, hogy megtapasztaljuk a súlytalanság ellentétes erejét - a hipergravitációt. Amikor egy űrhajó felszáll és leszáll egy centrifugában, a túlterhelés nemcsak érezhető, hanem tanulmányozható is.

Gravitációs kezelés

A gravitációs fizika a súlytalanság emberi szervezetre gyakorolt ​​hatásait is vizsgálja, megpróbálva minimalizálni a következményeket. Ennek a tudománynak a számos vívmánya azonban hasznos lehet a bolygó hétköznapi lakosai számára is.

Az orvosok nagy reményeket fektetnek a myopathia izomenzimeinek viselkedésének kutatásába. Ez egy súlyos betegség, amely korai halálhoz vezet.

Az aktív testmozgás során a kreatin-foszfokináz enzim nagy mennyisége kerül az egészséges ember vérébe. A jelenség oka nem tisztázott, talán a terhelés úgy hat a sejtmembránra, hogy az „lyukas” lesz. A myopathiában szenvedő betegek edzés nélkül is ugyanazt a hatást érik el. Az űrhajósok megfigyelései azt mutatják, hogy súlytalanságban az aktív enzim vérbe jutása jelentősen csökken. Ez a felfedezés arra utal, hogy a merítés alkalmazása csökkenti a myopathiához vezető tényezők negatív hatását. Jelenleg állatokon végeznek kísérleteket.

Egyes betegségek kezelését már a gravitáció vizsgálatából nyert adatok felhasználásával végzik, beleértve a mesterséges gravitációt is. Például az agyi bénulást, a stroke-ot és a Parkinson-kórt stressz-ruházattal kezelik. A támasz, a pneumatikus cipő pozitív hatásainak kutatása már majdnem befejeződött.

Repülünk a Marsra?

Az űrhajósok legújabb eredményei reményt adnak a projekt realitásában. Vannak tapasztalatok abban, hogy orvosi segítséget nyújtsanak egy személynek a Földtől való hosszú tartózkodás során. A Holdra irányuló kutatórepülések, amelyek gravitációs ereje 6-szor kisebb, mint a miénk, szintén sok hasznot hoztak. Az űrhajósok és a tudósok most új célt tűznek ki maguk elé – a Marsra.

Mielőtt sorba állna a Vörös Bolygó jegyéért, már a munka első szakaszában - útközben - tudnia kell, mi vár a testre. Átlagosan a sivatagi bolygóhoz vezető út másfél évig tart - körülbelül 500 napig. Útközben csak a saját erejére kell hagyatkoznia, egyszerűen nincs hova várnia a segítségre.

Sok tényező aláássa az erejét: stressz, sugárzás, mágneses tér hiánya. A test számára a legfontosabb teszt a gravitáció változása. Az utazás során az ember „megismerkedik” a gravitáció több szintjével. Először is ezek túlterhelések felszállás közben. Aztán - súlytalanság a repülés során. Ezt követően - hipogravitáció a célállomáson, mivel a Marson a gravitáció kevesebb, mint a Föld gravitációja.

Hogyan birkózik meg a súlytalanság negatív hatásaival egy hosszú repülés során? Remélhetőleg a mesterséges gravitáció terén végrehajtott fejlesztések a közeljövőben segíteni fognak ennek a kérdésnek a megoldásában. A Cosmos 936-on utazó patkányokon végzett kísérletek azt mutatják, hogy ez a technika nem old meg minden problémát.

Az operációs rendszerrel kapcsolatos tapasztalatok azt mutatják, hogy sokkal nagyobb előnyökkel járhat a szervezet számára az olyan edzőkomplexumok használata, amelyek minden űrhajós számára külön-külön meg tudják határozni a szükséges terhelést.

Egyelőre úgy gondolják, hogy nemcsak kutatók repülnek majd a Marsra, hanem turisták is, akik kolóniát szeretnének létesíteni a Vörös Bolygón. Számukra, legalábbis először, a súlytalanság érzése felülmúlja az orvosok minden érvelését az ilyen körülmények között való hosszabb tartózkodás veszélyeiről. Néhány héten belül azonban nekik is segítségre lesz szükségük, ezért is olyan fontos, hogy az űrhajón meg lehessen találni a mesterséges gravitáció létrehozásának módját.

Eredmények

Milyen következtetéseket vonhatunk le a mesterséges gravitáció térbeli létrehozásáról?

A jelenleg mérlegelés alatt álló lehetőségek közül a forgó szerkezet tűnik a legreálisabbnak. A fizikai törvények jelenlegi értelmezése szerint azonban ez lehetetlen, mivel a hajó nem üreges henger. Belül vannak átfedések, amelyek zavarják az ötletek megvalósítását.

Ezenkívül a hajó sugarának olyan nagynak kell lennie, hogy a Coriolis-effektusnak ne legyen jelentős hatása.

Az ehhez hasonló dolgok irányításához szükség van a fent említett O'Neill hengerre, amely lehetővé teszi a hajó irányítását. Ebben az esetben megnő annak az esélye, hogy egy ilyen kialakítást a bolygóközi repülésekhez alkalmazzanak, miközben a személyzet számára kényelmes gravitációs szintet biztosítanak.

Mielőtt az emberiségnek sikerülne megvalósítania álmait, szeretnék egy kicsit több realizmust és még több fizikatörvény-ismeretet látni a science fiction művekben.