Dirbtinė gravitacija ir jos kūrimo būdai. Kodėl kosmose neturime dirbtinės gravitacijos? Kaip padidinti gravitaciją

Aš nežinau, iš kur atėjau, kur einu ir net kas aš esu.

E. Šriodingeris

Nemažai darbų pastebėjo įdomų efektą, kurį sudarė objektų svorio pasikeitimas, kai yra besisukančios masės. Svorio pokytis įvyko išilgai masės sukimosi ašies. N. Kozyrevo darbuose pastebėtas besisukančio giroskopo svorio pokytis. Be to, priklausomai nuo giroskopo rotoriaus sukimosi krypties, paties giroskopo svoris sumažėjo arba padidėjo. E. Podkletnovo darbe pastebėtas objekto, esančio virš superlaidaus besisukančio disko, esančio magnetiniame lauke, svorio sumažėjimas. V. Roščino ir S. Godino darbuose buvo sumažintas masyvaus besisukančio iš magnetinės medžiagos disko svoris, kuris pats buvo magnetinio lauko šaltinis.

Šiuose eksperimentuose galima nustatyti vieną bendrą veiksnį – besisukančios masės buvimą.

Sukimasis būdingas visiems mūsų Visatos objektams, nuo mikrokosmoso iki makrokosmoso. Elementariosios dalelės turi savo mechaninis momentas- sukasi, visos planetos, žvaigždės, galaktikos taip pat sukasi aplink savo ašį. Kitaip tariant, bet kurio materialaus objekto sukimasis aplink savo ašį yra neatsiejama jo savybė. Kyla natūralus klausimas: kokia priežastis lemia tokį sukimąsi?

Jei hipotezė apie chronolauką ir jo poveikį erdvei yra teisinga, tai galime daryti prielaidą, kad erdvės plėtimasis vyksta dėl jo sukimosi veikiant chronolaukui. Tai yra, chronolaukas mūsų trimačiame pasaulyje išplečia erdvę nuo suberdvės regiono iki supererdvės regiono, sukdamas ją pagal griežtai apibrėžtą priklausomybę.

Kaip jau minėta, esant gravitacinei masei, chronolauko energija mažėja, erdvė plečiasi lėčiau, o tai lemia gravitacijos atsiradimą. Tolstant nuo gravitacinės masės, didėja chronolauko energija, didėja erdvės plėtimosi greitis, mažėja gravitacinė įtaka. Jei bet kurioje srityje, esančioje šalia gravitacinės masės, erdvės plėtimosi greitis kažkaip padidėja arba sumažėja, tai lems objektų, esančių šioje srityje, svorio pokyčius.

Tikėtina, kad eksperimentai su besisukančiomis masėmis lėmė tokį erdvės plėtimosi greičio pokytį. Erdvė kažkaip sąveikauja su besisukančia mase. Turėdami pakankamai didelį masyvaus objekto sukimosi greitį, galite padidinti arba sumažinti erdvės plėtimosi greitį ir atitinkamai pakeisti objektų, esančių išilgai sukimosi ašies, svorį.

Autorius bandė eksperimentiškai patikrinti padarytą prielaidą. Aviacijos giroskopas buvo paimtas kaip besisukanti masė. Eksperimento planas atitiko E. Podkletnovo eksperimentą. Skirtingo tankio medžiagų svoriai buvo subalansuoti ant analitinių svarstyklių, kurių matavimo tikslumas buvo iki 0,05 mg. Krovinio svoris buvo 10 gramų. Po svertine svarstykle buvo giroskopas, kuris sukosi gana dideliu greičiu. Giroskopo maitinimo srovės dažnis buvo 400 Hz. Buvo naudojami įvairių masių giroskopai su skirtingais inercijos momentais. Didžiausias giroskopo rotoriaus svoris siekė 1200 g Giroskopai buvo sukami tiek pagal laikrodžio rodyklę, tiek prieš laikrodžio rodyklę.

Ilgalaikiai eksperimentai nuo 2002 m. kovo antrosios pusės iki rugpjūčio teigiamų rezultatų nedavė. Kartais buvo pastebėti nedideli svorio nukrypimai viename skyriuje. Jie gali būti siejami su klaidomis, atsirandančiomis dėl vibracijos ar kitų išorinių poveikių. Tačiau šių nukrypimų pobūdis buvo nedviprasmiškas. Giroskopą sukant prieš laikrodžio rodyklę, buvo stebimas svorio mažėjimas, o sukant pagal laikrodžio rodyklę – padidėjimas.

Eksperimento metu giroskopo padėtis ir jo ašies kryptis pasikeitė skirtingais kampais horizonto atžvilgiu. Tačiau tai taip pat nedavė jokių rezultatų.

N. Kozyrevas savo darbe pažymėjo, kad giroskopo svorio pokyčius buvo galima aptikti vėlyvą rudenį ir žiemą, o net ir tokiu atveju rodmenys keitėsi dienos metu. Akivaizdu, kad taip yra dėl Žemės padėties Saulės atžvilgiu. N. Kozyrevas savo eksperimentus atliko Pulkovo observatorijoje, esančioje apie 60° šiaurės platumos. IN žiemos laikas metų, Žemės padėtis Saulės atžvilgiu yra tokia, kad gravitacijos kryptis šioje platumoje dienos metu yra beveik statmena ekliptikos plokštumai (7°). Tie. giroskopo sukimosi ašis buvo praktiškai lygiagreti ekliptikos plokštumos ašiai. IN vasaros laikas, norint gauti rezultatą, eksperimentą reikėjo išbandyti naktį. Galbūt ta pati priežastis neleido E. Podkletnovo eksperimento pakartoti kitose laboratorijose.

Žitomiro platumoje (apie 50° šiaurės platumos), kur eksperimentus atliko autorius, kampas tarp gravitacijos krypties ir statmens ekliptikos plokštumai vasarą yra beveik 63°. Galbūt dėl ​​šios priežasties buvo pastebėti tik nedideli nukrypimai. Tačiau taip pat gali būti, kad poveikis buvo ir balansuojančioms apkrovoms. Šiuo atveju svorio skirtumas pasireiškė dėl skirtingo atstumo nuo sveriamų ir balansuojančių apkrovų iki giroskopo.

Galima įsivaizduoti tokį svorio keitimo mechanizmą. Gravitacinių masių ir kitų objektų bei sistemų sukimasis Visatoje vyksta veikiant chronolaukui. Tačiau sukimasis vyksta aplink vieną ašį, kurios padėtis erdvėje priklauso nuo kai kurių mums dar nežinomų veiksnių. Atitinkamai, esant tokiems besisukantiems objektams, erdvės plėtimasis chronolauko įtakoje įgauna kryptingą pobūdį. Tai yra, sistemos sukimosi ašies kryptimi erdvės plėtimasis vyks greičiau nei bet kuria kita kryptimi.

Erdvę galima įsivaizduoti kaip kvantines dujas, kurios užpildo viską net atomo branduolio viduje. Tarp erdvės ir materialių objektų, kuriuose ji yra, yra sąveika, kurią galima sustiprinti veikiant išoriniams veiksniams, pavyzdžiui, esant magnetiniam laukui. Jeigu besisukanti masė yra gravitacinės sistemos sukimosi plokštumoje ir sukasi ta pačia kryptimi pakankamai dideliu greičiu, tai išilgai sukimosi ašies erdvė greičiau plėsis dėl erdvės ir besisukančios masės sąveikos. Kai gravitacijos ir erdvės plėtimosi kryptys sutampa, objektų svoris sumažės. Sukant priešingai, erdvės plėtimasis sulėtės, o tai padidins svorį.

Tais atvejais, kai gravitacijos ir erdvės plėtimosi kryptys nesutampa, atsirandanti jėga kinta nežymiai ir yra sunkiai registruojama.

Besisukanti masė pakeis gravitacinio lauko stiprumą tam tikroje vietoje. Gravitacinio lauko stiprumo formulėje g = (G· M) / R 2 gravitacinė konstanta G ir Žemės masė M negali pasikeisti. Vadinasi, vertė pasikeičia R– atstumas nuo Žemės centro iki sveriamo objekto. Dėl papildomo erdvės išsiplėtimo ši vertė padidėja Δ R. Tai reiškia, kad apkrova tokiu dydžiu pakyla virš Žemės paviršiaus, o tai lemia gravitacinio lauko stiprumo pasikeitimą. g" = (G· M) / (R + Δ R) 2 .

Erdvės plėtimosi lėtėjimo atveju Δ reikšmė R bus išskaityta iš R dėl kurių padidės svoris.

Eksperimentai su svorio pokyčiais, kai yra besisukanti masė, neleidžia pasiekti didelio matavimo tikslumo. Galbūt giroskopo sukimosi greičio nepakanka, kad būtų pastebimas svorio pokytis, nes papildomas erdvės išsiplėtimas nėra labai reikšmingas. Jei panašūs eksperimentai atliekami su kvantiniais laikrodžiais, tai didesnį matavimo tikslumą galima pasiekti palyginus dviejų laikrodžių rodmenis. Teritorijoje, kur erdvė plečiasi greičiau, didėja chronolauko įtampa, o laikrodis judės greičiau ir atvirkščiai.

Informacijos šaltiniai:

1. Kozyrevas N.A. Apie laiko savybių eksperimentinio tyrimo galimybę. // Laikas moksle ir filosofijoje. Praga, 1971. P. 111...132.
2. Roščinas V.V., Godinas S.M. Eksperimentinis netiesinių efektų tyrimas dinaminėje magnetinėje sistemoje. , 2001 m.
3. Yumashevas V.E.

1969 m. stoties koncepcija, kuri turėjo būti surinkta orbitoje iš užbaigtų „Apollo“ programos etapų. Stotis turėjo suktis apie savo centrinę ašį, kad sukurtų dirbtinę gravitaciją

Kodėl? Nes jei norite pereiti į kitą žvaigždžių sistemą, turėsite paspartinti laivą, kad ten patektumėte, o tada, kai atvyksite, jį sulėtinti. Jei negalite apsisaugoti nuo šių pagreičių, jūsų laukia nelaimė. Pavyzdžiui, norint įsibėgėti iki pilno „Star Trek“ greičio, iki kelių procentų šviesos greičio, reikėtų patirti 4000 g pagreitį. Tai 100 kartų didesnis pagreitis, kuris pradeda trukdyti kraujo tekėjimui organizme.

1992 metais paleistas erdvėlaivis „Columbia“ parodė, kad pagreitis vyksta ilgą laiką. Erdvėlaivio pagreitis bus daug kartų didesnis, ir Žmogaus kūnas negalės su juo susitvarkyti

Nebent ilgos kelionės metu norite būti besvoris – kad nepatirtumėte siaubingo biologinio nusidėvėjimo, pavyzdžiui, raumenų ir kaulų retėjimo – kūnas turi veikti nuolatinę jėgą. Bet kuriai kitai jėgai tai padaryti gana lengva. Pavyzdžiui, elektromagnetizme įgulą būtų galima patalpinti į laidžią kabiną ir daugelis išorinių elektrinių laukų tiesiog išnyktų. Į vidų būtų galima įdėti dvi lygiagrečias plokštes ir sukurti pastovų elektrinį lauką, kuris stumia krūvius tam tikra kryptimi.

Jei tik gravitacija veiktų taip pat.

Tiesiog nėra tokio dalyko kaip gravitacinis laidininkas, taip pat neįmanoma apsisaugoti nuo gravitacijos jėgos. Neįmanoma sukurti vienodo gravitacinio lauko erdvės srityje, pavyzdžiui, tarp dviejų plokščių. Kodėl? Nes skirtingai nuo elektrinės jėgos, kurią sukuria teigiami ir neigiami krūviai, yra tik vieno tipo gravitacinis krūvis, tai yra masės energija. Gravitacinė jėga visada traukia, ir nuo jos niekur nepabėgsi. Galite naudoti tik tris pagreičio tipus – gravitacinį, linijinį ir rotacinį.

Didžiąją dalį kvarkų ir leptonų Visatoje sudaro materija, tačiau kiekvienas iš jų taip pat turi antidalelių, sudarytų iš antimedžiagos, kurių gravitacinės masės nenustatytos.

Vienintelis būdas, kaip būtų galima sukurti dirbtinę gravitaciją, kuri apsaugotų jus nuo jūsų laivo pagreičio poveikio ir užtikrintų nuolatinę „žemyn“ trauką be pagreičio, būtų atrakinti neigiamas gravitacijos masės daleles. Visos iki šiol rastos dalelės ir antidalelės turi teigiamą masę, tačiau šios masės yra inercinės, o tai reiškia, kad apie jas galima spręsti tik tada, kai dalelė sukuriama arba pagreitinama. Inercinė masė ir gravitacinė masė yra vienodos visoms mums žinomoms dalelėms, tačiau mes niekada neišbandėme savo idėjos ant antimedžiagos ar antidalelių.

Šiuo metu šioje srityje atliekami eksperimentai. ALPHA eksperimentas CERN sukūrė antivandenilį: stabilią neutralios antimedžiagos formą ir stengiasi ją atskirti nuo visų kitų dalelių. Jei eksperimentas bus pakankamai jautrus, galėsime išmatuoti, kaip antidalelė patenka į gravitacinį lauką. Jei jis nukrenta, kaip ir įprasta medžiaga, tada ji turi teigiamą gravitacinę masę ir gali būti naudojama gravitacijos laidininkui sukurti. Jei jis krenta aukštyn gravitaciniame lauke, tai viską pakeičia. Tik vienas rezultatas ir dirbtinė gravitacija staiga gali tapti įmanoma.

Galimybė gauti dirbtinę gravitaciją mums yra neįtikėtinai patraukli, tačiau ji pagrįsta neigiamos gravitacinės masės egzistavimu. gali būti tokia masė, bet mes to dar neįrodėme

Jei antimedžiaga turi neigiamą gravitacinę masę, tada sukurdami normalios materijos lauką ir antimaterijos lubas, galėtume sukurti dirbtinį gravitacijos lauką, kuris visada trauktų jus žemyn. Sukūrę gravitacijai laidžių apvalkalą mūsų erdvėlaivio korpuso pavidalu, apsaugotume įgulą nuo itin greito pagreičio jėgų, kurios kitu atveju būtų mirtinos. O geriausia, kad žmonės kosmose nebepatirtų neigiamo fiziologinio poveikio, kuris šiandien kamuoja astronautus. Bet kol nerasime dalelės su neigiama gravitacine mase, dirbtinė gravitacija bus gauta tik dėl pagreičio.

Vestibuliarinės sistemos problemos nėra vienintelė ilgalaikio mikrogravitacijos poveikio pasekmė. Astronautai, kurie TKS praleidžia daugiau nei mėnesį, dažnai kenčia nuo miego sutrikimų, lėtos širdies ir kraujagyslių sistemos veiklos bei vidurių pūtimo.

NASA neseniai baigė eksperimentą, kurio metu mokslininkai tyrinėjo brolių dvynių genomą: vienas jų TKS praleido beveik metus, kitas atliko tik trumpus skrydžius ir didžiąją laiko dalį praleido Žemėje. Ilgalaikis buvimas kosmose lėmė tai, kad 7% pirmojo astronauto DNR pasikeitė amžiams – mes kalbame apie genus, susijusius su imunine sistema, kaulų formavimusi, deguonies badu ir anglies dvideginio pertekliumi organizme.

NASA palygino dvynius astronautus, kad pamatytų, kaip keičiasi žmogaus kūnas erdvėje

Mikrogravitacijos sąlygomis žmogus bus priverstas likti neaktyvus: kalbame ne apie astronautų pasilikimą TKS, o apie skrydžius į gilųjį kosmosą. Siekdama išsiaiškinti, kaip toks režimas paveiks astronautų sveikatą, Europos kosmoso agentūra (ESA) 21 dienai paguldė 14 savanorių į lovą, pakreiptą į galvą. Eksperimentas, kuris praktiškai išbandys naujausius kovos su nesvarumu metodus – tokius kaip patobulinti režimai fiziniai pratimai ir mityba – NASA ir Roscosmos ketina vykdyti kartu.

Bet jei žmonės nuspręs pasiųsti laivus į Marsą ar Venerą, prireiks ekstremalesnių sprendimų – dirbtinės gravitacijos.

Kaip erdvėje gali egzistuoti gravitacija

Visų pirma, verta suprasti, kad gravitacija egzistuoja visur – vienur ji silpnesnė, kitur stipresnė. Ir kosmosas nėra išimtis.

TKS ir palydovus nuolat veikia gravitacija: jei objektas yra orbitoje, jis krenta aplink Žemę, paprasčiau tariant. Panašus efektas atsiranda, jei mesti kamuolį į priekį – kol jis atsitrenks į žemę, jis šiek tiek nuskris metimo kryptimi. Jei messite kamuolį stipriau, jis skris toliau. Jei esate Supermenas, o kamuolys yra raketos variklis, jis nenukris ant žemės, o skris aplink jį ir toliau suksis, palaipsniui įeidamas į orbitą.

Mikrogravitacija daro prielaidą, kad žmonės laivo viduje nėra ore – jie krenta iš laivo, o šis savo ruožtu krenta aplink Žemę.

Kadangi gravitacija yra traukos jėga tarp dviejų masių, eidami ja, mes liekame ant Žemės paviršiaus, o ne plūduriuojame į dangų. Šiuo atveju visa Žemės masė pritraukia mūsų kūnų masę į savo centrą.

Kai laivai išplaukia į orbitą, jie laisvai plūduriuoja kosmose. Juos vis dar veikia Žemės gravitacija, tačiau laivą ir jame esančius objektus ar keleivius gravitacija veikia lygiai taip pat. Esami įrenginiai nėra pakankamai masyvūs, kad sukurtų pastebimą trauką, todėl žmonės ir juose esantys daiktai nestovi ant grindų, o „plūduriuoja“ ore.

Kaip sukurti dirbtinę gravitaciją

Dirbtinė gravitacija kaip tokia neegzistuoja, kad ją sukurtų, žmogus turi viską sužinoti apie natūralią gravitaciją. Mokslinėje fantastikoje yra gravitacijos modeliavimo koncepcija: ji leidžia erdvėlaivių įgulai vaikščioti ant denio, o ant jo stovėti objektai.

Teoriškai yra du būdai, kaip sukurti imituojamą gravitaciją, ir nė vienas iš jų dar nebuvo panaudotas realiame gyvenime. Pirmasis yra įcentrinės jėgos naudojimas gravitacijai imituoti. Laivas ar stotis turi būti į ratą panaši konstrukcija, susidedanti iš kelių nuolat besisukančių segmentų.

Remiantis šia koncepcija, prietaiso įcentrinis pagreitis, stumdamas modulius link centro, sukurs gravitacijos arba sąlygų panašumą į Žemėje. Ši koncepcija buvo pademonstruota Stanley Kubricko filmuose 2001: Kosminė odisėja ir Christopherio Nolano filme „Tarpžvaigždinė“.

Įrenginio, kuris sukuria įcentrinį pagreitį, kad imituotų gravitaciją, koncepcija

Šio projekto autoriumi laikomas vokiečių raketų mokslininkas ir inžinierius Wernheris von Braunas, vadovavęs raketos „Saturn 5“, kuri į Mėnulį atgabeno „Apollo 11“ įgulą ir keletą kitų pilotuojamų transporto priemonių, kūrimui.

Būdamas NASA Maršalo kosminių skrydžių centro direktorius, von Braunas išpopuliarino rusų mokslininko Konstantino Ciolkovskio idėją sukurti toroidinę kosminę stotį, pagrįstą dviračio ratą primenančia stebulės konstrukcija. Jei ratas sukasi erdvėje, tai inercija ir išcentrinė jėga gali sukurti savotišką dirbtinę gravitaciją, kuri traukia objektus link išorinio rato perimetro. Tai leis žmonėms ir robotams vaikščioti grindimis, kaip Žemėje, o ne plūduriuoti ore, kaip TKS.

Tačiau šis metodas turi didelių trūkumų: kuo mažesnis erdvėlaivis, tuo greičiau jis turi suktis – tai lems vadinamosios Kornolio jėgos atsiradimą, kai toliau nuo centro esančius taškus gravitacija paveiks stipriau nei tuos. arčiau jo. Kitaip tariant, gravitacija bus stipresnė ant astronautų galvų nei ant kojų, o tai jiems nepatiks.

Norint išvengti šio efekto, laivo dydis turi būti kelis kartus didesnis nei futbolo aikštės dydis – tokio įrenginio iškėlimas į orbitą kainuos itin brangiai, turint omenyje, kad vieno kilogramo krovinio kaina komercinių paleidimų metu svyruoja nuo 1,5 tūkst. iki 3 tūkst.

Kitas gravitacijos modeliavimo kūrimo būdas yra praktiškesnis, bet ir itin brangus – kalbame apie pagreičio metodą. Jei laivas pirmiausia įsibėgėja tam tikrame kelio atkarpoje, o paskui apsisuka ir pradeda lėtėti, tada atsiras dirbtinės gravitacijos poveikis.

Norint įgyvendinti šį metodą, reikės milžiniškų degalų atsargų – faktas tas, kad varikliai turi veikti beveik nuolat, išskyrus trumpą pertrauką kelionės viduryje – laivo posūkio metu.

Tikri pavyzdžiai

Nepaisant didelių išlaidų, susijusių su gravitaciją imituojančių erdvėlaivių paleidimu, kompanijos visame pasaulyje stengiasi statyti tokius laivus ir stotis.

Vartų fondas, mokslinių tyrimų fondas, planuojantis statyti besisukančią stotį Žemės orbitoje, bando įgyvendinti Von Brauno koncepciją. Spėjama, kad aplink rato perimetrą bus išdėstytos kapsulės, kurias moksliniams tyrimams gali įsigyti valstybinės ir privačios aviacijos ir kosmoso kompanijos. Kai kurios kapsulės bus parduodamos kaip vilos turtingiausiems pasaulio gyventojams, o kitos bus naudojamos kaip viešbučiai kosmoso turistams, pristatė besisukančio erdvėlaivio su pripučiamais moduliais „Nautilus-X“ koncepciją, kuri sumažintų mikrogravitacijos poveikį mokslininkams. laive.

Buvo manoma, kad projektas kainuos tik 3,7 milijardo dolerių – tokiems įrenginiams labai mažai – ir jo statyba užtruks 64 mėnesius. Tačiau Nautilus-X niekada neperžengė pradinių brėžinių ir pasiūlymų.

Išvada

Kol kas labiausiai tikėtinas būdas gauti imituotą gravitaciją, kuri apsaugotų laivą nuo pagreičio poveikio ir užtikrintų pastovią gravitaciją, nereikalaujant nuolatinio variklių, yra aptikti neigiamos masės dalelę. Kiekviena dalelė ir antidalelė, kurią kada nors atrado mokslininkai, turi teigiamą masę. Yra žinoma, kad neigiama masė ir gravitacinė masė yra lygios viena kitai, tačiau iki šiol mokslininkams nepavyko šių žinių įrodyti praktiškai.

CERN eksperimento ALPHA mokslininkai jau sukūrė antivandenilį – stabilią neutralios antimedžiagos formą – ir stengiasi jį atskirti nuo visų kitų dalelių labai mažu greičiu. Jei mokslininkams tai pavyks padaryti, tikėtina, kad netolimoje ateityje dirbtinė gravitacija taps realesnė nei yra dabar.

Netgi kosmosu nesidomėjęs žmogus bent kartą yra matęs filmą apie keliones kosmose ar skaitęs apie tokius dalykus knygose. Beveik visuose tokiuose darbuose žmonės vaikšto po laivą, miega normaliai, nekyla problemų su valgymu. Tai reiškia, kad šie – išgalvoti – laivai turi dirbtinę gravitaciją. Dauguma žiūrovų tai suvokia kaip kažką visiškai natūralaus, tačiau taip nėra.

Dirbtinė gravitacija

Taip vadinamas gravitacijos keitimas (bet kuria kryptimi), prie kurio esame įpratę taikydami įvairiais būdais. Ir tai daroma ne tik mokslinės fantastikos kūriniuose, bet ir labai tikrose žemiškose situacijose, dažniausiai eksperimentams.

Teoriškai sukurti dirbtinę gravitaciją neatrodo taip sunku. Pavyzdžiui, jį galima atkurti naudojant inerciją, o tiksliau, šios jėgos poreikis iškilo ne vakar – tai įvyko iš karto, kai tik žmogus pradėjo svajoti apie ilgalaikius kosminius skrydžius. Dirbtinės gravitacijos sukūrimas erdvėje leis išvengti daugelio problemų, kylančių ilgai trunkant nesvarumo laikotarpiui. Astronautų raumenys susilpnėja, o kaulai tampa silpnesni. Keliaujant tokiomis sąlygomis mėnesius gali atrofuotis kai kurie raumenys.

Taigi šiandien dirbtinės gravitacijos kūrimas yra nepaprastai svarbus uždavinys be šio įgūdžio tiesiog neįmanoma.

Medžiaga

Net ir tie, kurie fiziką išmano tik mokyklinio ugdymo lygmeniu, supranta, kad gravitacija yra vienas pagrindinių mūsų pasaulio dėsnių: visi kūnai sąveikauja tarpusavyje, patiria abipusę trauką/atstūmimą. Kuo didesnis kūnas, tuo didesnė jo gravitacinė jėga.

Žemė mūsų tikrovei yra labai masyvus objektas. Štai kodėl visi be išimties ją supantys kūnai ją traukia.

Mums tai reiškia, paprastai matuojama g, lygi 9,8 metro per kvadratinę sekundę. Tai reiškia, kad jei neturėtume atramos po kojomis, kristume greičiu, kuris kas sekundę didėja 9,8 metro.

Taigi tik gravitacijos dėka galime normaliai stovėti, kristi, valgyti ir gerti, suprasti, kur yra aukštyn, o kur žemyn. Jei gravitacija išnyks, atsidursime nesvarumo būsenoje.

Kosmonautai, kurie kosmose atsiduria pakilimo – laisvo kritimo – būsenoje, yra ypač susipažinę su šiuo reiškiniu.

Teoriškai mokslininkai žino, kaip sukurti dirbtinę gravitaciją. Yra keletas būdų.

Didelė masė

Logiškiausias variantas – padaryti jį tokį didelį, kad ant jo atsirastų dirbtinė gravitacija. Laive galėsite jaustis patogiai, nes nebus prarasta orientacija erdvėje.

Deja, tobulėjant šiuolaikinėms technologijoms šis metodas yra nerealus. Norint pastatyti tokį objektą, reikia per daug išteklių. Be to, jo pakėlimas pareikalautų neįtikėtinai daug energijos.

Pagreitis

Atrodytų, kad norint pasiekti g, lygų Žemėje, tereikia suteikti laivui plokščią (panašią į platformą) formą ir priversti jį judėti statmenai plokštumai reikiamu pagreičiu. Tokiu būdu bus gauta dirbtinė gravitacija ir ideali gravitacija.

Tačiau iš tikrųjų viskas yra daug sudėtingiau.

Visų pirma, verta apsvarstyti kuro problemą. Kad stotis nuolat įsibėgėtų, būtinas nepertraukiamo maitinimo šaltinis. Net jei staiga atsiras variklis, kuris neišstumia medžiagos, energijos tvermės dėsnis galioja.

Antroji problema yra pati nuolatinio pagreičio idėja. Pagal mūsų žinias ir fizikinius dėsnius, greitėti neribotą laiką neįmanoma.

Be to, tokia transporto priemonė netinka mokslinių tyrimų misijoms, nes turi nuolat įsibėgėti – skristi. Jis negalės sustoti tyrinėdamas planetos, net neskris aplink ją lėtai – turi įsibėgėti.

Taigi tampa aišku, kad tokia dirbtinė gravitacija mums dar nepasiekiama.

Karuselė

Visi žino, kaip karuselės sukimasis veikia kūną. Todėl šiuo principu veikiantis dirbtinės gravitacijos įrenginys atrodo realiausias.

Viskas, kas yra karuselės skersmens ribose, linkusi iš jos iškristi greičiu, maždaug lygiu sukimosi greičiui. Pasirodo, kūnus veikia jėga, nukreipta išilgai besisukančio objekto spindulio. Tai labai panašu į gravitaciją.

Taigi, reikalingas cilindro formos laivas. Tuo pačiu metu jis turi suktis aplink savo ašį. Beje, dirbtinė gravitacija erdvėlaivyje, sukurta pagal šį principą, dažnai demonstruojama mokslinės fantastikos filmuose.

Statinės formos laivas, besisukantis aplink savo išilginę ašį, sukuria išcentrinę jėgą, kurios kryptis atitinka objekto spindulį. Norėdami apskaičiuoti gautą pagreitį, turite padalyti jėgą iš masės.

Šioje formulėje skaičiavimo rezultatas yra pagreitis, pirmasis kintamasis yra mazgo greitis (matuojamas radianais per sekundę), antrasis yra spindulys.

Pagal tai, norint gauti g, prie kurio esame įpratę, reikia teisingai derinti kosminio transporto spindulį.

Panaši problema akcentuojama tokiuose filmuose kaip „Intersolah“, „Babilonas 5“, 2001: Kosminė odisėja ir panašiai. Visais šiais atvejais dirbtinė gravitacija yra artima žemės pagreičiui dėl gravitacijos.

Kad ir kokia gera idėja būtų, ją įgyvendinti gana sunku.

Problemos su karuselės metodu

Akivaizdžiausia problema pabrėžiama „Kosminėje odisėjoje“. „Kosminio vežėjo“ spindulys yra apie 8 metrai. Norint gauti 9,8 pagreitį, sukimasis turi vykti maždaug 10,5 apsisukimų kas minutę greičiu.

Esant šioms vertėms, atsiranda „Koriolio efektas“, kurį sudaro tai, kad skirtingos jėgos veikia skirtingais atstumais nuo grindų. Tai tiesiogiai priklauso nuo kampinio greičio.

Pasirodo, kosmose bus sukurta dirbtinė gravitacija, tačiau per greitai sukant kūną atsiras problemų su vidine ausimi. Tai savo ruožtu sukelia pusiausvyros sutrikimus, vestibulinio aparato problemas ir kitus – panašius – sunkumus.

Šios kliūties atsiradimas rodo, kad toks modelis yra itin nesėkmingas.

Galite pabandyti pereiti iš priešingos pusės, kaip tai darė romane „Žiedo pasaulis“. Čia laivas pagamintas žiedo formos, kurio spindulys artimas mūsų orbitos spinduliui (apie 150 mln. km). Esant tokiam dydžiui, jo sukimosi greičio pakanka, kad būtų galima nepaisyti Koriolio efekto.

Galima manyti, kad problema išspręsta, bet taip nėra. Faktas yra tas, kad visas šios konstrukcijos apsisukimas aplink savo ašį trunka 9 dienas. Tai rodo, kad apkrovos bus per didelės. Kad konstrukcija juos atlaikytų, reikia labai tvirtos medžiagos, kurios šiandien neturime. Be to, problema yra medžiagos kiekis ir pats statybos procesas.

Panašios temos žaidimuose, kaip ir filme „Babilonas 5“, šios problemos kažkaip išsprendžiamos: sukimosi greitis pakankamai pakankamas, Koriolio efektas nežymus, hipotetiškai tokį laivą sukurti įmanoma.

Tačiau ir tokie pasauliai turi trūkumą. Jo pavadinimas yra kampinis momentas.

Laivas, besisukantis aplink savo ašį, virsta didžiuliu giroskopu. Kaip žinia, priversti giroskopą nukrypti nuo savo ašies yra nepaprastai sunku dėl to, kad svarbu, kad jo kiekis nepaliktų sistemos. Tai reiškia, kad šiam objektui bus labai sunku duoti kryptį. Tačiau šią problemą galima išspręsti.

Sprendimas

Dirbtinė gravitacija kosminėje stotyje tampa prieinama, kai į pagalbą ateina O'Neill cilindras. Norint sukurti šią konstrukciją, reikalingi identiški cilindriniai laivai, kurie yra sujungti išilgai ašies. Jie turėtų suktis skirtingomis kryptimis. Tokio surinkimo rezultatas yra nulinis kampinis impulsas, todėl neturėtų kilti sunkumų suteikiant laivui reikiamą kryptį.

Jei įmanoma padaryti laivą, kurio spindulys yra apie 500 metrų, jis veiks tiksliai taip, kaip turėtų. Tuo pačiu metu dirbtinė gravitacija erdvėje bus gana patogi ir tinkama ilgiems skrydžiams laivuose ar tyrimų stotyse.

Kosmoso inžinieriai

Žaidimo kūrėjai žino, kaip sukurti dirbtinę gravitaciją. Tačiau šiame fantazijos pasaulyje gravitacija yra ne abipusis kūnų trauka, o linijinė jėga, skirta pagreitinti objektus tam tikra kryptimi. Potraukis čia nėra absoliutus, jis keičiasi nukreipus šaltinį.

Dirbtinė gravitacija kosminėje stotyje sukuriama naudojant specialų generatorių. Jis yra vienodas ir lygiakryptis generatoriaus diapazone. Taigi realiame pasaulyje, jei patektumėte po laivu su sumontuotu generatoriumi, jus trauktų link korpuso. Tačiau žaidime herojus kris tol, kol paliks įrenginio perimetrą.

Šiandien tokio prietaiso sukurta dirbtinė gravitacija erdvėje žmonijai neprieinama. Tačiau net žilaplaukiai kūrėjai nepaliauja apie tai svajoti.

Sferinis generatorius

Tai realesnis įrangos pasirinkimas. Sumontavus gravitacija nukreipta į generatorių. Tai leidžia sukurti stotį, kurios gravitacija bus lygi planetinei.

Centrifuga

Šiandien dirbtinė gravitacija Žemėje randama įvairiuose įrenginiuose. Jie dažniausiai yra pagrįsti inercija, nes šią jėgą mes jaučiame panašiai kaip gravitacinį poveikį - kūnas neskiria, dėl ko kyla pagreitis. Kaip pavyzdys: žmogus, kylantis liftu, patiria inercijos įtaką. Fiziko akimis: lifto pakilimas prie laisvojo kritimo pagreitį prideda ir kabinos pagreitį. Kai kabina grįžta į išmatuotą judėjimą, svorio „priaugimas“ išnyksta, grąžinant įprastus pojūčius.

Mokslininkai jau seniai domisi dirbtine gravitacija. Dažniausiai šiems tikslams naudojama centrifuga. Šis metodas tinka ne tik erdvėlaiviams, bet ir antžeminėms stotims, kur būtina tirti gravitacijos poveikį žmogaus organizmui.

Studijuokite Žemėje, taikykite...

Nors gravitacijos tyrimai prasidėjo kosmose, tai labai žemiškas mokslas. Net ir šiandien pažanga šioje srityje buvo pritaikyta, pavyzdžiui, medicinoje. Žinant, ar planetoje įmanoma sukurti dirbtinę gravitaciją, ji gali būti naudojama raumenų ir kaulų sistemos ar nervų sistemos problemoms gydyti. Be to, šios jėgos tyrimas pirmiausia atliekamas Žemėje. Tai leidžia astronautams atlikti eksperimentus, būdami atidžiai stebimi gydytojų. Dirbtinė gravitacija erdvėje yra kitas dalykas, ten nėra žmonių, kurie galėtų padėti astronautams nenumatytoje situacijoje.

Turint omenyje visišką nesvarumą, negalima atsižvelgti į palydovą, esantį žemoje Žemės orbitoje. Šie objektai, nors ir nedideliu mastu, yra veikiami gravitacijos. Tokiais atvejais susikurianti gravitacijos jėga vadinama mikrogravitacija. Tikroji gravitacija patiriama tik pastoviu greičiu kosmose skrendančioje transporto priemonėje. Tačiau žmogaus organizmas šio skirtumo nejaučia.

Nesvarumo būseną galite patirti šuolio į tolį metu (prieš atidarant baldakimą) arba paraboliniu orlaivio nusileidimu. Tokie eksperimentai dažnai atliekami JAV, tačiau lėktuve šis pojūtis trunka tik 40 sekundžių – visapusiškam tyrimui tai per trumpa.

SSRS dar 1973 metais jie žinojo, ar įmanoma sukurti dirbtinę gravitaciją. Ir jie ne tik sukūrė, bet ir kažkaip pakeitė. Ryškus dirbtinio gravitacijos mažinimo pavyzdys yra sausas panardinimas, panardinimas. Norint pasiekti norimą efektą, ant vandens paviršiaus reikia uždėti storą plėvelę. Asmuo dedamas ant jo. Pagal kūno svorį kūnas grimzta po vandeniu, o viršuje lieka tik galva. Šis modelis demonstruoja vandenynui būdingą aplinką be atramos ir mažos gravitacijos.

Nereikia eiti į kosmosą, kad patirtum priešingą nesvarumo jėgą – hipergravitaciją. Erdvėlaiviui pakilus ir nusileidus į centrifugą, perkrovą galima ne tik pajusti, bet ir ištirti.

Gravitacijos gydymas

Gravitacinė fizika taip pat tiria nesvarumo poveikį žmogaus organizmui, stengdamasi sumažinti pasekmes. Tačiau didelis skaičiusŠio mokslo pasiekimai gali būti naudingi ir paprastiems planetos gyventojams.

Gydytojai deda dideles viltis į raumenų fermentų elgsenos miopatijoje tyrimus. Tai rimta liga, sukelianti ankstyvą mirtį.

Aktyvaus fizinio krūvio metu į sveiko žmogaus kraują patenka didelis kiekis fermento kreatinfosfokinazės. Šio reiškinio priežastis neaiški, galbūt apkrova veikia ląstelės membraną taip, kad ji tampa „skylė“. Pacientai, sergantys miopatija, gauna tą patį poveikį be mankštos. Astronautų stebėjimai rodo, kad nesvarumo sąlygomis aktyvaus fermento srautas į kraują žymiai sumažėja. Šis atradimas rodo, kad panardinimo naudojimas sumažins neigiamą veiksnių, sukeliančių miopatiją, poveikį. Šiuo metu atliekami eksperimentai su gyvūnais.

Kai kurių ligų gydymas jau vykdomas naudojant duomenis, gautus tiriant gravitaciją, įskaitant dirbtinę gravitaciją. Pavyzdžiui, cerebrinio paralyžiaus, insulto ir Parkinsono ligos gydymas atliekamas naudojant streso kostiumus. Atramos – pneumatinio bato – teigiamo poveikio tyrimai beveik baigti.

Ar skrisime į Marsą?

Naujausi astronautų pasiekimai suteikia vilčių dėl projekto realumo. Yra patirties teikiant medicininę pagalbą žmogui ilgai būnant toli nuo Žemės. Daug naudos atnešė ir tiriamieji skrydžiai į Mėnulį, kurio gravitacinė jėga yra 6 kartus mažesnė nei mūsų. Dabar astronautai ir mokslininkai kelia sau naują tikslą – Marsą.

Prieš stojantis į eilę dėl bilieto į Raudonąją planetą, jau pirmajame darbo etape – pakeliui – reikėtų žinoti, kas laukia kūno. Vidutiniškai kelias į dykumos planetą užtruks pusantrų metų – apie 500 dienų. Pakeliui teks pasikliauti tik savo jėgomis savo jėgų, tiesiog nėra kur laukti pagalbos.

Jūsų jėgas sumenkins daugybė veiksnių: stresas, radiacija, magnetinio lauko trūkumas. Svarbiausias kūno išbandymas – gravitacijos pokytis. Kelionės metu žmogus „susipažins“ su keliais gravitacijos lygiais. Visų pirma, tai yra perkrovos kilimo metu. Tada – nesvarumas skrydžio metu. Po to - hipogravitacija paskirties vietoje, nes gravitacija Marse yra mažesnė nei 40% Žemės.

Kaip susidorojate su neigiamu nesvarumo padariniu ilgo skrydžio metu? Tikimasi, kad plėtra dirbtinės gravitacijos srityje padės išspręsti šią problemą artimiausioje ateityje. Eksperimentai su žiurkėmis, keliaujančiomis „Cosmos 936“, rodo, kad ši technika neišsprendžia visų problemų.

OS patirtis parodė, kad daug didesnę naudą organizmui gali atnešti treniruočių kompleksų, galinčių nustatyti reikiamą krūvį kiekvienam astronautui individualiai, naudojimas.

Kol kas manoma, kad į Marsą skris ne tik tyrinėtojai, bet ir turistai, norintys Raudonojoje planetoje įkurti koloniją. Jiems, bent jau pirmą kartą, nesvarumo būsenos pojūčiai nusvers visus gydytojų argumentus apie ilgalaikio buvimo tokiomis sąlygomis pavojus. Tačiau po kelių savaičių jiems taip pat reikės pagalbos, todėl taip svarbu rasti būdą, kaip erdvėlaivyje sukurti dirbtinę gravitaciją.

Rezultatai

Kokias išvadas galima padaryti apie dirbtinės gravitacijos kūrimą erdvėje?

Iš visų šiuo metu svarstomų variantų besisukanti konstrukcija atrodo realiausia. Tačiau, turint omenyje dabartinį fizikinių dėsnių supratimą, tai neįmanoma, nes laivas nėra tuščiaviduris cilindras. Viduje yra sutapimų, trukdančių įgyvendinti idėjas.

Be to, laivo spindulys turi būti toks didelis, kad Koriolio efektas neturėtų reikšmingos įtakos.

Norint kažką panašaus valdyti, reikia aukščiau paminėto O'Neill cilindro, kuris suteiks galimybę valdyti laivą. Tokiu atveju padidėja tikimybė, kad tokia konstrukcija bus naudojama tarpplanetiniams skrydžiams, tuo pačiu užtikrinant įgulai patogų gravitacijos lygį.

Kol žmonijai pavyks įgyvendinti savo svajones, mokslinės fantastikos kūriniuose norėčiau pamatyti šiek tiek daugiau realizmo ir dar daugiau fizikos dėsnių išmanymo.