Tudi oseba, ki se ne zanima za vesolje, je že kdaj videla film o vesoljskih potovanjih ali prebrala o takih stvareh v knjigah. Pri skoraj vseh tovrstnih delih ljudje hodijo po ladji, normalno spijo in nimajo težav s prehranjevanjem. To pomeni, da imajo te - izmišljene - ladje umetno gravitacijo. Večina gledalcev to dojema kot nekaj povsem naravnega, a sploh ni.
Umetna gravitacija
To je ime spremembe (v kateri koli smeri) gravitacije, ki nam je znana z uporabo različnih metod. In to se ne izvaja samo v fantastičnih delih, ampak tudi v zelo resničnih zemeljskih situacijah, največkrat za eksperimente.
V teoriji ustvarjanje umetne gravitacije ni videti tako težko. Na primer, ga je mogoče ponovno ustvariti s pomočjo vztrajnosti, natančneje, centrifugalne sile. Potreba po tej moči se ni pojavila včeraj - zgodilo se je takoj, ko je človek začel sanjati o dolgotrajnih vesoljskih poletih. Ustvarjanjeumetna gravitacija v vesolju bo omogočila, da se izognemo številnim težavam, ki nastanejo pri daljšem bivanju v breztežnosti. Mišice astronavtov oslabijo, kosti postanejo manj močne. Če potujete v takšnih razmerah več mesecev, lahko dobite atrofijo nekaterih mišic.
Tako je danes ustvarjanje umetne gravitacije naloga izjemnega pomena, raziskovanje vesolja brez te veščine je preprosto nemogoče.
Materiali
Tudi tisti, ki poznajo fiziko le na stopnji šolskega učnega načrta, razumejo, da je gravitacija eden od temeljnih zakonov našega sveta: vsa telesa medsebojno delujejo in doživljajo medsebojno privlačnost/odbojnost. Večje kot je telo, večja je njegova privlačna sila.
Zemlja je za našo realnost zelo ogromen objekt. Zato ga brez izjeme privlači vsa telesa okoli nje.
Za nas to pomeni pospešek prostega pada, ki se običajno meri v g, ki je enak 9,8 metra na kvadratno sekundo. To pomeni, da če ne bi imeli podpore pod nogami, bi padli s hitrostjo, ki se vsako sekundo poveča za 9,8 metra.
Tako lahko samo zahvaljujoč gravitaciji normalno stojimo, padamo, jemo in pijemo, razumemo, kje je gor, kje dol. Če gravitacija izgine, bomo brez gravitacije.
Astronavti, ki se znajdejo v vesolju v stanju prostega padanja, še posebej poznajo ta pojav.
Teoretično znajo znanstveniki ustvariti umetno gravitacijo. Obstajativeč tehnik.
velika maša
Najbolj logična možnost je narediti vesoljsko ladjo tako veliko, da bo imela umetno gravitacijo. Na ladji se bo mogoče počutiti udobno, saj orientacija v prostoru ne bo izgubljena.
Žal je ta metoda ob sodobnem razvoju tehnologije nerealna. Za izgradnjo takega objekta je potrebno preveč sredstev. Poleg tega bo za dvigovanje zahtevalo neverjetno količino energije.
Pospeši
Zdi se, da če želite doseči g, ki je enak zemeljskemu, morate ladji dati ravno (platformo) obliko in jo pomakniti pravokotno na ravnino z želenim pospeškom. Na ta način bo dosežena umetna gravitacija in idealna.
Vendar je realnost veliko bolj zapletena.
Najprej je vredno razmisliti o vprašanju goriva. Da bi postaja nenehno pospeševala, je potrebno imeti neprekinjeno napajanje. Tudi če se nenadoma pojavi motor, ki ne izžene snovi, bo zakon o ohranjanju energije ostal v veljavi.
Druga težava je sama ideja stalnega pospeševanja. Po našem znanju in fizikalnih zakonih je nemogoče pospeševati v neskončnost.
Poleg tega takšna vozila niso primerna za raziskovalne misije, saj morajo nenehno pospeševati - leteti. Ne bo se mogel ustaviti, da bi preučeval planet, ne bo mogel niti počasi leteti okoli njega - pospešiti mora.
TorejTako postane jasno, da nam taka umetna gravitacija še ni na voljo.
Vrtiljak
Vsi vedo, kako vrtenje vrtiljaka vpliva na telo. Zato se zdi, da je naprava z umetno gravitacijo po tem principu najbolj realistična.
Vse, kar je v premeru vrtiljaka, ponavadi pade iz njega s hitrostjo, ki je približno enaka hitrosti vrtenja. Izkazalo se je, da na telo deluje sila, usmerjena vzdolž polmera vrtečega se predmeta. Zelo je podoben gravitaciji.
Torej potrebujete ladjo, ki ima valjasto obliko. Hkrati se mora vrteti okoli svoje osi. Mimogrede, umetna gravitacija na vesoljski ladji, ustvarjena po tem principu, je pogosto prikazana v znanstvenofantastičnih filmih.
Ladja v obliki soda, ki se vrti okoli vzdolžne osi, ustvarja centrifugalno silo, katere smer ustreza polmeru predmeta. Če želite izračunati nastali pospešek, morate silo deliti z maso.
Ljudem, ki poznajo fiziko, ne bo težko izračunati: a=ω²R.
V tej formuli je rezultat izračuna pospešek, prva spremenljivka je vozlišna hitrost (merjena v radianih na sekundo), druga je polmer.
Skladno s tem je za pridobitev običajnega g potrebno pravilno kombinirati kotno hitrost in polmer vesoljskega transporta.
Ta problem je zajet v filmih, kot so "Intersol", "Babylon 5", "2001: Odiseja v vesolju" in podobni. V vseh teh primerihumetna gravitacija je blizu Zemljinega pospeška prostega padca.
Ne glede na to, kako dobra je ideja, jo je precej težko uresničiti.
Težave metode vrtiljaka
Najbolj očitna težava je poudarjena v Vesoljski odiseji. Polmer "vesoljskega nosilca" je približno 8 metrov. Da bi dosegli pospešek 9,8, se mora vrtenje odvijati s hitrostjo približno 10,5 vrtljajev vsako minuto.
Pri navedenih vrednostih se kaže "Coriolisov učinek", ki je v tem, da različne sile delujejo na različnih razdaljah od tal. Neposredno je odvisno od kotne hitrosti.
Izkazalo se je, da se bo ustvarila umetna gravitacija v vesolju, vendar bo prehitro vrtenje ohišja povzročilo težave z notranjim ušesom. To pa povzroča neravnovesja, težave z vestibularnim aparatom in druge podobne težave.
Pojav te ovire kaže na to, da je tak model izjemno neuspešen.
Lahko poskusite iti od nasprotnega, kot so to storili v romanu "Svetovni prstan". Tukaj je ladja izdelana v obliki obroča, katerega polmer je blizu polmera naše orbite (približno 150 milijonov km). Pri tej velikosti je njegova hitrost vrtenja dovolj, da prezremo Coriolisov učinek.
Lahko domnevate, da je problem rešen, vendar sploh ni tako. Dejstvo je, da popolna rotacija te strukture okoli svoje osi traja 9 dni. To omogoča domnevo, da bodo obremenitve prevelike. Da bikonstrukcija jih je zdržala, potreben je zelo močan material, ki ga danes nimamo na voljo. Poleg tega je problem količina materiala in sam proces gradnje.
V igrah s podobno tematiko, kot v filmu "Babylon 5", so te težave nekako rešene: hitrost vrtenja je povsem zadostna, Coriolisov učinek ni pomemben, hipotetično je mogoče ustvariti takšno ladjo.
Vendar imajo tudi takšni svetovi pomanjkljivost. Njegovo ime je zagon.
Ladja, ki se vrti okoli svoje osi, se spremeni v ogromen žiroskop. Kot veste, je izredno težko narediti, da žiroskop odstopi od osi zaradi kotnega momenta. Pomembno je, da njegova količina ne zapusti sistema. To pomeni, da bo zelo težko določiti smer za ta objekt. Vendar pa je ta problem mogoče rešiti.
reševanje težav
Umetna gravitacija na vesoljski postaji postane na voljo, ko na pomoč priskoči "O'Neill cilinder". Za ustvarjanje te zasnove so potrebne enake cilindrične ladje, ki so povezane vzdolž osi. Vrteti se morajo v različnih smereh. Rezultat tega sestavljanja je ničelni kotni moment, zato ne bi smelo biti težav pri dajanju ladje želene smeri.
Če je mogoče narediti ladjo s polmerom približno 500 metrov, bo delovala točno tako, kot bi morala. Hkrati bo umetna gravitacija v vesolju precej udobna in primerna za dolge lete na ladjah ali raziskovalnih postajah.
Vesoljski inženirji
Kako ustvariti umetno gravitacijo je znano ustvarjalcem igre. Vendar v tem domišljijskem svetu gravitacija ni medsebojna privlačnost teles, temveč linearna sila, namenjena pospeševanju predmetov v določeni smeri. Privlačnost tukaj ni absolutna, spremeni se, ko je vir preusmerjen.
Umetna gravitacija na vesoljski postaji se ustvari s posebnim generatorjem. V območju generatorja je enakomerno in enakosmerno. Torej, v resničnem svetu, če vas zadene ladja, ki ima nameščen generator, bi vas potegnili v trup. Vendar pa bo v igri junak padel, dokler ne zapusti oboda naprave.
Danes je umetna gravitacija v vesolju, ki jo ustvari taka naprava, človeštvu nedostopna. Vendar tudi sivolasi razvijalci ne nehajo sanjati o tem.
Sferični generator
To je bolj realistična različica opreme. Ko je nameščen, ima gravitacija smer proti generatorju. Tako je mogoče ustvariti postajo, katere gravitacija bo enaka planetarni.
centrifuga
Danes najdemo umetno gravitacijo na Zemlji v različnih napravah. Večinoma temeljijo na inerciji, saj to silo čutimo podobno kot gravitacijske učinke - telo ne loči, kaj povzroča pospešek. Na primer: oseba, ki gre gor v dvigalu, doživi učinek vztrajnosti. Skozi oči fizika: dvig dvigala poveča pospešek prostega padca pospešek avtomobila. Po vrnitvikabine do izmerjenega gibanja "pridobitev" teže izgine in vrne običajne občutke.
Znanstvenike že dolgo zanima umetna gravitacija. Za te namene se najpogosteje uporablja centrifuga. Ta metoda ni primerna samo za vesoljska plovila, ampak tudi za zemeljske postaje, v katerih je potrebno preučiti učinek gravitacije na človeško telo.
Študij na Zemlji, prijavi se v…
Čeprav se je preučevanje gravitacije začelo iz vesolja, je to zelo vsakdanja znanost. Še danes so dosežki na tem področju našli svojo uporabo, na primer v medicini. Če vemo, ali je na planetu mogoče ustvariti umetno gravitacijo, jo lahko uporabimo za zdravljenje težav z motornim aparatom ali živčnim sistemom. Poleg tega se preučevanje te sile izvaja predvsem na Zemlji. To astronavtom omogoča, da izvajajo poskuse, medtem ko ostajajo pod skrbno pozornostjo zdravnikov. Druga stvar je umetna gravitacija v vesolju, tam ni ljudi, ki bi lahko pomagali astronavtom v primeru nepredvidene situacije.
Glede na popolno breztežnost, ne moremo upoštevati satelita v nizki zemeljski orbiti. Na te predmete, čeprav v majhni meri, vpliva gravitacija. Sila gravitacije, ki nastane v takih primerih, se imenuje mikrogravitacija. Pravo gravitacijo občutimo le v aparatu, ki leti s konstantno hitrostjo v vesolju. Vendar človeško telo te razlike ne čuti.
Breztežnost lahko doživite med skokom v daljino (preden se nadstrešek odpre) ali med paraboličnim spuščanjem letala. Takšni poskusipogosto uprizarjajo v ZDA, a na letalu ta občutek traja le 40 sekund - to je prekratko za popolno študijo.
V ZSSR so že leta 1973 vedeli, ali je mogoče ustvariti umetno gravitacijo. In ne samo ustvaril, ampak tudi na nek način spremenil. Živahen primer umetnega zmanjšanja gravitacije je suho potapljanje, potapljanje. Da bi dosegli želeni učinek, morate na površino vode postaviti gost film. Oseba je postavljena nanj. Pod težo telesa se telo potopi pod vodo, zgoraj ostane le glava. Ta model prikazuje podporo nizke gravitacije, ki jo najdemo v oceanu.
Ni treba iti v vesolje, da bi občutili učinek nasprotne sile breztežnosti - hipergravitacije. Pri vzletanju in pristanku vesoljskega plovila v centrifugi ne čutiš samo preobremenitve, ampak jo tudi preučiš.
gravitacijsko zdravljenje
Gravitacijska fizika med drugim proučuje vpliv breztežnosti na človeško telo, s čimer želi zmanjšati posledice. Vendar pa je veliko število dosežkov te znanosti lahko koristno za navadne prebivalce planeta.
Zdravniki veliko upajo na raziskave obnašanja mišičnih encimov pri miopatiji. To je resna bolezen, ki vodi v prezgodnjo smrt.
Pri aktivnih telesnih vajah pride v kri zdravega človeka velika količina encima kreatinofosfokinaze. Razlog za ta pojav ni jasen, morda obremenitev deluje na celično membrano tako, da"perforira". Bolniki z miopatijo dobijo enak učinek brez vadbe. Opazovanja astronavtov kažejo, da je v breztežnosti pretok aktivnega encima v kri bistveno zmanjšan. To odkritje kaže, da bo uporaba potapljanja zmanjšala negativni vpliv dejavnikov, ki vodijo do miopatije. Trenutno potekajo testiranja na živalih.
Zdravljenje nekaterih bolezni se že danes izvaja s podatki, pridobljenimi s študijo gravitacije, tudi umetne. Na primer, cerebralna paraliza, možganska kap, Parkinsonova bolezen se zdravijo z obremenitvami. Raziskave o pozitivnem vplivu podpore - pnevmatski čevelj je skoraj končan.
Ali bomo leteli na Mars?
Najnovejši dosežki astronavtov dajejo upanje za resničnost projekta. Obstajajo izkušnje z medicinsko podporo za osebo med daljšim bivanjem stran od Zemlje. Veliko koristi so prinesli tudi raziskovalni leti na Luno, na kateri je sila gravitacije 6-krat manjša od naše. Zdaj si astronavti in znanstveniki postavljajo nov cilj - Mars.
Preden pridete v vrsto za vstopnico za Rdeči planet, morate vedeti, kaj telo pričakuje že v prvi fazi dela – na poti. V povprečju bo pot do puščavskega planeta trajala leto in pol - približno 500 dni. Na poti se boste morali zanašati le na lastne moči, pomoči preprosto ni nikjer čakati.
Mnogi dejavniki bodo spodkopali moč: stres, sevanje, pomanjkanje magnetnega polja. Najpomembnejši test za telo je sprememba teže. Med potjo se človek »seznani«.več stopenj gravitacije. Najprej so to preobremenitve med vzletom. Nato - breztežnost med letom. Po tem hipogravitacija na cilju, saj je gravitacija na Marsu manjša od 40 % Zemlje.
Kako se spopadate z negativnimi učinki breztežnosti na dolgem letu? Upamo, da bo razvoj na področju ustvarjanja umetne gravitacije pomagal rešiti to vprašanje v bližnji prihodnosti. Poskusi na podganah, ki potujejo na Kosmosu-936, kažejo, da ta tehnika ne rešuje vseh težav.
Izkušnje OS so pokazale, da lahko uporaba vadbenih kompleksov, ki lahko določijo potrebno obremenitev za vsakega astronavta posebej, telesu prinese veliko več koristi.
Zaenkrat velja, da na Mars ne bodo leteli le raziskovalci, ampak tudi turisti, ki želijo ustanoviti kolonijo na Rdečem planetu. Zanje bodo vsaj sprva občutki breztežnosti prevladali nad vsemi argumenti zdravnikov o nevarnosti dolgotrajne izpostavljenosti takšnim pogojem. Vendar pa bodo potrebovali pomoč tudi čez nekaj tednov, zato je tako pomembno, da lahko najdemo način za ustvarjanje umetne gravitacije na vesoljski ladji.
Rezultati
Kakšne zaključke je mogoče potegniti o ustvarjanju umetne gravitacije v vesolju?
Med vsemi možnostmi, ki se trenutno obravnavajo, je vrteča se struktura videti najbolj realistična. Vendar je s trenutnim razumevanjem fizikalnih zakonov to nemogoče, saj ladja ni votli cilinder. V njem so prekrivanja, ki ovirajo realizacijo idej.
Poleg tega mora biti polmer ladje takvelik, tako da Coriolisov učinek nima pomembnega učinka.
Če želite nadzirati nekaj takega, potrebujete zgoraj omenjeni cilinder O'Neill, ki vam bo omogočil nadzor nad ladjo. V tem primeru se povečajo možnosti za uporabo podobne zasnove za medplanetarne lete z zagotavljanjem udobne stopnje gravitacije posadke.
Preden človeštvu uspe uresničiti svoje sanje, bi rad videl malo več realizma in še več znanja o zakonih fizike v znanstveni fantastiki.
