Gravitetit artificiale është dhe se si për të krijuar

Edhe një person që nuk është i interesuar në hapësirë ka parë të paktën një herë një film për udhëtimin në hapësirë ose lexuar rreth gjërave të tilla në libra. Pothuajse në të gjitha punët e tilla njerëzit shkojnë rreth anijes, zakonisht fle, nuk kanë probleme me marrjen e ushqimit. Kjo do të thotë se në këto - anije fiktive - ekziston graviteti artificial. Shumica e shikuesve e perceptojnë këtë si diçka krejtësisht të natyrshme, por kjo nuk është kështu.

Gravitet artificiale

Ky është emri për ndryshimin (në asnjë drejtim) të gravitetit të zakonshëm për ne duke aplikuar metoda të ndryshme. Dhe kjo bëhet jo vetëm në veprat fantastike, por edhe në situata shumë të vërteta tokësore, më shpesh për eksperimente.

Në teori, krijimi i gravitetit artificial nuk duket aq e vështirë. Për shembull, ajo mund të rikrijohet nga inercia, më saktësisht, nga forca centrifugale. Nevoja për këtë forcë u ngrit jo dje - ndodhi menjëherë, sapo një person filloi të ëndërronte fluturime të gjata hapësinore. Krijimi i gravitetit artificial në hapësirë do të bëjë të mundur shmangien e shumëllojshmërisë së problemeve që lindin gjatë ekspozimit të zgjatur ndaj gravitetit zero. Kozmonautët dobësojnë muskujt, kockat bëhen më pak të qëndrueshme. Udhëtimi në këto kushte për muaj, mund të merrni atrofi të disa muskujve.

Kështu, deri më sot krijimi i gravitetit artificial është një detyrë me rëndësi të madhe, eksplorimi i kozmosit pa këtë aftësi është thjesht e pamundur.

materialeve

Madje edhe ata që e njohin fizikën vetëm në nivelin e kurrikulës shkollore e kuptojnë se graviteti është një nga ligjet themelore të botës sonë: të gjitha trupat ndërveprojnë me njëri-tjetrin, duke përjetuar tërheqje reciproke / neveritje. Sa më i madh të jetë trupi, aq më e lartë është forca e tërheqjes.

Toka është për realitetin tonë - objekti është shumë masiv. Kjo është arsyeja pse të gjithë trupat pa përjashtim janë tërhequr për të.

Për ne, kjo do të thotë nxitimin e rënies së lirë, e cila zakonisht matet në g, e barabartë me 9.8 metra për katror të dytë. Kjo do të thotë se nëse nuk do të kishim mbështetje nën këmbët tona, ne do të kishim rënë me një shpejtësi që do të rritet me 9.8 metra në sekondë.

Kështu, vetëm falë gravitetit ne jemi në gjendje të qëndrojmë, të bien, të hani dhe të pini normalisht, të kuptojmë se ku është lartësia, ku është fundi. Nëse tërheqja zhduket, ne do të jemi në peshë.

Veçanërisht e njohur me këtë fenomen janë astronautët që e gjejnë veten në hapësirë në një gjendje rënieje të lirë.

Teorikisht, shkencëtarët e dinë se si të krijojnë gravitetin artificial. Ka disa metoda.

Masa më e madhe

Opsioni më logjik është të bëjë anijen aq të madhe që të lindë graviteti artificial. Në anije do të jetë e mundur të ndiheni rehat, pasi orientimi në hapësirë nuk do të humbet.

Për fat të keq, kjo metodë është joreale me zhvillimin modern të teknologjive. Për të ndërtuar një objekt të tillë kërkon shumë burime. Përveç kësaj, për të ngritur atë do të kërkojë një sasi të pabesueshme të energjisë.

përshpejtim

Do të duket se nëse doni të arrini g, të barabartë me tokën, ju vetëm duhet t'i jepni anijes një formë të sheshtë (platformë), dhe e bëni atë të lëvizë përgjatë pingul në avion me përshpejtimin e dëshiruar. Në këtë mënyrë, graviteti artificial do të merret dhe ideal.

Megjithatë, në realitet, gjithçka është shumë më e komplikuar.

Para së gjithash, është e nevojshme të merret parasysh çështja e karburantit. Në mënyrë që stacioni të përshpejtohet vazhdimisht, është e nevojshme që të ketë një furnizim të pandërprerë me energji elektrike. Edhe nëse një motor shfaqet papritur, jo duke hedhur materie, ligji i ruajtjes së energjisë do të mbetet në fuqi.

Problemi i dytë është ideja e përshpejtimit konstant. Sipas njohurive tona dhe ligjeve fizike, është e pamundur të përshpejtohemi në pafundësi.

Përveç kësaj, ky transport nuk është i përshtatshëm për misionet kërkimore, pasi ajo duhet të përshpejtohet vazhdimisht - për të fluturuar. Ai nuk mund të ndalojë për të studiuar planetin, ai as nuk do të jetë në gjendje të fluturojë ngadalë rreth tij - ne duhet të përshpejtojmë.

Kështu, bëhet e qartë se një gravurë e tillë artificiale ende nuk është në dispozicion për ne.

carousel

Gjithkush e di se si rotacioni i karuselit ndikon në trup. Prandaj pajisja me gravitacion artificial nga ky parim duket më real.

E gjithë ajo që është në diametër të karuselit, tenton të bjerë nga ajo me shpejtësi afërsisht të barabartë me shpejtësinë e rrotullimit. Rezulton se forca që vepron përgjatë rrezeut të objektit të rradhës vepron në organet. Është shumë e ngjashme me gravitetin.

Pra, keni nevojë për një anije që ka një formë cilindrike. Në këtë rast, duhet të rrotullohet rreth boshtit të saj. Rastësisht, graviteti artificial në një anije kozmike, e krijuar nga ky parim, shpesh shfaqet në filma science fiction.

Anija në formë fuçi, duke rrotulluar rreth boshtit gjatësor, krijon një forcë centrifugale, drejtimi i së cilës korrespondon me rreze të objektit. Për të llogaritur nxitimin që rezulton, është e nevojshme që forca të ndahet në masë.

Njohja e njerëzve të fizikës nuk do të jetë shumë e vështirë: a = ω²R.

Në këtë formulë, rezultati i llogaritjeve është përshpejtimi, ndryshorja e parë është shpejtësia e nyjeve (e matur në numrin e radianëve për sekondë), e dyta është rrezja.

Sipas kësaj, për të marrë g të zakonshme, është e nevojshme të kombinohen me kompetencë shpejtësinë këndore dhe rreze të transportit hapësinor.

Një problem i ngjashëm është theksuar në filma të tillë si "Intersolah", "Babylon 5", "2001: Odisea Hapësinore" dhe të ngjashme. Në të gjitha këto raste, graviteti artificial është i përafruar me përshpejtimin e gravitetit të tokës.

Pavarësisht se sa e mirë është ideja, është mjaft e vështirë ta kuptojmë atë.

Problemet e metodës "karusel"

Problemi më i dukshëm është mbuluar nga "Odiseja e Hapësirës". Rrezja e "transportuesit hapësinor" është rreth 8 metra. Në mënyrë që të arrihet një përshpejtim prej 9.8, rrotullimi duhet të ndodhë me një shpejtësi prej rreth 10.5 herë çdo minutë.

Me vlerat e treguara, shfaqet "Efekti Coriolis", i cili konsiston në faktin se një forcë tjetër vepron në distanca të ndryshme nga dyshemeja. Varet drejtpërdrejt nga shpejtësia këndore.

Rezulton se graviteti artificial në hapësirë do të krijohet, por rotacioni shumë i shpejtë i trupit do të çojë në probleme me veshin e brendshëm. Kjo, nga ana tjetër, shkakton çekuilibrime, probleme me aparatin vestibular dhe të tjera - vështirësi të ngjashme.

Shfaqja e kësaj pengese sugjeron që një model i tillë është jashtëzakonisht i pasuksesshëm.

Ju mund të përpiqeni të shkoni nga e kundërta, ashtu siç bënë në romanin "The World-Ring". Këtu anija është bërë në formën e një unaze, rrezja e së cilës është afër radiusit të orbitës sonë (rreth 150 milionë km). Me këtë madhësi, shpejtësia e rotacionit të saj është mjaft e mjaftueshme për të injoruar efektin Coriolis.

Mund të supozojmë se problemi është zgjidhur, por kjo nuk është kështu. Fakti është se qarkullimi i plotë i këtij projekti rreth boshtit të saj zgjat 9 ditë. Kjo bën të mundur të supozojmë se ngarkesat do të jenë shumë të mëdha. Në mënyrë që të mbijetojë ndërtimi, nevojitet një material shumë i fortë, të cilin nuk e kemi në këtë moment. Përveç kësaj, problemi është sasia e materialit dhe vetë procesi i ndërtimit.

Në lojëra me temë të ngjashme, si në filmin "Babylon 5", këto probleme zgjidhen disi: shpejtësia e rrotullimit është mjaft e mjaftueshme, efekti Coriolis nuk është thelbësor, është e mundur të krijohet një anije e tillë hipotetike.

Megjithatë, edhe botët e tilla kanë një disavantazh. Emri i tij është momenti i impulsit.

Anija, duke rrotulluar rreth boshtit, shndërrohet në një xhiroskop të madh. Siç dihet, është jashtëzakonisht e vështirë për të detyruar xhiroskopin të devijojë nga aksi për shkak të momentit këndor. Është e rëndësishme që sasia e saj të mos dalë nga sistemi. Kjo do të thotë se do të jetë shumë e vështirë për të vendosur drejtimin për këtë objekt. Megjithatë, një problem i tillë mund të zgjidhet.

adresim

Graviteti artificial në stacionin e hapësirës bëhet në dispozicion kur "O'Neill cylinder" vjen në shpëtim. Për të krijuar këtë dizajn, keni nevojë për anije identike cilindrike që janë të lidhura përgjatë boshtit. Ata duhet të rrotullohen në drejtime të ndryshme. Rezultati i një asambleje të tillë është momenti zero i pulsit, kështu që nuk duhet të ketë vështirësi në dhënien e anijes drejtimin e duhur.

Nëse është e mundur të bëhet një anije me një rreze prej rreth 500 metrash, atëherë do të punojë pikërisht ashtu siç duhet. Në të njëjtën kohë, graviteti artificial në hapësirë do të jetë mjaft komod dhe i përshtatshëm për fluturime të gjata në anije ose stacione hulumtuese.

Inxhinierët Hapësirë

Si të krijohet graviteti artificial është i njohur për krijuesit e lojës. Megjithatë, në këtë botë fantastike, graviteti nuk është një tërheqje reciproke e trupave, por një forcë lineare e projektuar për të përshpejtuar objektet në një drejtim të caktuar. Tërheqja këtu nuk është absolute, ndryshon kur burimi është ridrejtuar.

Graviteti artificial në stacionin e hapësirës krijohet duke përdorur një gjenerator të veçantë. Ajo është uniforme dhe ekuivalente në rangun e gjeneratorit. Pra, në botën reale, duke goditur anijen në të cilën gjeneratori është i instaluar, ju do të tërhiqeni nga byk. Megjithatë, në lojë heroi do të bjerë derisa të largohet nga perimetri i pajisjes.

Deri më sot, graviteti artificial në hapësirë, i krijuar nga një pajisje e tillë, nuk është i disponueshëm për njerëzimin. Megjithatë, edhe zhvilluesit e flokëve të kuq nuk pushojnë së ëndërrojnë.

Gjenerator sferik

Ky është një version më realist i pajisjeve. Kur është instaluar, graviteti ka një drejtim të gjeneratorit. Kjo bën të mundur krijimin e një stacioni graviteti i të cilit do të jetë i barabartë me planetin.

Centrifuge

Sot, graviteti artificial në Tokë ndodh në pajisje të ndryshme. Ata bazohen kryesisht në inercinë, sepse kjo forcë ndihet nga ne në mënyrë të ngjashme me ndikimin gravitacional - organizmi nuk dallon çfarë shkakton përshpejtimin. Si shembull: një person që ngjitet në një ashensor, preket nga inercia. Me sytë e një fizikanti: ngritja e ashensorit shton përshpejtimin në përshpejtimin e taksi për të përshpejtuar rënien e lirë. Kur kabineti kthehet në një lëvizje të matur, "fitimi" në peshë zhduket, duke i kthyer ndjenjat e zakonshme.

Shkencëtarët kanë kohë që janë të interesuar për gravitetin artificial. Centrifuga përdoret më shpesh për këtë qëllim. Kjo metodë është e përshtatshme jo vetëm për anijen, por edhe për stacionet tokësore në të cilat kërkohet të studiojë efektin e gravitetit në trupin e njeriut.

Mësoni në Tokë, aplikoni në ...

Megjithëse studimi i gravitetit filloi nga hapësira e jashtme, është një shkencë shumë tokësore. Edhe arritjet e sotme në këtë fushë kanë gjetur aplikimin e tyre, për shembull, në mjekësi. Duke ditur nëse është e mundur të krijoni gravitet artificial në planetin, mund ta përdorni për të trajtuar probleme me aparatin motorik ose sistemin nervor. Për më tepër, studimi i kësaj force është kryesisht i shqetësuar me tokën. Kjo bën të mundur që kozmonautët të kryejnë eksperimente, duke mbetur nën kontrollin e hollë të mjekëve. Një tjetër gjë është graviteti artificial në hapësirë, nuk ka njerëz që mund të ndihmojnë astronautët në rast të një situate të paparashikuar.

Duke pasur parasysh mungesën e pamjaftueshmërisë së plotë, nuk mund të merret parasysh një satelit në një orbitë pranë tokës. Këto objekte, megjithëse në një masë të vogël, preken nga graviteti. Forca e gravitetit, e formuar në raste të tilla, quhet mikrogravitet. Graviteti i vërtetë përjetohet vetëm në një automjet që fluturon me shpejtësi konstante në hapësirë të hapur. Megjithatë, trupi i njeriut nuk e ndjen këtë ndryshim.

Ju mund të përjetoni mungesë peshëje me një kërcim të gjatë (para hapjes së kupolës) ose gjatë prejardhjes parabolike të avionit. Eksperimentet e tilla shpesh vendosen në SHBA, por në aeroplan ky ndjesi zgjat vetëm 40 sekonda - është shumë pak për një studim të plotë.

Në BRSS, në vitin 1973, ata e dinin nëse ishte e mundur të krijonin gravitet artificial. Dhe ata nuk e krijuan atë, por edhe në një mënyrë e ndryshuan atë. Një shembull i gjallë i reduktimit artificial të gravitetit është zhytja e thatë, zhytja. Për të arritur efektin e dëshiruar, kërkohet të vendosni një film të dendur në sipërfaqen e ujit. Personi është vendosur mbi të. Nën peshën e trupit, trupi zhytet nën ujë, vetëm kokën qëndron mbi të. Ky model tregon pambështetje me gravitet të reduktuar, i cili është karakteristikë e oqeanit.

Nuk ka nevojë të shkosh në hapësirë për të ndier ndikimin e peshës së kundërt të forcës - hipergravitetit. Me ngritjen dhe uljen e anijes, në centrifugë, mbingarkesa jo vetëm që ndihet, por edhe studion.

Trajtimi me gravitet

Fizika gravitacionale studion, ndër të tjera, efektin e painlessness në trupin e njeriut, duke kërkuar për të minimizuar pasojat. Megjithatë, një numër i madh arritjesh të kësaj shkence mund të jenë të dobishme për banorët e zakonshëm të planetit.

Mjekët vendosin shpresa të mëdha në studimet e sjelljes së enzimeve të muskujve në miopati. Kjo është një sëmundje serioze që çon në vdekjen e hershme.

Me ushtrime fizike aktive, një vëllim i madh i kreatinofosfokinazës enzimë hyn në gjakun e një personi të shëndoshë. Shkaku i këtij fenomeni është i paqartë, ndoshta ngarkesa vepron në membranën qelizore në mënyrë të tillë që ajo të "perforohet". Pacientët me miopati marrin të njëjtin efekt pa stërvitje. Vëzhgimet e kozmonautëve tregojnë se në mungesë të peshës, hyrja e enzimës aktive në gjak zvogëlohet ndjeshëm. Ky zbulim sugjeron që përdorimi i zhytjes do të reduktojë ndikimin negativ të faktorëve që çojnë në miopati. Për momentin, eksperimentet bëhen në kafshë.

Disa nga sëmundjet trajtohen sot duke përdorur të dhënat e marra në studimin e gravitetit, duke përfshirë artificiale. Për shembull, bëhet trajtimi i paralizës cerebrale, goditje, Parkinson duke aplikuar kostume të ngarkesës. Praktikisht përfundoi studimet e efekteve pozitive të mbështetjes - këpucëve pneumatike.

A duhet të fluturojmë në Mars?

Arritjet e fundit të kozmonautëve japin shpresë për realitetin e projektit. Ekziston një përvojë e mbështetjes mjekësore për një person me një qëndrim të gjatë larg Tokës. Shumë fluturime kërkimore në Hënë sollën shumë dobi, forca gravitacionale në të cilën është 6 herë më e vogël se ajo vendase. Tani astronautët dhe shkencëtarët po vendosin një objektiv të ri - Marsin.

Para se të vini në radhë për një biletë në Planetin e Kuq, duhet të dini se çfarë pret organizmi në fazën e parë të punës - në rrugë. Mesatarisht, rruga për në planetin e shkretëtirës do të zgjasë një vit e gjysmë - rreth 500 ditë. Numërimi në rrugë do të ketë vetëm fuqinë e tyre, nuk ka ku të presim ndihmë.

Ka shumë faktorë që do të dëmtojnë forcën: stresin, rrezatimin, mungesën e një fushe magnetike. Testi më i rëndësishëm për trupin është ndryshimi i gravitetit. Gjatë udhëtimit, një person "njihet" me disa nivele të gravitetit. Para së gjithash, kjo është mbingarkesë gjatë ngritjes. Pastaj - mungesa e peshës gjatë fluturimit. Pas kësaj - hipograviteti në destinacion, sepse graviteti në Mars është më pak se 40% e gravitetit të tokës.

Si e përballoni ndikimin negativ të mungesës së peshës në një fluturim të gjatë? Shpresohet se zhvillimet në fushën e krijimit të gravitetit artificial do të ndihmojnë në zgjidhjen e kësaj çështjeje në të ardhmen e afërt. Eksperimentet mbi minjtë që udhëtojnë në Cosmos-936 tregojnë se kjo teknikë nuk i zgjidh të gjitha problemet.

OS Përvoja ka treguar se ajo është shumë më e dobishme për organizmi është në gjendje të sjellë përdorimin e simulators, të aftë për të përcaktuar ngarkesën e nevojshme për çdo astronaut individual.

Ndërsa besohet se Marsi fluturojnë jo vetëm studiuesit, por edhe për turistët që duan të krijojnë një koloni në planetin e kuq. Për ta, të paktën në fillim, ndjenja e të qënit në peshës peshoj ARSYE mjekët në lidhje me rreziqet e qëndrimit të zgjatur në këto kushte. Megjithatë, pas disa javësh dhe nevojë për ndihmë për ta pse ajo është aq e rëndësishme që të jenë në gjendje të gjejnë një mënyrë për të ndërtuar në një gravitetit artificiale anije kozmike.

rezultatet

Cilat përfundime mund të bëhet në lidhje me krijimin e gravitetit artificial në hapësirë?

Ndër të gjitha opsionet që konsiderohen aktualisht dizajn rradhës duket më realiste. Megjithatë, në bazë të të kuptuarit të tanishëm të ligjeve fizike është e pamundur, për shkak se anija - kjo nuk është një cilindër i uritur. Brenda saj ka një përzierje pengojnë zbatimin e ideve.

Përveç kësaj, anija rrezja duhet të jetë mjaft e madhe në mënyrë që efekti Coriolis ka asnjë efekt të rëndësishëm.

Për të menaxhuar diçka të tillë, ajo merr cilindër O'Neill përmend më lart, e cila do të bëjë të mundur për të kontrolluar anije. Në këtë rast, shanset rriten për përdorimin e një strukture të tillë për misionet ndërplanetar siguruar ekipit një nivel të rehatshme e gravitetit.

Para se njerëzimi do të jetë në gjendje për të përkthyer ëndrrat e tyre në realitet, ne do të dëshironim të shohim në veprat e fiction pak më realiste dhe më shumë njohuri të ligjeve të fizikës.