Anche una persona senza interesse per lo spazio ha mai visto un film sui viaggi nello spazio o letto di queste cose nei libri. In quasi tutti questi lavori, le persone camminano intorno alla nave, dormono normalmente e non hanno problemi a mangiare. Ciò significa che queste navi - immaginarie - hanno gravità artificiale. La maggior parte degli spettatori lo percepisce come qualcosa di completamente naturale, ma non lo è affatto.
Gravità artificiale
Questo è il nome del cambiamento (in qualsiasi direzione) di gravità a noi familiare applicando vari metodi. E questo viene fatto non solo in opere fantastiche, ma anche in situazioni terrene molto reali, il più delle volte per esperimenti.
In teoria, la creazione della gravità artificiale non sembra così difficile. Ad esempio, può essere ricreato con l'aiuto dell'inerzia, più precisamente, della forza centrifuga. La necessità di questo potere non è sorta ieri - è successo immediatamente, non appena una persona ha iniziato a sognare voli spaziali a lungo termine. Creazionela gravità artificiale nello spazio consentirà di evitare molti problemi che sorgono durante la permanenza prolungata in assenza di gravità. I muscoli degli astronauti si indeboliscono, le ossa diventano meno forti. Viaggiando in tali condizioni per mesi, potresti avere l'atrofia di alcuni muscoli.
Quindi, oggi la creazione della gravità artificiale è un compito di fondamentale importanza, l'esplorazione dello spazio senza questa abilità è semplicemente impossibile.
Materiali
Anche chi conosce la fisica solo a livello di curriculum scolastico comprende che la gravità è una delle leggi fondamentali del nostro mondo: tutti i corpi interagiscono tra loro, sperimentando attrazione/repulsione reciproca. Più grande è il corpo, maggiore è la sua forza di attrazione.
La Terra per la nostra re altà è un oggetto molto massiccio. Ecco perché, senza eccezioni, tutti i corpi intorno a lei ne sono attratti.
Per noi, questo significa l'accelerazione di caduta libera, che di solito si misura in g, pari a 9,8 metri al secondo quadrato. Ciò significa che se non avessimo supporto sotto i nostri piedi, cadremmo a una velocità che aumenta di 9,8 metri ogni secondo.
Così, solo grazie alla gravità siamo in grado di stare in piedi, cadere, mangiare e bere normalmente, capire dov'è in alto, dov'è in basso. Se la gravità scompare, saremo a gravità zero.
Gli astronauti che si trovano nello spazio in uno stato di caduta libera hanno particolarmente familiarità con questo fenomeno.
Teoricamente, gli scienziati sanno come creare la gravità artificiale. Esisterediverse tecniche.
Grande messa
L'opzione più logica è rendere l'astronave così grande da avere una gravità artificiale. Sarà possibile sentirsi a proprio agio sulla nave, poiché l'orientamento nello spazio non andrà perso.
Purtroppo, questo metodo con lo sviluppo moderno della tecnologia non è realistico. Per costruire un tale oggetto sono necessarie troppe risorse. Inoltre, richiederà un'incredibile quantità di energia per sollevarlo.
Accelera
Sembrerebbe che se vuoi ottenere g uguale a quello terrestre, devi solo dare alla nave una forma piatta (piattaforma) e farla muovere perpendicolarmente al piano con l'accelerazione desiderata. In questo modo si otterrà la gravità artificiale e l'ideale.
Tuttavia, la re altà è molto più complicata.
Prima di tutto, vale la pena considerare il problema del carburante. Affinché la stazione acceleri costantemente, è necessario disporre di un gruppo di continuità. Anche se all'improvviso appare un motore che non espelle materia, la legge di conservazione dell'energia rimarrà in vigore.
Il secondo problema è proprio l'idea dell'accelerazione costante. Secondo la nostra conoscenza e le leggi fisiche, è impossibile accelerare all'infinito.
Inoltre, tali veicoli non sono adatti per missioni di ricerca, poiché devono accelerare costantemente - volare. Non sarà in grado di fermarsi a studiare il pianeta, non sarà nemmeno in grado di volare lentamente intorno ad esso - ha bisogno di accelerare.
CosìPertanto, diventa chiaro che tale gravità artificiale non è ancora disponibile per noi.
Carosello
Tutti sanno come la rotazione della giostra influisca sul corpo. Pertanto, un dispositivo a gravità artificiale secondo questo principio sembra essere il più realistico.
Tutto ciò che si trova nel diametro della giostra tende a cadere da essa ad una velocità approssimativamente uguale alla velocità di rotazione. Si scopre che una forza agisce sul corpo, diretta lungo il raggio dell'oggetto rotante. È molto simile alla gravità.
Quindi, hai bisogno di una nave che abbia una forma cilindrica. Allo stesso tempo, deve ruotare attorno al proprio asse. A proposito, la gravità artificiale su un'astronave, creata secondo questo principio, viene spesso mostrata nei film di fantascienza.
La nave a forma di botte, ruotando attorno all'asse longitudinale, crea una forza centrifuga, la cui direzione corrisponde al raggio dell'oggetto. Per calcolare l'accelerazione risultante, devi dividere la forza per la massa.
Non sarà difficile per le persone che conoscono la fisica calcolare questo: a=ω²R.
In questa formula, il risultato del calcolo è l'accelerazione, la prima variabile è la velocità nodale (misurata in radianti al secondo), la seconda è il raggio.
In base a ciò, per ottenere la solita g, è necessario combinare correttamente la velocità angolare e il raggio del trasporto spaziale.
Questo problema è trattato in film come "Intersol", "Babylon 5", "2001: Odissea nello spazio" e simili. In tutti questi casila gravità artificiale è vicina all'accelerazione di caduta libera della Terra.
Non importa quanto sia buona l'idea, è abbastanza difficile implementarla.
Problemi del metodo carosello
Il problema più ovvio è evidenziato in Odissea nello spazio. Il raggio del "portatore spaziale" è di circa 8 metri. Per ottenere un'accelerazione di 9,8, la rotazione deve avvenire a una velocità di circa 10,5 giri al minuto.
Ai valori indicati si manifesta l'“effetto Coriolis” che consiste nel fatto che forze diverse agiscono a distanze differenti dal pavimento. Dipende direttamente dalla velocità angolare.
Si scopre che verrà creata una gravità artificiale nello spazio, ma una rotazione troppo veloce della custodia porterà a problemi con l'orecchio interno. Questo, a sua volta, causa squilibri, problemi con l'apparato vestibolare e altri problemi simili.
L'emergere di questa barriera suggerisce che un tale modello non ha successo.
Puoi provare ad andare dall'opposto, come hanno fatto nel romanzo "The World-Ring". Qui la nave è realizzata a forma di anello, il cui raggio è vicino al raggio della nostra orbita (circa 150 milioni di km). A queste dimensioni, la sua velocità di rotazione è sufficiente per ignorare l'effetto Coriolis.
Potresti presumere che il problema sia risolto, ma non è affatto così. Il fatto è che una rotazione completa di questa struttura attorno al suo asse richiede 9 giorni. Ciò consente di presumere che i carichi siano troppo grandi. In modo dala costruzione li ha resistito, ci vuole un materiale molto resistente, che oggi non abbiamo a nostra disposizione. Inoltre, il problema è la quantità di materiale e il processo di costruzione stesso.
Nei giochi a tema simile, come nel film "Babylon 5", questi problemi sono in qualche modo risolti: la velocità di rotazione è abbastanza sufficiente, l'effetto Coriolis non è significativo, è ipoteticamente possibile creare una nave del genere.
Tuttavia, anche questi mondi hanno uno svantaggio. Il suo nome è slancio.
La nave, ruotando attorno al proprio asse, si trasforma in un enorme giroscopio. Come sapete, è estremamente difficile far deviare il giroscopio dall'asse a causa del momento angolare. È importante che la sua quantità non lasci il sistema. Ciò significa che sarà molto difficile impostare la direzione per questo oggetto. Tuttavia, questo problema può essere risolto.
Risoluzione dei problemi
La gravità artificiale su una stazione spaziale diventa disponibile quando il "cilindro O'Neill" viene in soccorso. Per creare questo progetto sono necessarie navi cilindriche identiche, che sono collegate lungo l'asse. Dovrebbero ruotare in direzioni diverse. Il risultato di questo montaggio è zero momento angolare, quindi non ci dovrebbero essere difficoltà nel dare alla nave la direzione desiderata.
Se è possibile costruire una nave con un raggio di circa 500 metri, funzionerà esattamente come dovrebbe. Allo stesso tempo, la gravità artificiale nello spazio sarà abbastanza comoda e adatta a lunghi voli su navi o stazioni di ricerca.
Ingegneri spaziali
Come creare la gravità artificiale è noto ai creatori del gioco. Tuttavia, in questo mondo fantastico, la gravità non è l'attrazione reciproca dei corpi, ma una forza lineare progettata per accelerare gli oggetti in una determinata direzione. L'attrazione qui non è assoluta, cambia quando la sorgente viene reindirizzata.
La gravità artificiale sulla stazione spaziale viene creata utilizzando uno speciale generatore. È uniforme ed equidirezionale nell'area del generatore. Quindi, nel mondo reale, se vieni colpito da una nave che ha un generatore installato, verrai trascinato verso lo scafo. Tuttavia, nel gioco, l'eroe cadrà finché non lascia il perimetro del dispositivo.
Oggi, la gravità artificiale nello spazio, creata da un tale dispositivo, è inaccessibile all'umanità. Tuttavia, anche gli sviluppatori dai capelli grigi non smettono di sognarlo.
Generatore sferico
Questa è una versione più realistica dell'equipaggiamento. Una volta installato, la gravità ha una direzione verso il generatore. Questo permette di creare una stazione la cui gravità sarà uguale a quella planetaria.
Centrifuga
Oggi, la gravità artificiale sulla Terra si trova in vari dispositivi. Si basano, per la maggior parte, sull'inerzia, poiché questa forza è da noi avvertita in modo simile agli effetti gravitazionali: il corpo non distingue ciò che causa l'accelerazione. Ad esempio: una persona che sale in un ascensore sperimenta l'effetto dell'inerzia. Attraverso gli occhi di un fisico: il sollevamento di un ascensore aggiunge all'accelerazione di caduta libera l'accelerazione dell'auto. Al ritornocabine ad un misurato movimento il "guadagno" di peso scompare, restituendo le solite sensazioni.
Gli scienziati sono da tempo interessati alla gravità artificiale. La centrifuga viene utilizzata più spesso per questi scopi. Questo metodo è adatto non solo per veicoli spaziali, ma anche per stazioni a terra in cui è necessario studiare l'effetto della gravità sul corpo umano.
Studi sulla Terra, fai domanda tra…
Sebbene lo studio della gravità sia iniziato dallo spazio, è una scienza molto banale. Ancora oggi, i risultati in questo campo hanno trovato la loro applicazione, ad esempio, nella medicina. Sapendo se è possibile creare gravità artificiale sul pianeta, lo si può utilizzare per trattare problemi all'apparato motorio o al sistema nervoso. Inoltre, lo studio di questa forza viene effettuato principalmente sulla Terra. Ciò consente agli astronauti di condurre esperimenti rimanendo sotto la stretta attenzione dei medici. Un' altra cosa è la gravità artificiale nello spazio, non ci sono persone lì che possono aiutare gli astronauti in caso di una situazione imprevista.
Data la totale assenza di gravità, non si può prendere in considerazione un satellite in orbita terrestre bassa. Questi oggetti, anche se in piccola misura, sono influenzati dalla gravità. La forza di gravità generata in questi casi è chiamata microgravità. La vera gravità si sperimenta solo in un apparato che vola a velocità costante nello spazio. Tuttavia, il corpo umano non sente questa differenza.
Puoi provare assenza di gravità durante un s alto in lungo (prima che la vela si apra) o durante una discesa parabolica dell'aereo. Tali esperimentispesso in scena negli Stati Uniti, ma su un aereo questa sensazione dura solo 40 secondi - questo è troppo breve per uno studio completo.
In URSS nel 1973 sapevano se era possibile creare gravità artificiale. E non solo lo ha creato, ma lo ha anche cambiato in qualche modo. Un vivido esempio di una diminuzione artificiale della gravità è l'immersione a secco, l'immersione. Per ottenere l'effetto desiderato, è necessario applicare un film denso sulla superficie dell'acqua. La persona viene posta sopra di essa. Sotto il peso del corpo, il corpo affonda sott'acqua, solo la testa rimane sopra. Questo modello dimostra il supporto a bassa gravità che si trova nell'oceano.
Non c'è bisogno di andare nello spazio per sentire l'effetto della forza opposta dell'assenza di gravità: l'ipergravità. Quando si decolla e si atterra un veicolo spaziale, in una centrifuga, non solo puoi sentire il sovraccarico, ma anche studiarlo.
Trattamento per gravità
La fisica gravitazionale studia, tra le altre cose, l'impatto dell'assenza di gravità sul corpo umano, cercando di minimizzarne le conseguenze. Tuttavia, un gran numero di risultati di questa scienza può essere utile ai normali abitanti del pianeta.
I medici ripongono grandi speranze nella ricerca sul comportamento degli enzimi muscolari nella miopatia. Questa è una grave malattia che porta alla morte prematura.
Con esercizi fisici attivi, una grande quantità dell'enzima creatinofosfochinasi entra nel sangue di una persona sana. Il motivo di questo fenomeno non è chiaro, forse il carico agisce sulla membrana cellulare in modo tale che essa"perfora". I pazienti con miopatia ottengono lo stesso effetto senza esercizio. Le osservazioni degli astronauti mostrano che in assenza di gravità il flusso dell'enzima attivo nel sangue è significativamente ridotto. Questa scoperta suggerisce che l'uso dell'immersione ridurrà l'impatto negativo dei fattori che portano alla miopatia. La sperimentazione animale è attualmente in corso.
Il trattamento di alcune malattie è già in corso oggi utilizzando i dati ottenuti dallo studio della gravità, anche artificiale. Ad esempio, paralisi cerebrale, ictus, Parkinson vengono trattati utilizzando tute di carico. La ricerca sull'impatto positivo del supporto - la scarpa pneumatica è quasi completata.
Voleremo su Marte?
Le ultime conquiste degli astronauti danno speranza per la re altà del progetto. C'è esperienza di supporto medico per una persona durante un lungo soggiorno lontano dalla Terra. Anche i voli di ricerca sulla Luna, in cui la forza di gravità è 6 volte inferiore alla nostra, hanno portato molti vantaggi. Ora astronauti e scienziati si stanno fissando un nuovo obiettivo: Marte.
Prima di metterti in fila per un biglietto per il Pianeta Rosso, dovresti sapere cosa si aspetta il corpo già nella prima fase del lavoro - in arrivo. In media, la strada per il pianeta deserto richiederà un anno e mezzo, circa 500 giorni. Lungo la strada, dovrai fare affidamento solo sulle tue forze, semplicemente non c'è nessun posto dove aspettare aiuto.
Molti fattori mineranno la forza: stress, radiazioni, mancanza di campo magnetico. Il test più importante per il corpo è il cambiamento di gravità. Durante il viaggio, una persona "fa conoscenza".diversi livelli di gravità. Prima di tutto, questi sono sovraccarichi durante il decollo. Quindi - assenza di gravità durante il volo. Dopodiché, ipogravità a destinazione, poiché la gravità su Marte è inferiore al 40% della Terra.
Come affronti gli effetti negativi dell'assenza di gravità su un lungo volo? Si spera che gli sviluppi nel campo della creazione di gravità artificiale aiuteranno a risolvere questo problema nel prossimo futuro. Esperimenti su ratti che viaggiano su Kosmos-936 mostrano che questa tecnica non risolve tutti i problemi.
L'esperienza di OS ha dimostrato che l'uso di complessi di addestramento in grado di determinare il carico necessario per ogni astronauta individualmente può portare molti più benefici al corpo.
Finora si ritiene che non solo i ricercatori voleranno su Marte, ma anche i turisti che vogliono stabilire una colonia sul Pianeta Rosso. Per loro, almeno all'inizio, le sensazioni di essere in assenza di gravità supereranno tutte le argomentazioni dei medici sui pericoli di un'esposizione prolungata a tali condizioni. Tuttavia, anche loro avranno bisogno di aiuto tra qualche settimana, motivo per cui è così importante riuscire a trovare un modo per creare gravità artificiale su un'astronave.
Risultati
Quali conclusioni si possono trarre sulla creazione della gravità artificiale nello spazio?
Tra tutte le opzioni attualmente in esame, la struttura rotante sembra la più realistica. Tuttavia, con l'attuale comprensione delle leggi fisiche, questo è impossibile, poiché la nave non è un cilindro cavo. Al suo interno ci sono sovrapposizioni che interferiscono con la realizzazione delle idee.
Inoltre, il raggio della nave dovrebbe essere cosìgrande in modo che l'effetto Coriolis non abbia un effetto significativo.
Per controllare qualcosa del genere, hai bisogno del cilindro O'Neill menzionato sopra, che ti darà la possibilità di controllare la nave. In questo caso, aumentano le possibilità di utilizzare un progetto simile per i voli interplanetari fornendo all'equipaggio un livello di gravità confortevole.
Prima che l'umanità riesca a realizzare i propri sogni, vorrei vedere un po' più di realismo e ancora più conoscenza delle leggi della fisica nella fantascienza.
