Filloni në shkencë. Si mund të krijojmë gravitet artificial? Si krijohet graviteti

Për objektet në hapësirë, rrotullimi është një gjë e zakonshme. Kur dy masa lëvizin në lidhje me njëra-tjetrën, por jo drejt ose larg njëra-tjetrës, forca e tyre gravitacionale krijon një çift rrotullues. Si rezultat, në sistemin diellor, të gjithë planetët rrotullohen rreth diellit.

Por kjo është diçka që njeriu nuk ka ndikuar. Pse rrotullohen anijet kozmike? Për të stabilizuar pozicionin, drejtoni vazhdimisht instrumentet në drejtimin e duhur dhe në të ardhmen - për të krijuar gravitet artificial. Le t'i shikojmë këto pyetje në më shumë detaje.

Stabilizimi i rrotullimit

Kur shikojmë një makinë, ne e dimë se në cilën drejtim po shkon. Ai kontrollohet përmes ndërveprimit me mjedisin e jashtëm - ngjitjen e rrotave në rrugë. Aty ku rrotullohen rrotat, e gjithë makina shkon atje. Por nëse e privojmë atë nga ky kapje, nëse e dërgojmë makinën me goma tullac të rrokulliset në akull, atëherë ajo do të rrotullohet në një vals, gjë që do të jetë jashtëzakonisht e rrezikshme për shoferin. Kjo lloj lëvizjeje ndodh rrallë në Tokë, por është normë në hapësirë.

B.V. Rauschenbach, akademik dhe laureat i Çmimit Lenin, shkroi në "Spacecraft Motion Control" rreth tre llojeve kryesore të problemeve të kontrollit të lëvizjes së anijes kozmike:

Marrja e trajektores së dëshiruar (kontrolli i lëvizjes së qendrës së masës),
Kontrolli i orientimit, domethënë marrja e pozicionit të dëshiruar të trupit të anijes në lidhje me pikat e jashtme (kontrolli i lëvizjes rrotulluese rreth qendrës së masës);
Rasti kur këto dy lloje kontrolli zbatohen njëkohësisht (për shembull, kur anijet kozmike i afrohen njëra-tjetrës).

Rrotullimi i pajisjes kryhet për të siguruar një pozicion të qëndrueshëm të anijes. Këtë e demonstron qartë eksperimenti në videon e mëposhtme. Rrota e bashkangjitur në kabllo do të marrë një pozicion paralel me dyshemenë. Por nëse kjo rrotë rrotullohet së pari, ajo do të ruajë pozicionin e saj vertikal. Dhe graviteti nuk do të ndërhyjë në këtë. Dhe madje edhe një ngarkesë prej dy kilogramësh e bashkangjitur në skajin e dytë të boshtit nuk do ta ndryshojë shumë figurën.

Një organizëm i përshtatur për jetën në kushtet e gravitetit arrin të mbijetojë pa të. Dhe jo vetëm për të mbijetuar, por edhe për të punuar në mënyrë aktive. Por kjo mrekulli e vogël nuk është pa pasoja. Përvoja e grumbulluar gjatë dekadave të fluturimeve njerëzore në hapësirë ka treguar se një person përjeton shumë stres në hapësirë, gjë që lë gjurmë në trup dhe psikikë.

Në Tokë, trupi ynë lufton gravitetin, i cili tërheq gjakun poshtë. Në hapësirë, kjo luftë vazhdon, por nuk ka forcë gravitacionale. Kjo është arsyeja pse astronautët janë të fryrë. Presioni intrakranial rritet, dhe presioni në sy rritet. Kjo shtrembëron nervin optik dhe ndikon në formën e kokës së syrit. Përmbajtja e plazmës në gjak zvogëlohet dhe për shkak të zvogëlimit të sasisë së gjakut që duhet të pompohet, muskujt e zemrës atrofizohen. Defekti i masës kockore është i rëndësishëm dhe kockat bëhen të brishta.

Për të luftuar këto efekte, njerëzit në orbitë janë të detyruar të ushtrojnë çdo ditë. Prandaj, krijimi i gravitetit artificial konsiderohet i dëshirueshëm për udhëtime afatgjata në hapësirë. Një teknologji e tillë duhet të krijojë kushte fiziologjikisht natyrore që njerëzit të jetojnë në bordin e pajisjes. Konstantin Tsiolkovsky gjithashtu besonte se graviteti artificial do të ndihmonte në zgjidhjen e shumë problemeve mjekësore të fluturimit njerëzor në hapësirë.

Vetë ideja bazohet në parimin e ekuivalencës ndërmjet forcës gravitacionale dhe forcës së inercisë, i cili thotë: “Forcat e bashkëveprimit gravitacional janë proporcionale me masën gravitacionale të trupit, ndërsa forcat e inercisë janë proporcionale me masën inerciale. të trupit. Nëse masat inerciale dhe gravitacionale janë të barabarta, atëherë është e pamundur të dallohet se cila forcë vepron në një trup të caktuar mjaft të vogël - forcë gravitacionale ose inerciale.

Kjo teknologji ka disavantazhe. Në rastin e një pajisjeje me një rreze të vogël, forca të ndryshme do të ndikojnë në këmbë dhe kokë - sa më larg qendrës së rrotullimit, aq më i fortë është graviteti artificial. Problemi i dytë është forca Coriolis, për shkak të ndikimit të së cilës një person do të lëkundet kur lëviz në lidhje me drejtimin e rrotullimit. Për të shmangur këtë, pajisja duhet të jetë e madhe. Dhe pyetja e tretë e rëndësishme lidhet me kompleksitetin e zhvillimit dhe montimit të një pajisjeje të tillë. Kur krijohet një mekanizëm i tillë, është e rëndësishme të merret në konsideratë se si të bëhet e mundur që ekuipazhi të ketë akses të vazhdueshëm në ndarjet me gravitet artificial dhe si ta bëjmë këtë torus të lëvizë pa probleme.

Në jetën reale, një teknologji e tillë ende nuk është përdorur për ndërtimin e anijeve kozmike. Një modul i fryrë me gravitet artificial u propozua për ISS për të demonstruar prototipin e anijes kozmike Nautilus-X. Por moduli është i shtrenjtë dhe do të krijonte dridhje të konsiderueshme. Bërja e të gjithë ISS me gravitet artificial me raketa aktuale është e vështirë për t'u zbatuar - gjithçka do të duhej të mblidhej në orbitë në pjesë, gjë që do ta ndërlikonte shumë fushën e operacioneve. Dhe ky gravitet artificial do të mohonte vetë thelbin e ISS si një laborator fluturues mikrograviteti.

Koncepti i një moduli mikrograviteti të fryrë për ISS.

Por graviteti artificial jeton në imagjinatën e shkrimtarëve të trillimeve shkencore. Anija Hermes nga filmi The Martian ka një torus rrotullues në qendër, i cili krijon gravitet artificial për të përmirësuar gjendjen e ekuipazhit dhe për të zvogëluar efektet e mungesës së peshës në trup.

Agjencia Kombëtare e Hapësirës Ajrore të SHBA-së ka zhvilluar një shkallë të niveleve të gatishmërisë së teknologjisë TRL me nëntë nivele: nga i pari në të gjashtin - zhvillimi brenda kuadrit të punës kërkimore-zhvilluese, nga i shtati e lart - puna e zhvillimit dhe demonstrimi i performancës së teknologjisë. Teknologjia nga filmi "The Martian" deri më tani korrespondon vetëm me nivelin e tretë ose të katërt.

Ka shumë përdorime të kësaj ideje në letërsinë dhe filmat fantashkencë. Seria A Space Odyssey e Arthur C. Clarke e përshkroi Discovery One si një strukturë në formë shtangë dore e krijuar për të ndarë reaktorin bërthamor me energji nga zona e banueshme. Ekuatori i sferës përmban një "carousel" me një diametër prej 11 metrash, që rrotullohet me një shpejtësi prej rreth pesë rrotullime në minutë. Kjo centrifugë krijon një nivel graviteti të barabartë me atë të Hënës, i cili duhet të parandalojë atrofinë fizike në kushtet e mikrogravitetit.

"Discovery One" nga "A Space Odyssey"

Në serinë anime Planetes, stacioni hapësinor ISPV-7 ka dhoma të mëdha me gravitetin e zakonshëm të Tokës. Zona e banimit dhe zona e rritjes janë të vendosura në dy tori që rrotullohen në drejtime të ndryshme.

Edhe trillimet e vështira shkencore injorojnë koston e madhe të një zgjidhjeje të tillë. Entuziastët morën si shembull anijen "Elysium" nga filmi me të njëjtin emër. Diametri i rrotës është 16 kilometra. Pesha - rreth një milion ton. Dërgimi i ngarkesave në orbitë kushton 2700 dollarë për kilogram; Por do të duhet të kryhen 18,382 lëshime për të ofruar këtë sasi materialesh. Ky është 1 trilion 650 miliardë dollarë amerikanë - pothuajse njëqind buxhete vjetore të NASA-s.

Vendbanimet reale në hapësirë, ku njerëzit mund të shijojnë nxitimin e zakonshëm 9,8 m/s² për shkak të gravitetit, janë ende shumë larg. Ndoshta ripërdorimi i pjesëve të raketave dhe ashensorëve hapësinorë do ta afrojë një epokë të tillë.

Graviteti është një nga forcat themelore të Universit. Ai përcakton botën siç e njohim ne, duke e lidhur kozmosin së bashku. Pa gravitetin, gjithçka do të largohet vazhdimisht nga gjithçka tjetër. Është një element themelor i fizikës, saqë ne shpesh e marrim si të mirëqenë. Është e frikshme të mendosh se çfarë do të ndodhte nëse dikush thjesht ndryshonte gravitetin metaforik të Tokës. Ne do të hidheshim nga sipërfaqja e Tokës në hapësirë për shkak të inercisë së lëvizjes rrotulluese të Tokës. Nëse e fikim gravitetin e diellit, asgjë nuk do të funksiononte nëse sistemi diellor do të ishte së bashku. Ne dëshmuam kaos në një shkallë të pabesueshme teksa planetët u përplasën me njëri-tjetrin dhe meteorët binin mbi ne si një stuhi shkatërrimi.

Megjithatë, po aq i rëndësishëm sa graviteti, ka disa skenarë në të cilët një shkallë e kontrollit mbi të do të ishte jashtëzakonisht e dobishme. Imagjinoni të fluturoni pa aeroplanë ose të mbani objekte të rënda pothuajse pa asnjë përpjekje. Aktualisht, astronautët përjetojnë shumë ndryshime fiziologjike gjatë udhëtimit pa peshë në hapësirë, dhe shumica e këtyre ndryshimeve ndikojnë negativisht në to. Ata vuajnë nga distrofia muskulare, humbja e kockave, konfuzioni dhe efekte të tjera zero. Prandaj, udhëtimi ndëryjor do të ishte shumë më i lehtë nëse graviteti mund të sintetizohej artificialisht. Ajo që zbret duhet të bjerë, apo jo? A është ky një fakt? Sa më i madh të jesh, aq më fort bie? Fakt apo trillim?

Tani le të shohim se sa afër jemi me përdorimin e gravitetit.

Përcaktimi i gravitetit

Si të simuloni gravitetin?

Rrotullimi do të bënte që çdo objekt brenda anijes kozmike të lëvizte drejt bazës dhe larg qendrës së rrotullimit. Forca rezistente nga baza e trupit do të veprojë si forca normale që ushtrohet mbi ne nga sipërfaqja e tokës kur qëndrojmë në këmbë. Forca centrifugale që na shtyn drejt bazës së trupit do të veprojë si forca gravitacionale që Toka ushtron mbi ne.

Megjithatë, ka një paralajmërim. Në këtë sistem, nivelet artificiale ndryshojnë shumë në varësi të distancës nga qendra e rrotullimit. Prandaj, graviteti artificial i përjetuar nga këmbët do të ishte më i madh se ai i përjetuar nga koka. Kjo mund ta bëjë lëvizjen dhe ndryshimin e pozicioneve të trupit të pakëndshme. Sidoqoftë, ky efekt mund të reduktohej nëse rrezja e anijes ishte shumë më e madhe se lartësia e një personi mesatar.

Përshpejtimi linear: Udhëtimi në një slitë hapësinore

Rritja e shpejtësisë, d.m.th. nxitimi ndodh për shkak të gravitetit. Kjo është arsyeja kryesore pse kur biem të lirë, shpejtësia jonë rritet. Ky nxitim mund të modelohet si një anije kozmike përshpejtuese. Një anije kozmike me nxitim të vazhdueshëm në një vijë të drejtë do të rezultonte në një tërheqje gravitacionale në drejtim të kundërt. Kjo do të bëjë që objekti të përshpejtohet të përjetojë një forcë që e tërheq prapa. Nëse jeni duke pyetur veten se sa komode do të jetë nën përshpejtimin e vazhdueshëm, mos u shqetësoni sepse kjo është ajo që përjetoni gjatë gjithë kohës për shkak të tërheqjes gravitacionale të Tokës, slitëve dhe makinave sportive. Përveç kësaj, trupi nuk do ta dijë se po lëviz nëse nuk ka përshpejtim. Unë mendoj për të

Toka rrotullohet rreth 1700 kilometra në orë në ekuator, por ne nuk e ndiejmë atë sepse kjo shpejtësi është konstante dhe nuk ka nxitim.

Përshpejtimi linear në fluturimin në hapësirë do të kërkonte sasi të mëdha të shtytësit, ndërsa strategjia e rrotullimit nuk kërkon aplikim të vazhdueshëm të forcës. Megjithatë, kërkohet nxitim konstant linear sepse, përveç gravitetit artificial, teorikisht mund të sigurojë kohë relativisht të shkurtra fluturimi rreth sistemit diellor.

Magnetizmi :

Ekziston një metodë me të cilën efektet e gravitetit mund të krijohen duke përdorur diamagnetizëm, por kjo kërkon fusha magnetike jashtëzakonisht të forta. Me fusha magnetike kaq të forta, është e dyshimtë se do të jetë ndonjëherë e sigurt për përdorim njerëzor. Eksperimentalisht, bretkosat dhe madje edhe minjtë janë ngritur kundër gravitetit të Tokës, por kjo është në një shkallë shumë të vogël. Makinat që përdorin diamagnetizmin për të simuluar gravitetin mund të përdoren për të siguruar në mënyrë të sigurt kushte me gravitet të ulët, me forcë të ngjashme me atë që mund të ndodhë në gravitetin hënor ose marsian.

Një bretkocë e gjallë që fluturon brenda një fushe magnetike

Para-graviteti:

Graviteti i simuluar artificialisht në një anije kozmike që nuk është as rrotulluese dhe as përshpejtuese, e njohur gjithashtu si "paragraviteti", është supozuar se nuk ekziston, por aktualisht nuk ka asnjë teknikë të provuar që mund të simulojë gravitetin përveç përshpejtimit mekanik ose magnetik. Megjithatë, Murphy i Interstellar e kuptoi, kështu që sa e vështirë ishte?

Përveç metodave të mësipërme, ka metoda më të thjeshta që mund të mohojnë efektet e gravitetit dhe të arrijnë kushte afër zeros. Ato centrifuga të mëdha njerëzore me krahun e gjatë rrotullues që shohim në karikaturat dhe filmat janë në fakt shumë të dobishme në përgatitjen e astronautëve për kushtet e larta gjatë nisjes.

Lundrimi neutral është një teknikë tjetër në të cilën njerëzit trajnohen për të zgjidhur probleme të nivelit të ulët duke kryer detyra të thjeshta në një mjedis të simuluar pishinë.

Lëvizja neutrale nuk është pa peshë pasi ne ende mund të ndiejmë drejtimin e gravitetit nën ujë, por ajo i afrohet shumë kushteve të fluturimit në hapësirë.

Vendoseni një person në hapësirë, larg lidhjeve gravitacionale të sipërfaqes së tokës dhe ai do të përjetojë mungesë peshe. Edhe pse të gjitha masat e Universit do të ushtrojnë ende një forcë gravitacionale mbi të, ato gjithashtu do të tërheqin çdo anije kozmike në të cilën ndodhet personi, kështu që ai do të notojë. E megjithatë ata na treguan në TV se ekuipazhi i një anije kozmike të caktuar ecën me mjaft sukses me këmbët në dysheme në çdo kusht. Për këtë qëllim përdoret graviteti artificial i krijuar nga instalimet në bordin e një anijeje fantastike. Sa afër është kjo me shkencën e vërtetë?

Kapiteni Gabriel Lorca në urën e Zbulimit gjatë një beteje tallëse me Klingonët. E gjithë ekuipazhi tërhiqet nga graviteti artificial, dhe ky është, si të thuash, tashmë kanun

Në lidhje me gravitetin, zbulimi i madh i Ajnshtajnit ishte parimi i ekuivalencës: me nxitim uniform, korniza e referencës nuk dallohet nga fusha gravitacionale. Nëse do të ishit në një raketë dhe nuk do të mund ta shihnit universin nga dritarja, nuk do ta kishit idenë se çfarë po ndodhte: a po tërhiqeshit poshtë nga graviteti, apo raketa po përshpejtohej në një drejtim të caktuar? Kjo ishte ideja që çoi në teorinë e përgjithshme të relativitetit. Pas 100 vjetësh, ky është përshkrimi më i saktë i gravitetit dhe nxitimit që dimë.

Sjellja identike e një topi që bie në dysheme në një raketë (majtas) dhe në tokë (djathtas) demonstron parimin e ekuivalencës së Ajnshtajnit

Ka vetëm një gjë. Këto tre lloje të nxitimit - gravitacional, linear dhe rrotullues - janë të vetmet që mund të përdorim për të simuluar efektet e gravitetit. Dhe ky është një problem i madh për një anije kozmike.

Koncepti i vitit 1969 i stacionit, i cili supozohej të mblidhej në orbitë nga fazat e përfunduara të programit Apollo. Stacioni supozohej të rrotullohej në boshtin e tij qendror për të krijuar gravitet artificial

Nisja e anijes kozmike Columbia në 1992 tregoi se përshpejtimi ndodh për një periudhë të gjatë. Përshpejtimi i anijes do të jetë shumë herë më i lartë dhe trupi i njeriut nuk do të jetë në gjendje ta përballojë atë

Sikur graviteti të punonte në të njëjtën mënyrë.

Thjesht nuk ekziston diçka e tillë si një përcjellës gravitacional, as nuk është e mundur të mbroheni nga forca gravitacionale. Është e pamundur të krijohet një fushë gravitacionale uniforme në një rajon të hapësirës, për shembull, midis dy pllakave. Pse? Sepse ndryshe nga forca elektrike e krijuar nga ngarkesat pozitive dhe negative, ekziston vetëm një lloj ngarkese gravitacionale, dhe ajo është energjia në masë. Forca gravitacionale gjithmonë tërheq dhe nuk ka shpëtim prej saj. Ju mund të përdorni vetëm tre lloje të nxitimit - gravitacional, linear dhe rrotullues.

Shumica dërrmuese e kuarkeve dhe leptoneve në univers përbëhen nga materia, por secila prej tyre gjithashtu ka antigrimca të përbëra nga antimateria, masat gravitacionale të të cilave nuk janë përcaktuar.

Aktualisht po kryhen eksperimente në këtë fushë. Eksperimenti ALPHA në CERN ka krijuar antihidrogjen: një formë e qëndrueshme e antimateries neutrale dhe po punon për ta izoluar atë nga të gjitha grimcat e tjera. Nëse eksperimenti është mjaft i ndjeshëm, ne do të jemi në gjendje të matim se si një antigrimcë hyn në një fushë gravitacionale. Nëse bie, si lënda e zakonshme, atëherë ajo ka një masë gravitacionale pozitive dhe mund të përdoret për të ndërtuar një përcjellës gravitacional. Nëse bie lart në një fushë gravitacionale, ajo ndryshon gjithçka. Vetëm një rezultat, dhe graviteti artificial papritmas mund të bëhet i mundur.

Mundësia e marrjes së gravitetit artificial është tepër tërheqëse për ne, por bazohet në ekzistencën e masës gravitacionale negative. mund të jetë një masë e tillë, por ne ende nuk e kemi vërtetuar këtë

Nëse antimateria ka masë gravitacionale negative, atëherë duke krijuar një fushë të materies normale dhe një tavan të antimateries, ne mund të krijojmë një fushë graviteti artificial që do t'ju tërheqë gjithmonë poshtë. Duke krijuar një guaskë përçuese gravitacionale në formën e bykut të anijes sonë kozmike, ne do të mbronim ekuipazhin nga forcat e nxitimit ultra të shpejtë që përndryshe do të ishin vdekjeprurëse. Dhe më e mira nga të gjitha, njerëzit në hapësirë nuk do të përjetonin më efektet fiziologjike negative që mundojnë astronautët sot. Por derisa të gjejmë një grimcë me masë gravitacionale negative, graviteti artificial do të merret vetëm përmes nxitimit.

Problemet me sistemin vestibular nuk janë pasoja e vetme e ekspozimit të zgjatur ndaj mikrogravitetit. Astronautët që kalojnë më shumë se një muaj në ISS shpesh vuajnë nga çrregullime të gjumit, funksion të ngadaltë kardiovaskular dhe fryrje.

NASA së fundmi përfundoi një eksperiment në të cilin shkencëtarët studiuan gjenomin e vëllezërve binjakë: njëri prej tyre kaloi pothuajse një vit në ISS, tjetri bëri vetëm fluturime të shkurtra dhe kaloi shumicën e kohës në Tokë. Qëndrimi afatgjatë në hapësirë çoi në faktin se 7% e ADN-së së astronautit të parë ndryshoi përgjithmonë - ne po flasim për gjenet që lidhen me sistemin imunitar, formimin e kockave, urinë e oksigjenit dhe dioksidin e tepërt të karbonit në trup.

NASA krahasoi astronautët binjakë për të parë se si ndryshon trupi i njeriut në hapësirë

Në kushtet e mikrogravitetit, një person do të detyrohet të mbetet joaktiv: nuk po flasim për astronautët që qëndrojnë në ISS, por për fluturimet në hapësirë të thellë. Për të zbuluar se si një regjim i tillë do të ndikonte në shëndetin e astronautëve, Agjencia Evropiane e Hapësirës (ESA) vendosi 14 vullnetarë në një shtrat të anuar në anën e kokës për 21 ditë. Eksperimenti, i cili do të testojë metodat më të fundit të luftimit të mungesës së peshës - të tilla si regjimet e përmirësuara të ushtrimeve dhe të ushqyerit - është planifikuar të kryhet së bashku nga NASA dhe Roscosmos.

Por nëse njerëzit vendosin të dërgojnë anije në Mars ose Venus, do të nevojiten zgjidhje më ekstreme - graviteti artificial.

Si mund të ekzistojë graviteti në hapësirë

Para së gjithash, ia vlen të kuptohet se graviteti ekziston kudo - në disa vende është më i dobët, në të tjerët është më i fortë. Dhe hapësira e jashtme nuk bën përjashtim.

ISS dhe satelitët janë vazhdimisht nën ndikimin e gravitetit: nëse një objekt është në orbitë, ai bie rreth Tokës, për ta thënë thjesht. Një efekt i ngjashëm ndodh nëse e hedhni një top përpara - para se të godasë tokën, ai do të fluturojë pak në drejtim të gjuajtjes. Nëse e hidhni topin më fort, ai do të fluturojë më tej. Nëse ju jeni Superman, dhe topi është një motor rakete, ai nuk do të bjerë në tokë, por do të fluturojë rreth tij dhe do të vazhdojë të rrotullohet, duke hyrë gradualisht në orbitë.

Mikrograviteti supozon se njerëzit brenda anijes nuk janë në ajër - ata bien nga anija, e cila nga ana tjetër bie rreth Tokës.

Për shkak se graviteti është forca e tërheqjes midis dy masave, ne qëndrojmë në sipërfaqen e Tokës kur ecim mbi të, në vend që të notojmë në qiell. Në këtë rast, e gjithë masa e Tokës tërheq masën e trupave tanë në qendrën e saj.

Kur anijet hyjnë në orbitë, ato notojnë lirshëm në hapësirën e jashtme. Ata janë ende subjekt i tërheqjes gravitacionale të Tokës, por anija dhe objektet ose pasagjerët në të janë subjekt i gravitetit në të njëjtën mënyrë. Pajisjet ekzistuese nuk janë aq masive për të krijuar një tërheqje të dukshme, kështu që njerëzit dhe objektet në to nuk qëndrojnë në dysheme, por "notojnë" në ajër.

Si të krijoni gravitetin artificial

Graviteti artificial si i tillë nuk ekziston për ta krijuar atë, një person duhet të mësojë gjithçka për gravitetin natyror. Në fantashkencën ekziston koncepti i simulimit të gravitetit: lejon ekuipazhin e anijeve kozmike të ecin në kuvertë dhe objektet të qëndrojnë mbi të.

Në teori, ekzistojnë dy mënyra për të krijuar gravitetin e simuluar, dhe asnjëra prej tyre nuk është përdorur ende në jetën reale. E para është përdorimi i forcës centripetale për të simuluar gravitetin. Anija ose stacioni duhet të jetë një strukturë si rrota e përbërë nga disa segmente që rrotullohen vazhdimisht.

Sipas këtij koncepti, përshpejtimi centripetal i pajisjes, duke i shtyrë modulet drejt qendrës, do të krijojë një pamje graviteti ose kushte të ngjashme me ato në Tokë. Ky koncept u demonstrua në filmin e Stanley Kubrick 2001: A Space Odyssey dhe Ndëryjor i Christopher Nolan.

Koncepti i një pajisjeje që krijon nxitim centripetal për të simuluar gravitetin

Autori i këtij projekti konsiderohet të jetë shkencëtari dhe inxhinieri gjerman i raketave Wernher von Braun, i cili udhëhoqi zhvillimin e raketës Saturn 5, e cila dërgoi ekuipazhin Apollo 11 dhe disa automjete të tjera të drejtuara në Hënë.

Si drejtor i Qendrës së Fluturimeve Hapësinore Marshall të NASA-s, von Braun popullarizoi idenë e shkencëtarit rus Konstantin Tsiolkovsky për krijimin e një stacioni hapësinor toroidal bazuar në një dizajn shpërndarës që të kujton një rrotë biçiklete. Nëse rrota rrotullohet në hapësirë, atëherë inercia dhe forca centrifugale mund të krijojnë një lloj graviteti artificial që tërheq objektet drejt perimetrit të jashtëm të rrotës. Kjo do t'i lejojë njerëzit dhe robotët të ecin në dysheme, si në Tokë, në vend që të notojnë në ajër, si në ISS.

Sidoqoftë, kjo metodë ka të meta të rëndësishme: sa më e vogël të jetë anija kozmike, aq më shpejt duhet të rrotullohet - kjo do të çojë në shfaqjen e të ashtuquajturës forcë Cornolis, në të cilën pikat e vendosura më larg nga qendra do të ndikohen më fort nga graviteti sesa ato. më afër saj. Me fjalë të tjera, graviteti do të jetë më i fortë në kokat e astronautëve sesa në këmbët e tyre, gjë që nuk do t'u pëlqejë.

Për të shmangur këtë efekt, madhësia e anijes duhet të jetë disa herë më e madhe se madhësia e një fushe futbolli - vendosja e një pajisjeje të tillë në orbitë do të jetë jashtëzakonisht e shtrenjtë, duke pasur parasysh se kostoja e një kilogrami ngarkesë gjatë nisjeve komerciale varion nga 1.5 mijë dollarë. në 3 mijë dollarë.

Një metodë tjetër e krijimit të një simulimi të gravitetit është më praktike, por edhe jashtëzakonisht e shtrenjtë - po flasim për metodën e nxitimit. Nëse anija së pari përshpejton në një segment të caktuar të shtegut, dhe më pas kthehet dhe fillon të ngadalësohet, atëherë do të lindë efekti i gravitetit artificial.

Për të zbatuar këtë metodë, do të kërkohen rezerva të mëdha karburanti - fakti është se motorët duhet të funksionojnë pothuajse vazhdimisht, me përjashtim të një pushimi të shkurtër në mes të udhëtimit - gjatë kthesës së anijes.

Shembuj të vërtetë

Pavarësisht kostos së lartë të nisjes së anijeve kozmike simuluese të gravitetit, kompanitë në mbarë botën po përpiqen të ndërtojnë anije dhe stacione të tilla.

Fondacioni Gateway, një fondacion kërkimor që planifikon të ndërtojë një stacion rrotullues në orbitën e Tokës, po përpiqet të zbatojë konceptin e Von Braun. Supozohet se kapsulat do të vendosen rreth perimetrit të timonit, të cilat mund të blihen nga kompani publike dhe private të hapësirës ajrore për kërkime. Disa kapsula do t'u shiten si vila banorëve më të pasur në botë, ndërsa të tjerat do të përdoren si hotele për turistët e hapësirës zbuluan konceptin e një anije kozmike rrotulluese me module të fryrë, Nautilus-X, e cila do të reduktonte efektet e mikrogravitetit tek shkencëtarët. në bord.

Supozohej se projekti do të kushtonte vetëm 3.7 miliardë dollarë - shumë pak për pajisje të tilla - dhe do të duheshin 64 muaj për t'u ndërtuar. Sidoqoftë, Nautilus-X kurrë nuk lëvizi përtej vizatimeve dhe propozimeve fillestare.

konkluzioni

Tani për tani, mënyra më e mundshme për të marrë një gravitet të simuluar që do të mbrojë anijen nga efektet e nxitimit dhe do të sigurojë gravitet konstant pa nevojën e përdorimit të vazhdueshëm të motorëve është zbulimi i një grimce me masë negative. Çdo grimcë dhe antigrimcë që shkencëtarët kanë zbuluar ndonjëherë ka masë pozitive. Dihet se masa negative dhe masa gravitacionale janë të barabarta me njëra-tjetrën, por deri më tani studiuesit nuk kanë mundur ta demonstrojnë këtë njohuri në praktikë.

Studiuesit në eksperimentin ALPHA në CERN kanë krijuar tashmë antihidrogjen - një formë e qëndrueshme e antimateries neutrale - dhe po punojnë për ta izoluar atë nga të gjitha grimcat e tjera me shpejtësi shumë të ulëta. Nëse shkencëtarët arrijnë ta bëjnë këtë, ka të ngjarë që në të ardhmen e afërt graviteti artificial të bëhet më real se sa është tani.

Vendoseni një person në hapësirë, larg lidhjeve gravitacionale të sipërfaqes së tokës dhe ai do të përjetojë mungesë peshe. E megjithatë ata na treguan në TV se ekuipazhi i një anije kozmike ecën me mjaft sukses me këmbët në dysheme. Për këtë qëllim përdoret graviteti artificial i krijuar nga instalimet në bordin e një anijeje fantastike. Sa afër është kjo me shkencën e vërtetë?

Kapiteni Gabriel Lorca në urën e Zbulimit gjatë një beteje tallëse me Klingonët. E gjithë ekuipazhi tërhiqet nga graviteti artificial, dhe ky është, si të thuash, tashmë kanun.

Në lidhje me gravitetin. Zbulimi i madh i Ajnshtajnit ishte parimi i ekuivalencës: me nxitim uniform, korniza e referencës nuk dallohet nga fusha gravitacionale. Nëse do të ishit në një raketë dhe nuk do të mund ta shihnit universin nga dritarja, nuk do ta kishit idenë se çfarë po ndodhte: a po tërhiqeshit poshtë nga graviteti, apo raketa po përshpejtohej në një drejtim të caktuar? Kjo ishte ideja që çoi në teorinë e përgjithshme të relativitetit. Pas 100 vjetësh, ky është përshkrimi më i saktë i gravitetit dhe nxitimit që dimë.

Sjellja identike e një topi që godet dyshemenë në një raketë (majtas) dhe në Tokë (djathtas) demonstron parimin e ekuivalencës së Ajnshtajnit.

Ka një truk tjetër, siç shkruan Ethan Siegel, që mund ta përdorim nëse duam: ne mund ta bëjmë anijen kozmike të rrotullohet. Në vend të përshpejtimit linear (si shtytja e një rakete), nxitimi centripetal mund të funksionojë në mënyrë që personi në bord të ndjejë trupin e jashtëm të anijes që e shtyn drejt qendrës. Kjo teknikë u përdor në vitin 2001: Një Odisea Hapësinore, dhe nëse anija juaj kozmike do të ishte mjaft e madhe, graviteti artificial do të ishte i padallueshëm nga graviteti i vërtetë.
Ka vetëm një gjë. Këto tre lloje të nxitimit - gravitacional, linear dhe rrotullues - janë të vetmet që mund të përdorim për të simuluar efektet e gravitetit. Dhe ky është një problem i madh për një anije kozmike.

Koncepti i vitit 1969 i stacionit, i cili supozohej të mblidhej në orbitë nga fazat e përfunduara të programit Apollo. Stacioni supozohej të rrotullohej në boshtin e tij qendror për të krijuar gravitet artificial.

Pse? Sepse nëse doni të shkoni në një sistem tjetër yjor, do t'ju duhet të shpejtoni anijen tuaj për të arritur atje, dhe pastaj ta ngadalësoni atë sapo të mbërrini. Nëse nuk mund të mbroheni nga këto përshpejtime, ju pret fatkeqësi. Për shembull, për të përshpejtuar në vrullin e plotë në Star Trek, në disa përqind të shpejtësisë së dritës, duhet të përjetoni një nxitim prej 4000 g. Ky është 100 herë përshpejtimi, i cili fillon të pengojë rrjedhjen e gjakut në trup.

Nisja e anijes kozmike Columbia në 1992 tregoi se përshpejtimi ndodh për një periudhë të gjatë. Përshpejtimi i anijes do të jetë shumë herë më i lartë dhe trupi i njeriut nuk do të jetë në gjendje ta përballojë atë.

Nëse nuk dëshironi të jeni pa peshë gjatë një udhëtimi të gjatë - në mënyrë që të mos i nënshtroheni konsumimit të tmerrshëm biologjik si humbja e muskujve dhe kockave - duhet të ketë një forcë të vazhdueshme në trup. Për çdo forcë tjetër kjo është mjaft e lehtë për t'u bërë. Në elektromagnetizëm, për shembull, mund të vendoset një ekuipazh në një kabinë përçuese dhe shumë fusha elektrike të jashtme thjesht do të zhdukeshin. Do të ishte e mundur të vendoseshin dy pllaka paralele brenda dhe të krijohej një fushë elektrike konstante që shtyn ngarkesat në një drejtim të caktuar.
Sikur graviteti të punonte në të njëjtën mënyrë.
Thjesht nuk ekziston një përçues gravitacional, as nuk është e mundur të mbroheni nga forca gravitacionale. Është e pamundur të krijohet një fushë gravitacionale uniforme në një rajon të hapësirës, për shembull midis dy pllakave. Pse? Sepse ndryshe nga forca elektrike e krijuar nga ngarkesat pozitive dhe negative, ekziston vetëm një lloj ngarkese gravitacionale, dhe ajo është energjia në masë. Forca gravitacionale gjithmonë tërheq dhe nuk ka shpëtim prej saj. Ju mund të përdorni vetëm tre lloje të nxitimit - gravitacional, linear dhe rrotullues.

Shumica dërrmuese e kuarkeve dhe leptoneve në Univers përbëhen nga materia, por secila prej tyre ka edhe antigrimca të bëra nga antimateria, masat gravitacionale të të cilave nuk janë përcaktuar.

E vetmja mënyrë se si mund të krijohej graviteti artificial që do t'ju mbronte nga efektet e nxitimit të anijes suaj dhe do t'ju siguronte një shtytje të vazhdueshme "poshtë" pa nxitim, do të ishte nëse do të zhbllokoni grimcat e masës negative të gravitetit. Të gjitha grimcat dhe antigrimcat që kemi gjetur deri më tani kanë masë pozitive, por këto masa janë inerciale, që do të thotë se ato mund të gjykohen vetëm kur grimca krijohet ose përshpejtohet. Masa inerciale dhe masa gravitacionale janë të njëjta për të gjitha grimcat që njohim, por ne kurrë nuk e kemi testuar idenë tonë mbi antimateries ose kundër grimcave.
Aktualisht po kryhen eksperimente në këtë fushë. Eksperimenti ALPHA në CERN ka krijuar antihidrogjen: një formë e qëndrueshme e antimateries neutrale dhe po punon për ta izoluar atë nga të gjitha grimcat e tjera. Nëse eksperimenti është mjaft i ndjeshëm, ne do të jemi në gjendje të matim se si një antigrimcë hyn në një fushë gravitacionale. Nëse bie, si lënda e zakonshme, atëherë ajo ka një masë gravitacionale pozitive dhe mund të përdoret për të ndërtuar një përcjellës gravitacional. Nëse bie lart në një fushë gravitacionale, ajo ndryshon gjithçka. Vetëm një rezultat, dhe graviteti artificial papritmas mund të bëhet i mundur.

Mundësia e marrjes së gravitetit artificial është tepër tërheqëse për ne, por bazohet në ekzistencën e masës gravitacionale negative. Antimateria mund të jetë një masë e tillë, por ne nuk e kemi vërtetuar ende.

Artikulli i mëparshëm: Sa është shpejtësia e dritës Artikulli vijues: Lëkundjet harmonike Formula e fizikës së frekuencës së lëkundjeve