Τα προβλήματα με το αιθουσαίο σύστημα δεν είναι η μόνη συνέπεια της παρατεταμένης παραμονής σε συνθήκες
Η NASA ολοκλήρωσε πρόσφατα ένα πείραμα κατά τη διάρκειατον οποίο οι επιστήμονες συνέκριναν το γονιδίωμα των δίδυμων αδελφών: ο ένας από αυτούς πέρασε σχεδόν ένα χρόνο στο ISS, ο άλλος έκανε μόνο σύντομες πτήσεις και πέρασε τον περισσότερο χρόνο στη Γη. Η μακροχρόνια παραμονή στο διάστημα οδήγησε στο γεγονός ότι το 7% του DNA του πρώτου αστροναύτη άλλαξε για πάντα - μιλάμε για γονίδια που σχετίζονται με το ανοσοποιητικό σύστημα, τον σχηματισμό οστών, την πείνα με οξυγόνο και την περίσσεια διοξειδίου του άνθρακα στο σώμα.
Η NASA συνέκρινε τους δίδυμους αστροναύτες για να δουν πώς αλλάζει το ανθρώπινο σώμα στο διάστημα
Σε συνθήκες μικροβαρύτητας, ένα άτομο θα αναγκαστείμην κάνετε τίποτα: δεν μιλάμε για αστροναύτες που παραμένουν στο ISS, αλλά για πτήσεις στο βαθύ διάστημα. Για να μάθει πώς ένα τέτοιο καθεστώς θα επηρεάσει την υγεία των αστροναυτών, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) έβαλε 14 εθελοντές σε ένα κρεβάτι γερμένο στο πλάι του κεφαλιού για 21 ημέρες. Ένα πείραμα που θα δοκιμάσει τις πιο πρόσφατες μεθόδους καταπολέμησης της έλλειψης βαρύτητας, όπως βελτιωμένα σχήματα άσκησης και διατροφής, σχεδιάζεται να διεξαχθεί από κοινού από τη NASA και τη Roscosmos.
Αλλά αν οι άνθρωποι αποφασίσουν να στείλουν πλοία στον Άρη ή στη Αφροδίτη, θα χρειαστούν πιο ακραίες λύσεις - τεχνητή βαρύτητα.
Πώς μπορεί να υπάρχει βαρύτητα στο διάστημα
Πρώτα απ 'όλα, αξίζει να καταλάβουμε ότι η βαρύτητα υπάρχει παντού - σε ορισμένα σημεία είναι πιο αδύναμη, σε άλλα είναι ισχυρότερη. Και το διάστημα δεν αποτελεί εξαίρεση.
Ο ISS και οι δορυφόροι βρίσκονται υπό συνεχή επιρροήβαρύτητα: αν ένα αντικείμενο βρίσκεται σε τροχιά, πέφτει γύρω από τη Γη, για να το θέσω απλά. Ένα παρόμοιο αποτέλεσμα συμβαίνει αν πετάξετε μια μπάλα προς τα εμπρός - προτού χτυπήσει στο έδαφος, θα πετάξει λίγο προς την κατεύθυνση της ρίψης. Αν πετάξεις τη μπάλα πιο δυνατά, θα πετάξει πιο μακριά. Εάν είστε ο Σούπερμαν και η μπάλα είναι μηχανή πυραύλων, δεν θα πέσει στο έδαφος, αλλά θα πετάξει γύρω του και θα συνεχίσει να περιστρέφεται, μπαίνοντας σταδιακά σε τροχιά.
Η μικροβαρύτητα υποθέτει ότι οι άνθρωποι μέσα στο πλοίο δεν είναι στον αέρα - πέφτουν από το πλοίο, και αυτό, με τη σειρά του, πέφτει γύρω από τη Γη.
Λόγω του ότι η βαρύτητα είναι δύναμηέλξη μεταξύ δύο μαζών, παραμένουμε στην επιφάνεια της Γης όταν περπατάμε πάνω της, αντί να επιπλέουμε στον ουρανό. Σε αυτή την περίπτωση, ολόκληρη η μάζα της Γης έλκει τη μάζα των σωμάτων μας στο κέντρο της.
Πλευρική γραμμή
Όταν τα πλοία μπαίνουν σε τροχιά, είναι ελεύθεραεπιπλέουν στο διάστημα. Εξακολουθούν να υπόκεινται στη βαρυτική έλξη της Γης, αλλά το πλοίο και τα αντικείμενα ή οι επιβάτες σε αυτό υπόκεινται στη βαρύτητα με τον ίδιο τρόπο. Οι υπάρχουσες συσκευές δεν είναι αρκετά ογκώδεις για να δημιουργήσουν μια αξιοσημείωτη έλξη, επομένως οι άνθρωποι και τα αντικείμενα σε αυτές δεν στέκονται στο πάτωμα, αλλά «επιπλέουν» στον αέρα.
Πώς να δημιουργήσετε τεχνητή βαρύτητα
Η τεχνητή βαρύτητα ως τέτοια δεν είναιυπάρχει, για να το δημιουργήσει κάποιος χρειάζεται να μάθει τα πάντα για τη φυσική βαρύτητα. Στην επιστημονική φαντασία, υπάρχει η έννοια της προσομοίωσης της βαρύτητας: επιτρέπει στο πλήρωμα των διαστημόπλοιων να περπατούν στο κατάστρωμα και σε αντικείμενα να στέκονται σε αυτό.
Θεωρητικά, υπάρχουν δύο τρόποι για να δημιουργήσετε μια απομίμησηβαρύτητα, και κανένα από αυτά δεν έχει χρησιμοποιηθεί ακόμη στην πραγματική ζωή. Το πρώτο είναι η χρήση της κεντρομόλου δύναμης για την προσομοίωση της βαρύτητας. Το πλοίο ή ο σταθμός πρέπει να είναι μια δομή που μοιάζει με τροχό που αποτελείται από πολλά τμήματα που περιστρέφονται συνεχώς.
Σύμφωνα με αυτή την έννοια, centripetalη επιτάχυνση της συσκευής, πιέζοντας τις μονάδες προς το κέντρο, θα δημιουργήσει ομοιότητα βαρύτητας ή συνθήκες παρόμοιες με εκείνες της γης. Αυτή η ιδέα αποδείχθηκε στην Space Odyssey του 2001 από τον Stanley Kubrick και στην ταινία Interstellar από τον Christopher Nolan.
Η έννοια μιας συσκευής που δημιουργεί κεντρομόλο επιτάχυνση για να προσομοιώνει τη βαρύτητα
Ο συγγραφέας αυτού του έργου θεωρείται Γερμανός.Ο επιστήμονας και ο μηχανικός της πύκνωσης Werner von Braun, ο οποίος οδήγησε στην ανάπτυξη του πυραύλου Κρόνος-5, ο οποίος παρέδωσε στο φεγγάρι το πλήρωμα του Apollo 11 και διάφορα άλλα επανδρωμένα οχήματα.
Ως διευθυντής του Κέντρου Διαστημικών ΠτήσεωνΗ Marshall NASA, von Braun, διάλεξε την ιδέα του Ρώσου επιστήμονα Konstantin Tsiolkovsky να δημιουργήσει ένα τοροειδές διαστημικό σταθμό βασισμένο σε μια κατασκευή που μοιάζει με κόμβο που μοιάζει με τροχό ποδηλάτου. Εάν ο τροχός περιστρέφεται στο διάστημα, τότε η αδράνεια και η φυγοκεντρική δύναμη μπορούν να δημιουργήσουν ένα είδος τεχνητής βαρύτητας που τραβά αντικείμενα προς την εξωτερική περιφέρεια του τροχού. Αυτό θα επιτρέψει στους ανθρώπους και τα ρομπότ να περπατήσουν στο πάτωμα, όπως στη Γη, και να μην επιπλέουν στον αέρα, όπως στο ISS.
Ωστόσο, αυτή η μέθοδος έχει σημαντικήμειονεκτήματα: όσο μικρότερο είναι το διαστημόπλοιο, τόσο πιο γρήγορα πρέπει να περιστρέφεται - αυτό θα οδηγήσει στην εμφάνιση της λεγόμενης δύναμης Cornolis, στην οποία σημεία που βρίσκονται μακρύτερα από το κέντρο θα επηρεάζονται πιο έντονα από τη βαρύτητα από εκείνα που βρίσκονται πιο κοντά σε αυτό. Με άλλα λόγια, η βαρύτητα θα είναι ισχυρότερη στα κεφάλια των αστροναυτών παρά στα πόδια τους, κάτι που δεν θα τους αρέσει.
Για να αποφευχθεί αυτό το αποτέλεσμα, το μέγεθος του πλοίουθα πρέπει να είναι πολλές φορές το μέγεθος ενός γηπέδου ποδοσφαίρου - η τοποθέτηση μιας τέτοιας συσκευής σε τροχιά θα είναι εξαιρετικά ακριβή, δεδομένου ότι το κόστος ενός κιλού φορτίου κατά τις εμπορικές εκτοξεύσεις κυμαίνεται από 1,5 χιλιάδες δολάρια έως 3 χιλιάδες δολάρια.
Μια άλλη μέθοδος δημιουργίας της βαρύτητας απομίμησης είναι περισσότεροπρακτική αλλά και εξαιρετικά δαπανηρή - αυτή είναι μια μέθοδος επιτάχυνσης. Εάν το πλοίο σε ένα συγκεκριμένο τμήμα της διαδρομής αρχικά επιταχύνει και έπειτα γυρίσει και αρχίσει να επιβραδύνεται, τότε θα προκύψει η επίδραση της τεχνητής βαρύτητας.
Για να εφαρμόσετε αυτή τη μέθοδο θα χρειαστείτεκολοσσιαία αποθέματα καυσίμου - γεγονός είναι ότι οι κινητήρες πρέπει να λειτουργούν σχεδόν συνεχώς, με εξαίρεση ένα σύντομο διάλειμμα στη μέση του ταξιδιού - κατά τη διάρκεια της στροφής του πλοίου.
Πραγματικά παραδείγματα
Παρά το υψηλό κόστος της εκτόξευσης διαστημικών σκαφών προσομοίωσης βαρύτητας, εταιρείες σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να κατασκευάσουν τέτοια πλοία και σταθμούς.
Εφαρμόστε την έννοια του φόντου που προσπαθεί το BrownΤο Gateway Foundation είναι ένα ερευνητικό ίδρυμα που σχεδιάζει να κατασκευάσει έναν περιστρεφόμενο σταθμό στην τροχιά της Γης. Υποτίθεται ότι η περιφέρεια του τροχού θα τοποθετηθεί σε κάψουλες που θα μπορούν να αγοράζουν δημόσιες και ιδιωτικές εταιρείες αεροδιαστημικής για έρευνα. Ορισμένες κάψουλες θα πωλούνται ως βίλες στους πλουσιότερους κατοίκους της γης, ενώ άλλες θα χρησιμοποιηθούν ως ξενοδοχεία για διαστημικούς τουρίστες.
Ο κόλπος σύνδεσης θα βρίσκεται στο κέντρο του σταθμού - από εκεί οι άνθρωποι και το φορτίο θα παραδίδονται με ανελκυστήρα στην κάψουλα.
Η εταιρεία επέλεξε τη μέθοδο συγκέντρωσης χρημάτωνδιφορούμενη: σκοπεύει να διοργανώσει μια κλήρωση, οι νικητές της οποίας, εκτός από χρηματική ανταμοιβή, θα έχουν την ευκαιρία να πετάξουν δωρεάν στον σταθμό και να διανυκτερεύσουν στην κάψουλα του. Η εταιρεία δεν αποκαλύπτει πότε η συσκευή θα εκτοξευθεί σε τροχιά.
Πλευρική γραμμή
Σχετικά με τη δημιουργία μιας συσκευής με τεχνητόΗ NASA χρησιμοποίησε επίσης τη βαρύτητα για τη διεξαγωγή μακροπρόθεσμης διαστημικής έρευνας. Το 2011, η διαστημική υπηρεσία παρουσίασε το Nautilus-X, ένα περιστρεφόμενο φουσκωτό διαστημικό σκάφος που θα μείωνε τις επιπτώσεις της μικροβαρύτητας στους επιστήμονες.
Θεωρήθηκε ότι το έργο θα κοστίσει μόνοΤα 3,7 δισεκατομμύρια δολάρια είναι πολύ μικρά για τέτοιες συσκευές και θα χρειαστούν 64 μήνες για την κατασκευή του. Ωστόσο, το Nautilus-X δεν ξεπέρασε τα αρχικά σχέδια και προτάσεις.
Συμπέρασμα
Μέχρι στιγμής ο πιο πιθανός τρόπος για να αποκτήσετε μια απομίμησηΗ βαρύτητα, η οποία θα προστατεύει το πλοίο από τις επιπτώσεις της επιτάχυνσης και θα παρέχει σταθερή βαρύτητα χωρίς την ανάγκη συνεχούς χρήσης κινητήρων είναι η ανίχνευση ενός σωματιδίου με αρνητική μάζα. Κάθε σωματίδιο και αντισωματίδιο που έχουν ανακαλύψει οι επιστήμονες έχει θετική μάζα. Είναι γνωστό ότι η αρνητική μάζα και η βαρυτική μάζα είναι ίσες μεταξύ τους, αλλά μέχρι στιγμής οι ερευνητές δεν έχουν καταφέρει να αποδείξουν αυτή τη γνώση στην πράξη.
Ερευνητές από το πείραμα ALPHA στο CERN έχουν ήδηέχουν δημιουργήσει αντιυδρογόνο - μια σταθερή μορφή ουδέτερης αντιύλης - και εργάζονται για να το απομονώσουν από όλα τα άλλα σωματίδια σε πολύ χαμηλές ταχύτητες. Εάν οι επιστήμονες καταφέρουν να το κάνουν αυτό, είναι πιθανό στο εγγύς μέλλον η τεχνητή βαρύτητα να γίνει πιο πραγματική από ό,τι είναι τώρα.