Problēmas ar vestibulāro aparātu nav vienīgās ilgstošas uzturēšanās sekas
NASA nesen pabeidza eksperimentu laikākuru zinātnieki salīdzināja dvīņu brāļu genomu: viens no viņiem gandrīz gadu pavadīja SKS, otrs veica tikai īsus lidojumus un lielāko daļu laika pavadīja uz Zemes. Ilgstoša uzturēšanās kosmosā noveda pie tā, ka 7% pirmā astronauta DNS mainījās uz visiem laikiem - mēs runājam par gēniem, kas saistīti ar imūnsistēmu, kaulu veidošanos, skābekļa badu un pārmērīgu oglekļa dioksīda daudzumu organismā.
NASA salīdzināja divus astronautus, lai redzētu, kā cilvēka ķermenis mainās kosmosā
Mikrogravitācijas apstākļos cilvēks būs spiestsneko nedarīt: mēs nerunājam par astronautiem, kas paliek uz SKS, bet gan par lidojumiem dziļā kosmosā. Lai noskaidrotu, kā šāds režīms ietekmētu astronautu veselību, Eiropas Kosmosa aģentūra (EKA) uz 21 dienu gultā, kas noliekta uz galvas sāniem, ievietoja 14 brīvprātīgos. NASA un Roscosmos kopīgi plāno veikt eksperimentu, kurā tiks pārbaudītas jaunākās metodes cīņai ar bezsvara stāvokli, piemēram, uzlabotas vingrošanas un uztura shēmas.
Bet, ja cilvēki nolemj nosūtīt kuģus uz Marsu vai Veneru, būs nepieciešami vairāk ekstrēmi risinājumi - mākslīgā gravitācija.
Kā smagums var pastāvēt kosmosā
Pirmkārt, ir vērts saprast, ka gravitācija pastāv visur - vietām tā ir vājāka, citās spēcīgāka. Un kosmoss nav izņēmums.
SKS un satelīti atrodas pastāvīgā ietekmēgravitācija: ja objekts atrodas orbītā, tas krīt ap Zemi, vienkārši sakot. Līdzīgs efekts rodas, ja metat bumbu uz priekšu – pirms tā atsitīsies pret zemi, tā nedaudz lidos metiena virzienā. Ja metīsi bumbu stiprāk, tā lidos tālāk. Ja tu esi Supermens un bumba ir raķešu dzinējs, tā nenokritīs zemē, bet lidos tai apkārt un turpinās griezties, pamazām nokļūstot orbītā.
Mikrogravitācija pieņem, ka cilvēki kuģa iekšienē nav gaisā - tie nokrīt no kuģa un, savukārt, krīt ap Zemi.
Sakarā ar to, ka gravitācija ir spēkspievilcība starp divām masām, mēs paliekam uz Zemes virsmas, kad ejam pa to, nevis peldam debesīs. Šajā gadījumā visa Zemes masa piesaista mūsu ķermeņu masu savam centram.
Sānjosla
Kad kuģi dodas orbītā, tie ir brīvipeldēt kosmosā. Tie joprojām ir pakļauti Zemes gravitācijas pievilkšanai, bet kuģis un tajā esošie objekti vai pasažieri ir pakļauti gravitācijai tāpat. Esošās ierīces nav pietiekami masīvas, lai radītu pamanāmu pievilcību, tāpēc cilvēki un priekšmeti tajās nestāv uz grīdas, bet gan “peld” gaisā.
Kā radīt mākslīgu gravitāciju
Mākslīgā gravitācija kā tāda navpastāv, lai to radītu, cilvēkam ir jāapgūst viss par dabisko gravitāciju. Zinātniskajā fantastikā pastāv gravitācijas simulācijas jēdziens: tas ļauj kosmosa kuģu apkalpei staigāt pa klāju un objektiem stāvēt uz tā.
Teorētiski ir divi veidi, kā izveidot imitācijugravitācija, un neviens no tiem vēl nav izmantots reālajā dzīvē. Pirmais ir centripetāla spēka izmantošana gravitācijas simulēšanai. Kuģim vai stacijai jābūt riteņiem līdzīgai konstrukcijai, kas sastāv no vairākiem pastāvīgi rotējošiem segmentiem.
Saskaņā ar šo koncepciju centripetālsaparāta paātrinājums, virzot moduļus uz centru, radīs smaguma vai apstākļu līdzību zemei. Šo koncepciju demonstrēja Stanley Kubrick 2001.gada Kosmosa Odisijā un Kristofera Nolana starpzvaigžņu filmā.
Ierīces koncepcija, kas rada centripetālu paātrinājumu, lai modelētu gravitāciju
Šī projekta autors tiek uzskatīts par vācu valodu.Raķešu zinātnieks un inženieris Verners fon Brauns, kurš vadīja Saturnas-5 raķešu attīstību, kas piegādāja Apollo 11 apkalpi un vairākus citus mehanizētus transportlīdzekļus uz Mēness.
Kā Kosmosa lidojumu centra direktorsMaršals NASA, fon Brauns, popularizēja ideju par Krievijas zinātnieka Konstantīna Tsiolkovska izveidi toroidālo kosmosa staciju, kas balstīta uz centrmezgla konstrukciju, kas atgādina velosipēdu. Ja ritenis rotē telpā, tad inerces un centrbēdzes spēks var radīt tādu mākslīgu gravitāciju, kas velk priekšmetus uz riteņa ārējo apkārtmēru. Tas ļaus cilvēkiem un robotiem staigāt uz grīdas, tāpat kā uz Zemes, un ne peldēt gaisā, tāpat kā uz ISS.
Tomēr šai metodei ir būtiska nozīmetrūkumi: jo mazāks ir kosmosa kuģis, jo ātrāk tam jāgriežas - tas novedīs pie tā sauktā Kornolisa spēka rašanās, kurā punktus, kas atrodas tālāk no centra, gravitācija ietekmēs spēcīgāk nekā tos, kas atrodas tuvāk tam. Citiem vārdiem sakot, gravitācija būs spēcīgāka uz astronautu galvām nekā uz kājām, kas viņiem nepatiks.
Lai izvairītos no šī efekta, kuģa izmērsvajadzētu būt vairākas reizes lielākam par futbola laukumu – šādas ierīces laišana orbītā būs ārkārtīgi dārga, ņemot vērā, ka viena kilograma kravas izmaksas komerciālās palaišanas laikā svārstās no 1,5 tūkstošiem līdz 3 tūkstošiem dolāru.
Vēl viena imitācijas gravitācijas radīšanas metode ir vairākpraktiski, bet arī ļoti dārgi - tā ir paātrinājuma metode. Ja kuģis kādā noteiktā ceļa posmā vispirms paātrinās un pēc tam apgriezīsies un sāk palēnināties, tad radīsies mākslīgā gravitācijas ietekme.
Lai īstenotu šo metodi, jums būs nepieciešamskolosālas degvielas rezerves - fakts ir tāds, ka dzinējiem jādarbojas gandrīz nepārtraukti, izņemot nelielu pārtraukumu brauciena vidū - kuģa pagrieziena laikā.
Reāli piemēri
Neraugoties uz augstām izmaksām par gravitāciju imitējošu kosmosa kuģu palaišanu, uzņēmumi visā pasaulē cenšas būvēt šādus kuģus un stacijas.
Īstenot pamatprincipu Brown mēģinaGateway Foundation ir pētniecības fonds, kas plāno būvēt rotējošu staciju Zemes orbītā. Tiek pieņemts, ka riteņa apkārtmērs būs izvietots kapsulās, kuras varēs iegādāties publiskos un privātos aviācijas uzņēmumus pētniecībai. Dažas kapsulas tiks pārdotas kā villas bagātākajiem zemes iedzīvotājiem, bet citas tiks izmantotas kā viesnīcas tūristiem.
Doka piestātne atradīsies stacijas centrā - no turienes cilvēki un krava tiks nogādāti ar liftu uz kapsulu.
Uzņēmums izvēlējās naudas piesaistīšanas metodineviennozīmīgi: viņa iecerējusi rīkot loteriju, kuras uzvarētājiem papildus naudas balvai būs iespēja bez maksas aizlidot uz staciju un pārnakšņot tās kapsulā. Uzņēmums neatklāj, kad ierīce tiks palaita orbītā.
Sānjosla
Par ierīces izveidi ar mākslīgoNASA arī izmantoja gravitāciju, lai veiktu ilgtermiņa kosmosa pētījumus. 2011. gadā kosmosa aģentūra atklāja Nautilus-X, griežamu piepūšamo kosmosa kuģa koncepciju, kas samazinātu mikrogravitācijas ietekmi uz zinātniekiem uz kuģa.
Tika pieņemts, ka projekts maksās tikai3,7 miljardi ASV dolāru ir ļoti maza šādām ierīcēm, un tā izveidei būs vajadzīgi 64 mēneši. Tomēr Nautilus-X nepārsniedza sākotnējos zīmējumus un priekšlikumus.
Secinājums
Līdz šim visticamākais veids, kā iegūt imitācijugravitācija, kas pasargās kuģi no paātrinājuma ietekmes un nodrošinās pastāvīgu gravitāciju bez nepieciešamības pastāvīgi izmantot dzinējus, ir atklāt daļiņu ar negatīvu masu. Katrai daļiņai un antidaļiņai, ko zinātnieki jebkad ir atklājuši, ir pozitīva masa. Ir zināms, ka negatīvā masa un gravitācijas masa ir līdzvērtīgas viena otrai, taču līdz šim pētnieki šīs zināšanas nav spējuši pierādīt praksē.
Pētnieki no ALPHA eksperimenta CERN jau ir izdarījušiir radījuši antiūdeņradi – stabilu neitrālas antimateriāla formu – un strādā, lai ļoti mazā ātrumā to izolētu no visām pārējām daļiņām. Ja zinātniekiem tas izdosies, visticamāk, tuvākajā nākotnē mākslīgā gravitācija kļūs reālāka nekā šobrīd.