Problemen met het vestibulaire systeem zijn niet het enige gevolg van langdurig verblijf in omstandigheden
NASA heeft onlangs een experiment afgerond tijdenswie wetenschappers het genoom van tweelingbroers vergeleken: een van hen bracht bijna een jaar door in het ISS, de ander maakte slechts korte vluchten en bracht de meeste tijd door op aarde. Langdurig verblijf in de ruimte leidde ertoe dat 7% van het DNA van de eerste astronaut voor altijd veranderde - we hebben het over genen die verband houden met het immuunsysteem, botvorming, zuurstofgebrek en overtollige koolstofdioxide in het lichaam.
NASA vergeleek tweelingastronauten om te zien hoe het menselijk lichaam in de ruimte verandert
In microzwaartekrachtomstandigheden wordt een persoon gedwongenniets doen: we hebben het niet over astronauten die in het ISS blijven, maar over vluchten naar de verre ruimte. Om erachter te komen hoe een dergelijk regime de gezondheid van astronauten zou beïnvloeden, plaatste de European Space Agency (ESA) 14 vrijwilligers 21 dagen lang in een bed dat naar de zijkant van het hoofd was gekanteld. NASA en Roscosmos zijn van plan gezamenlijk een experiment uit te voeren dat de nieuwste methoden om gewichtloosheid te bestrijden, zoals verbeterde lichaamsbeweging en voedingsregimes, zal testen.
Maar als mensen besluiten om schepen naar Mars of Venus te sturen, zijn meer extreme oplossingen nodig - kunstmatige zwaartekracht.
Hoe de zwaartekracht in de ruimte kan bestaan
Allereerst is het de moeite waard om te begrijpen dat de zwaartekracht overal bestaat: op sommige plaatsen is deze zwakker, op andere is deze sterker. En de ruimte is geen uitzondering.
Het ISS en de satellieten staan onder constante invloedzwaartekracht: als een object zich in een baan om de aarde bevindt, valt het, om het simpel te zeggen, rond de aarde. Een soortgelijk effect treedt op als je een bal naar voren gooit: voordat hij de grond raakt, vliegt hij een stukje in de richting van de worp. Als je de bal harder gooit, vliegt hij verder. Als je Superman bent en de bal een raketmotor is, zal hij niet op de grond vallen, maar er omheen vliegen en blijven draaien, waarbij hij geleidelijk in een baan om de aarde komt.
Microzwaartekracht gaat ervan uit dat mensen in het schip niet in de lucht zijn - ze vallen van het schip en vallen op hun beurt rond de aarde.
Vanwege het feit dat zwaartekracht een kracht isDoor de aantrekkingskracht tussen twee massa's blijven we op het aardoppervlak als we erop lopen, in plaats van de lucht in te zweven. In dit geval trekt de hele massa van de aarde de massa van ons lichaam naar het midden.
incut
Wanneer schepen in een baan om de aarde komen, zijn ze vrijzweven in de ruimte. Ze zijn nog steeds onderworpen aan de zwaartekracht van de aarde, maar het schip en de voorwerpen of passagiers daarin zijn op dezelfde manier onderhevig aan de zwaartekracht. Bestaande apparaten zijn niet groot genoeg om een merkbare aantrekkingskracht te creëren, dus mensen en objecten erin staan niet op de grond, maar ‘zweven’ in de lucht.
Hoe kunstmatige zwaartekracht te creëren
Kunstmatige zwaartekracht als zodanig is dat nietbestaat, om het te creëren, moet een persoon alles leren over natuurlijke zwaartekracht. In sciencefiction bestaat het concept van het simuleren van de zwaartekracht: het stelt de bemanning van ruimteschepen in staat over het dek te lopen en objecten erop te laten staan.
In theorie zijn er twee manieren om een imitatie te creërenzwaartekracht, en geen ervan is nog in het echte leven gebruikt. De eerste is het gebruik van middelpuntzoekende kracht om de zwaartekracht te simuleren. Het schip of station moet een wielachtige structuur zijn die bestaat uit verschillende constant roterende segmenten.
Volgens dit concept centripetaalde versnelling van het apparaat, door de modules naar het midden te duwen, creëert een schijn van zwaartekracht of omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die van de aarde. Dit concept werd gedemonstreerd in de Space Odyssey 2001 door Stanley Kubrick en in de interstellaire film van Christopher Nolan.
Het concept van een apparaat dat centripetale versnelling creëert om de zwaartekracht te simuleren
De auteur van dit project wordt als Duits beschouwd.Raketwetenschapper en ingenieur Werner von Braun, die de ontwikkeling leidde van de Saturn-5 raket, die de Apollo 11-bemanning en verschillende andere bemande voertuigen op de maan afleverde.
Als directeur van het Space Flight CenterMarshall NASA, von Braun, populariseerde het idee van de Russische wetenschapper Konstantin Tsiolkovsky om een toroidaal ruimtestation te creëren op basis van een naafachtige constructie die lijkt op een fietswiel. Als het wiel in de ruimte draait, kunnen traagheid en middelpuntvliedende kracht een soort kunstmatige zwaartekracht creëren die voorwerpen naar de buitenomtrek van het wiel trekt. Hierdoor kunnen mensen en robots op de grond lopen, zoals op aarde, en niet in de lucht zweven, zoals op het ISS.
Deze methode heeft echter aanzienlijke voordelennadelen: hoe kleiner het ruimtevaartuig, hoe sneller het moet roteren - dit zal leiden tot de opkomst van de zogenaamde Cornolis-kracht, waarbij punten die verder van het centrum liggen meer door de zwaartekracht zullen worden beïnvloed dan punten die er dichter bij zijn. Met andere woorden: de zwaartekracht zal sterker zijn op de hoofden van de astronauten dan op hun benen, wat ze niet leuk zullen vinden.
Om dit effect te voorkomen, wordt de scheepsgrootte aangepastzou meerdere keren zo groot moeten zijn als een voetbalveld - het in een baan om de aarde brengen van een dergelijk apparaat zal extreem duur zijn, aangezien de kosten van één kilogram vracht tijdens commerciële lanceringen variëren van $ 1,5 duizend tot $ 3 duizend.
Een andere methode om imitatiezwaartekracht te creëren ispraktisch, maar ook extreem duur - dit is een versnellingsmethode. Als het schip op een bepaald segment van het pad eerst zal versnellen en dan ronddraaien en beginnen te vertragen, zal het effect van kunstmatige zwaartekracht optreden.
Om deze methode te implementeren heb je nodigenorme brandstofreserves - feit is dat de motoren vrijwel continu moeten draaien, met uitzondering van een korte pauze halverwege de reis - tijdens de draai van het schip.
Echte voorbeelden
Ondanks de hoge kosten voor het lanceren van zwaartekrachtsimulerende ruimtevaartuigen proberen bedrijven over de hele wereld dergelijke schepen en stations te bouwen.
Implementeer het concept van Background Brown is proberenGateway Foundation is een onderzoeksstichting die van plan is om een roterend station in de baan om de aarde te bouwen. Er wordt van uitgegaan dat de omtrek van het wiel gelokaliseerde capsules zal zijn die in staat zullen zijn om publieke en private lucht- en ruimtevaartbedrijven te kopen voor onderzoek. Sommige capsules worden verkocht als villa's aan de rijkste bewoners van de aarde, terwijl andere worden gebruikt als hotels voor ruimtetoeristen.
Het dockingstation zal zich in het midden van het station bevinden - vanaf daar worden mensen en vracht per lift naar de capsule gebracht.
Het bedrijf koos voor de methode om geld in te zamelendubbelzinnig: ze is van plan een loterij te organiseren, waarvan de winnaars, naast een geldelijke beloning, de mogelijkheid krijgen om gratis naar het station te vliegen en de nacht in de capsule door te brengen. Het bedrijf maakt niet bekend wanneer het apparaat in een baan om de aarde zal worden gelanceerd.
incut
Over de creatie van een apparaat met kunstmatigeNASA gebruikte de zwaartekracht ook om langdurig ruimteonderzoek uit te voeren. In 2011 onthulde het ruimteagentschap de Nautilus-X, een ronddraaiend opblaasbaar ruimtevaartuigconcept dat de effecten van microzwaartekracht op de wetenschappers aan boord zou verminderen.
Er werd verondersteld dat het project alleen zou kosten$ 3,7 miljard is erg klein voor dergelijke apparaten, en het zal 64 maanden duren om het te bouwen. Nautilus-X ging echter niet verder dan de originele tekeningen en voorstellen.
conclusie
Tot nu toe de meest waarschijnlijke manier om een imitatie te krijgenDe zwaartekracht, die het schip beschermt tegen de effecten van versnelling en zorgt voor een constante zwaartekracht zonder de noodzaak om voortdurend motoren te gebruiken, is het detecteren van een deeltje met een negatieve massa. Elk deeltje en antideeltje dat wetenschappers ooit hebben ontdekt, heeft een positieve massa. Het is bekend dat negatieve massa en zwaartekrachtmassa aan elkaar gelijk zijn, maar tot nu toe hebben onderzoekers deze kennis niet in de praktijk kunnen aantonen.
Onderzoekers van het ALPHA-experiment bij CERN hebben dat al gedaanhebben antiwaterstof gecreëerd – een stabiele vorm van neutrale antimaterie – en werken eraan om dit met zeer lage snelheden van alle andere deeltjes te isoleren. Als wetenschappers hierin slagen, is het waarschijnlijk dat kunstmatige zwaartekracht in de nabije toekomst reëler zal worden dan nu het geval is.