Problemy z układem przedsionkowym nie są jedyną konsekwencją długotrwałego przebywania w schorzeniach
NASA niedawno zakończyła eksperyment podczasktórym naukowcy porównali genom braci bliźniaków: jeden z nich spędził na ISS prawie rok, drugi odbył tylko krótkie loty i większość czasu spędził na Ziemi. Długoterminowy pobyt w kosmosie doprowadził do tego, że 7% DNA pierwszego astronauty zmieniło się na zawsze – mówimy o genach związanych z układem odpornościowym, tworzeniem kości, głodem tlenu i nadmiarem dwutlenku węgla w organizmie.
NASA porównała bliźniaczych astronautów, aby zobaczyć, jak zmienia się ludzkie ciało w przestrzeni
W warunkach mikrograwitacji osoba będzie zmuszonanic nie robić: nie mówimy o astronautach przebywających na ISS, ale o lotach w przestrzeń kosmiczną. Aby dowiedzieć się, jak taki reżim wpłynie na zdrowie astronautów, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) umieściła 14 ochotników w łóżku przechylonym na bok głowy na 21 dni. Eksperyment, który przetestuje najnowsze metody walki z nieważkością, takie jak ulepszone ćwiczenia i schematy odżywiania, planowany jest wspólnie przez NASA i Roscosmos.
Ale jeśli ludzie zdecydują się wysłać statki na Marsa lub Wenus, potrzebne będą bardziej ekstremalne rozwiązania - sztuczna grawitacja.
Jak grawitacja może istnieć w przestrzeni
Przede wszystkim warto zrozumieć, że grawitacja istnieje wszędzie – w niektórych miejscach jest słabsza, w innych silniejsza. A przestrzeń kosmiczna nie jest wyjątkiem.
ISS i satelity są pod ciągłym wpływemgrawitacja: jeśli obiekt znajduje się na orbicie, to, mówiąc najprościej, spada wokół Ziemi. Podobny efekt wystąpi, jeśli rzucisz piłkę do przodu - zanim uderzy w ziemię, poleci trochę w kierunku rzutu. Jeśli rzucisz piłkę mocniej, poleci ona dalej. Jeśli jesteś Supermanem, a kula jest silnikiem rakietowym, nie spadnie na ziemię, ale będzie latać wokół niej i nadal się obracać, stopniowo wchodząc na orbitę.
Microgravity zakłada, że ludzie wewnątrz statku nie znajdują się w powietrzu - spadają ze statku, a to z kolei opada wokół Ziemi.
Ze względu na to, że grawitacja jest siłąprzyciąganie pomiędzy dwiema masami, pozostajemy na powierzchni Ziemi, kiedy po niej chodzimy, zamiast unosić się w powietrzu. W tym przypadku cała masa Ziemi przyciąga masę naszych ciał do swojego środka.
Pasek boczny
Kiedy statki wchodzą na orbitę, są wolneunosić się w przestrzeni kosmicznej. Nadal podlegają przyciąganiu grawitacyjnemu Ziemi, ale statek i znajdujące się na nim przedmioty lub pasażerowie podlegają grawitacji w ten sam sposób. Istniejące urządzenia nie są na tyle masywne, aby stworzyć zauważalną atrakcję, dlatego ludzie i znajdujące się w nich przedmioty nie stoją na podłodze, ale „unoszą się” w powietrzu.
Jak tworzyć sztuczną grawitację
Sztuczna grawitacja jako taka nie jestistnieje, aby go stworzyć, człowiek musi dowiedzieć się wszystkiego o naturalnej grawitacji. W science fiction istnieje koncepcja symulowania grawitacji: pozwala ona załodze statków kosmicznych chodzić po pokładzie i ustawiać na nim przedmioty.
Teoretycznie istnieją dwa sposoby stworzenia imitacjigrawitacji i żaden z nich nie został jeszcze zastosowany w prawdziwym życiu. Pierwszym z nich jest wykorzystanie siły dośrodkowej do symulacji grawitacji. Statek lub stacja musi mieć konstrukcję przypominającą koło, składającą się z kilku stale obracających się segmentów.
Zgodnie z tą koncepcją, dośrodkowaPrzyspieszenie aparatu, popychając moduły w kierunku środka, stworzy pozory grawitacji lub warunki podobne do tych na ziemi. Koncepcję tę zademonstrowano w 2001 roku w Odysei kosmicznej Stanleya Kubricka oraz w filmie międzygwiezdnym Christophera Nolana.
Koncepcja urządzenia, które wytwarza przyspieszenie dośrodkowe do symulacji grawitacji
Autor tego projektu jest uważany za Niemca.Rakietowy inżynier i inżynier Werner von Braun, który kierował rozwojem rakiety Saturn-5, która dostarczyła załogę Apollo 11 i kilka innych załogowych pojazdów na Księżyc.
Jako dyrektor Centrum Lotów KosmicznychMarshall NASA, von Braun, spopularyzował ideę rosyjskiego naukowca Konstantina Ciołkowskiego do stworzenia toroidalnej stacji kosmicznej opartej na podobnej do piasty konstrukcji przypominającej koło rowerowe. Jeśli koło obraca się w przestrzeni, to bezwładność i siła odśrodkowa mogą stworzyć rodzaj sztucznej grawitacji, która ciągnie obiekty w kierunku zewnętrznego obwodu koła. Pozwoli to ludziom i robotom chodzić po podłodze, jak na Ziemi, a nie unosić się w powietrzu, jak na ISS.
Jednak ta metoda ma istotne znaczeniewady: im mniejszy statek kosmiczny, tym szybciej musi się obracać - doprowadzi to do pojawienia się tzw. siły Cornolisa, w której punkty położone dalej od centrum będą pod większym wpływem grawitacji niż te bliżej niego. Innymi słowy, grawitacja będzie silniejsza na głowach astronautów niż na nogach, co im się nie spodoba.
Aby uniknąć tego efektu, wielkość statkupowinien być kilkukrotnie większy od boiska do piłki nożnej – wyniesienie takiego urządzenia na orbitę będzie niezwykle kosztowne, biorąc pod uwagę, że koszt kilograma ładunku podczas komercyjnych startów waha się od 1,5 tys. do 3 tys. dolarów.
Inną metodą tworzenia imitacji grawitacji jest więcejpraktyczne, ale także niezwykle drogie - jest to metoda przyspieszania. Jeśli statek w pewnym segmencie ścieżki najpierw przyspieszy, a następnie obróci się i zacznie zwalniać, wtedy pojawi się efekt sztucznej grawitacji.
Aby wdrożyć tę metodę, będziesz potrzebowaćkolosalne zapasy paliwa – faktem jest, że silniki muszą pracować niemal bez przerwy, z wyjątkiem krótkiej przerwy w połowie podróży – podczas skrętu statku.
Prawdziwe przykłady
Pomimo wysokich kosztów wystrzelenia statku kosmicznego symulującego grawitację, firmy na całym świecie próbują budować takie statki i stacje.
Wdrażaj koncepcję Background BrownGateway Foundation to fundacja badawcza, która planuje zbudować obrotową stację na orbicie Ziemi. Zakłada się, że na obwodzie koła znajdą się kapsułki, które będą mogły kupować publiczne i prywatne firmy lotnicze do badań. Niektóre kapsułki będą sprzedawane jako wille najbogatszym mieszkańcom ziemi, podczas gdy inne będą wykorzystywane jako hotele dla turystów kosmicznych.
Zatoka dokująca będzie zlokalizowana w centrum stacji - stamtąd ludzie i ładunek będą dostarczane windą do kapsuły.
Firma wybrała sposób pozyskania pieniędzyniejednoznaczne: zamierza zorganizować loterię, której zwycięzcy oprócz nagrody pieniężnej będą mieli możliwość bezpłatnego przelotu na stację i spędzenia nocy w jej kapsule. Firma nie ujawnia, kiedy urządzenie zostanie wystrzelone na orbitę.
Pasek boczny
O stworzeniu urządzenia ze sztucznymNASA wykorzystywała grawitację również do prowadzenia długoterminowych badań kosmicznych. W 2011 roku agencja kosmiczna zaprezentowała Nautilus-X, koncepcyjny wirujący nadmuchiwany statek kosmiczny, który miałby zmniejszyć wpływ mikrograwitacji na naukowców na pokładzie.
Założono, że projekt będzie kosztował tylko3,7 miliarda dolarów jest bardzo małe na takie urządzenia, a zbudowanie go zajmie 64 miesiące. Jednak Nautilus-X nie wykroczył poza oryginalne rysunki i propozycje.
Wniosek
Jak dotąd najbardziej prawdopodobny sposób na uzyskanie imitacjigrawitacja, która uchroni statek przed skutkami przyspieszenia i zapewni stałą grawitację bez konieczności ciągłego używania silników, polega na wykryciu cząstki o ujemnej masie. Każda cząstka i antycząstka, jaką kiedykolwiek odkryli naukowcy, ma masę dodatnią. Wiadomo, że masa ujemna i masa grawitacyjna są sobie równe, jednak dotychczas badaczom nie udało się wykazać tej wiedzy w praktyce.
Naukowcy z eksperymentu ALPHA w CERN już to zrobilistworzyli antywodór – stabilną formę neutralnej antymaterii – i pracują nad odizolowaniem go od wszystkich innych cząstek przy bardzo niskich prędkościach. Jeśli naukowcom się to uda, jest prawdopodobne, że w niedalekiej przyszłości sztuczna grawitacja stanie się bardziej realna niż obecnie.