ปัญหาเกี่ยวกับระบบการทรงตัวไม่ได้เป็นเพียงผลลัพธ์ของการอยู่ในสภาวะต่างๆ เป็นเวลานานเท่านั้น
NASA เพิ่งเสร็จสิ้นการทดลองในระหว่างซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้เปรียบเทียบจีโนมของพี่น้องฝาแฝด โดยคนหนึ่งใช้เวลาเกือบหนึ่งปีบน ISS อีกคนหนึ่งทำการบินระยะสั้นเท่านั้นและใช้เวลาส่วนใหญ่บนโลก การอยู่ในอวกาศเป็นเวลานานนำไปสู่ความจริงที่ว่า 7% ของ DNA ของนักบินอวกาศคนแรกเปลี่ยนไปตลอดกาล - เรากำลังพูดถึงยีนที่เกี่ยวข้องกับระบบภูมิคุ้มกัน การสร้างกระดูก ความอดอยากของออกซิเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกินในร่างกาย
นาซ่าเปรียบเทียบนักบินอวกาศคู่เพื่อดูว่าร่างกายมนุษย์เปลี่ยนแปลงอย่างไรในอวกาศ
ในสภาวะไร้น้ำหนัก บุคคลจะถูกบังคับไม่ต้องทำอะไรเลย: เราไม่ได้พูดถึงนักบินอวกาศที่อยู่ใน ISS แต่เกี่ยวกับเที่ยวบินสู่ห้วงอวกาศ เพื่อค้นหาว่าระบอบการปกครองดังกล่าวจะส่งผลต่อสุขภาพของนักบินอวกาศอย่างไร องค์การอวกาศยุโรป (ESA) ได้จัดอาสาสมัคร 14 คนไว้บนเตียงโดยเอียงไปทางด้านข้างศีรษะเป็นเวลา 21 วัน การทดลองที่จะทดสอบวิธีการใหม่ล่าสุดในการต่อสู้กับสภาวะไร้น้ำหนัก เช่น การออกกำลังกายที่ดีขึ้นและการควบคุมโภชนาการ ได้รับการวางแผนร่วมกันโดย NASA และ Roscosmos
แต่ถ้าผู้คนตัดสินใจที่จะส่งเรือไปดาวอังคารหรือดาวศุกร์จะต้องใช้วิธีแก้ปัญหาที่รุนแรงกว่านี้นั่นคือแรงโน้มถ่วงเทียม
แรงโน้มถ่วงสามารถมีอยู่ในอวกาศได้อย่างไร
ก่อนอื่นควรทำความเข้าใจว่าแรงโน้มถ่วงมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง - ในบางสถานที่มันอ่อนแอกว่าในที่อื่นก็แข็งแกร่งกว่า และอวกาศก็ไม่มีข้อยกเว้น
สถานีอวกาศนานาชาติและดาวเทียมอยู่ภายใต้อิทธิพลอย่างต่อเนื่องแรงโน้มถ่วง: หากวัตถุอยู่ในวงโคจร มันจะตกลงไปรอบโลก หรือพูดง่ายๆ ก็คือ เอฟเฟกต์ที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นหากคุณขว้างลูกบอลไปข้างหน้า - ก่อนที่ลูกบอลจะตกถึงพื้น ลูกบอลจะลอยไปในทิศทางของการขว้างเล็กน้อย หากคุณขว้างลูกบอลแรงขึ้น มันจะบินได้ไกลขึ้น หากคุณเป็นซูเปอร์แมน และลูกบอลเป็นเครื่องยนต์จรวด มันจะไม่ตกลงพื้น แต่จะบินไปรอบๆ และหมุนต่อไป และค่อยๆ เข้าสู่วงโคจร
Microgravity สมมติว่าผู้คนที่อยู่ในเรือไม่ได้อยู่ในอากาศ - พวกเขาตกลงมาจากเรือและนั่นก็ตกไปทั่วโลก
เนื่องจากแรงโน้มถ่วงนั้นเป็นพลังแรงดึงดูดระหว่างมวลสองมวล เราจะยังคงอยู่บนพื้นผิวโลกเมื่อเราเดินบนนั้น แทนที่จะลอยขึ้นไปบนท้องฟ้า ในกรณีนี้ มวลทั้งหมดของโลกดึงดูดมวลของร่างกายของเราให้มาที่ศูนย์กลาง
incut
เมื่อเรือขึ้นสู่วงโคจร พวกมันจะเป็นอิสระลอยอยู่ในอวกาศ พวกมันยังคงอยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก แต่เรือและวัตถุหรือผู้โดยสารที่อยู่ในนั้นก็อยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วงในลักษณะเดียวกัน อุปกรณ์ที่มีอยู่ไม่ใหญ่พอที่จะสร้างแรงดึงดูดที่เห็นได้ชัดเจน ดังนั้นผู้คนและสิ่งของในอุปกรณ์จึงไม่ยืนอยู่บนพื้น แต่จะ "ลอย" ในอากาศ
วิธีการสร้างแรงโน้มถ่วงเทียม
แรงโน้มถ่วงเทียมไม่เป็นเช่นนั้นมีอยู่จริง เพื่อที่จะสร้างมันขึ้นมา บุคคลจำเป็นต้องเรียนรู้ทุกสิ่งเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงตามธรรมชาติ ในนิยายวิทยาศาสตร์ มีแนวคิดในการจำลองแรงโน้มถ่วง: ช่วยให้ลูกเรือของยานอวกาศเดินบนดาดฟ้าและให้วัตถุยืนอยู่บนนั้นได้
ตามทฤษฎีแล้ว มีสองวิธีในการสร้างการเลียนแบบแรงโน้มถ่วง และยังไม่มีใครถูกนำมาใช้ในชีวิตจริงเลย ประการแรกคือการใช้แรงสู่ศูนย์กลางเพื่อจำลองแรงโน้มถ่วง เรือหรือสถานีจะต้องมีโครงสร้างคล้ายล้อซึ่งประกอบด้วยส่วนต่างๆ ที่หมุนอยู่ตลอดเวลา
ตามแนวคิดนี้ศูนย์กลางความเร่งของอุปกรณ์ผลักโมดูลไปทางศูนย์กลางจะสร้างรูปร่างของแรงโน้มถ่วงหรือเงื่อนไขคล้ายกับของโลก แนวคิดนี้แสดงให้เห็นใน 2001 Space Odyssey โดย Stanley Kubrick และในภาพยนตร์เรื่อง Interstellar โดย Christopher Nolan
แนวคิดของอุปกรณ์ที่สร้างการเร่งความเร็วศูนย์กลางเพื่อจำลองแรงโน้มถ่วง
ผู้เขียนโครงการนี้ถือเป็นภาษาเยอรมันนักวิทยาศาสตร์จรวดและวิศวกรเวอร์เนอร์ฟอนเบราน์ซึ่งเป็นผู้นำการพัฒนาของจรวดแซทเทิร์น -5 ซึ่งส่งมอบลูกเรืออพอลโล 11 และยานพาหนะอื่น ๆ ที่ขึ้นสู่ดวงจันทร์
ในฐานะผู้อำนวยการศูนย์การบินอวกาศมาร์แชลล์นาซ่าฟอนเบราน์ชื่นชมความคิดของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียคอนสแตนตินทโอลิคอฟสกี้ในการสร้างสถานีอวกาศ toroidal บนพื้นฐานของการก่อสร้างแบบฮับที่คล้ายกับล้อจักรยาน ถ้าล้อหมุนไปในอวกาศแรงเฉื่อยและแรงเหวี่ยงสามารถสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมที่ดึงวัตถุเข้าหาวงรอบนอกของล้อ สิ่งนี้จะช่วยให้ผู้คนและหุ่นยนต์สามารถเดินบนพื้นได้เช่นเดียวกับบนโลกและไม่ต้องลอยอยู่ในอากาศเหมือนในสถานีอวกาศนานาชาติ
อย่างไรก็ตามวิธีนี้มีนัยสำคัญข้อบกพร่อง: ยิ่งยานอวกาศเล็กลงก็ยิ่งต้องหมุนเร็วขึ้น - สิ่งนี้จะนำไปสู่การเกิดขึ้นของสิ่งที่เรียกว่าแรงคอร์โนลิส ซึ่งจุดที่อยู่ห่างจากศูนย์กลางจะได้รับอิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงมากกว่าจุดที่อยู่ใกล้มัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง แรงโน้มถ่วงบนศีรษะของนักบินอวกาศจะแรงกว่าบนขา ซึ่งพวกเขาจะไม่ชอบ
เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบนี้ ขนาดของเรือควรมีขนาดใหญ่กว่าสนามฟุตบอลหลายเท่า - การนำอุปกรณ์ดังกล่าวขึ้นสู่วงโคจรจะมีราคาแพงมาก เนื่องจากต้นทุนสินค้าหนึ่งกิโลกรัมในระหว่างการเปิดตัวเชิงพาณิชย์แตกต่างกันไปจาก 1.5 พันดอลลาร์ถึง 3 พันดอลลาร์
วิธีการสร้างแรงโน้มถ่วงเลียนแบบอีกวิธีหนึ่งคือในทางปฏิบัติ แต่ก็มีราคาแพงมาก - นี่เป็นวิธีเร่งความเร็ว หากเรือที่ส่วนใดส่วนหนึ่งของเส้นทางจะเร่งความเร็วก่อนจากนั้นหมุนไปรอบ ๆ และเริ่มชะลอตัวลงจากนั้นแรงโน้มถ่วงเทียมจะเกิดขึ้น
คุณจะต้องใช้วิธีนี้เชื้อเพลิงสำรองจำนวนมหาศาล - ความจริงก็คือเครื่องยนต์จะต้องทำงานเกือบต่อเนื่องยกเว้นการพักช่วงสั้น ๆ ระหว่างการเดินทาง - ระหว่างการเลี้ยวของเรือ
ตัวอย่างจริง
แม้จะมีค่าใช้จ่ายสูงในการปล่อยยานอวกาศจำลองแรงโน้มถ่วง แต่บริษัทต่างๆ ทั่วโลกก็พยายามที่จะสร้างเรือและสถานีดังกล่าว
ใช้แนวคิดของ Background Brown ที่กำลังพยายามGateway Foundation เป็นรากฐานการวิจัยที่วางแผนจะสร้างสถานีหมุนในวงโคจรโลก สันนิษฐานว่าเส้นรอบวงของวงล้อจะอยู่ที่แคปซูลที่สามารถซื้อ บริษัท การบินและอวกาศภาครัฐและเอกชนเพื่อการวิจัย แคปซูลบางส่วนจะถูกขายเป็นบ้านพักตากอากาศสำหรับผู้ที่อาศัยอยู่ในโลกที่ร่ำรวยที่สุดในขณะที่บางแห่งจะใช้เป็นโรงแรมสำหรับนักท่องเที่ยว
ท่าเทียบเรือจะตั้งอยู่ในใจกลางของสถานี - จากที่นั่นผู้คนและสินค้าจะถูกส่งโดยลิฟต์ไปยังแคปซูล
บริษัทเลือกวิธีการหาเงินคลุมเครือ: เธอตั้งใจที่จะจัดลอตเตอรีซึ่งผู้ชนะจะมีโอกาสบินไปที่สถานีได้ฟรีและพักค้างคืนในแคปซูลนอกเหนือจากรางวัลทางการเงิน บริษัทไม่เปิดเผยว่าอุปกรณ์จะเปิดตัวสู่วงโคจรเมื่อใด
incut
เกี่ยวกับการสร้างอุปกรณ์ด้วยสิ่งประดิษฐ์NASA ยังใช้แรงโน้มถ่วงเพื่อทำการวิจัยอวกาศในระยะยาว ในปี 2554 หน่วยงานอวกาศได้เปิดตัว Nautilus-X ซึ่งเป็นแนวคิดยานอวกาศแบบหมุนได้ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบของสภาวะไร้น้ำหนักต่อนักวิทยาศาสตร์บนเรือ
สันนิษฐานว่าโครงการจะมีค่าใช้จ่าย$ 3.7 พันล้านมีขนาดเล็กมากสำหรับอุปกรณ์ดังกล่าวและใช้เวลา 64 เดือนในการสร้าง อย่างไรก็ตาม Nautilus-X ไม่ได้ไปไกลเกินกว่าภาพวาดต้นฉบับและข้อเสนอ
ข้อสรุป
จนถึงตอนนี้วิธีที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดในการลอกเลียนแบบแรงโน้มถ่วงซึ่งจะปกป้องเรือจากผลกระทบของความเร่งและให้แรงโน้มถ่วงคงที่โดยไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องยนต์ตลอดเวลาคือการตรวจจับอนุภาคที่มีมวลลบ อนุภาคและปฏิอนุภาคทุกชนิดที่นักวิทยาศาสตร์เคยค้นพบมีมวลเป็นบวก เป็นที่ทราบกันว่ามวลลบและมวลความโน้มถ่วงมีค่าเท่ากัน แต่จนถึงขณะนี้นักวิจัยยังไม่สามารถแสดงความรู้นี้ในทางปฏิบัติได้
นักวิจัยจากการทดลอง ALPHA ที่ CERN ได้ทำไปแล้วได้สร้างแอนติไฮโดรเจน ซึ่งเป็นปฏิสสารที่เป็นกลางรูปแบบเสถียร และกำลังแยกมันออกจากอนุภาคอื่นๆ ทั้งหมดด้วยความเร็วต่ำมาก หากนักวิทยาศาสตร์สามารถทำเช่นนี้ได้ ก็เป็นไปได้ว่าในอนาคตอันใกล้นี้แรงโน้มถ่วงเทียมจะกลายเป็นจริงมากกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน