Проблеми з вестибулярним апаратом - не єдиний наслідок тривалого перебування в умовах
Нещодавно NASA завершило експеримент, в ході якого вчені порівняли геном братів-близнюків: один з них провів на МКС майже рік, інший здійснював лише короткострокові польоти і більшу частину часу проводив на Землі.Тривале перебування в космосі призвело до того, що 7% ДНК першого космонавта було змінено назавждиГени, пов'язані з імунною системою, формуванням кісток, кисневим голодуванням і надлишком вуглекислого газу в організмі.
НАСА порівняла астронавтів-близнюків, щоб побачити, як тіло людини змінюється в космосі
В умовах мікрогравітації людина буде змушенане діятиме: йдеться не про перебування астронавтів на МКС, а про польоти в глибокий космос. Щоб з'ясувати, як такий режим вплине на здоров'я астронавтів, Європейське космічне агентство (ESA) на 21 день поклало 14 добровольців у нахилене у бік голови ліжко. Експеримент, який дозволить на практиці перевірити новітні методи боротьби з невагомістю, такі як покращені режими фізичних вправ та харчування, мають намір спільно провести НАСА та Роскосмос.
Але в разі, якщо люди вирішать відправити кораблі до Марсу або Венери, знадобляться більш екстремальні рішення - штучна гравітація.
Як гравітація може існувати в космосі
Насамперед варто зрозуміти, що гравітація існує скрізь — у деяких місцях вона слабша, в інших сильніша. І космічний простір не є винятком.
МКС та супутники знаходяться під постійним впливомгравітації: якщо об'єкт перебуває в орбіті, він, кажучи спрощено, падає навколо Землі. Подібний ефект виникає, якщо кинути м'яч уперед - перш ніж впасти на землю, він трохи пролетить у напрямку кидка. Якщо кинути м'яч сильніше, він пролетить далі. Якщо ви супермен, а м'яч ракетний двигун, він не впаде на землю, а облетить навколо неї і продовжить обертатися, поступово виходячи на орбіту.
Мікрогравітація передбачає, що люди всередині корабля не перебувають в повітрі - вони падають з корабля, а той, у свою чергу, падає навколо Землі.
Завдяки тому, що гравітація є силоютяжіння між двома масами ми залишаємося на поверхні Землі, коли йдемо по ній, а не пливемо в небо. І тут вся маса Землі притягує масу наших тіл до свого центру.
врізка
Коли кораблі виходять на орбіту, вони вільноплавають у космічному просторі. Вони, як і раніше, схильні до гравітаційного тяжіння Землі, але корабель і предмети або пасажири, що знаходяться в ньому, схильні до гравітації однаково. Існуючі апарати недостатньо масивні, щоб створити помітне тяжіння, тому люди та предмети в ньому не стоять на підлозі, а «плавають» у повітрі.
Як створити штучну гравітацію
Штучної гравітації як такої неіснує, щоб її створити, людині необхідно дізнатися все про природну гравітацію. У науковій фантастиці існує концепція імітації гравітації: вона дозволяє екіпажу космічних кораблів ходити палубою, а предметам стояти у ньому.
Теоретично існує два способи створити імітаціюгравітації, і жоден з них поки не був використаний у реальному житті. Перший - це використання доцентрової сили для моделювання сили тяжіння. Корабель або станція при цьому повинні являти собою колесоподібну конструкцію, що складається з декількох сегментів, що постійно обертаються.
Відповідно до цієї концепції, доцентровеприскорення апарату, що штовхає модулі до центру, створить подобу гравітації або умови, аналогічні земним. Ця концепція була продемонстрована в «Космічній одіссеї 2001 року» Стенлі Кубрика і в фільмі «Інтерстеллар» Крістофера Нолана.
Концепція апарату, що створює доцентрове прискорення для імітації гравітації
Автором цього проекту вважається німецькийвчений-ракетник і інженер Вернер фон Браун, який керував розробкою ракети «Сатурн-5», що доставила на Місяць екіпаж «Аполлон-11» і ще кілька пілотованих апаратів.
Будучи директором Центру космічних польотівімені Маршалла НАСА, фон Браун популяризував ідею російського вченого Костянтина Ціолковського про створення тороидальной космічної станції на основі конструкції з маточинами, що нагадує велосипедне колесо. Якщо колесо обертається в просторі, то інерція і відцентрова сила можуть створити свого роду штучну гравітацію, яка тягне предмети до зовнішньої окружності колеса. Це дозволить людям і роботам ходити по підлозі, як на Землі, а не плавати в повітрі, як на МКС.
Однак цей метод має суттєвіНедоліки: що менше космічний корабель, то швидше він повинен обертатися — це призведе до виникнення так званої сили Корноліса, коли на точки, розташовані далі від центру, сила тяжіння впливатиме сильніше, ніж близькі до нього. Іншими словами, сила тяжіння діятиме на голову астронавтів сильніше, ніж на ноги, що навряд чи їм сподобається.
Щоб уникнути цього ефекту, розмір корабляповинен у кілька разів перевищувати розмір футбольного поля — виведення такого апарату на орбіту коштуватиме вкрай дорого, враховуючи, що вартість одного кілограма вантажу за комерційних запусків варіюється від $1,5 тис. до $3 тис.
Інший метод створення імітації гравітації більшпрактичний, але також вкрай доріг - йдеться про метод прискорення. Якщо корабель на певному відрізку шляху спочатку буде розганятися, а потім розвернеться і почне гальмувати, то виникне ефект штучної гравітації.
Для реалізації цього методу знадоблятьсяколосальні запаси палива — річ у тому, що двигуни повинні працювати майже безперервно, за винятком короткої перерви в середині шляху, — під час розвороту корабля.
реальні приклади
Незважаючи на високу вартість запуску апаратів з імітацією гравітації, компанії у всьому світі намагаються побудувати такі кораблі та станції.
Реалізувати концепцію Фон Брауна намагаєтьсякомпанія Gateway foundation - дослідницький фонд, який планує побудувати обертову станцію на орбіті Землі. Передбачається, що по колу колеса будуть розташовуватися капсули, які зможуть купувати державні і приватні аерокосмічні компанії для проведення досліджень. Деякі капсули будуть продані в якості вілл найбагатшим жителям Землі, а інші будуть використовуватися як готелі для космічних туристів.
Стикувальний відсік буде знаходиться в центрі станції - звідти людей і вантажі будуть доставляти на ліфтах в капсули.
Спосіб залучення грошей компанія обраланеоднозначний: вона має намір організувати лотерею, переможці якої окрім грошової винагороди матимуть можливість безкоштовно полетіти на станцію та провести ніч у її капсулі. Коли апарат буде виведено на орбіту, у компанії не розкривають.
врізка
Над створенням апарату зі штучноюгравітацією для проведення довготривалих космічних досліджень працювала і НАСА. У 2011 році космічне агентство представило концепцію космічного корабля, що обертається, з надувними модулями Nautilus-X, який повинен був знизити вплив мікрогравітації на вчених, що знаходяться на його борту.
Передбачалося, що проект буде коштувати всього$ 3,7 млрд - дуже мало для подібних апаратів, - а на його будівництво потрібно 64 місяці. Однак Nautilus-X так і не вийшов за рамки первісних креслень і пропозицій.
висновок
Поки що найімовірніший спосіб отримати імітаціюгравітації, яка захистить корабель від наслідків прискорення та дасть постійне тяжіння без необхідності постійно використовувати двигуни – це виявити частинку з негативною масою. Усі частинки та античастинки, які вчені коли-небудь виявили, мають позитивну масу. Відомо, що негативна маса і гравітаційна маса рівні один одному, проте поки що дослідникам не вдавалося продемонструвати це знання на практиці.
Дослідники з експерименту ALPHA у ЦЕРНі вжестворили антиводень - стабільну форму нейтрального антиречовини - і працює над його ізоляцією від інших частинок на дуже низьких швидкостях. Якщо вченим вдасться це зробити, ймовірно, найближчим часом штучна гравітація стане більш реальною, ніж зараз.