Sogar jemand, der sich nicht für Weltraum interessiert, hat schon einmal einen Film über Raumfahrt gesehen oder in Büchern darüber gelesen. Bei fast allen derartigen Arbeiten gehen die Menschen auf dem Schiff herum, schlafen normal und haben keine Probleme mit dem Essen. Das bedeutet, dass diese – fiktiven – Schiffe künstliche Schwerkraft haben. Die meisten Zuschauer empfinden das als etwas ganz Natürliches, aber das ist es überhaupt nicht.
Künstliche Schwerkraft
Dies ist der Name der Änderung (in beliebiger Richtung) der Schwerkraft, die uns durch die Anwendung verschiedener Methoden bekannt ist. Und das nicht nur in phantastischen Werken, sondern auch in sehr realen irdischen Situationen, meistens für Experimente.
Theoretisch sieht die Schaffung künstlicher Schwerkraft gar nicht so schwierig aus. Sie lässt sich beispielsweise mit Hilfe der Trägheit, genauer gesagt der Zentrifugalkraft, nachbilden. Die Notwendigkeit für diese Kraft entstand nicht gestern - es geschah sofort, sobald eine Person anfing, von langfristigen Weltraumflügen zu träumen. SchaffungDie künstliche Schwerkraft im Weltraum wird es ermöglichen, viele Probleme zu vermeiden, die während eines längeren Aufenth alts in der Schwerelosigkeit auftreten. Die Muskeln der Astronauten werden schwächer, die Knochen werden weniger stark. Wenn Sie monatelang unter solchen Bedingungen reisen, können einige Muskeln verkümmern.
Daher ist die Schaffung künstlicher Schwerkraft heute eine Aufgabe von überragender Bedeutung, die Weltraumforschung ohne diese Fähigkeit ist einfach unmöglich.
Materialien
Selbst diejenigen, die Physik nur auf der Ebene des Schullehrplans kennen, verstehen, dass die Schwerkraft eines der Grundgesetze unserer Welt ist: Alle Körper interagieren miteinander, erfahren gegenseitige Anziehung / Abstoßung. Je größer der Körper, desto größer seine Anziehungskraft.
Die Erde ist für unsere Realität ein sehr massives Objekt. Deshalb werden ausnahmslos alle Körper um sie herum davon angezogen.
Für uns bedeutet das die Beschleunigung des freien Falls, die üblicherweise in g gemessen wird, gleich 9,8 Meter pro Quadratsekunde. Das heißt, wenn wir keine Stütze unter unseren Füßen hätten, würden wir mit einer Geschwindigkeit stürzen, die jede Sekunde um 9,8 Meter zunimmt.
So können wir nur dank der Schwerkraft normal stehen, fallen, essen und trinken, verstehen, wo oben und wo unten ist. Wenn die Schwerkraft verschwindet, befinden wir uns in der Schwerelosigkeit.
Astronauten, die sich im All in einem Schwebezustand befinden - freier Fall - sind mit diesem Phänomen besonders vertraut.
Theoretisch wissen Wissenschaftler, wie man künstliche Schwerkraft erzeugt. Existierenmehrere Techniken.
Große Messe
Die logischste Option ist, das Raumschiff so groß zu machen, dass es eine künstliche Schwerkraft hat. Man kann sich auf dem Schiff wohlfühlen, da die Orientierung im Raum nicht verloren geht.
Leider ist diese Methode mit der modernen Entwicklung der Technologie unrealistisch. Um ein solches Objekt zu bauen, werden zu viele Ressourcen benötigt. Außerdem wird es unglaublich viel Energie erfordern, ihn anzuheben.
Beschleunigen
Es scheint, dass Sie, wenn Sie g gleich dem der Erde erreichen wollen, dem Schiff nur eine flache (Plattform-) Form geben und es mit der gewünschten Beschleunigung senkrecht zur Ebene bewegen müssen. Auf diese Weise wird künstliche Schwerkraft erreicht, und zwar ideal.
Die Realität ist jedoch viel komplizierter.
Zunächst einmal lohnt es sich, über die Kraftstofffrage nachzudenken. Damit die Station ständig beschleunigt, ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung erforderlich. Selbst wenn plötzlich ein Motor auftaucht, der keine Materie ausstößt, bleibt der Energieerh altungssatz in Kraft.
Das zweite Problem ist die Idee der konstanten Beschleunigung. Nach unserem Wissen und den physikalischen Gesetzen ist es unmöglich, bis ins Unendliche zu beschleunigen.
Außerdem sind solche Fahrzeuge nicht für Forschungsmissionen geeignet, da sie ständig beschleunigen - fliegen müssen. Er wird nicht anh alten können, um den Planeten zu studieren, er wird nicht einmal in der Lage sein, ihn langsam zu umfliegen – er muss beschleunigen.
AlsoDamit wird deutlich, dass uns eine solche künstliche Gravitation noch nicht zur Verfügung steht.
Karussell
Jeder weiß, wie sich die Drehung des Karussells auf den Körper auswirkt. Daher scheint ein künstliches Gravitationsgerät nach diesem Prinzip am realistischsten zu sein.
Alles, was sich im Durchmesser des Karussells befindet, neigt dazu, mit einer Geschwindigkeit herauszufallen, die ungefähr der Rotationsgeschwindigkeit entspricht. Es stellt sich heraus, dass eine Kraft auf den Körper wirkt, die entlang des Radius des rotierenden Objekts gerichtet ist. Es ist der Schwerkraft sehr ähnlich.
Du brauchst also ein Schiff, das eine zylindrische Form hat. Gleichzeitig muss es sich um seine Achse drehen. Künstliche Schwerkraft auf einem Raumschiff, die nach diesem Prinzip entsteht, wird übrigens oft in Science-Fiction-Filmen gezeigt.
Tonnenförmiges Schiff, das sich um die Längsachse dreht, erzeugt eine Zentrifugalkraft, deren Richtung dem Radius des Objekts entspricht. Um die resultierende Beschleunigung zu berechnen, musst du die Kraft durch die Masse teilen.
Für Leute, die sich mit Physik auskennen, wird es nicht schwer sein, dies zu berechnen: a=ω²R.
In dieser Formel ist das Ergebnis der Berechnung die Beschleunigung, die erste Variable ist die Knotengeschwindigkeit (gemessen in Bogenmaß pro Sekunde), die zweite ist der Radius.
Um das übliche g zu erh alten, ist es demnach notwendig, die Winkelgeschwindigkeit und den Radius des Raumtransports richtig zu kombinieren.
Dieses Problem wird in Filmen wie "Intersol", "Babylon 5", "2001: Odyssee im Weltraum" und ähnlichen behandelt. In all diesen Fällenkünstliche Gravitation ist nahe an der Beschleunigung des freien Falls der Erde.
Egal wie gut die Idee ist, es ist ziemlich schwierig, sie umzusetzen.
Probleme der Karussellmethode
Das offensichtlichste Problem wird in A Space Odyssey hervorgehoben. Der Radius des "Raumträgers" beträgt etwa 8 Meter. Um eine Beschleunigung von 9,8 zu erreichen, muss die Drehung mit einer Geschwindigkeit von etwa 10,5 Umdrehungen pro Minute erfolgen.
Bei den angegebenen Werten zeigt sich der „Coriolis-Effekt“, der darin besteht, dass in unterschiedlichen Abständen vom Boden unterschiedliche Kräfte wirken. Sie hängt direkt von der Winkelgeschwindigkeit ab.
Es stellt sich heraus, dass im Weltraum eine künstliche Schwerkraft erzeugt wird, aber eine zu schnelle Drehung des Gehäuses zu Problemen mit dem Innenohr führt. Dies wiederum verursacht Ungleichgewichte, Probleme mit dem Vestibularapparat und ähnliche Probleme.
Das Auftreten dieser Barriere legt nahe, dass ein solches Modell äußerst erfolglos ist.
Du kannst versuchen, vom Gegenteil auszugehen, wie sie es im Roman "Der Weltenring" getan haben. Hier hat das Schiff die Form eines Rings, dessen Radius nahe dem Radius unserer Umlaufbahn liegt (etwa 150 Millionen km). Bei dieser Größe reicht die Rotationsgeschwindigkeit aus, um den Coriolis-Effekt zu ignorieren.
Man könnte annehmen, dass das Problem gelöst ist, aber das ist überhaupt nicht der Fall. Tatsache ist, dass eine vollständige Drehung dieser Struktur um ihre Achse 9 Tage dauert. Dies lässt vermuten, dass die Lasten zu groß sein werden. Damitdie Konstruktion hielt ihnen stand, es wird ein sehr starkes Material benötigt, das uns heute nicht zur Verfügung steht. Außerdem ist das Problem die Materialmenge und der Bauprozess selbst.
In Spielen mit ähnlichem Thema, wie im Film "Babylon 5", werden diese Probleme irgendwie gelöst: Die Rotationsgeschwindigkeit ist völlig ausreichend, der Coriolis-Effekt ist nicht signifikant, es ist hypothetisch möglich, ein solches Schiff zu bauen.
Aber auch solche Welten haben einen Nachteil. Sein Name ist Schwung.
Das sich um seine eigene Achse drehende Schiff verwandelt sich in einen riesigen Kreisel. Wie Sie wissen, ist es äußerst schwierig, den Kreisel aufgrund des Drehimpulses von der Achse abweichen zu lassen. Es ist wichtig, dass seine Menge das System nicht verlässt. Das bedeutet, dass es sehr schwierig sein wird, die Richtung für dieses Objekt festzulegen. Dieses Problem kann jedoch gelöst werden.
Problemlösung
Künstliche Schwerkraft auf einer Raumstation wird verfügbar, wenn der "O'Neill-Zylinder" zur Rettung kommt. Um dieses Design zu erstellen, werden identische zylindrische Schiffe benötigt, die entlang der Achse verbunden sind. Sie sollten sich in verschiedene Richtungen drehen. Das Ergebnis dieser Montage ist ein Drehimpuls von Null, sodass es keine Schwierigkeiten geben sollte, dem Schiff die gewünschte Richtung zu geben.
Wenn es möglich ist, ein Schiff mit einem Radius von etwa 500 Metern zu bauen, dann wird es genau so funktionieren, wie es sollte. Gleichzeitig wird die künstliche Schwerkraft im All recht komfortabel und für lange Flüge auf Schiffen oder Forschungsstationen geeignet sein.
Weltraumingenieure
Wie man künstliche Schwerkraft erzeugt, ist den Machern des Spiels bekannt. In dieser Fantasiewelt ist die Schwerkraft jedoch nicht die gegenseitige Anziehung von Körpern, sondern eine lineare Kraft, die dazu bestimmt ist, Objekte in eine bestimmte Richtung zu beschleunigen. Die Anziehungskraft ist hier nicht absolut, sie ändert sich, wenn die Quelle umgeleitet wird.
Künstliche Schwerkraft auf der Raumstation wird durch die Verwendung eines speziellen Generators erzeugt. Sie ist im Bereich des Generators gleichmäßig und gleichgerichtet. Wenn Sie also in der realen Welt von einem Schiff angefahren werden, auf dem ein Generator installiert ist, werden Sie in den Rumpf gezogen. Im Spiel wird der Held jedoch fallen, bis er den Umkreis des Geräts verlässt.
Heute ist die künstliche Schwerkraft im Weltraum, die durch ein solches Gerät erzeugt wird, für die Menschheit unzugänglich. Aber auch grauhaarige Entwickler hören nicht auf, davon zu träumen.
Sphärischer Generator
Dies ist eine realistischere Version der Ausrüstung. Im eingebauten Zustand hat die Schwerkraft eine Richtung zum Generator. Dadurch ist es möglich, eine Station zu schaffen, deren Gravitation der planetaren gleicht.
Zentrifuge
Heute findet man künstliche Schwerkraft auf der Erde in verschiedenen Geräten. Sie basieren größtenteils auf Trägheit, da diese Kraft von uns ähnlich wie Gravitationseffekte empfunden wird – der Körper unterscheidet nicht, was Beschleunigung verursacht. Als Beispiel: Eine Person, die mit einem Aufzug nach oben fährt, erfährt den Effekt der Trägheit. Mit den Augen eines Physikers: Das Anheben eines Aufzugs erhöht die Beschleunigung des freien Falls um die Beschleunigung des Autos. Bei der RückkehrKabinen zu einer gemessenen Bewegung "Gewichtszunahme" verschwindet und die üblichen Empfindungen zurückkehren.
Wissenschaftler interessieren sich seit langem für künstliche Schwerkraft. Die Zentrifuge wird für diese Zwecke am häufigsten verwendet. Diese Methode eignet sich nicht nur für Raumfahrzeuge, sondern auch für Bodenstationen, in denen die Wirkung der Schwerkraft auf den menschlichen Körper untersucht werden soll.
Studium auf der Erde, Bewerbung in…
Obwohl das Studium der Gravitation vom Weltraum aus begann, ist es eine sehr profane Wissenschaft. Auch heute noch haben Errungenschaften auf diesem Gebiet ihre Anwendung beispielsweise in der Medizin gefunden. Wenn man weiß, ob es möglich ist, auf dem Planeten künstliche Schwerkraft zu erzeugen, kann man damit Probleme mit dem Bewegungsapparat oder dem Nervensystem behandeln. Darüber hinaus wird das Studium dieser Kraft hauptsächlich auf der Erde durchgeführt. Dies ermöglicht es Astronauten, Experimente durchzuführen, während sie unter der strengen Aufsicht von Ärzten bleiben. Eine andere Sache ist die künstliche Schwerkraft im Weltraum, dort gibt es keine Menschen, die den Astronauten im Falle einer unvorhergesehenen Situation helfen können.
Bei völliger Schwerelosigkeit kann man mit einem Satelliten im erdnahen Orbit nicht rechnen. Diese Objekte werden, wenn auch in geringem Maße, von der Schwerkraft beeinflusst. Die dabei entstehende Schwerkraft wird Mikrogravitation genannt. Wirkliche Schwerkraft wird nur in einem Apparat erfahren, der mit konstanter Geschwindigkeit im Weltraum fliegt. Der menschliche Körper spürt diesen Unterschied jedoch nicht.
Sie können die Schwerelosigkeit während eines Weitsprungs (bevor sich die Kabinenhaube öffnet) oder während eines parabelförmigen Abstiegs des Flugzeugs erleben. Solche Experimentein den USA oft inszeniert, aber im Flugzeug hält dieses Gefühl nur 40 Sekunden an – das ist zu kurz für eine ganze Studie.
In der UdSSR wusste man 1973, ob es möglich ist, künstliche Schwerkraft zu erzeugen. Und es nicht nur geschaffen, sondern auch irgendwie verändert. Ein anschauliches Beispiel für eine künstliche Abnahme der Schwerkraft ist das trockene Eintauchen, Eintauchen. Um den gewünschten Effekt zu erzielen, müssen Sie einen dichten Film auf die Wasseroberfläche auftragen. Die Person wird darauf gelegt. Unter dem Gewicht des Körpers sinkt der Körper unter Wasser, nur der Kopf bleibt oben. Dieses Modell demonstriert die im Ozean gefundene Unterstützung mit geringer Schwerkraft.
Es ist nicht nötig, in den Weltraum zu gehen, um die Wirkung der entgegengesetzten Kraft der Schwerelosigkeit zu spüren - Hypergravitation. Beim Starten und Landen eines Raumfahrzeugs, in einer Zentrifuge, kann man die Überlastung nicht nur spüren, sondern auch studieren.
Schwerkraftbehandlung
Die Gravitationsphysik untersucht unter anderem die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper, um die Folgen zu minimieren. Eine große Anzahl von Errungenschaften dieser Wissenschaft kann jedoch für gewöhnliche Bewohner des Planeten nützlich sein.
Ärzte setzen große Hoffnungen auf die Erforschung des Verh altens von Muskelenzymen bei Myopathien. Dies ist eine schwere Krankheit, die zum frühen Tod führt.
Bei aktiver körperlicher Betätigung gelangt eine große Menge des Enzyms Creatinophosphokinase in das Blut eines gesunden Menschen. Der Grund für dieses Phänomen ist nicht klar, vielleicht wirkt die Belastung so auf die Zellmembran, dass sie„perforiert“. Patienten mit Myopathie erzielen die gleiche Wirkung ohne Bewegung. Beobachtungen von Astronauten zeigen, dass in der Schwerelosigkeit der Fluss des aktiven Enzyms ins Blut deutlich reduziert ist. Diese Entdeckung legt nahe, dass die Verwendung von Immersion die negativen Auswirkungen von Faktoren, die zu Myopathie führen, verringern wird. Tierversuche werden derzeit durchgeführt.
Die Behandlung einiger Krankheiten wird bereits heute mit Daten durchgeführt, die aus der Untersuchung der Schwerkraft gewonnen wurden, einschließlich künstlicher. Zum Beispiel werden Zerebralparese, Schlaganfälle und Parkinson mit Lastanzügen behandelt. Forschung zur positiven Wirkung der Bandage - der pneumatische Schuh ist fast fertig.
Fliegen wir zum Mars?
Die neuesten Errungenschaften der Astronauten geben Hoffnung für die Realität des Projekts. Es gibt Erfahrungen mit medizinischer Unterstützung für eine Person während eines langen Aufenth alts außerhalb der Erde. Auch Forschungsflüge zum Mond, bei denen die Schwerkraft 6-mal geringer ist als bei uns, haben viele Vorteile gebracht. Jetzt setzen sich Astronauten und Wissenschaftler ein neues Ziel – den Mars.
Bevor Sie sich für ein Ticket zum Roten Planeten anstellen, sollten Sie bereits in der ersten Arbeitsphase wissen, was der Körper erwartet - auf dem Weg. Im Durchschnitt dauert der Weg zum Wüstenplaneten anderthalb Jahre - etwa 500 Tage. Unterwegs müssen Sie sich nur auf Ihre eigene Kraft verlassen, es gibt einfach keinen Ort, an dem Sie auf Hilfe warten können.
Viele Faktoren beeinträchtigen die Kraft: Stress, Strahlung, fehlendes Magnetfeld. Der wichtigste Test für den Körper ist die Änderung der Schwerkraft. Während der Reise "lernt" eine Person kennenmehrere Schweregrade. Zunächst einmal sind dies Überlastungen während des Starts. Dann - Schwerelosigkeit während des Fluges. Danach Hypogravitation am Zielort, da die Schwerkraft auf dem Mars weniger als 40 % der Erde ausmacht.
Wie gehst du auf einem langen Flug mit den negativen Auswirkungen der Schwerelosigkeit um? Es ist zu hoffen, dass Entwicklungen auf dem Gebiet der Schaffung künstlicher Schwerkraft dazu beitragen werden, dieses Problem in naher Zukunft zu lösen. Experimente an Ratten, die auf Kosmos-936 reisen, zeigen, dass diese Technik nicht alle Probleme löst.
OS-Erfahrung hat gezeigt, dass die Verwendung von Trainingskomplexen, die die erforderliche Belastung für jeden Astronauten individuell bestimmen können, dem Körper viel mehr Vorteile bringen kann.
Bisher wird angenommen, dass nicht nur Forscher zum Mars fliegen werden, sondern auch Touristen, die auf dem Roten Planeten eine Kolonie gründen wollen. Für sie wird das Gefühl der Schwerelosigkeit zumindest am Anfang alle Argumente der Ärzte über die Gefahren einer längeren Exposition gegenüber solchen Bedingungen überwiegen. Allerdings werden auch sie in ein paar Wochen Hilfe brauchen, weshalb es so wichtig ist, einen Weg zu finden, auf einem Raumschiff künstliche Schwerkraft zu erzeugen.
Ergebnisse
Welche Rückschlüsse lassen sich auf die Entstehung künstlicher Schwerkraft im All ziehen?
Unter allen derzeit in Betracht gezogenen Optionen sieht die rotierende Struktur am realistischsten aus. Dies ist jedoch nach heutigem Verständnis der physikalischen Gesetzmäßigkeiten nicht möglich, da das Schiff kein Hohlzylinder ist. Darin gibt es Überschneidungen, die die Umsetzung von Ideen stören.
Außerdem sollte der Radius des Schiffes so seingroß, sodass der Coriolis-Effekt keinen signifikanten Einfluss hat.
Um so etwas zu steuern, brauchst du den oben erwähnten O'Neill-Zylinder, mit dem du das Schiff steuern kannst. In diesem Fall steigen die Chancen, ein ähnliches Design für interplanetare Flüge zu verwenden und der Besatzung ein angenehmes Schwerkraftniveau zu bieten.
Bevor es der Menschheit gelingt, ihre Träume wahr werden zu lassen, wünsche ich mir etwas mehr Realismus und noch mehr Wissen über die Gesetze der Physik in der Science-Fiction.
