Uzayla ilgisi olmayan biri bile uzay yolculuğuyla ilgili bir film izlemiş ya da kitaplarda bu tür şeyler hakkında bir şeyler okumuş. Bu tür çalışmaların hemen hemen hepsinde insanlar geminin etrafında dolaşırlar, normal bir şekilde uyurlar ve yemek yemede sorun yaşamazlar. Bu, bu - kurgusal - gemilerin yapay yerçekimine sahip olduğu anlamına gelir. Çoğu izleyici bunu tamamen doğal bir şey olarak algılıyor ama hiç de öyle değil.
Yapay Yerçekimi
Çeşitli yöntemler uygulanarak bize tanıdık gelen yerçekiminin (herhangi bir yönde) değişiminin adıdır. Ve bu sadece fantastik eserlerde değil, aynı zamanda çok gerçek dünyevi durumlarda, çoğunlukla deneyler için yapılır.
Teoride yapay yerçekiminin yaratılması o kadar da zor görünmüyor. Örneğin, atalet, daha doğrusu merkezkaç kuvveti yardımıyla yeniden oluşturulabilir. Bu güce olan ihtiyaç dün ortaya çıkmadı - bir kişi uzun vadeli uzay uçuşlarını hayal etmeye başlar başlamaz hemen oldu. oluşturmauzayda yapay yerçekimi, ağırlıksızlıkta uzun süre kalma sırasında ortaya çıkan birçok problemden kaçınmayı mümkün kılacaktır. Astronotların kasları zayıflar, kemikler daha az güçlenir. Aylarca bu koşullarda seyahat ederek bazı kaslarda atrofi meydana gelebilir.
Dolayısıyla, günümüzde yapay yerçekiminin yaratılması son derece önemli bir görevdir, bu beceri olmadan uzay araştırmaları kesinlikle imkansızdır.
Malzemeler
Fiziğini sadece okul müfredatı düzeyinde bilenler bile, yerçekiminin dünyamızın temel yasalarından biri olduğunu anlar: tüm bedenler birbirleriyle etkileşime girer, karşılıklı çekim / itme yaşar. Vücut ne kadar büyükse, çekim gücü de o kadar büyük olur.
Dünya gerçekliğimiz için çok büyük bir nesnedir. Bu yüzden istisnasız tüm vücutlar ona çekilir.
Bizim için bu, genellikle g ile ölçülen, saniyede 9,8 metre kareye eşit olan serbest düşüşün ivmesi anlamına gelir. Bu demektir ki ayaklarımızın altında destek olmasaydı her saniye 9,8 metre artan bir hızla düşerdik.
Böylece, ancak yerçekimi sayesinde normal bir şekilde ayakta durabiliyor, düşebiliyor, yiyip içebiliyor, neresinin yukarı, neresinin aşağı olduğunu anlayabiliyoruz. Yerçekimi ortadan kalkarsa, sıfır yerçekiminde olacağız.
Kendilerini uzayda yükselme - serbest düşüş durumunda bulan astronotlar bu fenomene özellikle aşinadır.
Teorik olarak, bilim adamları yapay yerçekimini nasıl oluşturacaklarını biliyorlar. Mevcutbirkaç teknik.
Büyük Kütle
En mantıklı seçenek, uzay gemisini yapay yerçekimine sahip olacak kadar büyük yapmaktır. Uzayda oryantasyon kaybolmadığı için gemide rahat hissetmek mümkün olacak.
Maalesef teknolojinin modern gelişimi ile bu yöntem gerçekçi değil. Böyle bir nesne oluşturmak için çok fazla kaynak gerekir. Ayrıca, onu kaldırmak için inanılmaz miktarda enerji gerekecek.
Hızlandırın
Dünyanınkine eşit g elde etmek istiyorsanız, gemiye düz (platform) bir şekil vermeniz ve istenen ivme ile düzleme dik hareket etmesini sağlamanız yeterli gibi görünüyor. Bu sayede yapay yerçekimi elde edilmiş ve ideal olacaktır.
Ancak, gerçek çok daha karmaşık.
Öncelikle yakıt konusunu göz önünde bulundurmakta fayda var. İstasyonun sürekli hızlanması için kesintisiz bir güç kaynağına sahip olmak gerekir. Madde fırlatmayan bir motor aniden ortaya çıksa bile, enerjinin korunumu yasası yürürlükte kalacaktır.
İkinci sorun, sabit hızlanma fikrinin ta kendisidir. Bilgimize ve fizik yasalarımıza göre sonsuza kadar hızlanmak imkansızdır.
Ayrıca, bu tür araçlar sürekli hızlanmaları - uçmaları gerektiğinden araştırma görevleri için uygun değildir. Gezegeni incelemeyi bırakamayacak, etrafında yavaşça uçamayacak bile - hızlanması gerekiyor.
YaniBöylece, böyle bir yapay yerçekiminin henüz bizim için mevcut olmadığı ortaya çıkıyor.
Atlıkarınca
Atlıkarınca dönüşünün vücudu nasıl etkilediğini herkes bilir. Bu nedenle, bu prensibe göre yapay bir yerçekimi cihazı en gerçekçi gibi görünüyor.
Atlıkarınca çapındaki her şey, yaklaşık olarak dönme hızına eşit bir hızda ondan düşme eğilimindedir. Dönen nesnenin yarıçapı boyunca yönlendirilen bir kuvvetin vücuda etki ettiği ortaya çıktı. Yerçekimine çok benziyor.
Yani, silindir şeklinde bir gemiye ihtiyacınız var. Aynı zamanda kendi ekseni etrafında dönmelidir. Bu arada, bu prensibe göre yaratılan bir uzay gemisinde yapay yerçekimi, bilim kurgu filmlerinde sıklıkla gösterilir.
Boya ekseni etrafında dönen namlu şeklindeki gemi, yönü nesnenin yarıçapına karşılık gelen bir merkezkaç kuvveti oluşturur. Ortaya çıkan ivmeyi hesaplamak için kuvveti kütleye bölmeniz gerekir.
Fizik bilenlerin bunu hesaplaması zor olmayacak: a=ω²R.
Bu formülde, hesaplamanın sonucu ivmedir, ilk değişken düğüm hızıdır (saniyedeki radyan cinsinden ölçülür), ikincisi yarıçaptır.
Buna göre, normal g'yi elde etmek için uzay taşımacılığının açısal hızını ve yarıçapını doğru bir şekilde birleştirmek gerekir.
Bu sorun "Intersol", "Babylon 5", "2001: A Space Odyssey" ve benzeri filmlerde işlenir. Tüm bu durumlardayapay yerçekimi, Dünya'nın serbest düşüş ivmesine yakındır.
Fikir ne kadar iyi olursa olsun, onu uygulamak oldukça zordur.
Atlıkarınca yönteminin sorunları
En belirgin sorun A Space Odyssey'de vurgulanmıştır. "Uzay gemisinin" yarıçapı yaklaşık 8 metredir. 9.8'lik bir hızlanma elde etmek için, dönme her dakika yaklaşık 10,5 devir hızında gerçekleşmelidir.
Belirtilen değerlerde, farklı kuvvetlerin zeminden farklı mesafelerde hareket etmesinden oluşan “Coriolis etkisi” ortaya çıkar. Doğrudan açısal hıza bağlıdır.
Uzayda yapay yerçekimi oluşturulacağı ortaya çıktı, ancak kasanın çok hızlı dönmesi iç kulakta sorunlara yol açacaktır. Bu da dengesizliklere, vestibüler aparatla ilgili sorunlara ve diğer benzer sorunlara neden olur.
Bu engelin ortaya çıkması, böyle bir modelin son derece başarısız olduğunu gösteriyor.
"Dünya-Yüzük" romanında yaptıkları gibi, tam tersinden gitmeyi deneyebilirsiniz. Burada gemi, yarıçapı yörüngemizin yarıçapına (yaklaşık 150 milyon km) yakın olan bir halka şeklinde yapılır. Bu boyutta, dönme hızı Coriolis etkisini yok saymak için yeterlidir.
Sorunun çözüldüğünü varsayabilirsiniz, ancak hiç de öyle değil. Gerçek şu ki, bu yapının kendi ekseni etrafında tam dönüşü 9 gün sürer. Bu, yüklerin çok büyük olacağını varsaymayı mümkün kılar. İçininşaat onlara dayandı, bugün elimizde olmayan çok güçlü bir malzemeye ihtiyaç var. Ayrıca sorun malzeme miktarı ve yapım sürecinin kendisidir.
Benzer bir temaya sahip oyunlarda, "Babylon 5" filminde olduğu gibi, bu sorunlar bir şekilde çözülür: dönüş hızı oldukça yeterli, Coriolis etkisi önemli değil, varsayımsal olarak böyle bir gemi yaratmak mümkün.
Ancak, böyle dünyaların bile bir dezavantajı vardır. Adı momentum.
Kendi ekseni etrafında dönen gemi devasa bir jiroskopa dönüşür. Bildiğiniz gibi açısal momentumdan dolayı jiroskopu eksenden saptırmak son derece zordur. Miktarının sistemden ayrılmaması önemlidir. Bu, bu nesnenin yönünü ayarlamanın çok zor olacağı anlamına gelir. Ancak bu sorun çözülebilir.
Problem Çözme
Bir uzay istasyonundaki yapay yerçekimi, "O'Neill silindiri" kurtarmaya geldiğinde kullanılabilir hale gelir. Bu tasarımı oluşturmak için eksen boyunca birbirine bağlanan aynı silindirik gemilere ihtiyaç vardır. Farklı yönlerde dönmelidirler. Bu montajın sonucu sıfır açısal momentumdur, bu nedenle gemiye istenen yönü vermekte zorluk çekmemelidir.
Yaklaşık 500 metre yarıçaplı bir gemi yapmak mümkünse, tam olması gerektiği gibi çalışacaktır. Aynı zamanda uzaydaki yapay yerçekimi oldukça rahat ve gemilerde veya araştırma istasyonlarında uzun uçuşlar için uygun olacaktır.
Uzay Mühendisleri
Yapay yerçekiminin nasıl oluşturulacağı oyunun yaratıcıları tarafından biliniyor. Bununla birlikte, bu fantezi dünyasında yerçekimi, cisimlerin karşılıklı çekimi değil, nesneleri belirli bir yönde hızlandırmak için tasarlanmış doğrusal bir kuvvettir. Buradaki çekicilik mutlak değildir, kaynak yönlendirilince değişir.
Uzay istasyonundaki yapay yerçekimi, özel bir jeneratör kullanılarak oluşturulur. Jeneratör alanında üniform ve eş yönlüdür. Yani, gerçek dünyada, jeneratörü kurulu bir gemi size çarparsa, tekneye çekilirsiniz. Ancak oyunda kahraman, cihazın çevresini terk edene kadar düşecek.
Bugün, böyle bir cihaz tarafından oluşturulan uzayda yapay yerçekimi, insanlık için erişilemez. Ancak, gri saçlı geliştiriciler bile bunun hakkında hayal kurmayı bırakmıyor.
Küresel Jeneratör
Bu, ekipmanın daha gerçekçi bir versiyonudur. Kurulduğunda, yerçekimi jeneratöre doğru bir yöne sahiptir. Bu, yerçekimi gezegensel olana eşit olacak bir istasyon yaratmayı mümkün kılar.
Santrifüj
Bugün, Dünya üzerindeki yapay yerçekimi çeşitli cihazlarda bulunur. Çoğunlukla atalete dayanırlar, çünkü bu kuvvet bizim tarafımızdan yerçekimi etkilerine benzer şekilde hissedilir - vücut hızlanmaya neyin neden olduğunu ayırt etmez. Örnek olarak: asansöre binen bir kişi eylemsizlik etkisini yaşar. Bir fizikçinin gözünden: Bir asansörü kaldırmak, serbest düşüşün ivmesine arabanın ivmesini ekler. dönüşteölçülü bir harekete kabinler, ağırlıktaki "kazanç" kaybolur ve olağan duyumlara geri döner.
Bilim adamları uzun zamandır yapay yerçekimi ile ilgileniyorlar. Santrifüj en sık bu amaçlar için kullanılır. Bu yöntem sadece uzay araçları için değil, aynı zamanda yerçekiminin insan vücudu üzerindeki etkisinin araştırılması gereken yer istasyonları için de uygundur.
Dünya üzerinde çalışın, başvurun…
Yerçekimi çalışması uzaydan başlasa da, çok sıradan bir bilimdir. Bugün bile, bu alandaki başarılar, örneğin tıpta uygulamalarını bulmuştur. Gezegende yapay yerçekimi yaratmanın mümkün olup olmadığını bilmek, onu motor aparat veya sinir sistemi ile ilgili sorunları tedavi etmek için kullanabilir. Ayrıca, bu kuvvetin çalışması öncelikle Dünya'da gerçekleştirilir. Bu, astronotların doktorların yakın ilgisi altında kalarak deneyler yapmalarını mümkün kılar. Başka bir şey uzayda yapay yerçekimi, öngörülemeyen bir durumda astronotlara yardım edebilecek kimse yok.
Toplam ağırlıksızlık göz önüne alındığında, düşük Dünya yörüngesindeki bir uydu dikkate alınamaz. Bu cisimler az da olsa yerçekiminden etkilenirler. Bu gibi durumlarda üretilen yerçekimi kuvvetine mikro yerçekimi denir. Gerçek yerçekimi ancak uzayda sabit bir hızla uçan bir cihazda hissedilir. Ancak insan vücudu bu farkı hissetmez.
Uzun bir atlama sırasında (kanopi açılmadan önce) veya uçağın parabolik bir inişi sırasında ağırlıksızlık yaşayabilirsiniz. Bu tür deneylergenellikle ABD'de sahnelenir, ancak uçakta bu duygu yalnızca 40 saniye sürer - bu tam bir çalışma için çok kısa.
1973'te SSCB'de yapay yerçekimi yaratmanın mümkün olup olmadığını biliyorlardı. Ve onu sadece yaratmadı, aynı zamanda bir şekilde değiştirdi. Yerçekiminde yapay bir azalmanın canlı bir örneği, kuru daldırma, daldırmadır. İstenilen efekti elde etmek için suyun yüzeyine yoğun bir film koymanız gerekir. Kişi üstüne konur. Vücudun ağırlığı altında, vücut suya batar, sadece baş yukarıda kalır. Bu model, okyanusta bulunan düşük yerçekimi desteğini göstermektedir.
Ağırlıksızlığın zıt kuvveti olan hipergravitenin etkisini hissetmek için uzaya gitmeye gerek yok. Bir uzay aracını bir santrifüjde inerken ve inerken, sadece aşırı yükü hissetmekle kalmaz, aynı zamanda üzerinde çalışabilirsiniz.
Yerçekimi tedavisi
Yerçekimi fiziği çalışmaları, diğer şeylerin yanı sıra, ağırlıksızlığın insan vücudu üzerindeki etkisini, sonuçları en aza indirmeye çalışır. Bununla birlikte, bu bilimin çok sayıda başarısı, gezegenin sıradan sakinleri için faydalı olabilir.
Doktorlar, kas enzimlerinin miyopatideki davranışlarını araştıran araştırmalara büyük umutlar veriyor. Bu, erken ölüme yol açan ciddi bir hastalıktır.
Aktif fiziksel egzersizlerle, sağlıklı bir kişinin kanına büyük miktarda kreatinofosfokinaz enzimi girer. Bu fenomenin nedeni açık değildir, belki de yük hücre zarına öyle etki eder ki,"delinir". Miyopatili hastalar egzersiz yapmadan aynı etkiyi alırlar. Astronotların gözlemleri, ağırlıksızlıkta aktif enzimin kana akışının önemli ölçüde azaldığını göstermektedir. Bu keşif, daldırma kullanımının miyopatiye yol açan faktörlerin olumsuz etkisini az altacağını düşündürmektedir. Şu anda hayvanlar üzerinde testler yapılıyor.
Bazı hastalıkların tedavisi, yapay dahil olmak üzere yerçekimi çalışmasından elde edilen veriler kullanılarak günümüzde zaten gerçekleştirilmektedir. Örneğin, serebral palsi, felç, Parkinson, yük elbiseleri kullanılarak tedavi edilir. Desteğin olumlu etkisi üzerine araştırma - pnömatik ayakkabı neredeyse tamamlandı.
Mars'a uçacak mıyız?
Astronotların son başarıları, projenin gerçekliği için umut veriyor. Bir kişinin Dünya'dan uzun süre uzak kalması sırasında tıbbi destek deneyimi vardır. Yerçekimi kuvvetinin bizimkinden 6 kat daha az olduğu Ay'a yapılan araştırma uçuşları da birçok fayda sağladı. Şimdi astronotlar ve bilim adamları kendilerine yeni bir hedef koyuyorlar - Mars.
Kızıl Gezegene bir bilet için sıraya girmeden önce, vücudun zaten işin ilk aşamasında - yolda ne beklediğini bilmelisiniz. Ortalama olarak, çöl gezegenine giden yol bir buçuk yıl sürecek - yaklaşık 500 gün. Yolda sadece kendi gücüne güvenmen gerekecek, yardım bekleyecek hiçbir yer yok.
Birçok faktör gücü zayıflatır: stres, radyasyon, manyetik alan eksikliği. Vücut için en önemli test yerçekimindeki değişimdir. Yolculuk sırasında, bir kişi "tanışıyor"birkaç yerçekimi seviyesi. Her şeyden önce, bunlar kalkış sırasındaki aşırı yüklenmelerdir. Sonra - uçuş sırasında ağırlıksızlık. Bundan sonra, Mars'taki yerçekimi Dünya'nın %40'ından az olduğu için varış noktasında hipogravite olur.
Uzun bir uçuşta ağırlıksızlığın olumsuz etkileriyle nasıl başa çıkıyorsunuz? Yapay yerçekimi oluşturma alanındaki gelişmelerin yakın gelecekte bu sorunun çözülmesine yardımcı olacağı umulmaktadır. Kosmos-936'da seyahat eden fareler üzerinde yapılan deneyler, bu tekniğin tüm sorunları çözmediğini gösteriyor.
OS deneyimi, her astronot için ayrı ayrı gerekli yükü belirleyebilen eğitim komplekslerinin kullanılmasının vücuda çok daha fazla fayda sağlayabileceğini göstermiştir.
Şimdiye kadar sadece araştırmacıların değil, Kızıl Gezegen'de koloni kurmak isteyen turistlerin de Mars'a uçacağına inanılıyor. Onlar için, en azından ilk başta, ağırlıksızlık hissi, doktorların bu tür koşullara uzun süre maruz kalmanın tehlikeleri hakkındaki tüm argümanlarından daha ağır basacaktır. Ancak birkaç hafta içinde onların da yardıma ihtiyaçları olacak, bu yüzden bir uzay gemisinde yapay yerçekimi yaratmanın bir yolunu bulabilmek çok önemli.
Sonuçlar
Uzayda yapay yerçekiminin yaratılması hakkında ne gibi sonuçlar çıkarılabilir?
Şu anda değerlendirilen tüm seçenekler arasında dönen yapı en gerçekçi görünüyor. Bununla birlikte, mevcut fizik yasaları anlayışıyla, gemi içi boş bir silindir olmadığı için bu imkansızdır. İçinde fikirlerin gerçekleşmesini engelleyen örtüşmeler var.
Ayrıca, geminin yarıçapı da öyle olmalıbüyük, böylece Coriolis etkisinin önemli bir etkisi olmaz.
Böyle bir şeyi kontrol etmek için, size gemiyi kontrol etme yeteneği verecek olan yukarıda bahsedilen O'Neill silindirine ihtiyacınız var. Bu durumda, mürettebata rahat bir yerçekimi seviyesi sağlayarak gezegenler arası uçuşlar için benzer bir tasarım kullanma şansı artar.
İnsanlık hayallerini gerçekleştirmeyi başarmadan önce, bilimkurguda biraz daha gerçekçilik ve fizik yasaları hakkında daha fazla bilgi görmek istiyorum.
