Még egy olyan ember is, akit nem érdekel az űr, látott már filmet az űrutazásról, vagy olvasott ilyen dolgokról könyvekben. Szinte minden ilyen munkában az emberek körbejárják a hajót, rendesen alszanak, és nem tapasztalnak problémát az étkezéssel. Ez azt jelenti, hogy ezek a - kitalált - hajók mesterséges gravitációval rendelkeznek. A legtöbb néző ezt teljesen természetes dolognak érzékeli, de egyáltalán nem az.
Mesterséges gravitáció
Ez a gravitáció (bármely irányú) változásának a neve, amelyet különféle módszerek alkalmazásával ismerünk. És ez nemcsak fantasztikus művekben történik, hanem egészen valóságos földi helyzetekben is, legtöbbször kísérletezés céljából.
Elméletileg a mesterséges gravitáció létrehozása nem tűnik olyan nehéznek. Például tehetetlenségi nyomatékkal, pontosabban centrifugális erővel lehet újra létrehozni. Ennek az erőnek az igénye nem tegnap merült fel - azonnal megtörtént, amint az ember hosszú távú űrrepülésekről kezdett álmodni. TeremtésA mesterséges gravitáció az űrben lehetővé teszi számos probléma elkerülését, amelyek a súlytalanságban való hosszan tartó tartózkodás során merülnek fel. Az űrhajósok izmai gyengülnek, a csontok kevésbé erősek. Ha hónapokig ilyen körülmények között utazik, egyes izmok sorvadását okozhatják.
Így manapság a mesterséges gravitáció létrehozása kiemelten fontos feladat, az űrkutatás e képesség nélkül egyszerűen lehetetlen.
Anyagok
Még azok is, akik a fizikát csak az iskolai tanterv szintjén ismerik, megértik, hogy a gravitáció világunk egyik alaptörvénye: minden test kölcsönhatásban van egymással, kölcsönös vonzást/taszítást tapasztalva. Minél nagyobb a test, annál nagyobb a vonzási ereje.
A Föld valóságunk számára egy nagyon masszív tárgy. Ezért kivétel nélkül minden test vonzódik hozzá.
Számunkra ez a szabadesés gyorsulását jelenti, amelyet általában g-ban mérnek, ami 9,8 méter per négyzetmásodperc. Ez azt jelenti, hogy ha nem lenne támasz a lábunk alatt, akkor másodpercenként 9,8 méterrel növekvő sebességgel esnénk.
Így csak a gravitációnak köszönhetően tudunk normálisan állni, esni, enni és inni, megérteni, hol van fent, hol lent. Ha a gravitáció eltűnik, nulla gravitációban leszünk.
Az űrhajósok, akik szárnyalni – szabadesésben – találják magukat az űrben, különösen jól ismerik ezt a jelenséget.
Elméletileg a tudósok tudják, hogyan kell mesterséges gravitációt létrehozni. Léteziktöbbféle technika.
Nagymise
A leglogikusabb megoldás az, ha az űrhajót akkora méretűvé tesszük, hogy mesterséges gravitációval rendelkezzen. A hajón kényelmesen érezheti magát, mivel a térben való tájékozódás nem vész el.
Sajnos ez a módszer a technológia modern fejlődése mellett irreális. Egy ilyen objektum megépítése túl sok erőforrást igényel. Ráadásul hihetetlen mennyiségű energiára lesz szükség a felemeléséhez.
Gyorsíts fel
Úgy tűnik, hogy ha a földdel egyenlő g-t akarunk elérni, csak lapos (peron) alakot kell adni a hajónak, és a kívánt gyorsulással merőlegesen kell mozognia a síkra. Ily módon mesterséges gravitáció érhető el, és ideális.
A valóság azonban sokkal bonyolultabb.
Először is érdemes átgondolni az üzemanyag-problémát. Ahhoz, hogy az állomás folyamatosan gyorsuljon, szünetmentes tápra van szükség. Még akkor is, ha hirtelen megjelenik egy motor, amely nem dobja ki az anyagot, az energiamegmaradás törvénye érvényben marad.
A második probléma maga az állandó gyorsulás gondolata. Ismereteink és fizikai törvényeink szerint lehetetlen a végtelenségig gyorsítani.
Ezenkívül az ilyen járművek nem alkalmasak kutatási küldetésekre, mivel folyamatosan gyorsulniuk – repülniük kell. Nem fog tudni megállni, hogy tanulmányozza a bolygót, még csak lassan sem tud majd körberepülni – gyorsulnia kell.
SzóvalÍgy világossá válik, hogy ilyen mesterséges gravitáció még nem áll rendelkezésünkre.
Körhinta
Mindenki tudja, hogy a körhinta forgása milyen hatással van a testre. Ezért az ezen elv szerinti mesterséges gravitációs eszköz tűnik a legreálisabbnak.
Minden, ami a körhinta átmérőjében van, körülbelül a forgási sebességgel megegyező sebességgel hajlamos kiesni belőle. Kiderül, hogy a testre erő hat, amely a forgó tárgy sugara mentén irányul. Nagyon hasonlít a gravitációra.
Tehát egy hengeres hajóra van szüksége. Ugyanakkor forognia kell a tengelye körül. Egyébként az ezen elv alapján létrehozott mesterséges gravitációt egy űrhajón gyakran mutatják be sci-fi filmekben.
A hordó alakú hajó a hosszanti tengely körül forog centrifugális erőt hoz létre, amelynek iránya megfelel a tárgy sugarának. A kapott gyorsulás kiszámításához el kell osztani az erőt a tömeggel.
A fizikát ismerőknek nem lesz nehéz ezt kiszámítani: a=ω²R.
Ebben a képletben a számítás eredménye a gyorsulás, az első változó a csomóponti sebesség (radián per másodpercben mérve), a második a sugár.
Eszerint a szokásos g eléréséhez szükséges az űrszállítás szögsebességének és sugarának helyes kombinálása.
Ezzel a problémával olyan filmek foglalkoznak, mint az "Intersol", "Babylon 5", "2001: Space Odyssey" és hasonlók. Mindezekben az esetekbena mesterséges gravitáció közel van a Föld szabadesési gyorsulásához.
Bármilyen jó is az ötlet, elég nehéz megvalósítani.
A körhinta módszerrel kapcsolatos problémák
A legnyilvánvalóbb problémára az Egy Űrodüsszeia világít rá. Az "űrhordozó" sugara körülbelül 8 méter. A 9,8-as gyorsulás eléréséhez a forgásnak percenként körülbelül 10,5 fordulattal kell történnie.
A feltüntetett értékeknél a „Coriolis-effektus” nyilvánul meg, ami abban áll, hogy a padlótól eltérő távolságra különböző erők hatnak. Ez közvetlenül függ a szögsebességtől.
Kiderült, hogy mesterséges gravitáció jön létre az űrben, de a tok túl gyors forgása problémákat okoz a belső fülben. Ez viszont kiegyensúlyozatlanságot, a vesztibuláris apparátus problémáit és más hasonló problémákat okoz.
A gát megjelenése azt sugallja, hogy egy ilyen modell rendkívül sikertelen.
Megpróbálhatod az ellenkezőjét is, ahogy a "The World-Ring" című regényben tették. Itt a hajó gyűrű formájában készül, amelynek sugara közel van a mi pályánk sugarához (kb. 150 millió km). Ennél a méretnél a forgási sebessége elegendő ahhoz, hogy figyelmen kívül hagyja a Coriolis-effektust.
Feltételezheti, hogy a probléma megoldódott, de egyáltalán nem így van. A helyzet az, hogy ennek a szerkezetnek a teljes elforgatása a tengelye körül 9 napig tart. Ez lehetővé teszi annak feltételezését, hogy a terhelések túl nagyok lesznek. Azért, hogya konstrukció bírta őket, nagyon erős anyag kell, ami ma már nem áll rendelkezésünkre. Ezenkívül a probléma az anyagmennyiség és maga az építési folyamat.
Hasonló témájú játékokban, mint a "Babylon 5" című filmben, ezek a problémák valahogy megoldódnak: a forgási sebesség teljesen megfelelő, a Coriolis-effektus nem jelentős, feltételezhetően lehetséges ilyen hajót létrehozni..
Azonban még az ilyen világoknak is van hátránya. A neve momentum.
A tengelye körül forgó hajó hatalmas giroszkóppá változik. Tudniillik rendkívül nehéz a giroszkópot a szögimpulzus miatt eltérni a tengelytől. Fontos, hogy mennyisége ne hagyja el a rendszert. Ez azt jelenti, hogy nagyon nehéz lesz ennek az objektumnak az irányát beállítani. Ez a probléma azonban megoldható.
Problémamegoldás
A mesterséges gravitáció egy űrállomáson elérhetővé válik, amikor az "O'Neill-henger" segít. Ennek a kialakításnak a létrehozásához azonos hengeres hajókra van szükség, amelyek a tengely mentén vannak összekötve. Különböző irányokba kell forogniuk. Ennek az összeállításnak az eredménye nulla szögimpulzus, így nem jelenthet nehézséget a hajó kívánt irányának megadása.
Ha lehet körülbelül 500 méter sugarú hajót készíteni, akkor az pontosan úgy fog működni, ahogy kell. Ugyanakkor a mesterséges gravitáció az űrben meglehetősen kényelmes lesz, és alkalmas lesz hosszú repülésekre hajókon vagy kutatóállomásokon.
Űrmérnökök
A mesterséges gravitáció létrehozásának módja a játék készítői számára ismert. Ebben a fantáziavilágban azonban a gravitáció nem a testek kölcsönös vonzása, hanem egy lineáris erő, amely a tárgyakat adott irányba gyorsítja. A vonzalom itt nem abszolút, a forrás átirányításával változik.
A mesterséges gravitációt az űrállomáson egy speciális generátor segítségével hozzák létre. Egyenletes és egyenlő irányú a generátor területén. Tehát a való világban, ha elüt egy hajó, amelyen generátor van telepítve, a hajótesthez húznák. A játékban azonban a hős addig esik, amíg el nem hagyja az eszköz kerületét.
Ma az ilyen eszközzel létrehozott mesterséges gravitáció az űrben elérhetetlen az emberiség számára. Azonban még az ősz hajú fejlesztők sem hagyják abba az álmodozást.
Gömb alakú generátor
Ez a berendezés valósághűbb változata. Beszereléskor a gravitáció iránya a generátor felé irányul. Ez lehetővé teszi egy olyan állomás létrehozását, amelynek gravitációja megegyezik a bolygóéval.
Centrifuga
Ma a Földön a mesterséges gravitáció különféle eszközökben található. Ezek nagyrészt a tehetetlenségen alapulnak, mivel ezt az erőt a gravitációs hatásokhoz hasonlóan mi is érezzük – a test nem különbözteti meg, mi okozza a gyorsulást. Példaként: egy liftben felfelé haladó személy a tehetetlenség hatását tapasztalja. Fizikus szemmel: a lift felemelése növeli a szabadesés gyorsulását az autó gyorsulásával. Visszatérvekabinok egy mért mozgásra, a súlygyarapodás eltűnik, és visszatér a szokásos érzés.
A tudósokat régóta érdekli a mesterséges gravitáció. Leggyakrabban a centrifugát használják erre a célra. Ez a módszer nem csak űrhajókhoz, hanem földi állomásokhoz is alkalmas, ahol a gravitáció emberi testre gyakorolt hatását kell tanulmányozni.
Tanuljon a Földön, jelentkezzen a…
Bár a gravitáció tanulmányozása az űrből indult, ez egy nagyon hétköznapi tudomány. Az ezen a területen elért eredmények még ma is alkalmazásra találtak, például az orvostudományban. Ha tudjuk, hogy lehetséges-e mesterséges gravitációt létrehozni a bolygón, akkor azt a motoros apparátus vagy idegrendszeri problémák kezelésére használhatjuk. Ezen túlmenően ennek az erőnek a tanulmányozását elsősorban a Földön végzik. Ez lehetővé teszi, hogy az űrhajósok kísérleteket végezzenek, miközben továbbra is az orvosok figyelme alatt maradnak. Másik dolog a mesterséges gravitáció az űrben, ott nincsenek emberek, akik segíthetnének az űrhajósoknak egy előre nem látható helyzet esetén.
A teljes súlytalanság miatt nem lehet figyelembe venni az alacsony Föld körüli pályán lévő műholdat. Ezekre a tárgyakra, ha kis mértékben is, de hatással van a gravitáció. Az ilyen esetekben keletkező gravitációs erőt mikrogravitációnak nevezzük. Valódi gravitáció csak a világűrben állandó sebességgel repülő berendezésben tapasztalható. Az emberi test azonban nem érzi ezt a különbséget.
Súlytalanságot tapasztalhat távolugrás közben (mielőtt a lombkorona kinyílik), vagy a repülőgép parabolikus süllyedése közben. Ilyen kísérletekgyakran rendezik az Egyesült Államokban, de egy repülőgépen ez az érzés csak 40 másodpercig tart – ez túl rövid egy teljes tanulmányozáshoz.
A Szovjetunióban 1973-ban tudták, hogy lehetséges-e mesterséges gravitációt létrehozni. És nem csak létrehozta, hanem valamilyen módon megváltoztatta is. A gravitáció mesterséges csökkentésének szemléletes példája a száraz merítés, bemerítés. A kívánt hatás eléréséhez sűrű filmet kell helyezni a víz felszínére. A személyt a tetejére helyezik. A test súlya alatt a test víz alá süllyed, csak a fej marad fent. Ez a modell az óceánban található alacsony gravitációs támaszt mutatja.
Nem kell kimenni az űrbe, hogy érezzük a súlytalanság ellentétes erejének – a hipergravitációnak – hatását. Egy űrrepülőgép fel- és leszállásakor, egy centrifugában nemcsak érezni lehet a túlterhelést, hanem tanulmányozni is.
Gravitációs kezelés
A gravitációs fizika többek között a súlytalanság emberi szervezetre gyakorolt hatását vizsgálja, a következmények minimalizálására törekedve. E tudomány számos vívmánya azonban hasznos lehet a bolygó hétköznapi lakosai számára.
Az orvosok nagy reményeket fektetnek az izomenzimek myopathiában való viselkedésének kutatásába. Ez egy súlyos betegség, amely korai halálhoz vezet.
Aktív fizikai gyakorlatokkal a kreatinofoszfokináz enzim nagy mennyisége kerül az egészséges ember vérébe. A jelenség oka nem tisztázott, talán a terhelés úgy hat a sejtmembránra, hogy az"perforál". A myopathiában szenvedő betegek edzés nélkül is ugyanazt a hatást érik el. Az űrhajósok megfigyelései azt mutatják, hogy súlytalanságban az aktív enzim vérbe jutása jelentősen csökken. Ez a felfedezés arra utal, hogy a bemerítés alkalmazása csökkenti a myopathiához vezető tényezők negatív hatását. Jelenleg állatkísérletek zajlanak.
Egyes betegségek kezelését már ma is végzik a gravitáció vizsgálatából nyert adatok felhasználásával, beleértve a mesterségeseket is. Például az agyi bénulást, az agyvérzést, a Parkinson-kórt teherruházattal kezelik. Kutatás a támasz pozitív hatásáról - a pneumatikus cipő majdnem elkészült.
Repülünk a Marsra?
Az űrhajósok legújabb eredményei reményt adnak a projekt realitásában. Vannak tapasztalatok az orvosi támogatásról, ha valaki hosszú ideig tartózkodik a Földtől. A Holdra irányuló kutatórepülések, amelyeken a gravitációs erő hatszor kisebb, mint a miénk, szintén sok hasznot hoztak. Az űrhajósok és a tudósok most új célt tűznek ki maguk elé: a Marsra.
Mielőtt sorba állna a Vörös Bolygóra szóló jegyért, már a munka első szakaszában – útközben – tudnia kell, mire számít a szervezet. Átlagosan a sivatagi bolygóhoz vezető út másfél évig tart - körülbelül 500 napig. Útközben csak a saját erejére kell hagyatkoznia, egyszerűen nincs hova várnia a segítségre.
Sok tényező aláássa az erőt: stressz, sugárzás, mágneses tér hiánya. A test számára a legfontosabb teszt a gravitáció változása. Az utazás során az ember "megismerkedik".több gravitációs szint. Először is, ezek túlterhelések felszállás közben. Aztán - súlytalanság a repülés során. Ezt követően hipogravitáció a célállomáson, mivel a Marson a gravitáció kevesebb, mint a Föld 40%-a.
Hogyan kezeli a súlytalanság negatív hatásait egy hosszú repülés során? Remélhetőleg a mesterséges gravitáció létrehozásával kapcsolatos fejlesztések a közeljövőben segítenek megoldani ezt a kérdést. A Kosmos-936-on utazó patkányokon végzett kísérletek azt mutatják, hogy ez a technika nem old meg minden problémát.
Az operációs rendszer tapasztalatai azt mutatják, hogy az egyes űrhajósok szükséges terhelését külön-külön meghatározó edzőkomplexumok használata sokkal több előnyt jelenthet a szervezet számára.
Eddig úgy gondolják, hogy nemcsak kutatók repülnek a Marsra, hanem turisták is, akik kolóniát szeretnének létesíteni a Vörös bolygón. Számukra, legalábbis eleinte, a súlytalanság érzése felülmúlja az orvosok minden érvelését az ilyen állapotoknak való tartós kitettség veszélyeiről. Néhány héten belül azonban nekik is segítségre lesz szükségük, ezért olyan fontos, hogy megtalálják a módját a mesterséges gravitáció létrehozásának egy űrhajón.
Eredmények
Milyen következtetések vonhatók le a mesterséges gravitáció térbeli létrehozásáról?
A jelenleg mérlegelés alatt álló lehetőségek közül a forgó szerkezet tűnik a legreálisabbnak. A fizikai törvények jelenlegi értelmezése szerint azonban ez lehetetlen, mivel a hajó nem üreges henger. Belül vannak átfedések, amelyek zavarják az ötletek megvalósítását.
Emellett a hajó sugarának is olyannak kell lennienagy, hogy a Coriolis-effektusnak ne legyen jelentős hatása.
Ilyen dolgok irányításához szükség van a fent említett O'Neill hengerre, amely lehetővé teszi a hajó irányítását. Ebben az esetben megnő annak az esélye, hogy hasonló kialakítást alkalmazzanak a bolygóközi repüléseknél, a személyzet számára kényelmes gravitációs szintet biztosítva.
Mielőtt az emberiségnek sikerül megvalósítania álmait, szeretnék egy kicsit több realizmust és még több fizikatörvény-ismeretet látni a sci-fiben.
