Есть ли гравитация на мкс: На МКС впервые появится искусственная гравитация

На российской орбитальной станции будет искусственная сила тяжести

17 декабря 2020
16:14

Анатолий Глянцев

На смену МКС придёт российская орбитальная станция.

Фото Pixabay.

Российская орбитальная станция будет обеспечена устройством «искусственной гравитации». Оно поможет сохранить здоровье космонавтов.

На недавно состоявшемся Совете РАН по космосу первый заместитель генерального конструктора Ракетно-космической корпорации «Энергия» Владимир Соловьёв представил проект Российской орбитальной станции (РОС). В числе прочего планируется установить на новой станции устройство, имитирующее силу тяжести. Оно поможет сохранить здоровье космонавтов.

«Там прозвучало, [и я] просто хотел бы привлечь к этому внимание и подтвердить, что [это] действительно так, в составе этой станции рассматривается возможность создания трансформируемого модуля с центрифугой короткого радиуса как средства создания искусственной гравитации для отработки этого средства профилактики», – говорит директор Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН Олег Орлов в материале РИА Новости.

Поясним, что в центрифуге человек подвергается действию центробежной силы, которая работает аналогично силе тяжести. Ещё Циолковский предлагал делать космические станции вращающимися, чтобы создавать на них своего рода искусственную гравитацию.

Приводить во вращение всю РОС, конечно, не планируется. Для создания на борту силы тяжести, аналогичной земной, пришлось бы вращать станцию вокруг своей оси со скоростью нескольких оборотов в секунду. Это было бы очень непрактично. Специалисты предлагают более удобное решение: установить на станции центрифугу. В ней космонавты будут регулярно проводить некоторое время, чтобы организм не отвык от гравитации.

Военно-промышленная комиссия поддержала решение об установке центрифуги. Сейчас устройство проходит испытания в ИМБП.

Напомним, что в состав будущей станции войдут как минимум пять модулей. В их числе будет и модуль «Наука», который планируется запустить к МКС в 2021 году. Перед сходом МКС с орбиты он будет отстыкован от станции. Также в составе РОС будет модуль-склад, модуль для приёма космических кораблей и коммерческий модуль, рассчитанный на четырёх туристов.

Орбита будущей станции будет практически перпендикулярна плоскости экватора. То есть РОС будет проходить над полюсами. Обитаемые орбитальные станции ещё никогда не запускались на подобные орбиты. Столь необычное решение поможет изучать Арктику и позволит отправлять к РОС корабли с космодрома «Плесецк».

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали об испытательном пуске ракеты «Ангара-А5».

наука
космос
космонавтика
новости
Россия

Ранее по теме

  • На замену меди и алюминию в России разработали новые сверхпрочные термостойкие материалы для авиации
  • Прошли успешные испытания новых российских двигателей для сверхлёгких ракет-носителей
  • США подготовят операторов боевых спутников с помощью ИИ
  • Как устроен российский ядерный «Зевс», который отправится к Юпитеру
  • Впервые в истории в открытый космос выйдет экипаж частной миссии
  • Луну и астероиды помогут изучить левитирующие над поверхностью планетоходы

как искусственная гравитация осваивает космос

Сколько гравитации человеку нужно?

Наш вид на удивление хорошо переносит самый безумный набор условий. Мы выживаем при давлении в 70 атмосфер, после минуты в глубоком вакууме или полугода космической радиации вне магнитосферы Земли и всё это без видимого ущерба для здоровья. Однако у человека в космосе есть противник куда более страшный, чем космическая радиация, — безделье. А точнее, отсутствие приличной физической нагрузки.

Каждый из нас знает, что посредственный бегун загонит лучшую в мире лошадь. Но из-за того что современная цивилизация не нагружает нас физически, большинство жителей стран типа России не могут загнать не то что лошадь, но и обычную собаку. То же самое, но в гораздо больших масштабах случается с человеком, долго живущим в невесомости. Формально на МКС гравитация всего на 11 процентов слабее земной, однако, поскольку космонавты там постоянно «падают вперёд» со скоростью полёта станции, почувствовать её невозможно.

Это ведёт к огромному количеству неприятных последствий. Мышцы с неполной загрузки цивилизованного человека переходят на вообще нулевую. Они атрофируются, из-за этого кислорода организмом потребляется куда меньше нормы. Костный мозг, вырабатывающий гемоглобин для переноса кислорода в крови, резко «снижает план». Кальций в невесомости усиленно вымывается из организма, что негативно влияет на прочность костей, способствуют этому и нарушения фосфорного обмена в костях. Ну а результат — космическая остеопения, означающая потерю одного процента массы костей за месяц невесомости.

Предположительно после потери 20 процентов человеческий скелет станет малопригоден к работе в земных условиях. Наконец, пониженная гравитация со временем ведёт к деградации зрения — его правильная работа ведь тоже зависит от получения регулярных нагрузок, которых в космосе мало. Можно поставить на МКС беговую дорожку для ног, но глазное яблоко на неё не загонишь. Много ли толку будет от потенциального покорителя Марса, если он не будет видеть, его скелет не вынесет нагрузок, а мышцы не позволят вылезти из космического корабля?

Запугиваете?

Нам скажут: вы нагнетаете. В самом деле, полёт к Марсу даже на химических двигателях продлится всего полгода. Ещё по станции «Мир» хорошо известно, что и после года в космосе космонавт, работающий с тренажером, вполне может сам дойти до автобуса несмотря на 1 g (силы тяжести, действующей на единицу массы). На том же Марсе всего 0,38 g, о чём разговор? Да, путешествие на Красную планету — это минимум год при пониженной гравитации на ней, и ещё полгода на возвращение. Но и при этом «дефицита тяжести» люди испытают ничуть не больше, чем Валерий Поляков, который после своих рекордно долгих полётов успешно работал на Земле, не утратив ни зрения, ни подвижности.

И всё же повод для беспокойства есть. Марсом Солнечная система не кончается. Чтобы слетать к Церере с её подповерхностным океаном (где не исключено наличие жизни), топлива надо даже меньше, чем для полета к Луне. Но вот по времени туда лететь куда дальше, чем к Марсу. Так что, пока Роскосмос не сделает полномасштабный ядерный буксир, освоение действительно далёких от Земли небесных тел под большим вопросом.

Звезда КЭЦ

Константин Циолковский задумался над эти вопросом ещё 113 лет назад и уже тогда пришёл к выводу, что на будущих космических кораблях нужна искусственная гравитация. Самым простым способом её создания он полагал вращающийся космический корабль, возможно, округлой формы. За счёт вращения люди в нём будут избавлены от невесомости. Известный роман советского фантаста Александра Беляева описывал целый орбитальный городок, созданный по такой схеме («Звезда КЭЦ», по инициалам Циолковского).

Такой корабль Королёв начал проектировать для Луны и Марса ещё в 1963 году. Чтобы уменьшить его размеры, он предложил использовать противовес — систему связанных между собой тел, вращающихся в космосе. Для орбитального корабля противовесом должна была стать пустая последняя ступень ракеты-носителя, которую сегодня просто выбрасывают. Однако из-за известного отказа советского руководства от полётов за пределы земной орбиты всему этому не суждено было сбыться.

Позднее в СССР было установлено, что при скорости вращения помещения в шесть оборотов в минуту побочные эффекты вращения (сила Кориолиса) уже не будут чувствоваться. Однако при такой скорости вращения «гравитационный корабль» должен иметь размеры в десятки метров. Понятно, что пока мы летаем на одноразовых ракетах, такой крупный объект всегда будет слишком дорог для Роскосмоса. Есть ли более дешёвое решение?

Малые гравитационные формы

Ещё в XVIII веке дед Чарльза Дарвина обнаружил, что, посадив человека на аналог круглых качелей и раскручивая их, можно добиться скорости, при которой он почувствует приличное ускорение. В 1933 году Германия — научно-технический лидер тогдашнего мира — создала первую центрифугу для изучения влияния искусственной гравитации на человека. При размере всего в 2,7 метра она могла дать до 15 g. Если нам нужна в пятнадцать раз меньшая сила тяжести, центрифугу можно сделать такой, как у Института медико-биологических проблем, чтобы её вращение не было утомительно быстрым.

Как ни странно, такие устройства были бы полезны не только космонавтам. Тело человека рассчитано на огромную мобильность: его предки пробегали десятки километров в день, а письменные источники фиксируют и случаи с сотнями километров в сутки. Заставить цивилизованных потомков заниматься спортом нереально, поэтому у нас вечные проблемы с сосудами ног, да и их переломы заживают медленнее, чем могут. Пребывание в условиях повышенной гравитации полезно и при лечении сосудов нижних конечностей, и при ускорении регенерации костных тканей после переломов. Исследуется и эффективность центрифуг при лечении гипертонической болезни. Таким образом, перед нами типичный случай, когда космические технологии вполне могут принести большую пользу и на Земле.

В компактном варианте, показанном выше, центрифугу малого радиуса можно использовать не только для периодических тренировок в «тренажёрном зале» орбитальной станции, но и для сна. Вам кажется, что на вращающейся платформе вряд ли уснёшь? Вовсе нет: тот же дед Дарвина успешно использовал её, чтобы вызвать сон у лиц с сомнологическими расстройствами. В случае, если космонавты будут проводить там по восемь часов в сутки, о «гравитационных» проблемах на космических кораблях можно забыть как минимум до эпохи межзвёздных перелётов.

Конечно, слишком маленькой центрифугу в космосе лучше не делать, иначе сила тяжести на уровне головы будет существенно ниже, чем на уровне ног. Только эксперименты помогут выяснить, правильные ли размеры для неё подобрали в Роскосмосе, а значит, эти эксперименты на орбите просто неизбежны. Пока Россия здесь делает только первые шаги — даже двигатель для центрифуги на видео выше пришлось покупать в Австрии, поскольку в нашей стране таких пока не делают. И тем не менее весь этот проект вполне реален.

Более чем десятилетие назад NASA задумало создать на МКС свой спецмодуль для центрифуги, однако из-за использования Агентством для сборки МКС безумно дорогих шаттлов проект «не взлетел» по финансовым ограничениям (хотя модуль для него уже был создан). И вот теперь, как ни странно, Роскосмос может стать первой в мире организацией, которая вытащит аппарат «искусственной гравитации» в космос и опробует его на людях. Для снижения затрат на доставку  на орбиту спецмодуля для размещения центрифуги, его сделают надувным (точнее, газоразвертываемым). Тогда на «завоз» всех нужных узлов уйдёт не так уж много рейсов.

Что это обещает в ближайшем будущем? Пока не так много: первые полёты к Марсу будут слишком ограничены по массе полезной нагрузки. Даже весьма нужная центрифуга на корабль вряд ли поместится. Гораздо лучше с полезной нагрузкой в варианте ядерного буксира. Но тот будет лететь к Марсу так недолго, что смысл создания там «гравиубежища» неясен. И всё же, как мы отмечали выше, четвёртой планетой Солнечная система не заканчивается, так что за центрифугами короткого радиуса, скорее всего, будущее пилотируемой космонавтики.

Материалы по теме:

В большой космос по малой нужде

«Такие дни»: женская гигиена в космосе. Сложно, но можно!

Атакуем Марс!

Насколько сильна гравитация на других планетах?

Гравитация — это фундаментальная физическая сила, которую мы, земляне, склонны принимать как должное. Вы не можете винить нас. Эволюционировав в течение миллиардов лет в земной среде, мы привыкли жить с постоянным притяжением в 1 g (или 9,8 м/с²). Однако для тех, кто побывал в космосе или ступил на Луну, гравитация — очень тонкая и ценная вещь.

По сути, гравитация зависит от массы, где все — от звезд, планет и галактик до света и субатомных частиц — притягивается друг к другу. В зависимости от размера, массы и плотности объекта гравитационная сила, которую он оказывает, меняется. А когда речь идет о планетах нашей Солнечной системы, которые различаются по размеру и массе, сила гравитации на их поверхности значительно различается.

Например, гравитация Земли, как уже отмечалось, эквивалентна 9,80665 м/с² (или 32,174 фута/с²). Это означает, что объект, если его держать над землей и отпустить, будет ускоряться к поверхности со скоростью около 9,8 метра за каждую секунду свободного падения. Это стандарт измерения гравитации на других планетах, который также выражается в единице g.

В соответствии с законом всемирного тяготения Исаака Ньютона гравитационное притяжение между двумя телами может быть математически выражено как F = G (м¹м²/r²) – где F – сила, м 1 и м 2 – массы взаимодействующих тел, r – расстояние между центрами массы, а Г — гравитационная постоянная (6,674×10 -11 Н·м 2 /кг 2 ).

Основываясь на их размерах и массах, гравитация на другой планете часто выражается в единицах g , а также в единицах скорости свободного падения. Так как же именно планеты нашей Солнечной системы складываются с точки зрения их гравитации по сравнению с Землей? Вот так:

Гравитация на Меркурии:

При среднем радиусе около 2440 км и массе 3,30 × 10 23 кг Меркурий примерно в 0,383 раза больше Земли и всего в 0,055 раза тяжелее. Это делает Меркурий самой маленькой и наименее массивной планетой в Солнечной системе. Однако, благодаря своей высокой плотности – 5,427 г/см 3 , что лишь немного ниже, чем у Земли 5,514 г/см 3 – Меркурий имеет поверхностную гравитацию 3,7 м/с², что эквивалентно 0,38. г.

Гравитационные аномалии на Меркурии — массовые концентрации (красные) указывают на подповерхностную структуру и эволюцию. Предоставлено: НАСА/Центр космических полетов имени Годдарда/Университет Джона Хопкинса/Институт Карнеги в Вашингтоне

Гравитация на Венере:

Венера во многом похожа на Землю, поэтому ее часто называют «близнецом Земли». Со средним радиусом 4,6023×10 8 км 2 , массой 4,8675×10 24 кг и плотностью 5,243 г/см 3 , Венера по размеру эквивалентна 0,9499 Земли, в 0,815 раза массивнее и примерно в 0,95 раза плотнее. Поэтому неудивительно, что гравитация на Венере очень близка к земной — 8,87 м/с 2 , или 0,904 g.

Гравитация на Луне:

Это одно из астрономических тел, на котором люди смогли лично испытать влияние пониженной гравитации. Расчеты, основанные на ее среднем радиусе (1737 км), массе (7,3477 x 10²² кг) и плотности (3,3464 г/см³), а также миссиях, проведенных астронавтами Аполлона, показали, что гравитация на поверхности Луны составляет 1,62 м. /с 2 или 0,1654 г.

Гравитация на Марсе:

Марс также похож на Землю во многих ключевых отношениях. Однако, когда дело доходит до размера, массы и плотности, Марс сравнительно невелик. Фактически, его средний радиус 3,389 км эквивалентен примерно 0,53 Земли, а его масса (6,4171 × 10 23 кг) составляет всего 0,107 Земли. Между тем, его плотность составляет около 0,71 плотности Земли, что составляет относительно скромные 3,93 г/см³. Из-за этого гравитация Марса в 0,38 раза больше земной, что составляет 3,711 м/с².

Марсианская гравитационная модель 2011 г. , показывающая изменения гравитационных ускорений на поверхности Марса. Фото: geodesy.curtin.edu.au

Гравитация Юпитера:

Юпитер — самая большая и самая массивная планета Солнечной системы. Его средний радиус, составляющий 69 911 ± 6 км, в 10,97 раз превышает размер Земли, а его масса (1,8986 × 10  27  кг) эквивалентна 317,8 земли. Но, будучи газовым гигантом, Юпитер, естественно, менее плотный, чем Земля и другие планеты земной группы, со средней плотностью 1,326 г/см 9.0027 3 .

Более того, будучи газовым гигантом, Юпитер не имеет настоящей поверхности. Если бы кто-то встал на него, он бы просто утонул, пока в конце концов не достиг бы его (теоретического) твердого ядра. В результате поверхностная гравитация Юпитера (которая определяется как сила тяжести на вершинах его облаков) составляет 24,79 м/с, или 2,528 г.

Гравитация Сатурна:

Как и Юпитер, Сатурн — огромный газовый гигант, который значительно больше и массивнее Земли, но гораздо менее плотный. Короче говоря, его средний радиус составляет 58 232 ± 6 км (9.13 Земли), его масса составляет 5,6846×10 26 кг (в 95,15 раз больше массы), а плотность 0,687 г/см 3 . В результате ее поверхностная гравитация (опять же, измеренная от вершины ее облаков) лишь немного больше, чем у Земли, которая составляет 10,44 м/с² (или 1,065 г).

Гравитация на Уране:

При среднем радиусе 25 360 км и массе 8,68 × 10 25 9028 кг Уран примерно в 4 раза больше Земли и 14,536 раз массивнее. Однако, как у газового гиганта, его плотность (1,27 г/см 3 ) значительно ниже земного. Следовательно, почему его поверхностная гравитация (измеряемая от верхушек облаков) немного слабее земной — 8,69 м/с 2 , или 0,886 г.

Гравитация на Нептуне:

Со средним радиусом 24 622 ± 19 км и массой 1,0243×10 26 кг Нептун является четвертой по величине планетой в Солнечной системе. В целом он в 3,86 раза больше Земли и в 17 раз массивнее. Но, будучи газовым гигантом, он имеет низкую плотность 1,638 г/см 9.0027 3 . Все это приводит к гравитации на поверхности 11,15 м/с 2 (или 1,14 г), которая снова измерена на вершинах облаков Нептуна.

В целом, здесь, в Солнечной системе, сила гравитации варьируется от 0,38 g на Меркурии и Марсе до мощных 2,528 g в облаках Юпитера. А на Луне, куда отважились отправиться астронавты, это очень легкие 0,1654 г, что позволило провести несколько забавных экспериментов в почти невесомости!

Понимание влияния невесомости на человеческое тело имеет важное значение для космических путешествий, особенно когда речь идет о длительных полетах на орбиту и на Международную космическую станцию. В ближайшие десятилетия знание того, как это смоделировать, пригодится, когда мы начнем отправлять астронавтов в миссии в дальний космос.

И, конечно же, знание того, насколько оно сильно на других планетах, будет необходимо для пилотируемых миссий (и, возможно, даже для поселения) там. Учитывая, что человечество эволюционировало в среде с массой 1 g, знание того, как мы будем жить на планетах, гравитация которых невелика, может означать разницу между жизнью и смертью.

Мы написали много интересных статей о гравитации здесь, на Universe Today. Вот насколько быстро действует гравитация? Откуда берется гравитация? и Откуда мы знаем, что гравитация — это не (просто) сила.

А вот Можем ли мы создать искусственную гравитацию? и определяет ли «Жуткое действие» гравитацию?

Для получения дополнительной информации посетите страницу НАСА под названием «Постоянное притяжение гравитации» и закон всемирного тяготения Ньютона.

Astronomy Cast также имеет эпизод под названием Episode 102: Gravity.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Почему в космосе нет гравитации?

Категория: Космос      Опубликовано: 18 декабря 2012 г.

Каждая галактика удерживается вместе сильными гравитационными силами. Даже если вам удастся уйти от нашего солнца, вы все равно испытаете гравитацию галактики. Это изображение представляет собой художественное воспроизведение нашей галактики. Изображение общественного достояния, источник: Кристофер С. Бэрд.

Там есть гравитация в космосе — много. Гравитация повсюду. Это правда, что по мере удаления от земли ее гравитационное притяжение ослабевает. Но угасает довольно медленно (по сравнению с ядерными силами). И гравитация никогда не исчезает полностью. Когда вы подходите очень близко к какому-то другому большому телу; луна, Марс или солнце; его гравитация преобладает над земной. Только тогда можно пренебречь земным притяжением. Поскольку гравитация присутствует повсюду в космосе, объекты в космосе всегда падают: к земле, к солнцу и к галактическому центру. Есть две причины, по которым объекты кажутся парящими в космосе без гравитации, хотя на самом деле они падают.

Во-первых, космос очень большой и относительно пустой по земным меркам. Когда вы прыгаете с моста, вы знаете, что падаете, потому что чувствуете, как воздух свистит вверх, видите, как взлетают горы, видите быстро приближающуюся воду, а затем чувствуете, что ударяетесь о воду. Поскольку пространство относительно пустое, мало воздуха, который можно было бы почувствовать, проносясь мимо вас, когда вы падаете, и нет никаких ориентиров, указывающих на то, что вы движетесь. Из-за того, что космос такой большой, вам потребуется от нескольких часов до нескольких лет падения в пространстве, пока вы действительно не упадете на поверхность планеты (при условии, что вы правильно прицелились и действительно попали), а не секунды, которые уходят на то, чтобы спрыгнуть с моста. .

Вторая причина, по которой гравитация не так очевидна в космосе, заключается в том, что объекты имеют тенденцию вращаться вокруг планет, а не сталкиваться с ними. Орбита просто означает, что объект падает на планету из-за гравитации и постоянно не попадает в нее. Поскольку космос такой большой, а планеты такие маленькие по сравнению с ними, на самом деле очень трудно попасть в планеты. Космические объекты обычно движутся по гиперболическим траекториям вокруг планет или скользят по орбитам вокруг них. Команда ученых проводит очень точные расчеты, чтобы космический зонд, направляющийся к поверхности Марса, не промахнулся. Падение по кругу вокруг планеты вместо того, чтобы врезаться в нее, не кажется похожей на гравитацию, к которой мы привыкли на Земле, но это точно такой же вид падения. Астронавты на орбите вокруг Земли не испытывают «отсутствия гравитации». Они испытывают на себе почти всю земную гравитацию, но ничто их не останавливает. Это известно как «свободное падение». Свободное падение выглядит для человека как парение в падающей системе отсчета. Как ни странно, ученые называют орбитальную среду «микрогравитацией». На самом деле они имеют в виду «микроускорение», что является еще одним термином для свободного падения. Это неудачное соглашение об именах возникает из-за того, что слово «гравитация» исторически использовалось для обозначения любого ускорения, а не только гравитации. Например, когда ускоряющийся дрэг-рейсер испытывает четыре перегрузки, ускорение происходит из-за вращающихся шин и не имеет ничего общего с гравитацией.