Содержание
Два месяца в кровати помогут изучить влияние искусственной гравитации на организм
В Германии сегодня начнется 60-дневный эксперимент по изучению влияния искусственной гравитации на физическое состояние астронавтов. Это время 12 добровольцев проведут в кровати под наклоном, обеспечивающим отток крови от нижней части тела к верхней, а раз в день их будут помещать в центрифугу. Подробнее об эксперименте можно прочитать на сайте Европейского космического агентства.
В настоящий момент искусственная гравитация в космосе — прерогатива научной фантастики, хотя концепты космических кораблей с искусственно поддерживаемой внутри земной гравитацией разрабатываются уже несколько десятков лет. Все они (например, концепт корабля Nautilus-X от NASA) основаны на работе центробежной силы и подразумевают либо вращение кабины корабля с помощью троса или же создание корабля-центрифуги. С точки зрения медицины, поддержание искусственной гравитации может существенно сократить негативное воздействие космических полетов на организм человека: большинство осложнений после полета связаны как раз с длительным нахождением в состоянии микрогравитации.
При этом пока что неизвестно, как на организме астронавтов во время полета скажется состояние искусственно поддерживаемой гравитации: большинство подобных экспериментов (например, российских) сосредоточены исключительно на изучении того, как на организм влияет отсутствие гравитации, а не ее искусственное поддержание. Для этого NASA и ESA решили провести эксперимент, в ходе которого 12 добровольцев (восемь мужчин и четыре женщины) проведут в кровати два месяца. Кровати находятся под наклоном: за счет того, что голова оказывается ниже ног, кровь отливает он нижней части тела и приливает к верхней — как в состоянии микрогравитации. Раз в день нескольких добровольцев будут отправлять в центрифугу, находящуюся в одной из лабораторий Германского центра авиации и космонавтики. Во время эксперимента ученые будут менять силу вращения и центр относительно тела добровольца, проводя эксперименты по воздействию искусственной гравитации на сердечно-сосудистую систему, опорно-двигательный аппарат, обмен веществ и когнитивные функции.
Эксперимент завершится 29-дневной реабилитацией, а в перспективе ученые планируют протестировать использование искусственной гравитации в качестве замены стандартным физическим упражнениям на Международной космической станции — при условии положительных результатов эксперимента. Разработкой искусственной центрифуги, которую можно поместить на МКС, в 2016 году, к примеру, занимались российские инженеры.
Частично воссоздать гравитацию на космическом корабле удалось во время миссии «Джемини-11»: тогда ученым за счет вращения капсулы на тросе с грузом удалось создать микрогравитацию менее 1/1000 g. Несмотря на то, что для человека такая искусственная гравитация почти неощутима, некоторые предметы в кабине прижались к стенам.
Елизавета Ивтушок
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
В Москве показали, как победить космическую невесомость
Как работает искусственная гравитация
Если смотрели фильм «Интерстеллар», то, возможно, помните, как в конце главный герой приходит в себя и видит, что находится внутри огромного цилиндра, в котором заключён целый мир с собственной экосистемой.
Кстати, на самом деле этот мир в цилиндре — из книги Артура Кларка «Свидание с Рамой». Так же, как и эпизод, в котором горы на горизонте оказались волнами.
Так вот, цилиндр вращается вокруг своей продольной оси, возникает центробежная сила, она как бы гонит всё из центра в разные стороны, и за счёт этого по внутренней поверхности цилиндра можно ходить как по поверхности планеты.
Впрочем, в Институте медико-биологических проблем (ИМБП), который с самого начала космической эры готовит к полётам космонавтов и следит за их здоровьем, предпочитают фильм Стэнли Кубрика «Космическая одиссея: 2001». Там летящая в межпланетном пространстве станция имеет в своём составе модуль в виде бублика (в геометрии это называется тор), эта баранка, опять же, вращается, а внутри трусцой бежит астронавт, и бежит не прикреплённый ремнями к беговой дорожке, а просто так, по «потолку» модуля.
Где в России создали искусственную гравитацию
В невесомости всё время находиться не хочется, но профессиональные космические медики задаются вопросом, как будет чувствовать себя человеческий организм при постоянном нахождении внутри вращающейся конструкции. И этот вопрос изучают в Москве с помощью вот такой центрифуги. Она установлена в вышеупомянутом Институте медико-биологических проблем. Изначально он назывался Институтом космической биологии и медицины.
Центрифуга для создания эффекта искусственной гравитации в Институте медико-биологических проблем. Видео © LIFE
По сути, это тренажёр, только в нём совершенно ничего не нужно делать: ты просто лежишь в кресле (оно называется ложементом) головой к центру оси вращения, к тебе прикреплены всевозможные датчики, а за стеклом целая команда медиков смотрит, что с тобой происходит.
Кабины во время вращений закрыты, это ноу-хау ИМБП: минимизирует укачивание. В качестве испытуемых берут в основном своих же специалистов, потому что очень хорошо знают их здоровье, а здоровье тут нужно отменное.
Видео предоставлено Институтом медико-биологических проблем
— Когда кабина закрыта и старт очень плавный, в принципе ты ничего не чувствуешь, тебя не толкает, ничего. Мы даже иногда переспрашиваем, включилась ли центрифуга. Но в какой-то момент ты начинаешь чувствовать, что тебя поднимает. То есть ты продолжаешь лежать, но у тебя ощущение, что ты встаёшь на ноги, — рассказал Лайфу один из участников такого эксперимента, глава пресс-службы ИМБП Олег Волошин.
Это происходит от того, что центробежная сила гонит кровь и вообще все твои биологические жидкости к ногам и создаёт ощущение опоры, объясняет глава лаборатории физиологии ускорений и искусственной силы тяжести Милена Колотева. Она рассказала, что центрифуга может делать до 48 оборотов в минуту, это даёт искусственную силу тяжести 7g (напомним, земная гравитация — один g, ускорение свободного падения 9,80665 м/с2).
Но 48 оборотов тоже практически никогда не делают. К примеру, в последнее время делают максимум 33 оборота, это примерно 2–3g.
Сколько должен длиться такой сеанс общения с искусственной гравитацией в космосе, будут решать индивидуально с каждым космонавтом в зависимости от его выносливости и вообще особенностей организма. Сейчас проводят эксперименты продолжительностью 45–60 минут. В любом случае с центрифугой в космосе меньше времени нужно будет тратить на бег, силовые упражнения и велотренажёры. Вообще, медики хотят сделать так, чтобы в этой вращающейся кабине происходила не только такая «ленивая» тренировка, но и полноценный отдых, притом не только физический, но и психологический.
— Закрытая белая кабина и изогнутый потолок предусматривают создание виртуальной реальности во время вращения. Пока мы, может быть, с очками поработаем, а вообще, это будет такая среда, в которой человек будет чувствовать себя, как будто он идёт по какой-то поверхности. Пусть это будет комната психологической разгрузки, — говорит Милена Колотева.
Когда это будет в космосе?
Подобные эксперименты проводят ещё в нескольких странах мира: США, Франции, Японии. Правда, с точки зрения специалистов ИМБП, далеко не всегда получаются удачные космические центрифуги.
— У американцев в Массачусетском университете стоит центрифуга, в которой ось вращения проходит через переносицу. Можете себе представить? Плюс у них кабины не закрыты, и они получают за счёт этого очень много побочных эффектов, — поведала руководитель исследований по теме искусственной гравитации.
Заведующая лабораторией физиологии ускорений и искусственной силы тяжести ИМБП
Милена Колотева. Фото © LIFE
По её оценкам, одна из лучших космических центрифуг находится в Кёльне и определённо все возможности для создания искусственной гравитации на околоземной орбите есть у Китая. А меж тем пока ни одна страна не смогла эту идею реализовать в космосе. Оказывается, главная проблема в том, что вращение центрифуги в космосе создаёт вибрацию, а многие приборы на МКС к ней весьма чувствительны.
Как рассказали в ИМБП, именно поэтому даже во время тренировок космонавтов на беговой дорожке эти приборы отключают — «станция замирает».
Тем не менее в 2020 году было объявлено о намерении включить космический модуль с центрифугой в состав будущей Российской национальной орбитальной станции. Это должен быть трансформируемый надувной модуль, который создают сейчас в РКК «Энергия». Решено установить на него центрифугу с одной кабиной, а не с двумя, как сейчас, объёмы модуля ограниченны.
Зачем нужна искусственная гравитация
Затем, что невесомость — тяжкое испытание для космонавтов и астронавтов во время их полугодовых и годовых полётов. То, что не работают мышцы и слабеют кости, — это лишь верхушка айсберга возможных проблем со здоровьем в космосе, на самом деле их намного больше.
Грыжа, уплощение глаза и тяжёлая голова: О чём не рассказывают космонавты
И нужно помнить ещё об одном: после полёта человек возвращается на Землю и его организм должен заново перестраиваться и привыкать жить с гравитацией.
Абсолютно у всех космонавтов наблюдается ортостатическая неустойчивость. Иными словами, после посадки капсулы космонавта надо из неё вынимать и нести, он не может сам подняться. Как рассказывал участник двух полётов к МКС Михаил Корниенко, первые семь–десять дней после посадки «глаза на белый свет не смотрят». Искусственная гравитация решила бы обе проблемы разом: не надо привыкать к невесомости и не надо потом обратно привыкать к Земле.
А кроме того, рано или поздно начнутся межпланетные полёты. К примеру, при имеющихся возможностях космонавтики полёт к Марсу будет занимать 6–9 месяцев, после которых, собственно говоря, должна произойти посадка на поверхность планеты. И там никто не будет заботливо ждать ослабевших землян с носилками и целым штатом врачей.
Умереть на Марсе с вероятностью 100%. Почему планы Илона Маска — самоубийство для астронавтов
Адель Романенкова
- Статьи
- Космонавтика
- Наука и Технологии
Комментариев: 0
Для комментирования авторизуйтесь!
Чтобы оставаться в космосе, нужна искусственная гравитация.
Во многих книгах, фильмах и телепередачах люди на космических кораблях ходят так же, как на Земле. Однако в реальной жизни астронавты летают в космосе. Разница не только в том, что книги, фильмы и телевидение — это вымысел. Дело в том, что в этих вымышленных мирах существует искусственная гравитация. В нашем мире — пока нет. Но может быть придет.
Гравитация — фундаментальная сила. Он притягивает объекты с массой друг к другу. Объекты с большой массой, такие как Земля, притягивают другие объекты к своим центрам. Вот почему мы твердо стоим на земле, где бы мы ни находились. Однако гравитация уменьшается с расстоянием. Поэтому, когда люди путешествуют на Луну или Марс, их тяга к Земле быстро ослабевает, что оставляет их в плавании.
Это может показаться забавным. Но жизнь без гравитации не прекрасна. В долгосрочной перспективе наши кости и мышцы не работают так усердно в условиях отсутствия гравитации. Это ослабляет их. Без гравитации кровь и другие телесные жидкости не могут течь нормально и могут скапливаться в верхней части тела.
Это может отключить слух.
Кроме того, плавание в невесомости вызывает рвоту.
На самом деле, отмечает Мика Маккиннон, «нам известно множество способов получить тот же эффект, что и гравитация, используя другие силы». Она работает физиком в Институте поиска внеземного разума (SETI). Это в Маунтин-Вью, штат Калифорния. И, по крайней мере, некоторые из более простых тактик могут быть не так уж и далеки.
Педагоги и родители, подпишитесь на шпаргалку
Еженедельные обновления, которые помогут вам использовать Science News Explores в учебной среде
Спасибо за регистрацию!
При регистрации возникла проблема.
Массовое притяжение
Одним из подходов может быть «использование электричества и магнетизма в качестве замены гравитации», объясняет Маккиннон. «Вы можете создать это магнитное поле, запуская электричество по кругу», — говорит она. Поток электрического тока производит магнетизм. Все, что нужно космонавту, это носить металлические сапоги.
Притяжение между металлом и магнитом помогло бы кому-то ходить по полу.
Работа, необходимая для ходьбы против магнита, также может ограничивать потерю костной и мышечной массы в космосе. Но прилипнуть к полу — это не то же самое, что гравитация. Жидкости по-прежнему смогут собираться в верхней части тела. И ваш желудок все равно был бы ужасно смущен.
Ученые могут попытаться обуздать реальную гравитацию, говорит Маккиннон. Она указывает, что все, что имеет массу, имеет гравитацию. Поэтому одной простой идеей было бы иметь большую массу. «Постройте себе планету, и тогда у вас будет достаточно гравитации», — отмечает она. С другой стороны, добавляет она, не очень удобно строить планету или носить ее с собой». Вместо этого, объясняет она, ключ может заключаться в том, чтобы получить большую массу на очень маленьком участке.
Нейтронные звезды, например, очень плотные. По ее словам, чайной ложки материала нейтронной звезды может быть достаточно, чтобы создать гравитацию.
Или «крошечный карандашный укол» черной дыры. Оба они обладают огромной гравитацией для своего размера.
Но как удержать черную дыру, пусть даже маленькую, в середине космического корабля? «Это инженерная проблема, — говорит Маккиннон. «И мы понятия не имеем, какой будет инженерия».
Кольцо вокруг космического корабля
Если вы когда-нибудь были на карнавальном аттракционе, похожем на вращающиеся чайные чашки, вы чувствовали искусственную гравитацию. Когда вы находитесь внутри большого вращающегося объекта, вы почувствуете притяжение к внешней стене. Это из-за инерции. Ваше тело сопротивляется изменению движения объекта, вращающегося вокруг вас.
Мы ощущаем инерцию как нечто несуществующее — центробежную силу. Эта сила, кажется, притягивает нас к внешнему краю вращающейся чашки.
Центробежная сила на самом деле инерция. Но если все, что вам нужно, это искусственная гравитация, то такая воображаемая сила прекрасно работает. Все, что вам нужно, это либо маленький корабль, вращающийся очень быстро, либо очень большой корабль, вращающийся медленно.
В любом случае, вращение притянет кого-то ногами вперед к внешней стене.
Это улучшение по сравнению с магнитами, потому что эффект ощущается всем телом. Кровь и жидкости будут двигаться по телу так же, как и на Земле. Кости и мышцы чувствовали бы натяжение, когда кто-то шел или бежал.
Большая версия такой системы называется цилиндром О’Нила. Он назван в честь физика Джерарда О’Нила, который придумал эту идею. Пара этих огромных вращающихся цилиндров будет направлена к солнцу и вращаться в противоположных направлениях. Эти противоположные вращения помогут удержать их на месте.
«Единственная причина, по которой у нас их не будет, это то, что они огромные», — объясняет Джоалда Моранси, которая использует местоимения они/они. На первом курсе Чикагского университета в Иллинойсе они изучают физику и астрономию. Моранси также является стажером в Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния.0003
И Моранси не шутит, когда говорят, что цилиндры О’Нила огромны.
Первоначальная идея О’Нила заключалась в том, чтобы создать космическую среду обитания восемь километров (пять миль) в поперечнике и 32 км в длину. «Там могло бы жить около миллиона человек, — говорит Моранси. «Я действительно хотел бы увидеть одного из них».
Джефф Безос, основатель Amazon и космической компании Blue Origin, заинтересован в создании цилиндров О’Нила. Но это далеко.
Есть еще проблема, где их строить. Такое сооружение, вероятно, можно было бы построить на Земле. Но как отправить в космос что-то длиной 32 км? «Это будет стоить очень дорого и потребует много ракет», — говорит Моранси.
Более простым и дешевым вариантом было бы собрать эти гигантские жилища в космосе. Но «мы ближе к технологиям, которые помогут нам добраться до Марса, чем к созданию вещей в космосе», — отмечает Моранси.
На Международной космической станции астронавты должны делать все, находясь в свободном полете. Вращающаяся комната может создать для них искусственную гравитацию — если они смогут вращаться.
NASA
Вращайте своего астронавта по кругу
Вращающиеся объекты меньшего размера могут давать тот же эффект, что и цилиндры О’Нила. Однако чем меньше объект, тем быстрее он должен вращаться, чтобы дать вам ощущение гравитации. И у этого вращения есть свои проблемы. Проведите достаточно времени в маленькой кружащейся чашке, и ваш желудок вскоре может возразить.
Более того, люди внутри или на вращающихся объектах страдают от эффекта Кориолиса. Это отклонение, которое возникает, когда объекты, не прикрепленные к земле, движутся с высокой скоростью или на большие расстояния относительно вращающейся планеты. Когда объект летел по воздуху, земля под ним вращалась. Таким образом, объект, казалось бы, немного отклоняется, приземляясь в сторону, куда он направляется. В большинстве случаев эта разница настолько мала, что вы ее даже не заметите. Если бы вы бросили бейсбольный мяч из Нью-Йорка на экватор, вы бы точно это сделали.
Эффект Кориолиса — еще одна фальшивая сила.
Как и центробежная сила, это на самом деле инерция (да, опять же). И подобно центробежной силе эффект Кориолиса заметен. В быстро вращающемся космическом корабле ваши руки были бы вынуждены отклоняться в сторону, когда вы их поднимали.
Но эффект на руки ничто по сравнению с эффектом на мозг. Люди в быстро вращающемся цилиндре страдают от так называемой иллюзии перекрестной связи, отмечает Кэтрин Бретл. Она аэрокосмический инженер в Колорадском университете в Боулдере. Когда кто-то находится внутри вращающегося аттракциона или вращающейся космической станции, он часто чувствует себя прекрасно, глядя вперед. Иллюзия перекрестной связи — это «ощущение кувырканья, которое возникает, когда вы поворачиваете голову».
К счастью, Бретл нашел способ решить эту проблему. Она и ее коллеги сажали людей на вращающееся кресло и заставляли их повернуть голову в сторону науки. В одном исследовании каждый новобранец сидел на вращающемся стуле по 25 минут каждый день в течение 10 дней. Кресло начало медленно вращаться — всего раз в минуту.
Со временем Бретл медленно увеличивал скорость. Примерно через 10 дней добровольцы могли терпеть более 11 вращений в минуту. После 50 дней тренировок они могут вращаться в среднем более 25 раз в минуту. И на сегодняшний день, добавляет Бретл, «у нас никого не тошнило».
В 2019 году ее команда описала 10-дневную процедуру в Journal of Vestibular Research . 50-дневные результаты появились в прошлом году в журнале npj Microgravity .
Комната на космической станции может вращаться достаточно быстро, чтобы астронавты почувствовали гравитационную силу около 1 г — такую же, как на Земле. Комната не должна быть большой, всего около 2,6 метра (8,5 футов) в поперечнике. Этого достаточно, чтобы прикрепить его к МКС. «Возможно, пара модулей, расположенных друг напротив друга, вращается», — говорит Бретли. «Астронавты будут стоять на беговой дорожке, пока эта система вращается». Астронавты могли тренироваться во вращающихся тренажерных залах, чтобы убедиться, что их мышцы, кости и кровообращение остаются здоровыми.
Остальное время они будут летать по другим частям космической станции.
«Я думаю, что многие люди смотрят на [искусственную гравитацию] и думают, что это очень далеко», — говорит Бретл. — Но я не думаю, что это должно быть. Эти огромные цилиндры О’Нила, вероятно, далеко. Но «искусственная гравитация не требует такой большой, сверхдорогой, массивной системы, чтобы приносить пользу астронавтам».
Силовые слова
Подробнее о сильных словах
aerospace : Область исследований, посвященная изучению атмосферы Земли и космоса за ее пределами или самолетам, которые летают в атмосфере и космосе.
астронавт : Кто-то обученный путешествовать в космос для исследований и исследований.
астрономия : Область науки, изучающая небесные объекты, космос и физическую вселенную. Людей, работающих в этой области, называют астрономами.
среднее : (в науке) Термин для среднего арифметического, который представляет собой сумму группы чисел, которая затем делится на размер группы.
черная дыра : Область пространства с настолько интенсивным гравитационным полем, что никакая материя или излучение (включая свет) не могут выйти наружу.
центробежная сила : Сила, которая, кажется, тянет вращающееся тело или что-либо на вращающемся объекте (например, наездника в парке развлечений) от центра вращения.
коллега : Тот, кто работает с другим; коллега или член команды.
электрический ток : Поток электрического заряда — электричества — обычно возникающий в результате движения отрицательно заряженных частиц, называемых электронами.
электричество : Поток заряда, обычно возникающий в результате движения отрицательно заряженных частиц, называемых электронами.
инженер : Человек, который использует науку для решения проблем. Глагол «спроектировать» означает разработать устройство, материал или процесс, который решит какую-то проблему или неудовлетворенную потребность.
(v.) Для выполнения этих задач или имя лица, которое выполняет такие задачи.
экватор : Воображаемая линия вокруг Земли, которая делит Землю на Северное и Южное полушария.
поле : (в физике) Область пространства, в которой действуют определенные физические явления, такие как магнетизм (созданный магнитным полем), гравитация (гравитационное поле), масса (поле Хиггса) или электричество (поле Хиггса). электрическое поле).
сила : Некоторое внешнее воздействие, которое может изменить движение тела, удерживать тела близко друг к другу или вызывать движение или напряжение в неподвижном теле.
среда обитания : Район или природная среда, в которой обычно живут животные или растения, такие как пустыня, коралловый риф или пресноводное озеро. Среда обитания может быть домом для тысяч различных видов.
иллюзия : Вещь, которая неправильно воспринимается или интерпретируется органами чувств.
Международная космическая станция : искусственный спутник, вращающийся вокруг Земли. Эта станция, управляемая Соединенными Штатами и Россией, представляет собой исследовательскую лабораторию, в которой ученые могут проводить эксперименты в области биологии, физики и астрономии, а также наблюдать за Землей. результаты своих исследований с экспертами (а иногда и с общественностью). Некоторые журналы публикуют статьи из всех областей науки, техники, техники и математики, в то время как другие посвящены какой-то одной теме. Лучшие журналы рецензируются: они отправляют все представленные статьи сторонним экспертам для прочтения и критики.
магнит : Материал, который обычно содержит железо и атомы которого расположены так, что притягивают определенные металлы.
магнитное поле : Область влияния, создаваемая определенными материалами, называемыми магнитами, или движением электрических зарядов.
магнетизм : Притягательное воздействие или сила, создаваемая определенными материалами, называемыми магнитами, или движением электрических зарядов.
производство : Изготовление вещей, обычно в больших масштабах.
Марс : Четвертая планета от Солнца, всего одна планета от Земли. Как и на Земле, на ней есть времена года и влажность. Но его диаметр лишь примерно в два раза меньше диаметра Земли.
масса : число, показывающее, насколько объект сопротивляется ускорению и замедлению — в основном мера того, из какого количества материи состоит этот объект.
материя : Что-то, что занимает пространство и имеет массу. Все на Земле, имеющее материю, будет иметь свойство, описываемое как «вес».
микрогравитация : Гравитация, составляющая часть силы, действующей на Земле на уровне моря.
модуль : Набор стандартизированных деталей или самостоятельных узлов, используемых для сборки более сложной конструкции. Модуль можно использовать для создания «сборного» дома или мебели — или даже космического корабля.
луна : Естественный спутник любой планеты.
мышца : Тип ткани, используемой для движения за счет сокращения ее клеток, известных как мышечные волокна. Мышцы богаты белком, поэтому хищные виды ищут добычу, содержащую много этой ткани.
нейтронная звезда : Очень плотный труп того, что когда-то было массивной звездой. Когда звезда погибла в результате взрыва сверхновой, ее внешние слои вылетели в космос. Затем ее ядро разрушилось под действием сильной гравитации, в результате чего протоны и электроны в ее атомах слились в нейтроны (отсюда и название звезды). Одна чайная ложка нейтронной звезды на Земле будет весить более миллиарда тонн.
Физика : Научное изучение природы и свойств материи и энергии. Классическая физика — это объяснение природы и свойств материи и энергии, основанное на таких описаниях, как законы движения Ньютона. Квантовая физика, область исследований, возникшая позже, является более точным способом объяснения движения и поведения материи.
Ученый, который работает в таких областях, известен как физик .
планета : Большой небесный объект, который вращается вокруг звезды, но в отличие от звезды не излучает видимого света.
движение : Действие или процесс движения чего-либо вперед с использованием силы. Например, реактивные двигатели являются одним из источников движения, используемых для поддержания самолетов в воздухе.
робот : Машина, которая может ощущать окружающую среду, обрабатывать информацию и реагировать определенными действиями. Некоторые роботы могут действовать без участия человека, в то время как другие управляются человеком.
ракета : Что-то запущенное в воздух или через космос, иногда как оружие войны. Ракета обычно поднимается за счет выпуска выхлопных газов при сгорании некоторого количества топлива. (v.) Что-то, что бросается в космос на высокой скорости, как будто подпитывается горением.
SETI : Аббревиатура поиска внеземного разума, означающая жизнь в других мирах.
звезда : основной строительный блок, из которого состоят галактики. Звезды развиваются, когда гравитация сжимает облака газа. Когда они станут достаточно горячими, звезды будут излучать свет, а иногда и другие формы электромагнитного излучения. Солнце — наша ближайшая звезда.
Цитаты
Журнал: К.Н. Бретл и Т.К. Кларк. Улучшенная осуществимость искусственной гравитации астронавтов с коротким радиусом действия благодаря 50-дневному поэтапному индивидуальному протоколу вестибулярной акклиматизации. нпдж Микрогравитация. Том. 6, опубликовано в сети 26 августа 2020 г. doi: 10.1038/s41526-020-00112-w.
Журнал: К.Н. Бретл и др. Стандартизированный пошаговый протокол для повышения устойчивости человека к перекрестно-связанной иллюзии. Журнал вестибулярных исследований . Том. 29, опубликовано в сети 29 ноября 2019 г.
, с. 229. doi: 10.3233/ВЭС-190673.
Бетани Брукшир долгое время работала штатным корреспондентом в Science News Explores . У нее есть докторская степень. по физиологии и фармакологии и любит писать о неврологии, биологии, климате и многом другом. Она считает поргов инвазивным видом.
Искусственная гравитация в космическом корабле Рона Куртуса
SfC Home > Physics > Gravity >
Рон Куртус
Искусственная гравитация — это сила, которая имитирует эффект гравитации в космическом корабле. Это вызвано не притяжением к Земле, а ускорением или центробежной силой. На космических кораблях необходима искусственная гравитация, чтобы противодействовать влиянию невесомости на космонавтов.
Вращающаяся круглая космическая станция может создавать искусственную гравитацию для своих пассажиров. Скорость вращения, необходимая для дублирования земного притяжения, зависит от радиуса круга.
Основное требование к астронавту, чтобы испытать искусственную гравитацию, заключается в том, что он находится в контакте с вращающимся полом космического корабля.
У вас могут возникнуть следующие вопросы:
- Зачем нужна искусственная гравитация?
- Как создать искусственную гравитацию?
- Какие особые требования предъявляются к искусственной гравитации?
Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Преобразование единиц
Искусственная гравитация необходима в космических кораблях
Искусственная гравитация необходима в космических кораблях, которые находятся на орбите вокруг Земли, а также в тех, которые находятся так далеко, что влияние гравитации или гравитации можно пренебречь.
Международная космическая станция находится на орбите вокруг Земли на высоте около 350 км. Поскольку центробежная сила, удерживающая космическую станцию на орбите, противодействует силе тяжести на этой высоте, астронавты на станции не ощущают действия гравитации.
Все, что не привязано, будет плавать внутри космической станции.
Все, что не привязано, будет плавать внутри космической станции.Астронавты на любом космическом корабле, который находится достаточно далеко от Земли, чтобы можно было пренебречь влиянием гравитации или гравитации, также почувствуют эффект невесомости. Гравитация космического корабля, находящегося на расстоянии около 15 000 км от Земли, составляет примерно 1/10 силы тяжести на земле.
Таким образом, искусственная гравитация нужна для того, чтобы облегчить задачи, которые должны выполнять космонавты, сделать их более комфортными и избежать негативных последствий для здоровья от длительного пребывания в невесомости.
Способы создания искусственной гравитации
Постоянное линейное ускорение и центробежная сила — два способа создания искусственной гравитации.
Использование линейного ускорения
Одним из способов имитации гравитационной силы является ускорение ракеты или космического корабля. Это похоже на эффект, который вы чувствуете, когда находитесь в ускоряющемся лифте, где вы можете чувствовать себя тяжелее, когда лифт движется вверх.
Разрабатывая свою общую теорию относительности, Альберт Эйнштейн заметил, что нельзя отличить гравитацию от постоянного ускорения. Он использовал этот пример, чтобы сформулировать свою теорию о том, что гравитация или тяготение — это не сила, а действие, связанное с инерцией движущихся объектов.
Если бы ракета разгонялась до 9,8 м/с 2 (32 фута/с 2 ), инерция вашего тела имитировала бы действие гравитации на вас. Единственная проблема в том, что эффект недолговечен, так как ракета может разгоняться только до тех пор, пока не приблизится к скорости света.
Таким образом, создание искусственной гравитации за счет линейного ускорения нецелесообразно, поскольку существует предел скорости космического корабля.
Использование центробежной силы
Лучшим способом создания искусственной гравитации является использование эффекта центробежной силы, которая представляет собой направленную наружу силу, вызванную перемещением объекта по кривой, а не по прямой линии.
Если бы космический корабль имел форму большого круга или пончика, который вращался с определенной скоростью, экипаж внутри мог бы ощущать центробежную силу как искусственную гравитацию. Уравнение скорости вращения:
Ом = 9,55 √(г/об)
где
- Ω скорость вращения в оборотах в минуту (об/мин)
- г ускорение свободного падения ( 9,8 м/с 2 или 32 фут/с 2 )
- r радиус пончика космического корабля в метрах или футах
(Дополнительную информацию см. в разделе Уравнения искусственной гравитации.)
В фильме 1968 года 2001: Космическая одиссея вращающаяся центрифуга в космическом корабле создавала искусственную гравитацию для астронавтов. Человек мог ходить внутри круга ногами наружу, а головой к центру, пол и потолок изгибались бы вверх.
В Соединенных Штатах Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) рассмотрело аналогичные концепции для достижения искусственной гравитации на своих космических кораблях.
Предлагаемый НАСА космический корабль с искусственной гравитацией
Особые условия и проблемы
Основное требование к астронавту, чтобы испытать искусственную гравитацию на вращающемся космическом корабле, заключается в том, что он должен быть закреплен на полу. Это означает, что он будет двигаться по круговой траектории вместе с вращением космического корабля. На космонавта будет действовать центробежная сила, создающая эффект искусственной гравитации.
Космонавт должен быть закреплен на полу во вращающемся космическом корабле
Однако, если бы он подпрыгнул с пола, он имел бы только линейную скорость в направлении вращения и упал бы на пол не обязательно в вертикальном положении.
(См. ниже «Уронить что-то ».)
Если астронавт изначально не соприкасался с полом или стенами, он будет парить в этом районе.
Обувь или коньки
Может потребоваться специальная обувь, чтобы космонавт не касался пола. Обувь с липучками или обувь на магнитах — вот несколько рассматриваемых идей.
Интересная идея для космонавта — использовать магнитные роликовые коньки для передвижения по железному полу.
Направление ходьбы или катания на коньках
Ходьба или катание на коньках в направлении вращения может слегка усилить ощущение гравитации, а движение в противоположном направлении уменьшит это ощущение. Однако эффект будет незначительным, так как скорость будет мала.
Уронить что-то
Если бы предмет не касался пола, он бы плавал. Если бы он имел начальную скорость, то двигался бы прямолинейно.
Предположим, что астронавт уронил или отпустил карандаш, который держал в руках. Поскольку его больше не заставляли двигаться по криволинейной траектории, карандаш просто двигался вперед по прямой в соответствии с его начальной скоростью, когда его отпускали.
Упавший объект будет двигаться по прямой, но будет казаться, что он падает
Однако, поскольку пол космического корабля изогнут, карандаш будет двигаться вперед, пока не коснется изогнутого пола. Хотя он не был притянут к полу искусственной гравитацией, космонавту могло показаться, что это так.
Резюме
Искусственная гравитация — это сила, которая имитирует земную гравитацию . На космических кораблях необходима искусственная гравитация, чтобы противодействовать влиянию невесомости на космонавтов.
Ускорение и центробежная сила могут дублировать действие гравитации. Вращающаяся круглая космическая станция может создавать искусственную гравитацию для своих пассажиров при условии, что они соприкасаются с вращающимся полом. Скорость или вращение, необходимые для дублирования земного притяжения, зависят от радиуса круга.
Подумайте о способах улучшения природы
Ресурсы и ссылки
Рон Куртус.
класс
Искусственная гравитация и архитектура орбитальных сред обитания — Теодор В. Холл — Космическое будущее; подробный технический документ
Искусственная гравитация – Технические ресурсы от Теодора У. Холла –
Физика искусственной гравитации – журнал Popular Science
Симуляция гравитации с центростремительной силой – Центр подготовки к экзаменам школьного округа Освего, Нью-Йорк
: Космическая одиссея фильм
Искусственная гравитация во вращающемся Discovery One — Wired Magazine
Физика вращающегося космического корабля в Interstellar — Wired Magazine
Gravity Resources
Книги
(Обратите внимание: Школа для чемпионов May May Commissions от покупок книг)
Top -Rated Books On Simple Gravity Nceection Nceement
902. Top -Rated Книги на простой Gravity Nceection Nceement
Книги с рейтингом Advanced Gravity Physics
Вопросы и комментарии
У вас есть вопросы, комментарии или мнения по этому вопросу? Если это так, отправьте электронное письмо с вашим отзывом.