Možemo li simulirati gravitaciju?

Anonim

Stvaranje gravitacije bez mase je stvaranje naranče bez žute boje; to se ne može učiniti. Iz tog razloga ne može se stvoriti gravitacija, već samo simulirati podvrgavanjem astronauta snagama koje oponašaju njezin učinak. Jedan od načina da to učinite je sjediti astronauta u roller coasteru.

Ubrzanje je ključ

Einstein je imao epifaniju. Shvatio je da bez prozora čovjek neće moći otkriti hoće li dizalo padati pod utjecajem Zemljine gravitacije ili jednostavno plutajući u prazan prostor potpuno izoliran u najudaljenijem kutu Svemira: u oba će slučaja osjetiti težine. Ovo je ključ Einsteinovih zapanjujućih otkrića: sve je relativno

,

i ubrzanje je ključno.

U Einsteinovim vlastitim riječima: "ne postoji eksperiment koji možete učiniti da biste razlikovali učinke ujednačenog gravitacijskog polja i onog ujednačenog ubrzanja." Drugim riječima, astronaut ne bi mogao razlikovati silu koja se spuštala u svemir ubrzava se prema gore 9, 8 m / s² od sile kojom zemlja izvlači astronaut na njegovu površinu. Na taj način, dok svemirski brod ne stvara gravitaciju, simulira učinak. Ako to nije bilo za linearno ubrzanje, ne biste se osjećali prikopčani na svoje sjedalo ili gurnuli u suprotnom smjeru od ubrzanja kada se valjak sletio niz padinu.

Iako je linearno ubrzavanje svemirskog broda izvrstan način za simulaciju gravitacije, ne zaboravimo da se to postiže na štetu goriva. Sjeti se da se pojačala ne mogu opustiti čak ni za trenutak, jer u tom trenutku, prema Newtonovom prvom pokretu, svemirski brod će početi putovati konstantnom brzinom. Bez ubrzanja, putnici postaju bez težine. Dakle, ako se pojačavači povremeno ispaljuju, astronauti moraju očekivati ​​prilično nelagodušnu vožnju u kojoj se kratka razdoblja težine stisnu između naglim razdobljima bez težine.

Centrifugalna sila

Na isti način na koji centrifugalna sila udari vodu do površine kante, također može pričvrstiti putnike rotirajućeg svemirskog broda na svoje strane i površinu. Ako se pitate zašto se Endurance bjesno vrtjelo u filmu Interstellar, to je učinilo kako bi simulirala gravitaciju s centrifugalnom silom dobivenom u tom procesu. Većina NASA-inih prototipova koji simulira gravitaciju "ulijevaju" ispred ili "spin" na mjestu. Tako

,

, u čemu je kvaka?

Ubrzanje, kao što je spomenuto, ključno je. Rotacijsko ili kutno ubrzanje je produkt radijusa ili udaljenost između putnika i rotacijske osi, kao i kvadrat kutne brzine. Ove dvije varijable nude nam dva ograničenja.

S obzirom da je brzina konstantna, za veliki radijus, ubrzanje je veliko, kao što je simulirana gravitacija, ali izgradnja velikog svemirskog broda je skup. S druge strane, uzevši u obzir da je radijus konstantan i poželjno mali, za veliku kutnu brzinu, gravitacija koja se simulira neće biti ravnomjerno raspodijeljena. Ako je avion premalen, čak i najmanja razlika u udaljenosti će izazvati zamjetne efekte. Za mali svemirski brod, gravitacija oko svoje glave, zbog svoje udaljenosti od osi, veća je od težine oko nogu!

(Foto: Interstellar)

Ipak, problemi ne završavaju. Sigurno su neki brodski brodovi strojevi koji su opasni za kretanje. Na taj način, stacionarni objekti pridonose trenju. Stoga su inženjeri potrebni za konstruiranje strojeva ili osjetljivih instrumenata na način koji im omogućuje rotirajući i još uvijek ostati netaknut. Štoviše, ne bi naglo prevrtao poremetiti orbitu svemirskog broda? Protumjere bi zahtijevalo da svemirski brod potroši gorivo, pa bi cijeli projekt mogao biti smiješno neučinkovit.

Nadamo se da će u vrlo bliskoj budućnosti inženjeri uspješno odrediti optimalnu veličinu i brzinu svemirskih brodova kako bi simulirali gravitaciju na duge, udaljenosti od planeta do planeta. Možda će otkriti potpuno novu tehniku ​​da to učini. Međutim, zašto NASA ili SpaceX trebaju potrošiti milijarde dolara na svemirske brodove? Je li to apsolutno neophodno? Ili je to beznačajna ekstravagancija?

Zašto je simulirana gravitacija važno?

(Foto: Star trek)

U nizu od 18 pokusa provedenih na dvojici muškaraca i dvije žene u okruženju bez gravitacije, Spacelab Life Sciences je utvrdio da je njihov odgovor bijelih krvnih zrnaca i mišićna masa smanjen. Ako to nije bilo dovoljno, u roku od 24 sata bez težine, volumen krvi smanjio se za 10%. A da čak i to nije bilo dovoljno, učinci dugotrajne nejednakosti i dalje su im bili uzrujani čak i nakon što su se vratili na Zemlju: dok su tekućine ispale na donji dio tijela, njihova srčana stopa porasla, pa su subjekti pretrpjeli pad krvnog tlaka i smanjenu sposobnost vježbati.

Imajući na umu opasnosti od neprekidnog gubitka težine, ako će ikada biti misija na Marsu, simulirana gravitacija bila bi neophodna za zdravlje sudionika. Tehnologije tako sofisticirane, kao što su natrag u budućnost, samo-vezanje cipele, često prvi put zamišljen u znanstvenoj fantastici. Međutim, baš kao što je Nike nedavno aktualizirao cipele za samozavaravanje, nadamo se da će NASA i SpaceX uskoro ostvariti simuliranu gravitaciju. Ako ne, s avionskim brodskim kotačima, možda možda s multimilijunskim dugim, međuplanetarnim valjkom?