Тіпті ғарышқа қызығушылық танытпайтын адам ғарышқа саяхат туралы фильм көрген немесе кітаптардан мұндай нәрселер туралы оқыған емес. Мұндай жұмыстардың барлығында дерлік адамдар кеменің айналасында жүреді, қалыпты ұйықтайды, тамақтану кезінде қиындықтар болмайды. Бұл ойдан шығарылған кемелерде жасанды тартылыс бар дегенді білдіреді. Көрермендердің көпшілігі мұны табиғи нәрсе деп қабылдайды, бірақ ол мүлде емес.
Жасанды тартылыс
Бұл әртүрлі әдістерді қолдану арқылы бізге таныс ауырлық күшінің (кез келген бағытта) өзгеруінің атауы. Және бұл фантастикалық жұмыстарда ғана емес, сонымен қатар өте нақты жердегі жағдайларда, көбінесе эксперименттер үшін жасалады.
Теорияда жасанды тартылыс жасау онша қиын емес сияқты. Мысалы, оны инерцияның, дәлірек айтқанда, орталықтан тепкіш күштің көмегімен қайта құруға болады. Бұл күшке деген қажеттілік кеше ғана пайда болған жоқ - бұл адам ұзақ мерзімді ғарыштық ұшулар туралы армандай бастағанда бірден болды. ЖасауҒарыштағы жасанды тартылыс салмақсыздықта ұзақ уақыт болу кезінде туындайтын көптеген мәселелерді болдырмауға мүмкіндік береді. Ғарышкерлердің бұлшық еттері әлсірейді, сүйектері азаяды. Мұндай жағдайда айлар бойы саяхаттасаңыз, кейбір бұлшықеттердің атрофиясы пайда болуы мүмкін.
Осылайша, бүгінде жасанды тартылыс күшін жасау өте маңызды міндет болып табылады, мұндай дағдысыз ғарышты игеру мүмкін емес.
Материалдар
Тіпті физиканы мектеп бағдарламасының деңгейінде ғана білетіндер де тартылыс күші біздің әлеміміздің негізгі заңдарының бірі екенін түсінеді: барлық денелер бір-бірімен әсерлеседі, өзара тартылуды/итеруді бастан кешіреді. Дене неғұрлым үлкен болса, соғұрлым оның тартылу күші артады.
Біздің шындық үшін Жер өте массивті нысан. Сондықтан оның айналасындағы барлық денелер ерекшеліксіз оған тартылады.
Біз үшін бұл әдетте г-мен өлшенетін, шаршы секундына 9,8 метрге тең еркін құлаудың үдеуін білдіреді. Бұл дегеніміз, егер аяғымыздың астында тіреуіш болмаса, секунд сайын 9,8 метрге өсетін жылдамдықпен құлайтын едік.
Осылайша, біз ауырлық күшінің арқасында ғана тұрып, құлап, қалыпты тамақтанып, ішіп, қай жерде жоғары, қай жерде төмен екенін түсіне аламыз. Егер гравитация жойылса, біз нөлдік гравитацияда боламыз.
Ғарышта қалықтау - еркін құлау жағдайында болған ғарышкерлер бұл құбылыспен әсіресе таныс.
Теориялық тұрғыдан ғалымдар жасанды тартылыс күшін қалай жасау керектігін біледі. Барбірнеше техника.
Үлкен масса
Ең қисынды нұсқа – ғарыш кемесін жасанды тартылыс күші болатындай үлкен етіп жасау. Кемеде өзін жайлы сезінуге болады, өйткені ғарышта бағдарлану жоғалмайды.
Өкінішке орай, технологияның заманауи дамуымен бұл әдіс шындыққа жанаспайды. Мұндай нысанды салу үшін тым көп ресурстар қажет. Оған қоса, оны көтеру үшін керемет қуат қажет.
Жылдамдатыңыз
Егер жердікіне тең g мәніне қол жеткізгіңіз келсе, кемеге тегіс (платформа) пішін беріп, оны жазықтыққа қажетті үдеумен перпендикуляр етіп жылжыту керек сияқты. Осылайша жасанды гравитация алынады және идеалды болады.
Алайда, шындық әлдеқайда күрделі.
Біріншіден, жанармай мәселесін қарастырған жөн. Станцияның үздіксіз үдеуін қамтамасыз ету үшін үздіксіз қуат көзі болуы қажет. Тіпті материяны шығармайтын қозғалтқыш кенеттен пайда болса да, энергияның сақталу заңы күшінде қалады.
Екінші мәселе - тұрақты жеделдету идеясы. Біздің біліміміз бен физикалық заңдарымызға сәйкес, шексіздікке дейін үдеу мүмкін емес.
Сонымен қатар, мұндай көліктер ғылыми-зерттеу миссиялары үшін жарамсыз, өйткені олар үнемі жеделдету - ұшуы керек. Ол планетаны зерттеуді тоқтата алмайды, тіпті оның айналасында баяу ұша да алмайды - оған жылдамдату керек.
СоныменОсылайша, мұндай жасанды гравитация бізге әлі қол жетімді емес екені белгілі болды.
Карусель
Карусельдің айналуы денеге қалай әсер ететінін бәрі біледі. Сондықтан осы принцип бойынша жасанды тартылыс құрылғысы ең шынайы болып көрінеді.
Карусельдің диаметріндегі барлық нәрсе айналу жылдамдығына тең жылдамдықпен одан құлап кетеді. Денеге айналатын заттың радиусы бойынша бағытталған күш әсер етеді екен. Бұл гравитацияға өте ұқсас.
Сондықтан сізге цилиндрлік пішіні бар кеме керек. Сонымен бірге ол өз осінің айналасында айналуы керек. Айтпақшы, осы принцип бойынша жасалған ғарыш кемесіндегі жасанды тартылыс ғылыми фантастикалық фильмдерде жиі көрсетіледі.
Бөшке тәрізді кеме бойлық осьтің айналасында айнала отырып, бағыты объектінің радиусына сәйкес келетін орталықтан тепкіш күш жасайды. Алынған үдеуді есептеу үшін күшті массаға бөлу керек.
Физиканы білетін адамдарға мынаны есептеу қиын болмайды: a=ω²R.
Бұл формулада есептеу нәтижесі – үдеу, бірінші айнымалы – түйіндік жылдамдық (секундына радианмен өлшенген), екіншісі – радиус.
Осыған сәйкес әдеттегі g алу үшін ғарыштық тасымалдаудың бұрыштық жылдамдығы мен радиусын дұрыс біріктіру керек.
Бұл мәселе «Интерсол», «Вавилон 5», «2001: Ғарыштық Одиссей» және т.б. фильмдерде қамтылған. Барлық осы жағдайлардажасанды тартылыс Жердің еркін түсу үдеуіне жақын.
Қаншалықты жақсы идея болса да, оны жүзеге асыру өте қиын.
Карусель әдісінің мәселелері
Ең айқын мәселе «Ғарыштық Одиссей» кітабында көрсетілген. «Ғарыш тасығыштың» радиусы шамамен 8 метрді құрайды. 9,8 үдеу алу үшін айналу минут сайын шамамен 10,5 айналым жылдамдығымен болуы керек.
Көрсетілген мәндерде «Кориолис эффектісі» көрінеді, ол әртүрлі күштердің еденнен әртүрлі қашықтықта әрекет етуінен тұрады. Ол бұрыштық жылдамдыққа тікелей байланысты.
Кеңістікте жасанды тартылыс пайда болады екен, бірақ корпустың тым жылдам айналуы ішкі құлақтың ақауларына әкеледі. Бұл өз кезегінде теңгерімсіздікті, вестибулярлық аппараттың ақауларын және басқа да осыған ұқсас мәселелерді тудырады.
Бұл кедергінің пайда болуы мұндай модельдің өте сәтсіз екенін көрсетеді.
Олар «Әлем-сақина» романындағыдай керісінше баруға болады. Мұнда кеме сақина түрінде жасалған, оның радиусы біздің орбитаның радиусына жақын (шамамен 150 млн км). Бұл өлшемде оның айналу жылдамдығы Кориолис әсерін елемеу үшін жеткілікті.
Мәселе шешілді деп ойлауыңыз мүмкін, бірақ олай емес. Өйткені, бұл құрылымның өз осінің айналасында толық айналуы 9 күнді алады. Бұл жүктемелер тым үлкен болады деп болжауға мүмкіндік береді. Үшінқұрылыс оларға төтеп берді, өте берік материал қажет, ол бүгін біздің қолымызда жоқ. Бұған қоса, мәселе материалдың мөлшері мен құрылыс процесінің өзінде.
«Вавилон 5» фильміндегідей тақырыптағы ойындарда бұл мәселелер қандай да бір жолмен шешіледі: айналу жылдамдығы жеткілікті, Кориолис әсері маңызды емес, гипотетикалық түрде мұндай кемені жасауға болады..
Алайда мұндай дүниелердің де кемшілігі бар. Оның аты импульс.
Өз осінің айналасында айналатын кеме үлкен гироскопқа айналады. Өздеріңіз білетіндей, бұрыштық импульстің әсерінен гироскоптың осінен ауытқуы өте қиын. Оның мөлшері жүйеден кетпеуі маңызды. Бұл бұл нысанның бағытын орнату өте қиын болады дегенді білдіреді. Дегенмен, бұл мәселені шешуге болады.
Мәселені шешу
Ғарыш станциясындағы жасанды тартылыс "О'Нил цилиндрі" көмекке келгенде қол жетімді болады. Бұл дизайнды жасау үшін ось бойымен қосылған бірдей цилиндрлік кемелер қажет. Олар әртүрлі бағытта айналуы керек. Бұл құрастырудың нәтижесі нөлдік бұрыштық импульс болып табылады, сондықтан кемеге қажетті бағытты беру қиын болмауы керек.
Егер радиусы 500 метрдей кеме жасау мүмкін болса, ол дәл солай жұмыс істейді. Бұл ретте ғарыштағы жасанды тартылыс өте ыңғайлы және кемелерде немесе зерттеу станцияларында ұзақ ұшулар үшін қолайлы болады.
Ғарыш инженерлері
Жасанды тартылыс күшін қалай жасау керектігін ойынды жасаушылар біледі. Дегенмен, бұл қиял әлемінде гравитация денелердің өзара тартылуы емес, объектілерді белгілі бір бағытта жеделдетуге арналған сызықтық күш. Мұндағы тартымдылық абсолютті емес, ол көзді қайта бағыттаған кезде өзгереді.
Ғарыш станциясындағы жасанды тартылыс арнайы генератордың көмегімен жасалады. Ол генератор аймағында біркелкі және тең бағытты. Сонымен, нақты әлемде генератор орнатылған кемеге соғылып қалсаңыз, сіз корпусқа тартыласыз. Дегенмен, ойында кейіпкер құрылғының периметрінен кеткенше құлап қалады.
Бүгінгі таңда мұндай құрылғы арқылы жасалған ғарыштағы жасанды тартылыс адамзат үшін қолжетімсіз. Дегенмен, тіпті сұр шашты әзірлеушілер бұл туралы армандауды тоқтатпайды.
Сфералық генератор
Бұл жабдықтың шынайырақ нұсқасы. Орнатылған кезде ауырлық күші генераторға бағытталған. Бұл гравитациясы планеталық станцияға тең болатын станция құруға мүмкіндік береді.
Центрифуга
Бүгінде Жердегі жасанды тартылыс әртүрлі құрылғыларда кездеседі. Олар негізінен инерцияға негізделген, өйткені бұл күш гравитациялық әсерлер сияқты бізде де сезіледі - дене үдеу тудыратын нәрсені ажыратпайды. Мысал ретінде: лифтпен көтерілген адам инерция әсерін сезінеді. Физиктің көзімен: лифтті көтеру бос құлау үдеуіне вагонның үдеуін қосады. Қайтып келгендекабиналардың өлшенген қозғалысына салмақтың «артуы» жоғалып, әдеттегі сезімдерді қайтарады.
Ғалымдарды жасанды тартылыс көптен қызықтырады. Бұл мақсаттар үшін центрифуга жиі қолданылады. Бұл әдіс ғарыш аппараттарына ғана емес, сонымен қатар адам ағзасына ауырлық күшінің әсерін зерттеу қажет жердегі станцияларға да жарайды.
Жер бетінде оқу, өтініш беру…
Гравитацияны зерттеу ғарыштан басталғанымен, бұл өте қарапайым ғылым. Бүгінгі күні де осы саладағы жетістіктер өз қолдануын тапты, мысалы, медицинада. Ғаламшарда жасанды гравитация жасауға болатын-болмайтынын біле отырып, оны мотор аппараттарымен немесе жүйке жүйесімен байланысты мәселелерді емдеу үшін қолдануға болады. Оның үстіне бұл күшті зерттеу ең алдымен Жерде жүргізіледі. Бұл ғарышкерлерге дәрігерлердің жіті назарында бола отырып, тәжірибе жүргізуге мүмкіндік береді. Тағы бір нәрсе - ғарыштағы жасанды тартылыс, күтпеген жағдай кезінде ғарышкерлерге көмектесетін адамдар жоқ.
Жалпы салмақсыздықты ескере отырып, Жердің төмен орбитасында спутникті есепке алу мүмкін емес. Бұл нысандар аз болса да, ауырлық күші әсер етеді. Мұндай жағдайларда пайда болатын ауырлық күші микрогравитация деп аталады. Нағыз тартылыс тек ғарыш кеңістігінде тұрақты жылдамдықпен ұшатын аппаратта ғана сезіледі. Алайда адам ағзасы бұл айырмашылықты сезбейді.
Ұзындыққа секіру кезінде (шатыр ашылғанға дейін) немесе ұшақтың параболалық түсуі кезінде салмақсыздықты сезінуіңіз мүмкін. Мұндай эксперименттерАҚШ-та жиі қойылады, бірақ ұшақта бұл сезім небәрі 40 секундқа созылады - бұл толық зерттеу үшін тым қысқа.
КСРО-да сонау 1973 жылы олар жасанды тартылыс жасауға болатын-болмайтынын білген. Және оны жасап қана қоймай, оны қандай да бір жолмен өзгертті. Ауырлық күшінің жасанды төмендеуінің жарқын мысалы - құрғақ батыру, суға батыру. Қажетті әсерге қол жеткізу үшін судың бетіне тығыз пленканы қою керек. Адам оның үстіне қойылады. Дене салмағының астында дене суға батады, тек басы жоғарыда қалады. Бұл модель мұхиттағы төмен тартылыс күшін көрсетеді.
Салмақсыздықтың қарсы күші – гипергравитацияның әсерін сезіну үшін ғарышқа шығудың қажеті жоқ. Ғарыш кемесі ұшып, қонған кезде, центрифугада сіз шамадан тыс жүктемені сезініп қана қоймай, оны зерттей аласыз.
Гравитациялық өңдеу
Гравитациялық физика басқа нәрселермен қатар салмақсыздықтың адам ағзасына әсерін зерттеп, салдарын барынша азайтуға тырысады. Дегенмен, бұл ғылымның көптеген жетістіктері планетаның қарапайым тұрғындары үшін пайдалы болуы мүмкін.
Дәрігерлер миопатиядағы бұлшықет ферменттерінің әрекетін зерттеуге үлкен үміт артады. Бұл ерте өлімге әкелетін ауыр ауру.
Белсенді дене жаттығуларымен сау адамның қанына креатинофосфокиназа ферментінің көп мөлшері түседі. Бұл құбылыстың себебі анық емес, мүмкін жүктеме жасуша мембранасына әсер ететіндей әсер етеді.«перфорациялар». Миопатиясы бар науқастар жаттығусыз бірдей әсерге ие болады. Ғарышкерлердің бақылаулары салмақсыздықта белсенді ферменттің қанға түсуі айтарлықтай төмендейтінін көрсетеді. Бұл ашылу суға батыруды қолдану миопатияға әкелетін факторлардың теріс әсерін азайтатынын көрсетеді. Қазір жануарларды сынау жүріп жатыр.
Кейбір ауруларды емдеу бүгінде гравитацияны, оның ішінде жасанды зерттеуден алынған мәліметтерді пайдалана отырып жүргізілуде. Мысалы, церебральды сал ауруы, инсульт, Паркинсон ауруы жүктеме костюмдерін қолдану арқылы емделеді. Тіректің оң әсерін зерттеу – пневматикалық аяқ киім аяқталуға жақын.
Марсқа ұшамыз ба?
Ғарышкерлердің соңғы жетістіктері жобаның шындығына үміт береді. Адамның Жерден ұзақ уақыт бойына алыс болған кезінде медициналық көмек көрсету тәжірибесі бар. Ауырлық күші біздікінен 6 есе аз Айға ғылыми-зерттеу ұшулары да көп пайда әкелді. Қазір ғарышкерлер мен ғалымдар өздеріне жаңа мақсат - Марсты қоюда.
Қызыл ғаламшарға билет алу үшін кезекке тұрмас бұрын, жұмыстың бірінші кезеңінде - жолда дененің не күтетінін білу керек. Орташа алғанда, шөлді планетаға баратын жол бір жарым жыл - шамамен 500 күнді алады. Жолда тек өз күшіңізге сенуге тура келеді, көмек күтетін жер жоқ.
Көптеген факторлар күшке нұқсан келтіреді: кернеу, радиация, магнит өрісінің болмауы. Дене үшін ең маңызды сынақ - ауырлық күшінің өзгеруі. Саяхат барысында адам «танысады».гравитацияның бірнеше деңгейі. Ең алдымен, бұл ұшу кезіндегі шамадан тыс жүктемелер. Содан кейін - ұшу кезінде салмақсыздық. Осыдан кейін, тағайындалған жерде гипогравитация болады, өйткені Марстағы тартылыс Жердің 40%-нан аз.
Ұзақ ұшу кезінде салмақсыздықтың жағымсыз әсерлерімен қалай күресуге болады? Жасанды тартылыс күшін жасау саласындағы әзірлемелер жақын арада бұл мәселені шешуге көмектеседі деп үміттенеміз. Космос-936-да саяхаттап жүрген егеуқұйрықтарға жасалған эксперименттер бұл әдіс барлық мәселелерді шеше алмайтынын көрсетті.
ОЖ тәжірибесі әрбір ғарышкерге қажетті жүктемені жеке анықтай алатын жаттығу кешендерін пайдалану денеге әлдеқайда көп пайда әкелетінін көрсетті.
Әзірге Марсқа зерттеушілер ғана емес, Қызыл ғаламшарда колония құрғысы келетін туристер де ұшады деген болжам бар. Олар үшін, ең болмағанда, салмақсыздықта болу сезімі дәрігерлердің мұндай жағдайларға ұзақ уақыт әсер ету қаупі туралы барлық дәлелдерінен асып түседі. Дегенмен, олар да бірнеше аптадан кейін көмекке мұқтаж болады, сондықтан ғарыш кемесінде жасанды тартылыс жасау жолын табу өте маңызды.
Нәтижелер
Кеңістікте жасанды тартылыс жасау туралы қандай қорытынды жасауға болады?
Қазір қарастырылып жатқан барлық опциялардың ішінде айналмалы құрылым ең шынайы болып көрінеді. Дегенмен, физикалық заңдардың қазіргі түсінігімен бұл мүмкін емес, өйткені кеме қуыс цилиндр емес. Оның ішінде идеяларды жүзеге асыруға кедергі келтіретін қабаттасулар бар.
Сонымен қатар, кеменің радиусы солай болуы керекүлкен, сондықтан Кориолис әсері айтарлықтай әсер етпейді.
Осындай нәрсені басқару үшін сізге кемені басқару мүмкіндігін беретін жоғарыда айтылған О'Нил цилиндрі қажет. Бұл жағдайда экипажға ыңғайлы ауырлық деңгейін қамтамасыз ете отырып, планетааралық ұшулар үшін ұқсас дизайнды пайдалану мүмкіндігі артады.
Адамзат өз армандарын жүзеге асырмас бұрын, мен фантастикадағы физика заңдары туралы көбірек білім мен шынайылықты көргім келеді.
