Umjetna atrakcija. Umjetna gravitacija u naučnoj fantastici U potrazi za istinom

Problemi sa vestibularnim sistemom nisu jedina posledica dužeg izlaganja mikrogravitaciji. Astronauti koji provode više od mjesec dana na ISS-u često pate od poremećaja sna, usporene kardiovaskularne funkcije i nadimanja.

NASA je nedavno završila eksperiment u kojem su naučnici proučavali genom braće blizanaca: jedan od njih proveo je skoro godinu dana na ISS-u, drugi je imao samo kratke letove i većinu vremena proveo na Zemlji. Dugotrajni boravak u svemiru doveo je do toga da se 7% DNK prvog astronauta zauvijek promijenilo - riječ je o genima povezanim s imunološkim sistemom, formiranjem kostiju, gladovanjem kisikom i viškom ugljičnog dioksida u tijelu.

NASA je uporedila blizance astronauta da vidi kako se ljudsko tijelo mijenja u svemiru

U uslovima mikrogravitacije, osoba će biti prisiljena ostati neaktivna: ne govorimo o astronautima koji borave na ISS-u, već o letovima u duboki svemir. Kako bi otkrili kako bi takav režim utjecao na zdravlje astronauta, Evropska svemirska agencija (ESA) smjestila je 14 volontera u krevet nagnut na stranu glave na 21 dan. Eksperiment, koji će testirati najnovije metode borbe protiv bestežinskog stanja - kao što su poboljšane vježbe i režimi prehrane - planiraju zajednički provesti NASA i Roscosmos.

Ali ako ljudi odluče poslati brodove na Mars ili Veneru, bit će potrebna ekstremnija rješenja – umjetna gravitacija.

Kako gravitacija može postojati u svemiru

Prije svega, vrijedi shvatiti da gravitacija postoji posvuda - na nekim mjestima je slabija, na drugima jača. I svemir nije izuzetak.

ISS i sateliti su stalno pod uticajem gravitacije: ako je objekat u orbiti, on pada oko Zemlje, jednostavnije rečeno. Sličan efekat nastaje ako bacite loptu naprijed - prije nego što udari o tlo, ona će malo letjeti u smjeru bacanja. Ako bacite loptu jače, ona će letjeti dalje. Ako ste vi Superman, a lopta je raketni motor, ona neće pasti na tlo, već će letjeti oko nje i nastaviti rotirati, postepeno ulazeći u orbitu.

Mikrogravitacija pretpostavlja da ljudi unutar broda nisu u zraku - oni padaju s broda, koji zauzvrat pada oko Zemlje.

Budući da je gravitacija sila privlačenja između dvije mase, ostajemo na površini Zemlje kada hodamo po njoj, umjesto da lebdimo u nebo. U ovom slučaju, cijela masa Zemlje privlači masu naših tijela u svoj centar.

Kada brodovi odu u orbitu, oni slobodno plutaju u svemiru. Oni su i dalje podložni gravitacijskom privlačenju Zemlje, ali brod i objekti ili putnici u njemu podložni su gravitaciji na isti način. Postojeći uređaji nisu dovoljno masivni da bi stvorili uočljivu privlačnost, pa ljudi i predmeti u njima ne stoje na podu, već „lebde“ u zraku.

Kako stvoriti umjetnu gravitaciju

Veštačka gravitacija kao takva ne postoji; da bi je stvorio čovek treba da nauči sve o prirodnoj gravitaciji. U naučnoj fantastici postoji koncept simulacije gravitacije: omogućava posadi svemirskih brodova da hoda po palubi i objektima da stoje na njoj.

U teoriji, postoje dva načina za stvaranje simulirane gravitacije, a nijedan od njih još uvijek nije korišten u stvarnom životu. Prvi je upotreba centripetalne sile za simulaciju gravitacije. Brod ili stanica moraju biti konstrukcija nalik točku koja se sastoji od nekoliko segmenata koji se stalno rotiraju.

Prema ovom konceptu, centripetalno ubrzanje uređaja, gurajući module prema centru, stvoriće privid gravitacije ili uslove slične onima na Zemlji. Ovaj koncept je demonstriran u filmovima Stanleya Kubricka 2001: Odiseja u svemiru i Interstellar Christophera Nolana.

Koncept uređaja koji stvara centripetalno ubrzanje kako bi simulirao gravitaciju

Autorom ovog projekta smatra se njemački raketni naučnik i inženjer Wernher von Braun, koji je vodio razvoj rakete Saturn 5, koja je dopremila posadu Apolla 11 i nekoliko drugih vozila s ljudskom posadom na Mjesec.

Kao direktor NASA-inog centra za svemirske letove Marshall, von Braun je popularizirao ideju ruskog naučnika Konstantina Ciolkovskog o stvaranju toroidalne svemirske stanice zasnovane na dizajnu čvorišta koji podsjeća na točak bicikla. Ako se kotač rotira u prostoru, tada inercija i centrifugalna sila mogu stvoriti neku vrstu umjetne gravitacije koja vuče predmete prema vanjskom obodu točka. Ovo će omogućiti ljudima i robotima da hodaju po podu, kao na Zemlji, umjesto da lebde u zraku, kao na ISS-u.

Međutim, ova metoda ima značajne nedostatke: što je svemirska letjelica manja, to se mora brže rotirati - to će dovesti do pojave takozvane Cornolisove sile, u kojoj će na tačke koje se nalaze dalje od centra gravitacija jače utjecati od onih bliže tome. Drugim riječima, gravitacija će biti jača na glavama astronauta nego na nogama, što im se neće svidjeti.

Da bi se izbjegao ovaj efekat, veličina broda mora biti nekoliko puta veća od veličine nogometnog igrališta - stavljanje takvog uređaja u orbitu bit će izuzetno skupo, s obzirom na to da cijena jednog kilograma tereta prilikom komercijalnog lansiranja varira od 1,5 hiljada dolara na 3 hiljade dolara.

Druga metoda stvaranja simulacije gravitacije je praktičnija, ali i izuzetno skupa – govorimo o metodi ubrzanja. Ako brod prvo ubrza na određenom segmentu puta, a zatim se okrene i počne usporavati, tada će nastati učinak umjetne gravitacije.

Za implementaciju ove metode bit će potrebne ogromne rezerve goriva - činjenica je da motori moraju raditi gotovo neprekidno, s izuzetkom kratke pauze usred putovanja - za vrijeme okretanja broda.

Pravi primjeri

Uprkos visokim troškovima lansiranja svemirskih letelica koje simuliraju gravitaciju, kompanije širom sveta pokušavaju da izgrade takve brodove i stanice.

Fondacija Gateway, istraživačka fondacija koja planira izgraditi rotirajuću stanicu u Zemljinoj orbiti, pokušava implementirati Von Braunov koncept. Pretpostavlja se da će se kapsule nalaziti po obodu točka, koje mogu kupiti javne i privatne avio kompanije za istraživanje. Neke kapsule će se prodavati kao vile najbogatijim stanovnicima svijeta, dok će se druge koristiti kao hoteli za svemirske turiste. predstavio koncept rotirajuće svemirske letjelice s modulima na naduvavanje, Nautilus-X, koji bi smanjio efekte mikrogravitacije na naučnike ukrcan.

Pretpostavljalo se da će projekat koštati samo 3,7 milijardi dolara - vrlo malo za takve uređaje - i da će za njegovu izgradnju biti potrebno 64 mjeseca. Međutim, Nautilus-X se nikada nije pomaknuo dalje od početnih crteža i prijedloga.

Zaključak

Za sada je najvjerovatniji način da se dobije simulirana gravitacija koja će zaštititi brod od efekata ubrzanja i osigurati stalnu gravitaciju bez potrebe za stalnim korištenjem motora je detekcija čestice negativne mase. Svaka čestica i antičestica koju su naučnici ikada otkrili ima pozitivnu masu. Poznato je da su negativna masa i gravitaciona masa jedna drugoj jednake, ali do sada istraživači to znanje nisu uspjeli dokazati u praksi.

Istraživači u eksperimentu ALPHA u CERN-u već su stvorili antivodonik - stabilan oblik neutralne antimaterije - i rade na tome da ga izoluju od svih ostalih čestica pri vrlo malim brzinama. Ako naučnici to uspiju, vjerovatno je da će u bliskoj budućnosti umjetna gravitacija postati stvarnija nego što je sada.

Dugogodišnji svemirski letovi, istraživanje drugih planeta, o čemu su ranije pisali pisci naučne fantastike Isak Asimov, Stanislav Lem, Aleksandar Beljajev i drugi, zahvaljujući znanju će postati potpuno moguća stvarnost. Budući da ćemo ponovnim stvaranjem Zemljine gravitacije moći izbjeći negativne posljedice mikrogravitacije (betežinski) za čovjeka (atrofija mišića, senzorni, motorički i autonomni poremećaji). Odnosno, gotovo svako ko želi može otići u svemir, bez obzira na fizičke karakteristike svog tijela. Istovremeno, vaš boravak na brodu postat će ugodniji. Ljudi će moći koristiti postojeće uređaje i objekte koji su im poznati (na primjer, tuš, WC).

Na Zemlji je nivo gravitacije određen ubrzanjem gravitacije, u prosjeku jednako 9,81 m/s 2 („preopterećenje“ 1 g), dok je u svemiru, u uslovima bestežinskog stanja, otprilike 10 -6 g. K.E. Ciolkovsky je naveo analogije između osjećaja tjelesne težine kada je uronjen u vodu ili leži u krevetu sa stanjem bestežinskog stanja u svemiru.

“Zemlja je kolevka uma, ali ne možete večno živeti u kolevci.”
“Svijet bi trebao biti još jednostavniji.”
Konstantin Tsiolkovsky

Zanimljivo je da će za gravitacionu biologiju sposobnost stvaranja različitih gravitacionih uslova biti pravi proboj. Biće moguće proučavati: kako se menja struktura, funkcije na mikro i makro nivou, obrasci pod gravitacionim uticajima različitih veličina i pravaca. Ova otkrića će zauzvrat pomoći u razvoju prilično novog smjera - gravitacijske terapije. Razmatra se mogućnost i efikasnost korištenja promjena gravitacije (povećane u odnosu na Zemljinu) za liječenje. Osjećamo povećanje gravitacije, kao da je tijelo postalo malo teže. Danas se provode istraživanja o upotrebi gravitacione terapije za hipertenziju, kao i za restauraciju koštanog tkiva kod fraktura.

(vještačka gravitacija) u većini slučajeva se zasnivaju na principu ekvivalencije sila inercije i gravitacije. Princip ekvivalencije kaže da osjećamo približno isto ubrzanje kretanja bez razlikovanja uzroka koji ga je izazvao: gravitacije ili inercijalne sile. U prvoj verziji, ubrzanje nastaje zbog uticaja gravitacionog polja, u drugoj, zbog ubrzanja kretanja neinercijalnog referentnog sistema (sistema koji se kreće ubrzano) u kojem se osoba nalazi. Na primjer, sličan učinak inercijskih sila doživljava osoba u liftu (neinercijalni referentni okvir) prilikom naglog dizanja (uz ubrzanje, osjećaj kao da je tijelo postalo teže na nekoliko sekundi) ili kočenja (osećaj da se pod udaljava ispod nogu). Sa stanovišta fizike: kada se lift diže prema gore, ubrzanje kretanja kabine dodaje se ubrzanju slobodnog pada u neinercijskom sistemu. Kada se uspostavi ravnomjerno kretanje, nestaje "dobitak" na težini, odnosno vraća se uobičajeni osjećaj tjelesne težine.

Danas, kao i prije skoro 50 godina, centrifuge se koriste za stvaranje umjetne gravitacije (centrifugalno ubrzanje se koristi kada se rotiraju svemirski sistemi). Jednostavno rečeno, tokom rotacije svemirske stanice oko svoje ose, doći će do centrifugalnog ubrzanja, koje će osobu "gurnuti" od centra rotacije i kao rezultat toga će astronaut ili drugi objekti moći da se nalaze na " sprat”. Da bismo bolje razumjeli ovaj proces i s kojim se poteškoćama suočavaju naučnici, pogledajmo formulu koja određuje centrifugalnu silu pri rotaciji centrifuge:

F=m*v 2 *r, gdje je m masa, v linearna brzina, r udaljenost od centra rotacije.

Linearna brzina je jednaka: v=2π*rT, gdje je T broj okretaja u sekundi, π ≈3,14…

Odnosno, što se letjelica brže rotira, a što je astronaut udaljeniji od centra, to će stvorena umjetna gravitacija biti jača.

Pažljivo pogledavši figuru, možemo primijetiti da će se s malim radijusom sila gravitacije za glavu i noge osobe značajno razlikovati, što će zauzvrat otežati kretanje.

Kada se astronaut kreće u smjeru rotacije, javlja se Coriolisova sila. U ovom slučaju postoji velika vjerovatnoća da će osoba stalno imati mučninu. Ovo se može zaobići ako se brod rotira frekvencijom rotacije od 2 okretaja u minuti, što stvara silu umjetne gravitacije od 1g (kao na Zemlji). Ali radijus će biti 224 metra (otprilike ¼ kilometra, ova udaljenost je slična visini zgrade od 95 spratova ili dužini dva velika stabla sekvoja). Odnosno, teoretski je moguće izgraditi orbitalnu stanicu ili svemirski brod ove veličine. Ali u praksi, to zahtijeva značajne troškove resursa, truda i vremena, što u kontekstu približavanja globalnih kataklizmi (vidi izvještaj ) humanije usmjeriti na stvarnu pomoć onima kojima je potrebna.

Zbog nemogućnosti ponovnog kreiranja potrebnog nivoa gravitacije za osobu na orbitalnoj stanici ili svemirskom brodu, naučnici su odlučili da prouče mogućnost "spuštanja postavljene letvice", odnosno stvaranja sile gravitacije manje od one na Zemlji. Što sugeriše da više od pola veka istraživanja nije bilo moguće dobiti zadovoljavajuće rezultate. Ovo nije iznenađujuće jer u eksperimentima nastoje da stvore uslove pod kojima bi sila inercije ili drugi imali efekat sličan efektu gravitacije na Zemlji. Odnosno, ispada da umjetna gravitacija, u stvari, nije gravitacija.

Danas u nauci postoje samo teorije o tome šta je gravitacija, od kojih se većina zasniva na teoriji relativnosti. Štaviše, nijedna od njih nije potpuna (ne objašnjava tijek, rezultate bilo kakvih eksperimenata pod bilo kojim uvjetima, a osim toga, ponekad nije u skladu s drugim fizičkim teorijama potvrđenim eksperimentalno). Nema jasnog znanja i razumijevanja: šta je gravitacija, kako je gravitacija povezana sa prostorom i vremenom, od kojih se čestica sastoji i koja su njihova svojstva. Odgovori na ova i mnoga druga pitanja mogu se pronaći upoređivanjem informacija iz knjige „Ezoosmos” A. Novykha i izvještaja PRIMORDIAL ALLATRA PHYSICS. nudi potpuno novi pristup koji se zasniva na osnovnom poznavanju osnovnih principa fizike fundamentalne čestice, obrasci njihove interakcije. Odnosno, na osnovu dubokog razumijevanja suštine gravitacijskog procesa i, kao posljedica toga, mogućnosti tačnih proračuna za ponovno kreiranje bilo koje vrijednosti gravitacijskih uslova kako u svemiru tako i na Zemlji (gravitacijska terapija), predviđajući rezultate zamislivih i nezamislivih eksperimenata koje izvode i čovjek i priroda.

PRIMORDIALNA ALLATRA FIZIKA je mnogo više od fizike. Otvara moguća rješenja za probleme bilo koje složenosti. Ali što je najvažnije, zahvaljujući poznavanju procesa koji se odvijaju na nivou čestica i stvarnih akcija, svaka osoba može razumjeti smisao svog života, razumjeti kako sistem funkcionira i steći praktično iskustvo u kontaktu s duhovnim svijetom. Shvatiti globalnost i primat Duhovnog, izaći iz okvira/šablona ograničenja svijesti, izvan granica sistema, pronaći Istinsku Slobodu.

“Kao što kažu, kada imate univerzalne ključeve u rukama (znanje o osnovama elementarnih čestica), možete otvoriti bilo koja vrata (mikro- i makrosvijeta).”

„U takvim uslovima moguć je kvalitativno novi prelazak civilizacije u glavni tok duhovnog samorazvoja, širokog naučnog saznanja o svetu i sebi.

“Sve što tišti čovjeka na ovom svijetu, od opsesivnih misli, agresivnih emocija pa do stereotipnih želja egoističnog potrošača ‒ ovo je rezultat nečijeg izbora u korist septonskog polja‒ materijalno inteligentni sistem koji rutinski eksploatiše čovečanstvo. Ali ako osoba slijedi izbor svog duhovnog početka, tada stiče besmrtnost. I u tome nema religije, ali postoji znanje o fizici, njenim iskonskim osnovama.”

Elena Fedorova

B.V. Rauschenbach, Koroljevov saborac, pričao je o tome kako je došao na ideju da stvori umjetnu gravitaciju na svemirskom brodu: krajem zime 1963. glavni konstruktor, koji je čistio stazu od snijega u blizini njegove kuće u Ostankinskoj ulici, imao je bogojavljenje, moglo bi se reći. Ne čekajući ponedeljak, pozvao je Raušenbaha, koji je živeo u blizini, i ubrzo su zajedno počeli da "krče put" u svemir za duge letove.
Ideja se, kao što se često dešava, pokazala jednostavnom; mora biti jednostavno, inače ništa ne može uspjeti u praksi.

Za kompletiranje slike. Mart 1966, Amerikanci na Blizancima 11:

U 11:29 ujutro, Gemini 11 se odvezao od Agene. Sada počinje zabava: kako će se ponašati dva objekta povezana kablom? Konrad je u početku pokušao da vezu uvede u gravitacionu stabilizaciju - tako da raketa visi ispod, brod iznad i kabl zategnut.
Međutim, nije bilo moguće udaljiti se 30 m bez izazivanja jakih vibracija. U 11:55 prešli smo na drugi dio eksperimenta – “vještačka gravitacija”. Conrad je uveo ligament u rotaciju; U početku se kabel protezao duž zakrivljene linije, ali nakon 20 minuta se ispravio i rotacija je postala sasvim ispravna. Conrad je povećao brzinu na 38°/min, a nakon večere na 55°/min, stvarajući težinu od 0,00078 g. Niste ga mogli osjetiti "na dodir", ali stvari su se polako složile na dno kapsule. U 14:42, nakon tri sata rotacije, klin je odbačen, a Gemini se udaljio od rakete.

Čak je i osoba koju ne zanima svemir barem jednom pogledala film o svemirskim putovanjima ili pročitala o takvim stvarima u knjigama. U skoro svim ovakvim radovima ljudi hodaju po brodu, spavaju normalno i nemaju problema s jelom. To znači da ovi - izmišljeni - brodovi imaju umjetnu gravitaciju. Većina gledatelja ovo doživljava kao nešto sasvim prirodno, ali to uopće nije tako.

Umjetna gravitacija

Ovo je naziv za promjenu (u bilo kojem smjeru) gravitacije koja nam je poznata korištenjem različitih metoda. I to se ne radi samo u naučnofantastičnim djelima, već iu vrlo stvarnim zemaljskim situacijama, najčešće za eksperimente.

U teoriji, stvaranje umjetne gravitacije ne izgleda tako teško. Na primjer, može se rekreirati pomoću inercije, tačnije, potreba za ovom silom nije se pojavila jučer - to se dogodilo odmah, čim je osoba počela sanjati o dugotrajnim svemirskim letovima. Stvaranje umjetne gravitacije u svemiru omogućit će izbjegavanje mnogih problema koji nastaju tokom dužih perioda bestežinskog stanja. Mišići astronauta slabe, a kosti postaju manje jake. Putovanje u takvim uslovima mjesecima može uzrokovati atrofiju nekih mišića.

Dakle, danas je stvaranje umjetne gravitacije zadatak od najveće važnosti, bez te vještine to je jednostavno nemoguće.

Materijal

Čak i oni koji poznaju fiziku samo na nivou školskog programa razumiju da je gravitacija jedan od osnovnih zakona našeg svijeta: sva tijela međusobno djeluju, doživljavajući međusobnu privlačnost/odbijanje. Što je tijelo veće, to je veća njegova gravitacijska sila.

Zemlja je za našu stvarnost veoma masivan objekat. Zato je privlače sva tijela oko nje, bez izuzetka.

Za nas to znači, koje se obično mjeri u g, jednako 9,8 metara po kvadratnoj sekundi. To znači da bismo bez oslonca pod nogama pali brzinom koja se svake sekunde povećava za 9,8 metara.

Dakle, samo zahvaljujući gravitaciji možemo normalno stajati, pasti, jesti i piti, razumjeti gdje je gore, a gdje dolje. Ako gravitacija nestane, naći ćemo se u bestežinskom stanju.

Kosmonautima koji se nađu u svemiru u stanju letenja - slobodnog pada - ovaj fenomen je posebno poznat.

Teoretski, naučnici znaju kako stvoriti umjetnu gravitaciju. Postoji nekoliko metoda.

Velika masa

Najlogičnija opcija je učiniti ga toliko velikim da se na njemu pojavi umjetna gravitacija. Na brodu ćete se moći osjećati ugodno, jer se orijentacija u prostoru neće izgubiti.

Nažalost, ova metoda je nerealna s razvojem moderne tehnologije. Za izgradnju takvog objekta potrebno je previše resursa. Osim toga, njegovo podizanje zahtijevalo bi nevjerovatnu količinu energije.

Ubrzanje

Čini se da ako želite postići g jednak onome na Zemlji, samo trebate dati brodu ravan (platformski) oblik i natjerati ga da se kreće okomito na ravninu s potrebnim ubrzanjem. Na taj način će se dobiti vještačka gravitacija, i to idealna gravitacija.

Međutim, u stvarnosti je sve mnogo komplikovanije.

Prije svega, vrijedi razmotriti pitanje goriva. Da bi stanica stalno ubrzavala, potrebno je imati neprekidno napajanje. Čak i ako se iznenada pojavi motor koji ne izbacuje materiju, zakon održanja energije će ostati na snazi.

Drugi problem je sama ideja stalnog ubrzanja. Prema našem znanju i fizičkim zakonima, nemoguće je ubrzavati u nedogled.

Osim toga, takvo vozilo nije prikladno za istraživačke misije, jer mora stalno ubrzavati - letjeti. Neće moći da stane da bi proučavao planetu, neće moći čak ni da je polako obleti – mora da ubrza.

Dakle, postaje jasno da nam takva umjetna gravitacija još nije dostupna.

Carousel

Svi znaju kako rotacija vrtuljka utječe na tijelo. Stoga se čini da je uređaj s umjetnom gravitacijom zasnovan na ovom principu najrealniji.

Sve što je unutar prečnika vrtuljka ima tendenciju da ispadne iz njega brzinom približno jednakom brzini rotacije. Ispostavilo se da na tijela djeluje sila usmjerena duž polumjera rotirajućeg objekta. Vrlo je sličan gravitaciji.

Dakle, potreban je brod cilindričnog oblika. Istovremeno, mora se rotirati oko svoje ose. Inače, umjetna gravitacija na svemirskom brodu, stvorena po ovom principu, često se demonstrira u naučnofantastičnim filmovima.

Brod u obliku bačve, rotirajući oko svoje uzdužne ose, stvara centrifugalnu silu čiji smjer odgovara polumjeru objekta. Da biste izračunali rezultirajuće ubrzanje, morate podijeliti silu s masom.

U ovoj formuli, rezultat proračuna je ubrzanje, prva varijabla je čvorna brzina (mjerena u radijanima u sekundi), druga je radijus.

Prema tome, da bismo dobili g na koji smo navikli, potrebno je pravilno kombinirati radijus svemirskog transporta.

Sličan problem naglašen je u filmovima kao što su Intersolah, Babilon 5, 2001: Odiseja u svemiru i sl. U svim ovim slučajevima, umjetna gravitacija je bliska Zemljinom ubrzanju zbog gravitacije.

Koliko god ideja bila dobra, prilično ju je teško realizirati.

Problemi sa metodom vrteške

Najočigledniji problem je istaknut u Odiseji u svemiru. Radijus "svemirskog nosača" je oko 8 metara. Da bi se dobilo ubrzanje od 9,8, rotacija se mora odvijati brzinom od približno 10,5 okretaja svake minute.

Na ovim vrijednostima pojavljuje se "Coriolisov efekat", koji se sastoji u tome da različite sile djeluju na različitim udaljenostima od poda. To direktno zavisi od ugaone brzine.

Ispostavilo se da će se u svemiru stvoriti umjetna gravitacija, ali prebrzo rotiranje tijela će dovesti do problema s unutrašnjim uhom. To pak uzrokuje poremećaj ravnoteže, probleme s vestibularnim aparatom i druge - slične - poteškoće.

Pojava ove prepreke sugerira da je takav model krajnje neuspješan.

Možete pokušati ići od suprotnog, kao što su to učinili u romanu “Svijet prstenova”. Ovdje je brod napravljen u obliku prstena, čiji je polumjer blizak poluprečniku naše orbite (oko 150 miliona km). Na ovoj veličini, njegova brzina rotacije je dovoljna da zanemari Coriolisov efekat.

Možete pretpostaviti da je problem riješen, ali to uopće nije slučaj. Činjenica je da puna revolucija ove strukture oko svoje ose traje 9 dana. To sugerira da će opterećenja biti prevelika. Da bi ih konstrukcija izdržala potreban je vrlo čvrst materijal kojim danas nemamo na raspolaganju. Uz to, problem je i količina materijala i sam proces izgradnje.

U igricama slične tematike, kao u filmu "Babylon 5", ovi problemi su nekako riješeni: brzina rotacije je sasvim dovoljna, Coriolisov efekat nije značajan, hipotetički je moguće napraviti takav brod.

Međutim, čak i takvi svjetovi imaju nedostatak. Njegovo ime je ugaoni moment.

Brod se, rotirajući oko svoje ose, pretvara u ogroman žiroskop. Kao što znate, izuzetno je teško natjerati žiroskop da odstupi od svoje ose zbog činjenice da je važno da njegova količina ne napusti sistem. To znači da će biti vrlo teško dati smjer ovom objektu. Međutim, ovaj problem se može riješiti.

Rješenje

Umjetna gravitacija na svemirskoj stanici postaje dostupna kada O'Neill cilindar priskoči u pomoć. Za kreiranje ovog dizajna potrebni su identični cilindrični brodovi, koji su povezani duž osi. Trebali bi se rotirati u različitim smjerovima. Rezultat takvog sklopa je nula ugaonog momenta, tako da ne bi trebalo biti poteškoća u davanju broda u traženom smjeru.

Ako je moguće napraviti brod sa radijusom od oko 500 metara, onda će raditi tačno kako treba. Istovremeno, umjetna gravitacija u svemiru bit će prilično udobna i pogodna za duge letove na brodovima ili istraživačkim stanicama.

Space Engineers

Kreatori igre znaju kako stvoriti umjetnu gravitaciju. Međutim, u ovom svijetu mašte, gravitacija nije uzajamno privlačenje tijela, već linearna sila dizajnirana da ubrza objekte u datom smjeru. Privlačnost ovdje nije apsolutna; mijenja se kada se izvor preusmjeri.

Umjetna gravitacija na svemirskoj stanici se stvara korištenjem posebnog generatora. Ujednačen je i jednakosmjeran u opsegu generatora. Dakle, u stvarnom svijetu, ako ste ušli ispod broda s instaliranim generatorom, bili biste povučeni prema trupu. Međutim, u igri će heroj pasti sve dok ne napusti perimetar uređaja.

Danas je čovječanstvu nedostupna umjetna gravitacija u svemiru stvorena takvim uređajem. Međutim, čak ni sjedokosi programeri ne prestaju sanjati o tome.

Sferni generator

Ovo je realističnija opcija opreme. Kada je instaliran, gravitacija je usmjerena prema generatoru. To omogućava stvaranje stanice čija će gravitacija biti jednaka planetarnoj.

Centrifuga

Danas se umjetna gravitacija na Zemlji nalazi u raznim uređajima. Oni se uglavnom zasnivaju na inerciji, jer tu silu osjećamo na sličan način kao i gravitacijski utjecaj - tijelo ne razlikuje koji uzrok uzrokuje ubrzanje. Na primjer: osoba koja se penje u liftu doživljava utjecaj inercije. Očima fizičara: podizanje lifta dodaje ubrzanje kabine ubrzanju slobodnog pada. Kada se kabina vrati u izmjereno kretanje, "dobitak" u težini nestaje, vraćajući uobičajene senzacije.

Naučnici su dugo bili zainteresovani za veštačku gravitaciju. U te svrhe najčešće se koristi centrifuga. Ova metoda je pogodna ne samo za svemirske letjelice, već i za zemaljske stanice gdje je potrebno proučavati efekte gravitacije na ljudsko tijelo.

Učite na Zemlji, prijavite se u...

Iako je proučavanje gravitacije počelo u svemiru, to je vrlo zemaljska nauka. I danas je napredak u ovoj oblasti našao svoju primjenu, na primjer, u medicini. Znajući da li je moguće stvoriti umjetnu gravitaciju na planeti, ona se može koristiti za liječenje problema s mišićno-koštanim ili nervnim sistemom. Štaviše, proučavanje ove sile provodi se prvenstveno na Zemlji. To omogućava astronautima da sprovode eksperimente dok su pod strogom pažnjom lekara. Umjetna gravitacija u svemiru je druga stvar, tamo nema ljudi koji mogu pomoći astronautima u slučaju nepredviđene situacije.

Imajući u vidu potpunu bestežinsko stanje, ne može se uzeti u obzir satelit koji se nalazi u niskoj orbiti Zemlje. Na ove objekte, iako u maloj mjeri, utječe gravitacija. Sila gravitacije koja nastaje u takvim slučajevima naziva se mikrogravitacija. Prava gravitacija se doživljava samo u vozilu koje leti konstantnom brzinom u svemiru. Međutim, ljudsko tijelo ne osjeća ovu razliku.

Možete doživjeti bestežinsko stanje tokom skoka u dalj (prije nego što se nadstrešnica otvori) ili tokom paraboličnog spuštanja aviona. Takvi eksperimenti se često izvode u SAD-u, ali u avionu ovaj osjećaj traje samo 40 sekundi - ovo je prekratko za potpunu studiju.

U SSSR-u su još 1973. znali da li je moguće stvoriti umjetnu gravitaciju. I ne samo da su ga stvorili, već su ga i na neki način promijenili. Upečatljiv primjer umjetnog smanjenja gravitacije je suho uranjanje, uranjanje. Da biste postigli željeni efekat, potrebno je postaviti debeli film na površinu vode. Osoba je postavljena na njega. Pod težinom tijela tijelo tone pod vodom, ostavljajući samo glavu na vrhu. Ovaj model pokazuje okruženje niske gravitacije bez podrške koje karakteriše okean.

Nema potrebe ići u svemir da biste iskusili suprotnu silu bestežinskog stanja - hipergravitaciju. Kada svemirska letjelica poleti i sleti u centrifugu, preopterećenje se može ne samo osjetiti, već i proučavati.

Tretman gravitacijom

Gravitaciona fizika takođe proučava efekte bestežinskog stanja na ljudsko telo, pokušavajući da minimizira posledice. Međutim, veliki broj dostignuća ove nauke može biti od koristi i običnim stanovnicima planete.

Doktori polažu velike nade u istraživanje ponašanja mišićnih enzima kod miopatije. Ovo je ozbiljna bolest koja vodi do rane smrti.

Tijekom aktivnog fizičkog vježbanja, u krv zdrave osobe ulazi velika količina enzima kreatin fosfokinaze. Razlog za ovu pojavu je nejasan; možda opterećenje utječe na ćelijsku membranu na način da ona postane "rupasta". Pacijenti s miopatijom imaju isti učinak bez vježbanja. Promatranja astronauta pokazuju da je u bestežinskom stanju protok aktivnog enzima u krv značajno smanjen. Ovo otkriće sugerira da će korištenje imerzije smanjiti negativan utjecaj faktora koji dovode do miopatije. Trenutno se izvode eksperimenti na životinjama.

Liječenje nekih bolesti se već provodi korištenjem podataka dobivenih proučavanjem gravitacije, uključujući i umjetnu gravitaciju. Na primjer, liječenje cerebralne paralize, moždanog udara i Parkinsonove bolesti provodi se korištenjem odijela za stres. Istraživanje pozitivnih efekata potpore, pneumatske cipele, skoro je završeno.

Hoćemo li letjeti na Mars?

Najnovija dostignuća astronauta daju nadu u realnost projekta. Postoji iskustvo u pružanju medicinske podrške osobi tokom dugog boravka daleko od Zemlje. Istraživački letovi na Mjesec, čija je gravitacijska sila 6 puta manja od naše, također su donijeli mnogo koristi. Sada astronauti i naučnici sebi postavljaju novi cilj - Mars.

Prije nego što stanete u red za kartu za Crvenu planetu, trebali biste znati šta čeka tijelo već u prvoj fazi rada - na putu. U prosjeku, put do pustinjske planete trajat će godinu i po dana - oko 500 dana. Na putu ćete se morati osloniti samo na vlastite snage, pomoć jednostavno nema gdje čekati.

Mnogi faktori će potkopati vašu snagu: stres, zračenje, nedostatak magnetnog polja. Najvažniji test za tijelo je promjena gravitacije. Tokom putovanja, osoba će se „upoznati“ sa nekoliko nivoa gravitacije. Prije svega, to su preopterećenja prilikom polijetanja. Zatim - bestežinsko stanje tokom leta. Nakon ovoga - hipogravitacija na odredištu, pošto je gravitacija na Marsu manja od 40% Zemljine.

Kako se nosite s negativnim efektima bestežinskog stanja na dugom letu? Nadamo se da će razvoj u oblasti umjetne gravitacije pomoći u rješavanju ovog problema u bliskoj budućnosti. Eksperimenti na pacovima koji putuju na Cosmos 936 pokazuju da ova tehnika ne rješava sve probleme.

Iskustvo OS je pokazalo da korištenje kompleksa za obuku koji mogu odrediti potrebno opterećenje za svakog astronauta pojedinačno može donijeti mnogo veće koristi za tijelo.

Za sada se veruje da na Mars neće leteti samo istraživači, već i turisti koji žele da osnuju koloniju na Crvenoj planeti. Za njih će, barem po prvi put, osjećaji u bestežinskom stanju nadjačati sve argumente ljekara o opasnostima dužeg boravka u takvim uslovima. Međutim, za nekoliko sedmica i njima će biti potrebna pomoć, zbog čega je toliko važno pronaći način za stvaranje umjetne gravitacije na svemirskom brodu.

Rezultati

Koji se zaključci mogu izvući o stvaranju umjetne gravitacije u svemiru?

Među svim opcijama koje se trenutno razmatraju, rotirajuća struktura izgleda najrealnije. Međutim, sa trenutnim razumijevanjem fizičkih zakona, to je nemoguće, jer brod nije šuplji cilindar. Unutra postoje preklapanja koja ometaju implementaciju ideja.

Osim toga, radijus broda mora biti toliko velik da Coriolisov efekat nema značajan učinak.

Da biste kontrolirali nešto poput ovoga, potreban vam je gore spomenuti O'Neill cilindar, koji će vam dati mogućnost upravljanja brodom. U ovom slučaju povećavaju se šanse za korištenje takvog dizajna za međuplanetarne letove, dok se posadi pruža udoban nivo gravitacije.

Prije nego što čovječanstvo uspije ostvariti svoje snove, želio bih vidjeti malo više realizma i još više znanja o zakonima fizike u naučnofantastičnim djelima.

Tekst rada je objavljen bez slika i formula.
Puna verzija rada dostupna je na kartici "Radni fajlovi" u PDF formatu

Ciljevi i zadaci studije

Svrha mog istraživačkog rada je da razmotri takvu fundamentalnu interakciju kao što je gravitacija, njeni fenomeni i problem naseljavanja svemira sa veštačkom gravitacijom, da razmotri karakteristike upotrebe različitih tipova motora za stvaranje veštačke gravitacije, da razvije ideje o životu u svemiru. u uslovima veštačke gravitacije i za rešavanje problema koji nastaju prilikom kreiranja ovog projekta, integracija patenata naprednih tehnologija za rešavanje problema veštačke gravitacije.

Relevantnost istraživanja.

Svemirska naselja su vrsta svemirske stanice u kojoj bi osoba mogla živjeti duži vremenski period ili čak cijeli život. Da biste stvorili takva naselja, morate razmisliti o svim potrebnim uvjetima za optimalnu životnu aktivnost - sustav za održavanje života, umjetnu gravitaciju, zaštitu od svemirskih utjecaja itd. I iako je prilično teško implementirati sve uslove, brojni pisci naučne fantastike i inženjeri već su kreirali nekoliko projekata koji će, možda, u budućnosti stvoriti nevjerovatna svemirska naselja.

Značaj i novina istraživanja.

Umjetna gravitacija je perspektivno područje za istraživanja, jer će omogućiti dugotrajan boravak u svemiru i mogućnost svemirskih letova na velike udaljenosti. Izgradnja svemirskih naselja mogla bi obezbijediti sredstva za dalja istraživanja; Ako pokrenemo program svemirskog turizma, što će biti veoma skupo zadovoljstvo, svemirske korporacije će dobiti dodatni tok finansiranja, a istraživanja će se moći obavljati u svim pravcima, bez ograničenja mogućnosti.

Gravitacija. Gravitacioni fenomeni. Gravitacija.

Gravitacija je jedna od četiri vrste fundamentalnih interakcija, ili drugim riječima - takva privlačna sila usmjerena prema centru mase bilo kojeg objekta i centru mase skupa objekata; što je veća masa, veća je i gravitacija. Kako se udaljavate od objekta, sila privlačenja prema njemu teži nuli, ali u idealnim uslovima nikada ne nestaje. To jest, ako zamislimo apsolutni vakuum bez ijedne dodatne čestice bilo kakvog porijekla, tada će u ovom prostoru svi objekti koji imaju čak i beskonačno malu masu, u odsustvu bilo kakvih drugih vanjskih sila, biti privučeni jedan drugom na bilo kojoj beskonačno udaljenoj razdaljina.

Pri malim brzinama gravitaciju opisuje Njutnova mehanika. A pri brzinama uporedivim sa brzinom svjetlosti, gravitacijske pojave opisuje SRT

A. Einstein.

U okviru Njutnove mehanike, gravitacija je opisana zakonom univerzalne gravitacije, koji kaže da se dva tačkasta (ili sferna) tela privlače jedno prema drugom silom koja je direktno proporcionalna proizvodu masa ovih tela, obrnuto proporcionalnom kvadrat udaljenosti između njih i koji djeluje duž prave linije koja povezuje ova tijela.

U aproksimaciji velikih brzina, gravitacija se objašnjava specijalnom relativnošću, koja ima dva postulata:

Ajnštajnov princip relativnosti, koji kaže da se prirodne pojave podjednako javljaju u svim inercijalnim referentnim okvirima.

Načelo konstantnosti brzine svjetlosti, koje kaže da je brzina svjetlosti u vakuumu konstantna (u suprotnosti je sa zakonom sabiranja brzina).

Da bi se opisala gravitacija, razvijeno je posebno proširenje teorije relativnosti, koje dozvoljava zakrivljenost prostor-vremena. Međutim, dinamika čak i u okviru STR može uključivati gravitacionu interakciju, sve dok je potencijal gravitacionog polja mnogo manji. Takođe treba napomenuti da STR prestaje da radi na skali čitavog Univerzuma, zahtevajući zamenu za GRT.

Gravitacioni fenomeni.

Najupečatljiviji gravitacijski fenomen je privlačnost. Postoji i još jedan fenomen povezan sa gravitacijom - bestežinsko stanje.

Zahvaljujući gravitacionim silama, hodamo po zemlji, a naša planeta postoji, kao i ceo Univerzum. Ali šta će se dogoditi ako napustimo planetu? Doživjet ćemo jedan od najsjajnijih gravitacijskih fenomena - bestežinsko stanje. Bestežinsko stanje je stanje tijela u kojem na njega ne djeluju druge sile osim gravitacijskih ili se te sile kompenziraju.

Astronauti koji borave na ISS-u su u bestežinskom stanju, što negativno utiče na njihovo zdravlje. Prilikom prelaska iz stanja Zemljine gravitacije u uslove bestežinskog stanja (prvenstveno, kada letjelica uđe u orbitu), većina astronauta doživljava reakciju organizma koja se naziva sindrom adaptacije prostora. Kada osoba boravi u svemiru duže (više od nedelju dana), nedostatak gravitacije počinje da izaziva određene promene u telu koje su negativne. Prva i najočitija posljedica bestežinskog stanja je brza atrofija mišića: mišići su zapravo isključeni iz ljudske aktivnosti, zbog čega se sve fizičke karakteristike tijela pogoršavaju. Osim toga, posljedica naglog smanjenja aktivnosti mišićnog tkiva je smanjenje potrošnje kisika u tijelu, a zbog nastalog viška hemoglobina može se smanjiti aktivnost koštane srži koja ga sintetiše. Također postoji razlog za vjerovanje da ograničena pokretljivost remeti metabolizam fosfora u kostima, što dovodi do smanjenja njihove snage.

Da bi se riješili negativnih efekata bestežinskog stanja potrebno je stvoriti umjetnu gravitaciju u svemiru.

Umjetna gravitacija i svemirska naselja. Rano istraživanje 20. stoljeća.

Ciolkovsky je predložio teoriju eteričkih naselja, koja su torus koji se polako rotira oko svoje ose. Ali u to vrijeme su takve ideje bile utopija i svi njegovi projekti ostali su u skicama.

Prvi razvijeni projekat predložio je austrijski naučnik Herman Nordrung 1928. To je također bila stanica u obliku torusa, uključujući stambene module, generator energije i modul astronomske opservatorije.

Sljedeći projekt predložio je Wernher von Braun, vodeći stručnjak za američki svemirski program; to je također bila stanica u obliku torusa u kojoj bi ljudi živjeli i radili u prostorijama povezanim u jedan veliki hodnik. Vernerov projekat bio je jedan od NASA-inih prioriteta sve do pojave projekta Skylab 60-ih godina.

Skylab, prva i jedina američka nacionalna orbitalna stanica, bila je namijenjena za tehnološka, astrofizička, medicinska i biološka istraživanja, kao i za posmatranje Zemlje. Lansiran 14. maja 1973. godine, ugostio je tri Apolo misije od maja 1973. do februara 1974. godine, derbiran i srušen 11. jula 1979. godine.

Nadalje, 1965. godine Američko svemirsko društvo sugeriralo je da bi idealan oblik za svemirska naselja bio torus, budući da su svi moduli smješteni zajedno, sila gravitacije će imati maksimalnu vrijednost. Činilo se da je problem umjetne gravitacije u velikoj mjeri riješen.

Sljedeći projekt iznio je Gerard O'Neill, on je zamislio stvaranje kolonija, za koje se predlaže korištenje dva cilindara divovske veličine, zatvorena u okvir i rotirajuća u različitim smjerovima. Ovi cilindri rotiraju oko svoje ose brzinom od oko 0,53 okretaja u minuti, zbog čega se u koloniji stvara sila gravitacije poznata ljudima.

Godine 1975. Parker je iznio projekt stvaranja kolonije promjera 100 m i dužine od 1 km, smještene na udaljenosti od oko 400.000 km od Zemlje i Mjeseca i dizajnirane za 10.000 ljudi. Rotacija oko uzdužne ose brzinom od 1 obrtaja u 21 sekundi će stvoriti gravitaciju blisku Zemljinoj.

Godine 1977. istraživač NASA Ames istraživačkog centra Richard Johnson i profesor Charles Holbrow sa Univerziteta Colgate objavili su rad Space Settlements, koji se bavio obećavajućim istraživanjem naselja u obliku torusa.

Godine 1994., pod vodstvom dr. Rodneya Gallowaya, uz učešće naučnika i laboratorijskih naučnika iz Phillips Laboratory i Sandia Laboratories, kao i drugih istraživačkih centara Ratnog vazduhoplovstva Sjedinjenih Država i Centra za svemirska istraživanja Univerziteta u Arizoni, objavljena je obimna sastavljen je priručnik za projektovanje prostornih naselja u obliku torusa.

Moderna istraživanja.

Jedan od modernih projekata u oblasti svemirskih naselja je Stanford Torus, koji je direktan potomak ideja Wernhera von Brauna.

Stanford Torus je NASA-i tokom ljeta 1975. predložio studenti Univerziteta Stanford kako bi konceptualizirali dizajn budućih svemirskih kolonija. Gerard O'Neill je kasnije predstavio svoj "Island One" ili "Bernal Sphere" kao alternativu torusu. "Stanford Torus", samo u detaljnijoj verziji, koji predstavlja koncept prstenaste rotirajuće svemirske stanice, predstavili su Wernher von Braun, kao i austrijski inženjer Herman Potočnik porijeklom iz Slovenije.

To je torus prečnika oko 1,8 kilometara (za stanovanje 10 hiljada ljudi, kako je opisano u radu iz 1975.) i rotira oko svoje ose (okreta u minuti), stvarajući veštačku gravitaciju od 0,9 - 1 g na prstenu. zbog centrifugalne snage.

Sunčeva svetlost ulazi kroz sistem ogledala. Prsten je povezan sa glavčinom preko "žbica" - hodnika za kretanje ljudi i robe do osovine i nazad. Čvorište, osa rotacije stanice, najpogodnija je za priključnu stanicu za prijem svemirskih letjelica, budući da je umjetna gravitacija ovdje zanemarljiva: postoji stacionarni modul koji je usidren na os stanice.

Unutrašnjost torusa je pogodna za stanovanje, dovoljno velika da stvori vještački ekosistem, prirodno okruženje, a unutra je poput dugačke, uske glacijalne doline čiji se krajevi na kraju zakrivljuju prema gore i formiraju krug. Stanovništvo ovdje živi u uslovima sličnim gusto naseljenom predgrađu, a unutar prstena se nalaze ogranci za poljoprivredu i stambeni dio. (Aneks 1)

Svemirska naselja i umjetna gravitacija u kulturi. Elysium

Prstenasti svjetovi, poput onih prikazanih u sci-fi akcijskom filmu Elysium ili video igrici Halo, možda su neke od najzanimljivijih ideja za buduće svemirske stanice. U Elysiumu, stanica je blizu Zemlje i, ako zanemarite njenu veličinu, ima određeni stepen realizma. Međutim, najveći problem ovdje je njegova "otvorenost", koja je samo po izgledu čista fantazija.

“Možda najkontroverznije pitanje u vezi stanice Elysium je njena otvorenost prema svemirskom okruženju.”

“Film pokazuje kako svemirski brod jednostavno slijeće na travnjak nakon što je stigao iz svemira. Nema kapija za pristajanje ili tako nešto. Ali takva stanica mora biti potpuno izolirana od vanjskog okruženja. Inače, atmosfera ovdje neće dugo trajati. Možda bi otvoreni prostori stanice mogli biti zaštićeni nekom vrstom nevidljivog polja koje bi omogućilo sunčevoj svjetlosti da prodre unutra i podržalo život u biljkama i drveću koje su tamo zasađene. Ali za sada je ovo samo fantazija. Ne postoje takve tehnologije."

Sama ideja o stanici u obliku prstenova je divna, ali zasad neostvariva.

Ratovi zvijezda

Gotovo svaki ljubitelj naučnofantastičnih filmova zna šta je Zvijezda smrti. Ovo je tako velika siva i okrugla svemirska stanica iz filmskog epa Ratovi zvijezda, koja jako liči na Mjesec. Ovo je međugalaktički razarač planeta, koji je sam po sebi umjetna planeta napravljena od čelika i naseljena jurišnicima.

Možemo li zaista izgraditi takvu umjetnu planetu i lutati prostranstvima galaksije na njoj? U teoriji - da. Samo za to će biti potrebna nevjerovatna količina ljudskih i finansijskih resursa.

Pitanje izgradnje Zvijezde smrti pokrenula je čak i američka Bijela kuća, nakon što je društvo poslalo odgovarajuću peticiju na razmatranje. Zvanični odgovor vlasti bio je da će samo za građevinski čelik biti potrebno 852.000.000.000.000.000.000 dolara.

Ali čak i da pitanje finansija nije prioritet, onda čovječanstvo nema tehnologiju za rekreaciju Zvijezde smrti, jer je potrebna ogromna količina energije da se ona pomjeri.

(Dodatak 2)

Problemi u realizaciji projekta prostornih naselja.

Svemirska naselja su obećavajući pravac u svemirskoj industriji budućnosti, ali kao i uvijek postoje poteškoće koje se moraju savladati da bi se ovaj zadatak završio.

Početni kapitalni troškovi;

Unutrašnji sistemi za održavanje života;

Stvaranje umjetne gravitacije;

Zaštita od neprijateljskih spoljašnjih uslova:

od zračenja;

pružanje topline;

od stranih predmeta;

Rješavanje problema umjetne gravitacije i svemirskih naselja.

Početni kapitalni troškovi – ovaj problem se može riješiti zajedno ako ljudi ostave po strani svoje lične ambicije i rade za opšte dobro. Na kraju krajeva, budućnost čovečanstva zavisi samo od nas.

Unutrašnji sistemi za održavanje života - već sada na ISS postoje sistemi za ponovno korišćenje vode, ali to nije dovoljno; pod uslovom da ima dovoljno prostora na orbitalnoj stanici, možete pronaći mesto za staklenik u kojem će rasti biljke koje ispuštaju maksimum kiseonika ; tu je i stvaranje hidroponskih laboratorija za uzgoj GMO-a koji će moći opskrbljivati hranom cjelokupno stanovništvo stanice.

Stvaranje umjetne gravitacije nije tako težak zadatak kao isporuka ogromne količine goriva potrebnog za rotaciju stanice.

1. Postoji nekoliko načina za rješavanje problema.
  1. 1. Kada je u pitanju poređenje efikasnosti različitih tipova motora, inženjeri obično govore o specifičnom impulsu. Specifični impuls se definiše kao promjena impulsa po jedinici mase potrošenog goriva. Dakle, što je motor efikasniji, to je manje goriva potrebno za lansiranje rakete u svemir. Impuls je, pak, rezultat djelovanja sile tokom određenog vremena. Hemijske rakete, iako imaju vrlo veliki potisak, djeluju samo nekoliko minuta i stoga imaju vrlo nizak specifični impuls. Jonski motori, sposobni da rade godinama, mogu imati visok specifični impuls sa vrlo malim potiskom.

Koristite standardni pristup i primijenite mlazne motore na problem. Proračuni pokazuju da bi korištenje bilo kojeg poznatog mlaznog motora zahtijevalo ogromne količine goriva za rad stanice najmanje godinu dana.

Specifični impuls I (LPRE) = 4,6

Specifični impuls I (raketni motor na čvrsto gorivo) = 2,65

Specifični impuls I (EP) = 10

Specifični impuls I (plazma motor) = 290

Ovo je potrošnja goriva za 1 godinu, stoga nije mudro koristiti mlazne motore.

Razmotrimo elementarni slučaj.

Hajde da imamo vrtuljak koji je nepomičan. Zatim, ako fiksiramo n broj unipolarnih elektromagneta duž ruba vrtuljka tako da je sila njihove interakcije maksimalna, dobićemo sljedeće: ako uključimo elektromagnet br. 1 tako da djeluje na elektromagnet br. sila x puta veća od druge djeluje na prvu, a zatim prema Newtonovom III zakonu, sila djelovanja elektromagneta br. 1 na br. 2 sa strane br. 2 će biti kompenzirana reakcijskom silom nosača vrtuljka , što će karusel izbaciti iz mirovanja. Sada isključite broj 1, podignite snagu br. 2 na broj 1 i uključite broj 3 sa silom jednakom broju 2 u prethodnoj fazi, i ako nastavimo ovaj postupak, postići ćemo rotaciju vrtuljak. Primenom ove metode na svemirskoj stanici, dobićemo rešenje za problem veštačke gravitacije.

(Dodatak 3).

Zaštita od neprijateljskih uslova okoline

vlasnik patenta Alexey Gennadievich Rebeko

Pronalazak se odnosi na metode i sredstva zaštite posade i opreme od jonizujućeg zračenja (nabijenih visokoenergetskih čestica) tokom svemirskih letova. Prema pronalasku, oko letjelice se stvara zaštitno statičko električno ili magnetsko polje, koje je lokalizirano u prostoru između dvije zatvorene, beskontaktne površine ugniježđene jedna u drugu. Zaštićeni prostor letjelice ograničen je unutrašnjom površinom, a vanjska površina izoluje letjelicu i zaštićeni prostor od međuplanetarne plazme. Oblik površina može biti proizvoljan. Pri korištenju električnog zaštitnog polja na ovim površinama stvaraju se naboji iste veličine i suprotnog predznaka. U takvom kondenzatoru električno polje je koncentrisano u prostoru između površina ploča. U slučaju magnetnog polja, struje suprotnog smjera prolaze kroz površine, a omjer jačine struje se bira tako da se minimizira vrijednost zaostalog polja izvana. Željeni oblik površina u ovom slučaju je toroidan, kako bi se osigurala kontinuirana zaštita. Pod utjecajem Lorentzove sile, nabijene čestice će se kretati duž zakrivljenih putanja ili zatvorenih orbita između površina. Moguće je istovremeno primijeniti električno i magnetsko polje između površina. U tom slučaju se u prostor između površina može postaviti odgovarajući materijal za apsorpciju nabijenih čestica: na primjer, tekući vodik, voda ili polietilen. Tehnički rezultat pronalaska je usmjeren na stvaranje pouzdane, kontinuirane (geometrijski kontinuirane) zaštite od kosmičkog zračenja, pojednostavljivanje dizajna zaštitne opreme i smanjenje troškova energije za održavanje zaštitnog polja.

Nosilac patenta Otvoreno akcionarsko društvo "Raketno-kosmička korporacija "Energia" po imenu S.P. Korolev"

Sistem termičke kontrole svemirske letjelice i orbitalne stanice, koji sadrži zatvorene krugove hlađenja i grijanja spojenih preko najmanje jednog srednjeg izmjenjivača toplote tekućina-tečnost, sisteme upravljanja i mjerenja, armature za distribuciju ventila i drenažu-punjenje, dok krug grijanja sadrži stimulator cirkulacije , izmjenjivači topline plin-tečnost i zavojnice i termalne ploče, au krugu hlađenja najmanje jedan stimulator cirkulacije, regulator protoka tekućine čiji je jedan izlaz povezan preko prvog nepovratnog ventila na ulaz miješalice protoka rashladne tekućine i drugi preko drugog nepovratnog ventila na ulazni izmjenjivač topline zračenja, čiji je izlaz spojen na drugi ulaz protočne miješalice, izlaz protočne miješalice je spojnim cjevovodom povezan sa šupljinom za primanje topline međuprodukta izmjenjivač topline tekućina-tečnost, čiji je izlaz povezan sa stimulatorom cirkulacije, na priključnom cjevovodu su ugrađeni temperaturni senzori, električno povezani preko upravljačkog sistema sa regulatorom protoka tekućine, karakteriziran time što su u uređaj dodatno uvedene dvije električne pumpne jedinice. rashladni krug, a ulaz prve električne pumpne jedinice spojen je preko filtera na izlaz rashladnog sredstva iz šupljine za primanje toplote srednjeg izmenjivača toplote tečnost-tečnost, a njegov izlaz je povezan sa drugim nepovratnim ventilom i paralelno preko filter na ulaz, drugu električnu pumpnu jedinicu, čiji je izlaz spojen na prvi nepovratni ventil, svaka električna pumpna jedinica je opremljena senzorom diferencijalnog pritiska, a dodatni temperaturni senzor je instaliran na cevovodu koji povezuje izlaz protočni mikser sa šupljinom za primanje toplote izmenjivača toplote tečnost-tečnost, električno povezan preko upravljačkog sistema sa prvom električnom pumpnom jedinicom.

Postoji mnogo načina zaštite od stranih tijela.

Koristite nestandardne motore, kao što je elektromagnetski akcelerator sa promjenjivim specifičnim impulsom;

Umotajte asteroid u reflektirajuće plastično solarno jedro korišćenje PET folije obložene aluminijumom;

"Obojite" ili pospite predmet titanovim dioksidom (bijeli) ili čađom (crni) tako da izazivaju efekat Jarkovskog i promijeniti svoju putanju;

Planetarni naučnik Eugene Shoemaker predložio je 1996. godine osloboditi oblak pare na putu prema objektu da ga lagano usporite. Nick Zabo je nacrtao sličan koncept 1990. "aerodinamičko kočenje komete": Kometa ili ledena struktura cilja asteroid, nakon čega nuklearne eksplozije ispare led i formiraju privremenu atmosferu na putu asteroida;

Pričvrstite teški balast na asteroid kako biste promijenili njegovu putanju pomicanjem centra gravitacije;

Koristite lasersku ablaciju;

Koristite emiter udarnih talasa;

Još jedan „beskontaktni” metod nedavno su predložili naučnici C. Bombardeli i G. Pelez sa Tehničkog univerziteta u Madridu. To nudi koristiti jonski top sa malom divergencijom, usmjeren na asteroid sa obližnjeg broda. Kinetička energija koja se prenosi kroz ione koji stignu do površine asteroida, kao u slučaju gravitacionog tegljača, stvorit će slabu, ali stalnu silu sposobnu da skrene asteroid, pa će se koristiti lakši brod.

Detonacija nuklearnog uređaja iznad, na ili ispod površine asteroida je potencijalna opcija za odbijanje prijetnje. Optimalna visina eksplozije ovisi o sastavu i veličini objekta. U slučaju prijetnje od gomile krhotina, kako bi se izbjeglo njihovo raspršivanje, predlaže se izvođenje radijacijske implozije, odnosno eksplozije iznad površine. Tokom eksplozije, oslobođena energija u obliku neutrona i mekih rendgenskih zraka (koji ne prodiru u materiju) pretvara se u toplotu kada dopre do površine objekta. Toplota pretvara supstancu objekta u izbijanje, i ona će otići van putanje, slijedeći treći Newtonov zakon, izbijanje će ići u jednom smjeru, a objekt u suprotnom smjeru.

Elektromagnetski katapult je automatski sistem smješten na asteroidu koji ispušta supstancu od koje se sastoji u svemir. Tako se polako pomiče i gubi masu. Elektromagnetski katapult mora raditi kao sistem sa niskim specifičnim impulsima: koristeći puno goriva, ali malo energije.

Ideja je da ako koristite asteroidni materijal kao gorivo, količina goriva nije toliko važna koliko količina energije, koja će najvjerovatnije biti ograničena.

Druga moguća metoda je postavljanje elektromagnetnog katapulta na Mjesec, usmjeravajući ga prema objektu blizu Zemlje, kako bi se iskoristila orbitalna brzina prirodnog satelita i njegove neograničene količine "kamenih metaka".

Zaključak.

Nakon analize iznesenih informacija, postaje jasno da je umjetna gravitacija vrlo realan fenomen koji će imati široku primjenu u svemirskoj industriji čim prevladamo sve poteškoće vezane za ovaj projekt.

Vidim svemirska naselja u obliku koji je predložio von Braun: svjetovi u obliku torusa s optimalnim korištenjem prostora i korištenjem naprednih tehnologija za osiguranje dugoročne životne aktivnosti, a to su:

Upotreba naprednih tehnologija za zadovoljavanje potreba stanice:

Hidroponika
- Biljke nije potrebno obilno zalijevati. Koristi se mnogo manje vode nego kada raste na tlu u bašti. Unatoč tome, uz pravilan odabir minerala i komponenti, biljke se neće osušiti ili trunuti. Ovo se dešava dobijanjem dovoljno kiseonika.
  
  Velika prednost je što vam ova metoda omogućava zaštitu biljaka od mnogih bolesti i štetočina. Same biljke neće apsorbirati štetne tvari iz tla.
  
  Samim tim, postojaće maksimalna produktivnost, koja će u potpunosti pokriti potrebe stanovnika stanice.

Regeneracija vode

Kondenzacija vlage iz vazduha.

Prečišćavanje korišćene vode.

Prerada urina i čvrstog otpada.

Grupa nuklearnih reaktora će biti odgovorna za opskrbu energijom, koji će biti zaštićen prema patentu br. 2406661 prilagođeno da pomjeri radioaktivne čestice izvan stanice.

Zadatak stvaranja svemirskih naselja je težak, ali izvodljiv. Nadam se da će se u bliskoj budućnosti, zbog naglog razvoja nauke i tehnologije, ispuniti svi neophodni preduslovi za stvaranje i razvoj svemirskih naselja zasnovanih na veštačkoj gravitaciji. Moj doprinos ovom neophodnom cilju bit će cijenjen. Budućnost čovječanstva leži u istraživanju svemira i prelasku na novi, perspektivniji, ekološki prihvatljiviji krug spirale ljudskog razvoja.

Prijave

Dodatak 1. Stanfordski torus

Dodatak 2. Zvijezda smrti, Elysium.

Dodatak 3. Šema rotacionog kretanja.

Rezultirajuće sile u prvoj aproksimaciji (samo interakcija magneta). Kao rezultat toga, stanica vrši rotacijsko kretanje. To je ono što nam treba.

Bibliografija

ALYAKRINSKY. Čovek živi u svemiru. Betežinsko stanje: plus ili minus?

Barer, M. Raketni motori.

Dobrovolski, M. Raketni motori na tečnost. Osnove dizajna.

Dorofejev, A. Osnove teorije termičkih raketnih motora.

Matveev. Mehanika i teorija relativnosti: Udžbenik za studente.

Myakishev. Molekularna fizika i termodinamika.

Myakishev. fizika. Mehanika.

Myakishev. fizika. Elektrodinamika.

Rasel, D. Hidroponika.

Sanko. Astronomski rječnik.

Sivukhin. Kurs opšte fizike.

Feynman. Feynman drži predavanja o gravitaciji.

Tsiolkovsky. Zbornik radova o raketnoj tehnologiji.

Shileiko. U okeanu energije.

Golubev I.R. i Novikov Yu.V. Životna sredina i njena zaštita

Zakhlebny A.N. Čitanka o očuvanju prirode

Zverev I. Očuvanje prirode i ekološko obrazovanje učenika.

Ivanov A.F. Fizički eksperiment sa sadržajem životne sredine.

Kiselev S.V. Demonstracija efekta staklene bašte.

Internet resursi:

https://ru.wikipedia.org/wiki/Home_page

http://www.roscosmos.ru

http://allpatents.ru