Mesterséges attrakció. Mesterséges gravitáció a sci-fiben Az igazságot keresve

A vesztibuláris rendszerrel kapcsolatos problémák nem az egyetlen következménye a mikrogravitációnak való hosszan tartó expozíciónak. Azok az űrhajósok, akik több mint egy hónapot töltenek az ISS-en, gyakran szenvednek alvászavaroktól, lassú szív- és érrendszeri működéstől és puffadástól.

A NASA nemrég fejezte be azt a kísérletet, amelyben a tudósok ikertestvérek genomját tanulmányozták: egyikük csaknem egy évet töltött az ISS-en, a másik csak rövid repüléseket végzett, és az idő nagy részét a Földön töltötte. A hosszú távú tartózkodás az űrben ahhoz a tényhez vezetett, hogy az első űrhajós DNS-ének 7% -a örökre megváltozott - az immunrendszerhez kapcsolódó génekről, a csontképződésről, az oxigén éhezésről és a szervezetben lévő felesleges szén-dioxidról beszélünk.

A NASA iker űrhajósokat hasonlított össze, hogy lássa, hogyan változik az emberi test az űrben

Mikrogravitációs körülmények között az ember kénytelen lesz inaktív maradni: nem az ISS-en maradó űrhajósokról beszélünk, hanem a mélyűrbe történő repülésekről. Annak kiderítésére, hogy egy ilyen rendszer milyen hatással lenne az űrhajósok egészségére, az Európai Űrügynökség (ESA) 14 önkéntest fektetett a fej oldalára döntött ágyba 21 napra. A kísérletet, amely a súlytalanság elleni küzdelem legújabb módszereit – például a továbbfejlesztett testmozgást és táplálkozási rendet – teszteli, a NASA és a Roszkozmosz közösen végzi majd el.

De ha az emberek úgy döntenek, hogy hajókat küldenek a Marsra vagy a Vénuszra, akkor extrémebb megoldásokra lesz szükség – mesterséges gravitációra.

Hogyan létezhet a gravitáció az űrben

Először is érdemes megérteni, hogy a gravitáció mindenhol létezik - egyes helyeken gyengébb, máshol erősebb. És ez alól a világűr sem kivétel.

Az ISS és a műholdak folyamatosan a gravitáció hatása alatt állnak: ha egy tárgy keringő pályán van, akkor leegyszerűsítve a Föld körül esik. Hasonló hatás lép fel, ha előre dobunk egy labdát – mielőtt a földet érné, egy kicsit a dobás irányába repül. Ha erősebben dobja a labdát, az tovább repül. Ha Ön Superman, és a labda egy rakétamotor, akkor nem esik le a földre, hanem körberepül és tovább forog, fokozatosan pályára állva.

A mikrogravitáció azt feltételezi, hogy a hajó belsejében lévő emberek nincsenek a levegőben – leesnek a hajóról, ami viszont a Föld körül esik.

Mivel a gravitáció a két tömeg közötti vonzás ereje, a Föld felszínén maradunk, amikor azon járunk, nem pedig az ég felé lebegünk. Ebben az esetben a Föld teljes tömege testünk tömegét vonzza a középpontjába.

Amikor a hajók pályára állnak, szabadon lebegnek a világűrben. Továbbra is ki vannak téve a Föld gravitációs vonzásának, de a hajó és a benne lévő tárgyak vagy utasok ugyanúgy ki vannak téve a gravitációnak. A meglévő eszközök nem elég masszívak ahhoz, hogy észrevehető vonzerőt keltsenek, ezért az emberek és a bennük lévő tárgyak nem a padlón állnak, hanem „lebegnek” a levegőben.

Hogyan hozzunk létre mesterséges gravitációt

Mesterséges gravitáció mint olyan nem létezik, létrehozásához az embernek mindent meg kell tanulnia a természetes gravitációról. A sci-fiben létezik a gravitáció szimulációjának koncepciója: lehetővé teszi, hogy az űrhajók legénysége a fedélzeten sétáljon, és tárgyak álljanak rajta.

Elméletileg kétféle módon lehet szimulált gravitációt létrehozni, és egyiket sem használták még a való életben. Az első a centripetális erő alkalmazása a gravitáció szimulálására. A hajónak vagy állomásnak kerékszerű szerkezetnek kell lennie, amely több, folyamatosan forgó szegmensből áll.

E koncepció szerint az eszköz centripetális gyorsulása, a modulokat a középpont felé tolva, a gravitáció vagy a földihez hasonló feltételeket hoz létre. Ezt az elképzelést Stanley Kubrick 2001: Űrodüsszeia és Christopher Nolan Csillagközi című művében mutatták be.

Egy olyan eszköz koncepciója, amely centripetális gyorsulást hoz létre a gravitáció szimulálására

A projekt szerzője Wernher von Braun német rakétatudós és mérnök, aki a Saturn 5 rakéta fejlesztését vezette, amely az Apollo 11 legénységét és számos más emberes járművet szállított a Holdra.

A NASA Marshall Űrrepülési Központjának igazgatójaként von Braun népszerűsítette Konsztantyin Ciolkovszkij orosz tudós ötletét, miszerint egy kerékpárkerékre emlékeztető kerékagy-kialakításon alapuló toroid alakú űrállomást kell létrehozni. Ha egy kerék forog a térben, akkor a tehetetlenség és a centrifugális erő egyfajta mesterséges gravitációt hozhat létre, amely a tárgyakat a kerék külső kerülete felé húzza. Ez lehetővé teszi, hogy az emberek és a robotok a földön járjanak, mint a Földön, ahelyett, hogy a levegőben lebegnének, mint az ISS-en.

Ennek a módszernek azonban jelentős hátrányai is vannak: minél kisebb az űrhajó, annál gyorsabban kell forognia – ez az úgynevezett Cornolis-erő kialakulásához vezet, amelyben a középponttól távolabb eső pontokat erősebben fogja befolyásolni a gravitáció, mint azokat. közelebb hozzá. Más szóval, a gravitáció erősebb lesz az űrhajósok fején, mint a lábukon, amit nem fognak szeretni.

E hatás elkerülése érdekében a hajó méretének többszörösen nagyobbnak kell lennie egy futballpálya méreténél – egy ilyen eszköz pályára állítása rendkívül költséges lesz, tekintve, hogy egy kilogramm rakomány költsége kereskedelmi indításakor 1,5 ezer dollár között mozog. 3 ezer dollárig.

A gravitációs szimuláció létrehozásának másik módja praktikusabb, de rendkívül költséges is - a gyorsítási módszerről beszélünk. Ha a hajó először felgyorsul az út egy bizonyos szakaszán, majd megfordul, és lassulni kezd, akkor a mesterséges gravitáció hatása lép fel.

Ennek a módszernek a megvalósításához óriási üzemanyag-tartalékra lesz szükség - tény, hogy a hajtóműveknek szinte folyamatosan kell működniük, az utazás közepén tartó rövid szünetet leszámítva - a hajó fordulásakor.

Valós példák

A gravitációt szimuláló űrhajók felbocsátásának magas költségei ellenére a vállalatok világszerte próbálkoznak ilyen hajók és állomások építésével.

Von Braun koncepcióját próbálja megvalósítani a Gateway Foundation nevű kutatóalapítvány, amely a Föld körüli pályán forgó állomás építését tervezi. Feltételezhető, hogy a kerék kerülete körül kapszulákat helyeznek majd el, amelyeket állami és magán repülőgépipari cégek vásárolhatnak kutatás céljából. Egyes kapszulákat villáként adnak el a világ leggazdagabb lakóinak, míg másokat az űrturisták hoteljeként használnak majd fel. bemutatta egy felfújható modulokkal ellátott forgó űrhajó, a Nautilus-X koncepcióját, amely csökkentené a mikrogravitáció hatásait a tudósokra. a fedélzeten.

Feltételezték, hogy a projekt mindössze 3,7 milliárd dollárba kerül – ez az ilyen eszközök esetében nagyon kevés –, és 64 hónapot vesz igénybe a megépítése. A Nautilus-X azonban soha nem haladt túl a kezdeti rajzokon és javaslatokon.

Következtetés

Egyelőre a legvalószínűbb módja annak, hogy olyan szimulált gravitációt kapjunk, amely megvédi a hajót a gyorsulás hatásaitól, és állandó gravitációt biztosít anélkül, hogy folyamatosan motorokat kellene használni, ha negatív tömegű részecske észlelhető. A tudósok által valaha felfedezett minden részecske és antirészecske pozitív tömegű. Ismeretes, hogy a negatív tömeg és a gravitációs tömeg egyenlő egymással, de a kutatók eddig nem tudták ezt a tudást a gyakorlatban demonstrálni.

A CERN-ben végzett ALPHA-kísérlet kutatói már létrehozták az antihidrogént - a semleges antianyag stabil formáját -, és azon dolgoznak, hogy nagyon alacsony sebességgel elkülönítsék az összes többi részecskétől. Ha a tudósoknak sikerül ezt megtenniük, akkor valószínűleg a közeljövőben a mesterséges gravitáció valóságosabbá válik, mint most.

A hosszú távú űrrepülések, más bolygók feltárása, amiről korábban Isaac Asimov, Stanislav Lem, Alexander Belyaev és mások tudományos-fantasztikus írók írtak, a tudásnak köszönhetően teljesen lehetséges valósággá válik. Mivel a föld gravitációs szintjének újrateremtésével elkerülhetjük a mikrogravitáció (súlytalanság) emberre gyakorolt negatív következményeit (izomsorvadás, érzékszervi, motoros és autonóm zavarok). Azaz szinte bárki kimehet az űrbe, aki akar, testének fizikai adottságaitól függetlenül. Ugyanakkor az űrhajó fedélzetén való tartózkodása kényelmesebbé válik. Az emberek használhatják a meglévő, számukra ismerős eszközöket és létesítményeket (például zuhanyzó, WC).

A Földön a gravitáció mértékét a gravitáció gyorsulása határozza meg, átlagosan 9,81 m/s 2 ("túlterhelés" 1 g), míg az űrben, súlytalanság körülményei között körülbelül 10-6 g. K.E. Ciolkovszkij analógiákat idézett a testsúly érzése között, amikor vízbe merül, vagy ágyban fekszik, és a súlytalanság állapota között.

"A föld az elme bölcsője, de nem élhetsz örökké a bölcsőben."
"A világnak még egyszerűbbnek kell lennie."
Konsztantyin Ciolkovszkij

Érdekes módon a gravitációs biológia számára a különböző gravitációs feltételek megteremtésének képessége igazi áttörést jelent. Tanulmányozható lesz: hogyan változik a szerkezet, a funkciók mikro- és makroszinten, a mintázatok különböző nagyságú és irányú gravitációs hatások hatására. Ezek a felfedezések pedig egy meglehetősen új irány – a gravitációs terápia – kidolgozását segítik elő. A gravitáció változásának (a földihez képest megnövekedett) kezelésre való felhasználásának lehetőségét és hatékonyságát mérlegelik. Érezzük a gravitáció növekedését, mintha a test egy kicsit nehezebb lett volna. Napjainkban kutatások folynak a gravitációs terápia alkalmazásáról magas vérnyomás kezelésére, valamint a csontszövet helyreállítására törések esetén.

(mesterséges gravitáció) a legtöbb esetben a tehetetlenségi és gravitációs erők egyenértékűségének elvén alapulnak. Az ekvivalencia elve azt mondja, hogy megközelítőleg azonos mozgásgyorsulást érzünk anélkül, hogy megkülönböztetnénk az okot, amely ezt okozta: a gravitációt vagy a tehetetlenségi erőket. Az első változatban a gyorsulás a gravitációs mező hatása miatt következik be, a másodikban a nem inerciális vonatkoztatási rendszer (egy gyorsulással mozgó rendszer) mozgásának felgyorsulása miatt, amelyben az ember található. Például a tehetetlenségi erők hasonló hatását tapasztalja egy személy a liftben (nem inerciális vonatkoztatási rendszer) éles felemelkedéskor (gyorsulással, olyan érzéssel, mintha néhány másodpercre elnehezedett volna) vagy fékezéskor. (az az érzés, hogy a padló elmozdul a lába alól). A fizika szempontjából: amikor a lift felfelé emelkedik, a kabin mozgásának gyorsulása hozzáadódik a szabadesés gyorsulásához egy nem inerciarendszerben. Az egyenletes mozgás helyreállásakor a súlygyarapodás megszűnik, vagyis visszatér a megszokott testsúlyérzet.

Manapság, csakúgy, mint közel 50 évvel ezelőtt, a centrifugákat mesterséges gravitáció létrehozására használják (az űrrendszerek forgatásakor centrifugális gyorsítást alkalmaznak). Egyszerűen fogalmazva, az űrállomás tengelye körüli forgása során centrifugális gyorsulás lép fel, amely „eltolja” az embert a forgás középpontjától, és ennek eredményeként az űrhajós vagy más objektumok a „ padló". Ennek a folyamatnak és a tudósok nehézségeinek jobb megértése érdekében nézzük meg azt a képletet, amely meghatározza a centrifugális erőt a centrifuga forgatásakor:

F=m*v 2 *r, ahol m a tömeg, v a lineáris sebesség, r a távolság a forgásközépponttól.

A lineáris sebesség egyenlő: v=2π*rT, ahol T a fordulatok száma másodpercenként, π ≈3,14…

Vagyis minél gyorsabban forog az űrszonda, és minél távolabb van a középponttól az űrhajós, annál erősebb lesz a létrehozott mesterséges gravitáció.

Alaposan megnézve az ábrát, észrevehetjük, hogy kis sugárral az ember fejére és lábára ható gravitációs erő jelentősen eltér, ami viszont megnehezíti a mozgást.

Amikor az űrhajós a forgásirányba mozog, fellép a Coriolis-erő. Ebben az esetben nagy a valószínűsége annak, hogy a személy folyamatosan mozgási betegségben szenved. Ez megkerülhető, ha a hajó 2 fordulat/perc fordulatszámmal forog, ami 1g mesterséges gravitációs erőt hoz létre (mint a Földön). De a sugár 224 méter lesz (körülbelül ¼ kilométer, ez a távolság hasonló egy 95 emeletes épület magasságához vagy két nagy vörösfenyő hosszához). Azaz elméletileg lehet ekkora orbitális állomást vagy űrhajót építeni. A gyakorlatban azonban ez jelentős erőforrás-, erőfeszítés- és időráfordítást igényel, ami a globális kataklizmák közeledtével összefüggésben (lásd a jelentést ) humánusabban közvetlenül a rászorulók valódi segítségére.

Mivel egy orbitális állomáson vagy űrhajón nem lehet újra létrehozni a szükséges gravitációs szintet, a tudósok úgy döntöttek, hogy megvizsgálják a „beállított léc leengedésének” lehetőségét, vagyis a földinél kisebb gravitációs erő létrehozását. Ami azt sugallja, hogy több mint fél évszázados kutatás során nem sikerült kielégítő eredményeket elérni. Ez nem meglepő, hiszen kísérleteik során olyan körülményeket próbálnak megteremteni, amelyek mellett a tehetetlenségi erő vagy más erők hasonló hatást fejtenek ki, mint a gravitáció a Földön. Vagyis kiderül, hogy a mesterséges gravitáció valójában nem gravitáció.

Ma a tudományban csak elméletek léteznek a gravitációról, amelyek többsége a relativitáselméletre épül. Sőt, egyik sem teljes (nem magyarázza meg a lefolyást, semmilyen körülmények között végzett kísérlet eredményeit, ráadásul néha nincs összhangban más, kísérletileg megerősített fizikai elméletekkel). Nincs egyértelmű tudás és megértés: mi a gravitáció, hogyan kapcsolódik a gravitáció a térhez és az időhöz, milyen részecskékből áll és mik a tulajdonságaik. Ezekre és sok más kérdésre választ kaphat, ha összehasonlítja A. Novykh „Ezoosmos” című könyvében közölt információkat és a PRIMORDIAL ALLATRA PHYSICS című jelentést. egy teljesen új megközelítést kínál, amely a fizika elsődleges elveinek alapismeretén alapul alapvető részecskék, kölcsönhatásuk mintái. Vagyis a gravitációs folyamat lényegének mély megértése, és ennek következtében a pontos számítások lehetősége a gravitációs feltételek bármely értékének újrateremtésére mind az űrben, mind a Földön (gravitációs terápia), előre jelezve a gravitációs folyamat eredményeit. elképzelhető és felfoghatatlan kísérletek, amelyeket az ember és a természet egyaránt végzett.

A PRIMORDIAL ALLATRA FIZIKA sokkal több, mint a fizika. Lehetséges megoldásokat kínál bármilyen bonyolultságú problémára. De ami a legfontosabb, a részecskék és a valós cselekvések szintjén lezajló folyamatok ismeretének köszönhetően minden ember megértheti élete értelmét, megértheti a rendszer működését és gyakorlati tapasztalatokat szerezhet a spirituális világgal való érintkezésben. Felismerni a Spirituális globalitását és elsőbbségét, kilépni a tudat keretei/sablon korlátai közül, túl a rendszer határain, megtalálni az Igazi Szabadságot.

"Ahogy mondják, ha univerzális kulcsok vannak a kezedben (az elemi részecskék alapjainak ismerete), bármelyik ajtót kinyithatod (a mikro- és makrovilágból).

„Ilyen körülmények között lehetséges a civilizáció minőségileg új átmenete a spirituális önfejlődés, a világról és önmagunkról szóló nagyszabású tudományos ismeretek főáramába.”

"Minden, ami elnyomja az embert ezen a világon, kezdve a rögeszmés gondolatoktól, az agresszív érzelmektől és az egoista fogyasztó sztereotip vágyaiig. ‒ ez annak az eredménye, hogy egy személy a szeptonmező mellett döntött‒ anyagi intelligens rendszer, amely rutinszerűen kizsákmányolja az emberiséget. De ha valaki követi lelki kezdetének választását, akkor halhatatlanságra tesz szert. És ebben nincs vallás, hanem a fizika ismerete, annak ősalapjai.”

Jelena Fedorova

B.V. Rauschenbach, Koroljev harcostársa arról beszélt, hogyan jutott eszébe egy űrhajón mesterséges gravitáció létrehozása: 1963 telének végén a főtervező, aki a hó útját takarította. az Osztankinszkaja utcai háza közelében, mondhatni epifánia volt. Anélkül, hogy megvárta volna a hétfőt, felhívta a közelben lakó Rauschenbachot, és hamarosan együtt kezdték „megtisztítani az utat” az űrbe a hosszú repülések előtt.
Az ötlet, ahogy az lenni szokott, egyszerűnek bizonyult; egyszerűnek kell lennie, különben semmi sem sikerülhet a gyakorlatban.

Hogy teljes legyen a kép. 1966. március, Amerikaiak a Gemini 11-en:

11:29-kor a Gemini 11 lecsatlakozott az Agenáról. Most kezdődik a móka: hogyan fog viselkedni két kábellel összekapcsolt tárgy? Eleinte Conrad megpróbálta bevezetni a kapcsolatot a gravitációs stabilizálásba - hogy a rakéta lent lógjon, a hajó felül, és a kábel feszes legyen.
30 m-rel távolabb azonban nem lehetett erős rezgéseket okozni. 11:55-kor áttértünk a kísérlet második részére - a „mesterséges gravitációra”. Conrad bevezette a szalagot rotációba; Eleinte ívelt vonalon húzódott a kábel, de 20 perc múlva kiegyenesedett és a forgás is egészen korrekt lett. Conrad sebességét 38 °/percre, vacsora után pedig 55 °/percre növelte, ami 0,00078 g-os nehezítést eredményezett. Nem lehetett érezni „tapintásra”, de a dolgok lassan leültek a kapszula aljára. 14:42-kor, három órás forgás után a tű kilőtt, és a Gemini eltávolodott a rakétától.

Még az is, akit nem érdekel az űr, legalább egyszer látott már űrutazásról szóló filmet, vagy olvasott ilyesmiről könyvekben. Szinte minden ilyen munkában az emberek körbejárják a hajót, rendesen alszanak, és nem okoz gondot az étkezés. Ez azt jelenti, hogy ezek a - kitalált - hajók mesterséges gravitációval rendelkeznek. A legtöbb néző ezt teljesen természetesnek érzékeli, de ez egyáltalán nem így van.

Mesterséges gravitáció

Ez a neve a gravitáció (bármilyen irányban) megváltoztatásának, amelyet különféle módszerek alkalmazásával ismerünk. És ez nem csak a tudományos-fantasztikus művekben történik, hanem egészen valóságos földi helyzetekben is, leggyakrabban kísérletekre.

Elméletileg a mesterséges gravitáció létrehozása nem tűnik olyan nehéznek. Például tehetetlenséggel újrateremthető, pontosabban nem tegnap merült fel ennek az erőnek az igénye - ez azonnal megtörtént, amint az ember hosszú távú űrrepülésekről kezdett álmodni. A mesterséges gravitáció létrehozása az űrben lehetővé teszi számos probléma elkerülését, amelyek a súlytalanság hosszan tartó időszakaiban merülnek fel. Az űrhajósok izmai gyengülnek, a csontok pedig kevésbé erősek. A hónapokig tartó utazás ilyen körülmények között egyes izmok sorvadását okozhatja.

Így ma a mesterséges gravitáció létrehozása kiemelten fontos feladat, e nélkül a képesség nélkül egyszerűen lehetetlen.

Anyag

A fizikát csak iskolai szinten ismerők is értik, hogy a gravitáció világunk egyik alaptörvénye: minden test kölcsönhatásban van egymással, kölcsönös vonzást/taszítást tapasztalva. Minél nagyobb a test, annál nagyobb a gravitációs ereje.

A Föld a mi valóságunkban egy nagyon masszív tárgy. Ezért minden körülötte lévő test kivétel nélkül vonzódik hozzá.

Számunkra ez azt jelenti, amit általában g-ban mérnek, ami 9,8 méter per négyzetmásodperc. Ez azt jelenti, hogy ha nem lenne támasz a lábunk alatt, akkor másodpercenként 9,8 méterrel növekvő sebességgel esnénk.

Így csak a gravitációnak köszönhetően tudunk normálisan állni, esni, enni és inni, megérteni, hol van fent és hol lent. Ha a gravitáció megszűnik, súlytalanságban találjuk magunkat.

Azok a kozmonauták, akik a világűrben szárnyaló – szabadesés – állapotában találják magukat, különösen jól ismerik ezt a jelenséget.

Elméletileg a tudósok tudják, hogyan kell mesterséges gravitációt létrehozni. Számos módszer létezik.

Nagy tömeg

A leglogikusabb megoldás az, hogy akkora legyen, hogy a mesterséges gravitáció megjelenjen rajta. Kényelmesen érezheti magát a hajón, mivel a térben való tájékozódás nem vész el.

Sajnos ez a módszer a modern technológiai fejlődés mellett irreális. Egy ilyen objektum megépítése túl sok erőforrást igényel. Ráadásul a felemelése hihetetlen mennyiségű energiát igényelne.

Gyorsulás

Úgy tűnik, hogy ha a földi g-értéket akarja elérni, akkor csak lapos (platformszerű) formát kell adnia a hajónak, és a szükséges gyorsulással merőlegesen kell mozognia a síkra. Ily módon mesterséges gravitációt kapunk, mégpedig ideális gravitációt.

A valóságban azonban minden sokkal bonyolultabb.

Mindenekelőtt érdemes átgondolni az üzemanyag-problémát. Ahhoz, hogy az állomás folyamatosan gyorsuljon, szünetmentes tápegységre van szükség. Még akkor is, ha hirtelen megjelenik egy motor, amely nem dobja ki az anyagot, az energiamegmaradás törvénye érvényben marad.

A második probléma maga az állandó gyorsulás gondolata. Ismereteink és fizikai törvényeink szerint lehetetlen a végtelenségig gyorsítani.

Ezenkívül egy ilyen jármű nem alkalmas kutatási küldetésekre, mivel folyamatosan gyorsulnia kell - repülnie. Nem fog tudni megállni, hogy tanulmányozza a bolygót, még csak lassan is körberepülhet – gyorsulnia kell.

Így világossá válik, hogy ilyen mesterséges gravitáció még nem áll rendelkezésünkre.

Körhinta

Mindenki tudja, hogy a körhinta forgása hogyan hat a testre. Ezért egy ezen az elven alapuló mesterséges gravitációs eszköz tűnik a legreálisabbnak.

Minden, ami a körhinta átmérőjén belül van, körülbelül a forgási sebességgel megegyező sebességgel hullik ki belőle. Kiderül, hogy a testekre a forgó tárgy sugara mentén ható erő hat. Nagyon hasonlít a gravitációra.

Tehát egy hengeres hajóra van szükség. Ugyanakkor forognia kell a tengelye körül. Egyébként az ezen elv alapján létrehozott mesterséges gravitációt egy űrhajón gyakran bemutatják tudományos-fantasztikus filmekben.

A hossztengelye körül forgó hordó alakú hajó centrifugális erőt hoz létre, amelynek iránya megfelel a tárgy sugarának. A kapott gyorsulás kiszámításához el kell osztani az erőt a tömeggel.

Ebben a képletben a számítás eredménye a gyorsulás, az első változó a csomóponti sebesség (radián per másodpercben mérve), a második a sugár.

Eszerint az általunk megszokott g eléréséhez az űrközlekedés sugarát kell helyesen kombinálni.

Hasonló problémára hívják fel a figyelmet az olyan filmek, mint az Intersolah, Babylon 5, 2001: A Space Odyssey és hasonlók. Mindezekben az esetekben a mesterséges gravitáció közel áll a Föld gravitációs gyorsulásához.

Bármennyire is jó az ötlet, elég nehéz megvalósítani.

Problémák a körhinta módszerrel

A legnyilvánvalóbb problémát az Űrodüsszeia emeli ki. Az „űrhordozó” sugara körülbelül 8 méter. A 9,8-as gyorsulás eléréséhez a forgásnak percenként körülbelül 10,5 fordulattal kell történnie.

Ezeknél az értékeknél megjelenik a „Coriolis-effektus”, ami abban áll, hogy a padlótól eltérő távolságra különböző erők hatnak. Ez közvetlenül függ a szögsebességtől.

Kiderült, hogy mesterséges gravitáció jön létre az űrben, de a test túl gyors elforgatása problémákhoz vezet a belső fülben. Ez pedig egyensúlyzavarokat, vesztibuláris apparátus problémákat és egyéb - hasonló - nehézségeket okoz.

Ennek az akadálynak a megjelenése azt sugallja, hogy egy ilyen modell rendkívül sikertelen.

Megpróbálhat az ellenkezőjéről is elmenni, ahogy a „The Ring World” című regényben tették. Itt egy gyűrű alakú hajó készül, amelynek sugara közel van a mi pályánk sugarához (kb. 150 millió km). Ennél a méretnél a forgási sebessége elegendő a Coriolis-effektus figyelmen kívül hagyásához.

Feltételezheti, hogy a probléma megoldódott, de ez egyáltalán nem így van. A helyzet az, hogy ennek a szerkezetnek a teljes körforgása a tengelye körül 9 napig tart. Ez arra utal, hogy a terhelés túl nagy lesz. Ahhoz, hogy a szerkezet ezeket elbírja, nagyon erős anyag kell, ami ma már nem áll rendelkezésünkre. Ezenkívül a probléma az anyag mennyisége és maga az építési folyamat.

A hasonló témájú játékokban, mint a „Babylon 5” filmben, ezek a problémák valahogy megoldódnak: a forgási sebesség eléggé elegendő, a Coriolis-effektus nem jelentős, hipotetikusan lehetséges egy ilyen hajó létrehozása.

Azonban még az ilyen világoknak is van egy hátránya. A neve szögmomentum.

A tengelye körül forgó hajó hatalmas giroszkóppá változik. Tudniillik rendkívül nehéz a giroszkópot a tengelyétől való eltérésre kényszeríteni, mivel fontos, hogy mennyisége ne hagyja el a rendszert. Ez azt jelenti, hogy nagyon nehéz lesz irányt adni ennek az objektumnak. Ez a probléma azonban megoldható.

Megoldás

A mesterséges gravitáció az űrállomáson akkor válik elérhetővé, amikor az O'Neill henger segít. Ennek a kialakításnak a létrehozásához azonos hengeres hajókra van szükség, amelyek a tengely mentén vannak összekötve. Különböző irányokba kell forogniuk. Egy ilyen összeállítás eredménye nulla szögimpulzus, így nem jelenthet nehézséget a hajó kívánt irányának megadása.

Ha lehetséges körülbelül 500 méter sugarú hajót készíteni, akkor pontosan úgy fog működni, ahogy kell. Ugyanakkor a mesterséges gravitáció az űrben meglehetősen kényelmes lesz, és alkalmas hosszú repülésekre hajókon vagy kutatóállomásokon.

Űrmérnökök

A játék készítői tudják, hogyan kell mesterséges gravitációt létrehozni. Ebben a fantáziavilágban azonban a gravitáció nem a testek kölcsönös vonzása, hanem egy lineáris erő, amely a tárgyakat adott irányba gyorsítja. A vonzalom itt nem abszolút, megváltozik, amikor a forrást átirányítják.

A mesterséges gravitációt az űrállomáson egy speciális generátor segítségével hozzák létre. Egyenletes és egyenlő irányú a generátor tartományában. Tehát a való világban, ha egy generátorral felszerelt hajó alá kerülne, a hajótest felé húznák. A játékban azonban a hős addig fog esni, amíg el nem hagyja az eszköz kerületét.

Ma az ilyen eszközzel létrehozott mesterséges gravitáció az űrben elérhetetlen az emberiség számára. Azonban még az ősz hajú fejlesztők sem hagyják abba az álmodozást.

Gömb alakú generátor

Ez egy reálisabb felszerelési lehetőség. Telepítéskor a gravitáció a generátor felé irányul. Ez lehetővé teszi egy olyan állomás létrehozását, amelynek gravitációja megegyezik a bolygóéval.

Centrifuga

Ma a mesterséges gravitáció a Földön különféle eszközökben található. Ezek nagyrészt a tehetetlenségen alapulnak, mivel ezt az erőt a gravitációs hatáshoz hasonlóan érezzük – a test nem különbözteti meg, hogy mi okozza a gyorsulást. Példaként: egy liftben felfelé haladó személy a tehetetlenség hatását tapasztalja. Fizikus szemmel: a lift felemelkedése a kabin gyorsulását adja a szabadesés gyorsulásához. Amikor a kabin visszatér a mért mozgáshoz, a súlygyarapodás eltűnik, és visszatér a szokásos érzés.

A tudósokat régóta érdekli a mesterséges gravitáció. Leggyakrabban centrifugát használnak erre a célra. Ez a módszer nem csak űrhajókra, hanem földi állomásokra is alkalmas, ahol a gravitáció emberi szervezetre gyakorolt hatását kell vizsgálni.

Tanulj a Földön, jelentkezz...

Bár a gravitáció tanulmányozása az űrben kezdődött, ez egy nagyon földi tudomány. Az ezen a területen elért eredmények még ma is alkalmazásra találtak, például az orvostudományban. Tudva, hogy lehetséges-e mesterséges gravitációt létrehozni egy bolygón, felhasználható a mozgásszervi vagy az idegrendszeri problémák kezelésére. Ezen túlmenően ennek az erőnek a tanulmányozását elsősorban a Földön végzik. Ez lehetővé teszi, hogy az űrhajósok kísérleteket végezzenek, miközben továbbra is az orvosok figyelme alatt maradnak. A mesterséges gravitáció az űrben más kérdés, ott nincsenek emberek, akik segíthetnének az űrhajósoknak egy előre nem látható helyzet esetén.

A teljes súlytalanságot szem előtt tartva nem lehet figyelembe venni az alacsony Föld körüli pályán lévő műholdat. Ezekre a tárgyakra, ha kis mértékben is, de hatással van a gravitáció. Az ilyen esetekben keletkező gravitációs erőt mikrogravitációnak nevezzük. Valódi gravitáció csak a világűrben állandó sebességgel repülő járműben tapasztalható. Az emberi szervezet azonban nem érzi ezt a különbséget.

Súlytalanságot tapasztalhat távolugrás közben (a tető kinyílása előtt), vagy a repülőgép parabola süllyedése közben. Az Egyesült Államokban gyakran végeznek ilyen kísérleteket, de egy repülőgépen ez az érzés csak 40 másodpercig tart - ez túl rövid egy teljes vizsgálathoz.

A Szovjetunióban 1973-ban tudták, hogy lehetséges-e mesterséges gravitációt létrehozni. És nem csak létrehozták, hanem valamilyen módon megváltoztatták is. A gravitáció mesterséges csökkentésének szembetűnő példája a száraz merítés, bemerítés. A kívánt hatás eléréséhez vastag filmet kell helyezni a víz felszínére. A személyt a tetejére helyezik. A test súlya alatt a test víz alá süllyed, és csak a fej marad felül. Ez a modell az óceánra jellemző alátámasztás nélküli, alacsony gravitációs környezetet mutatja be.

Nem kell az űrbe menni ahhoz, hogy megtapasztaljuk a súlytalanság ellentétes erejét - a hipergravitációt. Amikor egy űrhajó felszáll és leszáll egy centrifugában, a túlterhelés nemcsak érezhető, hanem tanulmányozható is.

Gravitációs kezelés

A gravitációs fizika a súlytalanság emberi szervezetre gyakorolt hatásait is vizsgálja, megpróbálva minimalizálni a következményeket. Ennek a tudománynak a számos vívmánya azonban hasznos lehet a bolygó hétköznapi lakosai számára is.

Az orvosok nagy reményeket fektetnek a myopathia izomenzimeinek viselkedésének kutatásába. Ez egy súlyos betegség, amely korai halálhoz vezet.

Az aktív testmozgás során a kreatin-foszfokináz enzim nagy mennyisége kerül az egészséges ember vérébe. A jelenség oka nem tisztázott, talán a terhelés úgy hat a sejtmembránra, hogy az „lyukas” lesz. A myopathiában szenvedő betegek edzés nélkül is ugyanazt a hatást érik el. Az űrhajósok megfigyelései azt mutatják, hogy súlytalanságban az aktív enzim vérbe jutása jelentősen csökken. Ez a felfedezés arra utal, hogy a merítés alkalmazása csökkenti a myopathiához vezető tényezők negatív hatását. Jelenleg állatokon végeznek kísérleteket.

Egyes betegségek kezelését már a gravitáció vizsgálatából nyert adatok felhasználásával végzik, beleértve a mesterséges gravitációt is. Például az agyi bénulást, a stroke-ot és a Parkinson-kórt stressz-ruházattal kezelik. A támasz, a pneumatikus cipő pozitív hatásainak kutatása már majdnem befejeződött.

Repülünk a Marsra?

Az űrhajósok legújabb eredményei reményt adnak a projekt realitásában. Vannak tapasztalatok abban, hogy orvosi segítséget nyújtsanak egy személynek a Földtől való hosszú tartózkodás során. A Holdra irányuló kutatórepülések, amelyek gravitációs ereje 6-szor kisebb, mint a miénk, szintén sok hasznot hoztak. Az űrhajósok és a tudósok most új célt tűznek ki maguk elé – a Marsra.

Mielőtt sorba állna a Vörös Bolygó jegyéért, már a munka első szakaszában - útközben - tudnia kell, mi vár a testre. Átlagosan a sivatagi bolygóhoz vezető út másfél évig tart - körülbelül 500 napig. Útközben csak a saját erejére kell hagyatkoznia, egyszerűen nincs hova várnia a segítségre.

Sok tényező aláássa az erejét: stressz, sugárzás, mágneses tér hiánya. A test számára a legfontosabb teszt a gravitáció változása. Az utazás során az ember „megismerkedik” a gravitáció több szintjével. Először is ezek túlterhelések felszállás közben. Aztán - súlytalanság a repülés során. Ezt követően - hipogravitáció a célállomáson, mivel a Marson a gravitáció kevesebb, mint a Föld gravitációja.

Hogyan birkózik meg a súlytalanság negatív hatásaival egy hosszú repülés során? Remélhetőleg a mesterséges gravitáció terén végrehajtott fejlesztések a közeljövőben segíteni fognak ennek a kérdésnek a megoldásában. A Cosmos 936-on utazó patkányokon végzett kísérletek azt mutatják, hogy ez a technika nem old meg minden problémát.

Az operációs rendszerrel kapcsolatos tapasztalatok azt mutatják, hogy sokkal nagyobb előnyökkel járhat a szervezet számára az olyan edzőkomplexumok használata, amelyek minden űrhajós számára külön-külön meg tudják határozni a szükséges terhelést.

Egyelőre úgy gondolják, hogy nemcsak kutatók repülnek majd a Marsra, hanem turisták is, akik kolóniát szeretnének létesíteni a Vörös Bolygón. Számukra, legalábbis először, a súlytalanság érzése felülmúlja az orvosok minden érvét az ilyen körülmények között való hosszabb tartózkodás veszélyeiről. Néhány héten belül azonban nekik is segítségre lesz szükségük, ezért is olyan fontos, hogy az űrhajón meg lehessen találni a mesterséges gravitáció létrehozásának módját.

Eredmények

Milyen következtetéseket vonhatunk le a mesterséges gravitáció térbeli létrehozásáról?

A jelenleg mérlegelés alatt álló lehetőségek közül a forgó szerkezet tűnik a legreálisabbnak. A fizikai törvények jelenlegi értelmezése szerint azonban ez lehetetlen, mivel a hajó nem üreges henger. Belül vannak átfedések, amelyek zavarják az ötletek megvalósítását.

Ezenkívül a hajó sugarának olyan nagynak kell lennie, hogy a Coriolis-effektusnak ne legyen jelentős hatása.

Az ehhez hasonló dolgok irányításához szükség van a fent említett O'Neill hengerre, amely lehetővé teszi a hajó irányítását. Ebben az esetben megnő annak az esélye, hogy egy ilyen kialakítást bolygóközi repülésekhez alkalmazzanak, miközben a személyzet számára kényelmes gravitációs szintet biztosítanak.

Mielőtt az emberiségnek sikerülne megvalósítania álmait, szeretnék egy kicsit több realizmust és még több fizikatörvény-ismeretet látni a tudományos-fantasztikus művekben.

A mű szövegét képek és képletek nélkül közöljük.
A munka teljes verziója elérhető a "Munkafájlok" fülön PDF formátumban

A tanulmány céljai és célkitűzései

Kutatási munkám célja egy olyan alapvető kölcsönhatás vizsgálata, mint a gravitáció, annak jelenségei és a mesterséges gravitációval járó űrtelepülések problémája, a különböző típusú motorok mesterséges gravitáció létrehozására való felhasználásának sajátosságainak vizsgálata, az űrbeli életről alkotott elképzelések kialakítása. mesterséges gravitáció körülményei között és a projekt létrehozásakor felmerülő problémák megoldására, a fejlett technológiák szabadalmainak integrálása a mesterséges gravitáció problémáinak megoldására.

A kutatás relevanciája.

Az űrtelepülések olyan típusú űrállomások, ahol az ember hosszabb ideig vagy akár egy életen át is élhet. Az ilyen települések létrehozásához át kell gondolni az optimális élettevékenységhez szükséges összes feltételt - életfenntartó rendszert, mesterséges gravitációt, védelmet az űrbefolyásoktól stb. És bár elég nehéz minden feltételt megvalósítani, számos tudományos-fantasztikus író és mérnök már több olyan projektet is készített, amelyek talán elképesztő űrtelepüléseket hoznak létre a jövőben.

A kutatás jelentősége és újszerűsége.

A mesterséges gravitáció ígéretes kutatási terület, mert hosszú távú űrbeli tartózkodást és nagy távolságú űrrepülések lehetőségét biztosítja. Az űrtelepülések építése biztosíthatna forrást a további kutatásokhoz; Ha elindítunk egy űrturisztikai programot, ami nagyon drága öröm lesz, akkor az űrvállalatok plusz forráshoz jutnak, és minden irányban lehet kutatásokat végezni, anélkül, hogy a lehetőségek korlátoznák őket.

Gravitáció. Gravitációs jelenségek. Gravitáció.

A gravitáció az alapvető kölcsönhatások négy típusának egyike, vagy más szóval - egy ilyen vonzó erő, amely bármely tárgy tömegközéppontja felé és egy objektumcsoport tömegközéppontja felé irányul; minél nagyobb a tömeg, annál nagyobb a gravitáció. Ahogy távolodsz egy tárgytól, a felé irányuló vonzóerő nullára hajlik, de ideális körülmények között egyáltalán nem tűnik el. Vagyis ha elképzelünk egy abszolút vákuumot egyetlen, bármilyen eredetű extra részecske nélkül, akkor ebben a térben minden olyan objektum, amely akár végtelenül kicsi tömegű is, minden más külső erő hiányában vonzódni fog egymáshoz bármely végtelen távolságban. távolság.

Alacsony sebességnél a gravitációt a newtoni mechanika írja le. És a fénysebességgel összemérhető sebességgel gravitációs jelenségeket ír le az SRT

A. Einstein.

A newtoni mechanika keretein belül a gravitációt az univerzális gravitáció törvénye írja le, amely kimondja, hogy két pontszerű (vagy gömb alakú) test olyan erővel vonzódik egymáshoz, amely egyenesen arányos e testek tömegének szorzatával, fordítottan arányos a köztük lévő és az ezeket a testeket összekötő egyenes mentén ható távolság négyzete.

A nagysebességű közelítésben a gravitációt a speciális relativitáselmélet magyarázza, amelynek két posztulátuma van:

Einstein relativitáselmélete, amely kimondja, hogy a természeti jelenségek minden inerciális vonatkoztatási rendszerben egyformán előfordulnak.

A fénysebesség állandóságának elve, amely kimondja, hogy a fény sebessége vákuumban állandó (ellentmond a sebességek összeadás törvényének).

A gravitáció leírására kidolgozták a relativitáselmélet egy speciális kiterjesztését, amely lehetővé teszi a téridő görbületét. A dinamika azonban az STR keretein belül is tartalmazhat gravitációs kölcsönhatást, amennyiben a gravitációs térpotenciál sokkal kisebb. Azt is meg kell jegyezni, hogy az STR nem működik az egész Univerzum léptékében, ezért GTR-re kell cserélni.

Gravitációs jelenségek.

A legszembetűnőbb gravitációs jelenség a vonzás. A gravitációhoz kapcsolódik egy másik jelenség is – a súlytalanság.

A gravitációs erőknek köszönhetően a Földön járunk, és bolygónk létezik, mint az egész Univerzum. De mi történik, ha elhagyjuk a bolygót? Megtapasztaljuk az egyik legfényesebb gravitációs jelenséget - a súlytalanságot. A súlytalanság a test olyan állapota, amelyben a gravitációs erőn kívül semmilyen más erő nem hat rá, vagy ezek az erők kompenzálódnak.

Az ISS-en tartózkodó űrhajósok súlytalanságban vannak, ami negatívan befolyásolja egészségüket. Amikor a föld gravitációs körülményeiből a súlytalanság állapotába lépnek át (elsősorban, amikor egy űrhajó pályára áll), a legtöbb űrhajós szervezeti reakciót tapasztal, amelyet űradaptációs szindrómának neveznek. Ha egy személy hosszú ideig (több mint egy hétig) tartózkodik az űrben, a gravitáció hiánya bizonyos negatív változásokat kezd előidézni a testben. A súlytalanság első és legnyilvánvalóbb következménye az izmok gyors sorvadása: az izmok valójában ki vannak kapcsolva az emberi tevékenységből, ennek következtében a test összes fizikai tulajdonsága romlik. Emellett az izomszövet aktivitásának éles csökkenésének következménye a szervezet oxigénfogyasztásának csökkenése, és az ebből eredő hemoglobintöbblet miatt csökkenhet az azt szintetizáló csontvelő aktivitása. Van okunk azt hinni, hogy a korlátozott mobilitás megzavarja a foszfor anyagcserét a csontokban, ami a csontok erejének csökkenéséhez vezet.

A súlytalanság negatív hatásaitól való megszabaduláshoz mesterséges gravitációt kell létrehozni az űrben.

Mesterséges gravitációs és űrtelepülések. század korai kutatásai.

Ciolkovszkij javasolta az éteri települések elméletét, amelyek egy tórusz voltak, amelyek lassan forognak a tengelye körül. De abban az időben az ilyen ötletek utópia volt, és minden projektje vázlatban maradt.

Az első kidolgozott projektet Hermann Nordrung osztrák tudós javasolta 1928-ban. Ez is egy tórusz alakú állomás volt, benne lakómodulokkal, áramfejlesztővel és csillagászati obszervatóriumi modullal.

A következő projektet Wernher von Braun, az amerikai űrprogram vezető specialistája javasolta, ez egyben egy tórusz alakú állomás is volt, ahol az emberek egy nagy folyosóba kapcsolt helyiségekben laknak és dolgoznak. Werner projektje a NASA egyik prioritása volt egészen a Skylab projekt megjelenéséig, a 60-as években.

A Skylab, az Egyesült Államok első és egyetlen nemzeti orbitális állomása technológiai, asztrofizikai, orvosi és biológiai kutatásokra, valamint Föld-megfigyelésre szolgált. 1973. május 14-én indították útjára, 1973 májusa és 1974 februárja között három Apollo-küldetésnek adott otthont, de 1979. július 11-én leállt és összeomlott.

Továbbá 1965-ben az Amerikai Űrtársaság azt javasolta, hogy az űrtelepülések ideális formája egy tórusz legyen, mivel az összes modul együtt helyezkedik el, így a gravitációs erő maximális értéke lesz. A mesterséges gravitáció problémája nagyjából megoldottnak tűnt.

A következő projektet Gerard O'Neill terjesztette elő, ő kolóniák létrehozását képzelte el, amelyekhez két óriási méretű, keretbe zárt, különböző irányba forgó hengert javasolnak használni. Ezek a hengerek a saját tengelyük körül körülbelül 0,53 fordulat/perc sebességgel forognak, aminek köszönhetően a kolóniában az ember számára ismert gravitációs erő jön létre.

1975-ben Parker projektet terjesztett elő egy 100 m átmérőjű és 1 km hosszú kolónia létrehozására, amely körülbelül 400 000 km távolságra található a Földtől és a Holdtól, és 10 000 ember számára készült. A hossztengely körüli forgás 21 másodpercenként 1 fordulatszámmal a Földhöz közeli gravitációt hoz létre.

1977-ben a NASA Ames Kutatóközpont kutatója, Richard Johnson és Charles Holbrow, a Colgate Egyetem professzora kiadták a Space Settlements című dokumentumot, amely a tórusz alakú települések ígéretes kutatását vizsgálta.

1994-ben Dr. Rodney Galloway irányításával, a Phillips Laboratory és a Sandia Laboratories, valamint az Egyesült Államok Légierejének más kutatóközpontjainak és az Arizonai Egyetem Űrkutatási Központjának tudósai és laboratóriumi tudósai részvételével terjedelmes nagyszabású kézikönyvet állítottak össze tórusz alakú tértelepülések tervezésére.

Modern kutatás.

Az űrtelepítések területén az egyik modern projekt a Stanford Torus, amely Wernher von Braun elképzeléseinek egyenes leszármazottja.

A Stanford Torust 1975 nyarán javasolták a NASA-nak a Stanford Egyetem hallgatói, hogy megalkossák a jövőbeli űrtelepek tervezését. Gerard O'Neill később bemutatta "Island One" vagy "Bernal Sphere"-jét a tórusz alternatívájaként. A "Stanford Torust", csak egy részletesebb változatban, a gyűrű alakú forgó űrállomás koncepcióját képviselő Wernher von Braun, valamint a szlovén származású osztrák mérnök, Hermann Potocnik mutatta be.

Ez egy körülbelül 1,8 kilométer átmérőjű tórusz (1975-ös munkában leírtak szerint 10 ezer ember lakására), és a tengelye körül forog (percenkénti fordulat), 0,9-1 g mesterséges gravitációt hozva létre a gyűrűn. centrifugális szilárdság miatt.

A napfény tükörrendszeren keresztül jut be. A gyűrű a kerékagyhoz „küllőn” keresztül csatlakozik - folyosókon keresztül, amelyek az emberek és az áruk tengelyre és visszafelé történő mozgására szolgálnak. Az űrhajók fogadására szolgáló dokkoló állomásként a kerékagy, az állomás forgástengelye a legalkalmasabb, hiszen itt elhanyagolható a mesterséges gravitáció: az állomás tengelyéhez van dokkolva egy álló modul.

A tórusz belseje lakható, elég nagy ahhoz, hogy mesterséges ökoszisztémát, természetes környezetet hozzon létre, belül pedig olyan, mint egy hosszú, keskeny gleccservölgy, amelynek végei végül felfelé görbülve kört alkotnak. A lakosság sűrűn lakott külvároshoz hasonló körülmények között él itt, a gyűrűn belül pedig földművelést szolgáló ágak és lakórész található. (1. melléklet)

Űrtelepülések és mesterséges gravitáció a kultúrában. Elízium

A gyűrűs világok, mint például az Elysium sci-fi akciófilmben vagy a Halo videojátékban bemutatottak, talán a legérdekesebb ötletek a jövő űrállomásai számára. Az Elysiumban az állomás közel van a Földhöz, és ha figyelmen kívül hagyja a méretét, bizonyos fokú realizmusa van. A legnagyobb probléma azonban itt a „nyitottsága”, amely már önmagában is csak a megjelenésében tiszta fantázia.

„Talán a legvitatottabb kérdés az Elysium állomással kapcsolatban az űrkörnyezet iránti nyitottság.”

„A film azt mutatja be, hogy az űrhajó egyszerűen leszáll a pázsitra, miután megérkezett a világűrből. Nincsenek dokkoló kapuk vagy ilyesmi. De egy ilyen állomást teljesen el kell szigetelni a külső környezettől. Különben nem tart sokáig itt a hangulat. Talán az állomás nyílt területeit valamilyen láthatatlan mezővel lehetne megvédeni, amely lehetővé tenné, hogy a napfény behatoljon, és életet éljen az oda ültetett növényekben és fákban. De ez egyelőre csak fantázia. Nincsenek ilyen technológiák."

A gyűrű alakú állomás ötlete csodálatos, de egyelőre megvalósíthatatlan.

Csillagok háborúja

Szinte minden sci-fi filmrajongó tudja, mi az a Halálcsillag. Ez egy olyan nagy szürke és kerek űrállomás a Star Wars-filmből, ami nagyon hasonlít a Holdra. Ez egy intergalaktikus bolygóromboló, amely lényegében maga egy acélból készült mesterséges bolygó, amelyet rohamosztagosok laknak.

Valóban építhetünk egy ilyen mesterséges bolygót, és barangolhatunk rajta a galaxis kiterjedésein? Elméletileg - igen. Ez önmagában hihetetlen mennyiségű emberi és pénzügyi erőforrást igényel.

A Halálcsillag megépítésének kérdését még az amerikai Fehér Ház is felvetette, miután a társadalom ennek megfelelő petíciót küldött megfontolásra. A hatóságok hivatalos válasza az volt, hogy csak az építőipari acélra 852 000 000 000 000 000 dollárra lenne szükség.

De még ha a finanszírozás kérdése nem is lenne prioritás, akkor az emberiségnek nincs meg a technológiája a Halálcsillag újrateremtéséhez, mivel hatalmas mennyiségű energiára van szükség a mozgatásához.

(2. függelék)

Problémák az űrtelepülések projekt megvalósításában.

Az űrtelepülések ígéretes irányt jelentenek a jövő űriparában, de mint mindig, vannak nehézségek, amelyeket le kell küzdeni ennek a feladatnak a teljesítéséhez.

Kezdeti tőkeköltségek;

Belső életfenntartó rendszerek;

Mesterséges gravitáció létrehozása;

Védelem az ellenséges külső körülményektől:

sugárzástól;

hő biztosítása;

idegen tárgyaktól;

Mesterséges gravitációs és űrtelepítési problémák megoldása.

Kezdeti tőkeköltségek – ezt a problémát közösen meg lehet oldani, ha az emberek félreteszik személyes ambícióikat és a nagyobb jó érdekében dolgoznak. Hiszen az emberiség jövője csak rajtunk múlik.

Belső életfenntartó rendszerek - már most az ISS-en vannak víz újrafelhasználására szolgáló rendszerek, de ez nem elég; ha van elég hely az orbitális állomáson, találhat helyet egy üvegháznak, amelyben a maximális oxigént kibocsátó növények nőnek. A GMO-k termesztésére hidroponikus laboratóriumokat hoznak létre, amelyek képesek lesznek élelmiszerrel ellátni az állomás teljes lakosságát.

A mesterséges gravitáció létrehozása nem olyan nehéz feladat, mint az állomás forgatásához szükséges hatalmas mennyiségű üzemanyag szállítása.

1. A probléma megoldásának többféle módja van.
  1. 1. Amikor a különböző típusú motorok hatékonyságát kell összehasonlítani, a mérnökök általában konkrét impulzusról beszélnek. A fajlagos impulzus az elfogyasztott üzemanyag tömegegységére eső impulzus változása. Így minél hatékonyabb a motor, annál kevesebb üzemanyagra van szükség a rakéta űrbe való kilövéséhez. Az impulzus pedig egy bizonyos időn át ható erő hatásának eredménye. A vegyi rakéták, bár nagyon nagy tolóerővel rendelkeznek, csak néhány percig működnek, és ezért nagyon alacsony a fajlagos impulzusuk. Az évekig működő ionmotorok nagy fajlagos impulzussal és nagyon alacsony tolóerővel rendelkezhetnek.

Használjon szabványos megközelítést, és alkalmazzon sugárhajtóműveket a problémára. A számítások azt mutatják, hogy bármely ismert sugárhajtómű használata óriási mennyiségű üzemanyagot igényel az állomás legalább egy évig tartó működtetéséhez.

I. fajlagos impulzus (LPRE) = 4,6

I. fajlagos impulzus (szilárd hajtóanyagú rakétamotor) = 2,65

I. fajlagos impulzus (EP) = 10

Specifikus impulzus I (plazmamotor) = 290

Ez 1 év üzemanyag-fogyasztása, ezért nem bölcs dolog sugárhajtóművet használni.

Tekintsünk egy elemi esetet.

Legyen egy körhinta, ami mozdulatlan. Ekkor ha n számú unipoláris elektromágnest rögzítünk a körhinta széle mentén úgy, hogy kölcsönhatásuk ereje maximális legyen, akkor a következőt kapjuk: ha az 1-es elektromágnest úgy kapcsoljuk be, hogy az a 2-es elektromágnesre egy a másodiknál x-szer nagyobb erő hat először, majd a III. Newton-törvény szerint az 1-es számú elektromágnes hatóereje a 2-es oldalról a 2-esre a körhinta támasztékának reakcióereje kompenzálja. , ami kihozza a körhinta a nyugalomból. Most kapcsolja ki az 1-et, emelje a 2-es erősségét 1-re, és kapcsolja be a 3-ast az előző szakaszban lévő 2-es erővel, és ha ezt az eljárást folytatjuk, akkor elérjük a körhinta. Ezt a módszert az űrállomáson alkalmazva megoldást kapunk a mesterséges gravitáció problémájára.

(3. melléklet).

Védelem az ellenséges környezeti feltételekkel szemben

szabadalom tulajdonosa Alexey Gennadievich Rebeko

A találmány a személyzet és a berendezések védelmére szolgáló eljárásokra és eszközökre vonatkozik űrrepülések során az ionizáló sugárzástól (töltött nagy energiájú részecskéktől). A találmány szerint az űrjármű körül védő statikus elektromos vagy mágneses mezőt hoznak létre, amely két egymásba ágyazott, zárt, egymással nem érintkező felület közötti térben helyezkedik el. Az űreszköz védett terét a belső felület korlátozza, a külső felület pedig elszigeteli az űrhajót és a védett teret a bolygóközi plazmától. A felületek alakja tetszőleges lehet. Elektromos védőtér alkalmazásakor ezeken a felületeken azonos nagyságú és ellentétes előjelű töltések jönnek létre. Egy ilyen kondenzátorban az elektromos tér a lemezfelületek közötti térben koncentrálódik. Mágneses tér esetén ellentétes irányú áramok haladnak át a felületeken, és az áramerősségek arányát úgy választjuk meg, hogy a külső maradék tér értéke minimális legyen. A felületek kívánt formája ebben az esetben toroid alakú, a folyamatos védelem érdekében. A Lorentz-erő hatására a töltött részecskék eltérítő görbe pályákon vagy zárt pályákon mozognak a felületek között. Lehetőség van elektromos és mágneses mező egyidejű alkalmazására a felületek között. Ebben az esetben a felületek közötti térbe megfelelő anyagot helyezhetünk el a töltött részecskék elnyelésére: például folyékony hidrogént, vizet vagy polietilént. A találmány műszaki eredménye megbízható, folyamatos (geometriailag folytonos) kozmikus sugárzás elleni védelem létrehozására, a védőfelszerelések tervezésének egyszerűsítésére és a védőmező fenntartásának energiaköltségeinek csökkentésére irányul.

A szabadalom jogosultja: S. P. Korolev "Rocket and Space Corporation" "Energia" nyílt részvénytársaság

Űrhajó és orbitális állomás hőszabályozó rendszere, amely legalább egy közbenső folyadék-folyadék hőcserélőn keresztül összekapcsolt zárt hűtő-fűtőköröket, vezérlő- és mérőrendszereket, szelepelosztó és vízelvezető-töltő szerelvényeket, míg a fűtőkör keringésstimulátort tartalmaz , gáz-folyadék és tekercs hőcserélők és termikus lemezek, valamint a hűtőkörben legalább egy keringés-stimulátor, egy folyadékáramlás-szabályozó, amelynek egyik kimenete az első visszacsapó szelepen keresztül a hűtőközeg-áramlási keverő bemenetére van kötve, és a másik a második visszacsapó szelepen keresztül a bemeneti sugárzó hőcserélőhöz, melynek kimenete az áramlási keverő második bemenetére csatlakozik, az áramlási keverő kimenete csatlakozó csővezetéken keresztül a köztes hőbefogadó üregébe folyadék-folyadék hőcserélő, amelynek kimenete a keringető stimulátorhoz van kötve, a csatlakozó csővezetékre hőmérséklet-érzékelők vannak felszerelve, vezérlőrendszeren keresztül elektromosan csatlakoztatva az áramlásszabályozó folyadékhoz, azzal jellemezve, hogy két elektromos szivattyúegységet járulékosan bevezetnek a hűtőkör, és az első elektromos szivattyúegység bemenete egy szűrőn keresztül csatlakozik a közbenső folyadék-folyadék hőcserélő hőfogadó üregéből kilépő hűtőközeg kimenethez, kimenete pedig a második visszacsapó szelephez, és ezzel párhuzamosan. egy szűrőt a bemenetre egy második elektromos szivattyúegység, amelynek kimenete az első visszacsapó szelephez csatlakozik, mindegyik elektromos szivattyúegység nyomáskülönbség-érzékelővel van felszerelve, és egy további hőmérséklet-érzékelő van felszerelve a csővezetékre, amely összeköti a kimenetét áramlási keverő a folyadék-folyadék hőcserélő hőfogadó üregével, amely a vezérlőrendszeren keresztül elektromosan kapcsolódik az első elektromos szivattyúegységhez.

Az idegen testek elleni védekezésnek számos módja van.

Használjon nem szabványos motorokat, például változó fajlagos impulzusú elektromágneses gyorsítót;

Tekerj egy aszteroidát fényvisszaverő műanyag napvitorlába alumínium bevonatú PET fólia használata;

"Fesse be" vagy szórjon meg egy tárgyat titán-dioxiddal (fehér) vagy korommal (fekete), hogy okozza a Jarkovszkij-effektustés megváltoztatja a pályáját;

Eugene Shoemaker bolygókutató javasolta 1996-ban gőzfelhőt bocsát ki egy tárgy útjába hogy finoman lelassítsa. Nick Zabo hasonló koncepciót rajzolt 1990-ben, "üstökös aerodinamikai fékezése": Egy üstökös vagy jégszerkezet egy aszteroidát céloz meg, ami után a nukleáris robbanások elpárologtatják a jeget, és átmeneti légkört képeznek az aszteroida útján;

Erősítsen nehéz ballasztot az aszteroidához, hogy a súlypont eltolásával megváltoztassa a pályáját;

Használjon lézeres ablációt;

Használjon lökéshullám-sugárzót;

Egy másik „érintés nélküli” módszert javasoltak a közelmúltban C. Bombardelli és G. Pelez tudósok a Madridi Műszaki Egyetemről. Kínál használjon ionágyút alacsony eltéréssel, egy közeli hajóról célozta meg az aszteroidát. Az aszteroida felszínét elérő ionokon keresztül továbbított kinetikus energia, akárcsak egy gravitációs vontató esetében, gyenge, de állandó erőt hoz létre, amely képes eltéríteni az aszteroidát, és egy könnyebb hajót használnak.

Nukleáris berendezés felrobbantása egy aszteroida felszíne felett, felett vagy alatt egy lehetséges lehetőség a fenyegetés visszaszorítására. Az optimális robbanási magasság az objektum összetételétől és méretétől függ. Törmelékkupac fenyegetése esetén a szétszóródás elkerülése érdekében sugárzási robbanást, azaz a felszín feletti robbanást javasolják. A robbanás során a felszabaduló energia neutronok és lágy röntgensugarak formájában (amelyek nem hatolnak át az anyagon) hővé alakul át, amikor eléri a tárgy felszínét. A hő a tárgy anyagát kitöréssé változtatja, és letér a pályáról, Newton harmadik törvényét követve a kitörés egy irányba, a tárgy pedig az ellenkező irányba megy.

Elektromágneses katapult egy aszteroidán található automata rendszer, amely a benne lévő anyagot az űrbe bocsátja ki. Így lassan eltolódik és veszít tömegéből. Az elektromágneses katapultnak alacsony fajlagos impulzusú rendszerként kell működnie: sok üzemanyagot, de kevés energiát használ fel.

Az ötlet az, hogy ha aszteroida anyagot használsz üzemanyagként, akkor az üzemanyag mennyisége nem olyan fontos, mint az energia mennyisége, amely valószínűleg korlátozott lesz.

Egy másik lehetséges módszer egy elektromágneses katapult elhelyezése a Holdon, egy Föld-közeli objektumra célozva, hogy kihasználják a természetes műhold keringési sebességét és korlátlan mennyiségű „kőlövedéket”.

Következtetés.

A bemutatott információk elemzése után világossá válik, hogy a mesterséges gravitáció egy nagyon is valós jelenség, amely széles körben alkalmazható lesz az űriparban, amint leküzdjük a projekttel kapcsolatos összes nehézséget.

Az űrtelepüléseket a von Braun által javasolt formában látom: tórusz alakú világok optimális térkihasználással és fejlett technológiákat használnak a hosszú távú élettevékenység biztosítására, nevezetesen:

Fejlett technológiák alkalmazása az állomás igényeinek kielégítésére:

Hidroponika
- A növényeket nem kell sokat öntözni. Sokkal kevesebb vizet használnak fel, mint a kertben, a földön termesztve. Ennek ellenére az ásványi anyagok és összetevők megfelelő megválasztásával a növények nem száradnak ki, nem rothadnak ki. Ez akkor történik, ha elegendő oxigént kap.
  
  Nagy előnye, hogy ezzel a módszerrel számos betegségtől és kártevőtől megvédheti a növényeket. A növények maguk nem szívják fel a talajból a káros anyagokat.
  
  Következésképpen maximális termelékenység érhető el, amely teljes mértékben fedezi az állomás lakóinak igényeit.

Víz regeneráció

Nedvesség lecsapódása a levegőből.

Használt víz tisztítása.

A vizelet és a szilárd hulladék feldolgozása.

Az energiaellátásért atomreaktorok klasztere fog felelni, amelyet a szabadalom szerint árnyékolnak majd. 2406661 alkalmas a radioaktív részecskék kiszorítására az állomáson kívülre.

A tértelepülések létrehozásának feladata nehéz, de megoldható. Bízom benne, hogy a közeljövőben a tudomány és a technika rohamos fejlődése miatt minden szükséges feltétel teljesül a mesterséges gravitációra épülő űrtelepülések létrejöttéhez és fejlesztéséhez. Nagyra értékeljük hozzájárulásomat ehhez a szükséges ügyhöz. Az emberiség jövője az űrkutatásban és az emberi fejlődés spiráljának új, ígéretesebb, környezetbarátabb fordulójára való átállásban rejlik.

Alkalmazások

1. függelék. Stanford tórusz

Függelék 2. Halálcsillag, Elysium.

Függelék 3. A forgó mozgás sémája.

Eredményes erők első közelítésben (csak a mágnesek kölcsönhatása). Ennek eredményeként az állomás forgó mozgást végez. Erre van szükségünk.

Bibliográfia

ALJAKRINSZKIJ. Az ember az űrben él. Súlytalanság: plusz vagy mínusz?

Barrer, M. Rakéta hajtóművek.

Dobrovolszkij, M. Folyékony rakétamotorok. A tervezés alapjai.

Dorofejev, A. A termikus rakétahajtóművek elméletének alapjai.

Matvejev. Mechanika és relativitáselmélet: Tankönyv egyetemistáknak.

Myakishev. Molekuláris fizika és termodinamika.

Myakishev. Fizika. Mechanika.

Myakishev. Fizika. Elektrodinamika.

Russell, D. Hidroponika.

Sanko. Csillagászati szótár.

Sivukhin. Általános fizika tanfolyam.

Feynman. Feynman előadásokat tart a gravitációról.

Ciolkovszkij. A rakétatechnológiával kapcsolatos eljárások.

Shileiko. Az energia óceánjában.

Golubev I.R. és Novikov Yu.V. A környezet és annak védelme

Zakhlebny A.N. Olvasókönyv a természetvédelemről

Zverev I. Az iskolások természetvédelmi és környezeti nevelése.

Ivanov A.F. Fizikai kísérlet környezeti tartalommal.

Kiselev S.V. Az üvegházhatás bemutatása.

Internetes források:

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

http://www.roscosmos.ru

http://allpatents.ru