Daya tarik buatan. Gravitasi buatan dalam Sci-Fi Mencari kebenaran

Masalah pada sistem vestibular bukan satu-satunya akibat dari paparan gayaberat mikro yang terlalu lama. Astronot yang menghabiskan lebih dari sebulan di ISS sering kali menderita gangguan tidur, fungsi kardiovaskular yang lambat, dan perut kembung.

NASA baru-baru ini menyelesaikan percobaan di mana para ilmuwan mempelajari genom saudara kembar: salah satu dari mereka menghabiskan hampir satu tahun di ISS, yang lain hanya melakukan penerbangan singkat dan menghabiskan sebagian besar waktunya di Bumi. Tinggal jangka panjang di luar angkasa menyebabkan fakta bahwa 7% DNA astronot pertama berubah selamanya - kita berbicara tentang gen yang terkait dengan sistem kekebalan, pembentukan tulang, kekurangan oksigen, dan kelebihan karbon dioksida dalam tubuh.

NASA membandingkan astronot kembar untuk melihat bagaimana tubuh manusia berubah di luar angkasa

Dalam kondisi gayaberat mikro, seseorang akan terpaksa tetap tidak aktif: kita tidak berbicara tentang astronot yang tinggal di ISS, tetapi tentang penerbangan ke luar angkasa. Untuk mengetahui bagaimana rezim seperti itu akan mempengaruhi kesehatan para astronot, Badan Antariksa Eropa (ESA) menempatkan 14 sukarelawan di tempat tidur yang dimiringkan ke sisi kepala selama 21 hari. Eksperimen tersebut, yang akan menguji metode terbaru untuk memerangi keadaan tanpa bobot - seperti peningkatan olahraga dan pola makan - rencananya akan dilakukan bersama oleh NASA dan Roscosmos.

Namun jika manusia memutuskan untuk mengirim kapal ke Mars atau Venus, diperlukan solusi yang lebih ekstrem - gravitasi buatan.

Bagaimana gravitasi bisa ada di luar angkasa

Pertama-tama, perlu dipahami bahwa gravitasi ada di mana-mana - di beberapa tempat lebih lemah, di tempat lain lebih kuat. Dan luar angkasa tidak terkecuali.

ISS dan satelitnya terus-menerus berada di bawah pengaruh gravitasi: jika suatu benda berada di orbit, maka benda itu akan jatuh mengelilingi bumi, sederhananya. Efek serupa terjadi jika Anda melempar bola ke depan - sebelum menyentuh tanah, bola akan terbang sedikit ke arah lemparan. Jika Anda melempar bola lebih keras, bola akan terbang lebih jauh. Jika Anda seorang Superman, dan bola tersebut adalah mesin roket, ia tidak akan jatuh ke tanah, tetapi akan terbang mengelilinginya dan terus berputar, secara bertahap memasuki orbit.

Gayaberat mikro mengasumsikan bahwa orang-orang di dalam kapal tidak berada di udara - mereka jatuh dari kapal, yang kemudian jatuh mengelilingi Bumi.

Karena gravitasi adalah gaya tarik-menarik antara dua massa, kita tetap berada di permukaan bumi saat kita berjalan di atasnya, bukannya melayang ke langit. Dalam hal ini, seluruh massa bumi menarik massa tubuh kita ke pusatnya.

Ketika kapal memasuki orbit, mereka melayang bebas di luar angkasa. Mereka masih terkena tarikan gravitasi bumi, namun kapal dan benda atau penumpang di dalamnya juga terkena gravitasi dengan cara yang sama. Perangkat yang ada tidak cukup besar untuk menciptakan daya tarik yang nyata, sehingga orang dan benda di dalamnya tidak berdiri di lantai, melainkan “melayang” di udara.

Cara membuat gravitasi buatan

Gravitasi buatan tidak ada, untuk menciptakannya, seseorang perlu mempelajari segala sesuatu tentang gravitasi alam. Dalam fiksi ilmiah, terdapat konsep simulasi gravitasi: memungkinkan awak pesawat ruang angkasa berjalan di geladak dan benda berdiri di atasnya.

Secara teori, ada dua cara untuk menciptakan simulasi gravitasi, dan belum ada satupun yang digunakan dalam kehidupan nyata. Yang pertama adalah penggunaan gaya sentripetal untuk mensimulasikan gravitasi. Kapal atau stasiun harus berupa struktur seperti roda yang terdiri dari beberapa segmen yang berputar terus-menerus.

Menurut konsep ini, percepatan sentripetal perangkat, yang mendorong modul ke arah pusat, akan menciptakan kemiripan gravitasi atau kondisi yang serupa dengan yang ada di Bumi. Konsep ini didemonstrasikan dalam film Stanley Kubrick 2001: A Space Odyssey dan Interstellar karya Christopher Nolan.

Konsep perangkat yang menciptakan percepatan sentripetal untuk mensimulasikan gravitasi

Penulis proyek ini dianggap sebagai ilmuwan dan insinyur roket Jerman Wernher von Braun, yang memimpin pengembangan roket Saturn 5, yang mengantarkan awak Apollo 11 dan beberapa kendaraan berawak lainnya ke Bulan.

Sebagai direktur Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA, von Braun mempopulerkan gagasan ilmuwan Rusia Konstantin Tsiolkovsky untuk membuat stasiun luar angkasa toroidal berdasarkan desain hub yang mengingatkan pada roda sepeda. Jika sebuah roda berputar di angkasa, maka gaya inersia dan sentrifugal dapat menimbulkan semacam gravitasi buatan yang menarik benda menuju lingkar luar roda. Hal ini akan memungkinkan manusia dan robot berjalan di lantai, seperti di Bumi, dibandingkan melayang di udara, seperti di ISS.

Namun, metode ini memiliki kelemahan yang signifikan: semakin kecil pesawat ruang angkasa, semakin cepat ia harus berputar - hal ini akan menyebabkan munculnya apa yang disebut gaya Cornolis, di mana titik-titik yang terletak jauh dari pusat akan dipengaruhi lebih kuat oleh gravitasi daripada titik-titik tersebut. lebih dekat ke sana. Dengan kata lain, gravitasi akan lebih kuat di kepala para astronot dibandingkan di kaki mereka, dan hal ini tidak akan mereka sukai.

Untuk menghindari efek ini, ukuran kapal harus beberapa kali lebih besar dari ukuran lapangan sepak bola - menempatkan perangkat semacam itu ke orbit akan sangat mahal, mengingat biaya satu kilogram kargo selama peluncuran komersial bervariasi dari $1,5 ribu. menjadi $3 ribu.

Metode lain untuk membuat simulasi gravitasi lebih praktis, tetapi juga sangat mahal - kita berbicara tentang metode percepatan. Jika kapal terlebih dahulu melakukan percepatan pada suatu ruas lintasan tertentu, kemudian berbalik dan mulai melambat, maka akan timbul efek gravitasi buatan.

Untuk menerapkan metode ini, diperlukan cadangan bahan bakar yang sangat besar - faktanya mesin harus beroperasi hampir terus menerus, kecuali saat istirahat sejenak di tengah perjalanan - saat kapal berbelok.

Contoh nyata

Meskipun biaya peluncuran pesawat ruang angkasa simulasi gravitasi mahal, perusahaan-perusahaan di seluruh dunia berupaya membangun kapal dan stasiun semacam itu.

Gateway Foundation, sebuah yayasan penelitian yang berencana membangun stasiun berputar di orbit Bumi, mencoba menerapkan konsep Von Braun. Diasumsikan bahwa kapsul akan ditempatkan di sekitar lingkar roda, yang dapat dibeli oleh perusahaan dirgantara publik dan swasta untuk penelitian. Beberapa kapsul akan dijual sebagai vila kepada penduduk terkaya di dunia, sementara yang lain akan digunakan sebagai hotel bagi wisatawan luar angkasa.meluncurkan konsep pesawat ruang angkasa berputar dengan modul tiup, Nautilus-X, yang akan mengurangi dampak gayaberat mikro pada para ilmuwan di atas kapal.

Diasumsikan bahwa proyek ini hanya akan menelan biaya $3,7 miliar – sangat kecil untuk perangkat semacam itu – dan akan memakan waktu 64 bulan untuk pembangunannya. Namun, Nautilus-X tidak pernah melampaui gambar dan proposal awal.

Kesimpulan

Untuk saat ini, cara yang paling mungkin untuk mendapatkan simulasi gravitasi yang akan melindungi kapal dari efek percepatan dan memberikan gravitasi yang konstan tanpa perlu terus-menerus menggunakan mesin adalah dengan mendeteksi partikel bermassa negatif. Setiap partikel dan antipartikel yang pernah ditemukan para ilmuwan mempunyai massa positif. Massa negatif dan massa gravitasi diketahui sama satu sama lain, namun sejauh ini para peneliti belum mampu mendemonstrasikan pengetahuan tersebut dalam praktik.

Para peneliti percobaan ALPHA di CERN telah menciptakan antihidrogen - suatu bentuk antimateri netral yang stabil - dan berupaya mengisolasinya dari semua partikel lain dengan kecepatan sangat rendah. Jika para ilmuwan berhasil melakukan hal ini, kemungkinan besar gravitasi buatan akan menjadi lebih nyata dalam waktu dekat dibandingkan sekarang.

Penerbangan luar angkasa jangka panjang, penjelajahan planet lain, yang sebelumnya ditulis oleh penulis fiksi ilmiah Isaac Asimov, Stanislav Lem, Alexander Belyaev, dan lainnya, akan menjadi kenyataan yang sepenuhnya mungkin berkat pengetahuan. Karena dengan menciptakan kembali tingkat gravitasi bumi, kita akan dapat terhindar dari akibat negatif gayaberat mikro (tanpa bobot) bagi manusia (atrofi otot, gangguan sensorik, motorik, dan otonom). Artinya, hampir semua orang bisa pergi ke luar angkasa, apapun ciri fisik tubuhnya. Pada saat yang sama, masa tinggal Anda di pesawat ruang angkasa akan menjadi lebih nyaman. Masyarakat akan dapat menggunakan perangkat dan fasilitas yang familiar bagi mereka (misalnya pancuran, toilet).

Di Bumi, tingkat gravitasi ditentukan oleh percepatan gravitasi, rata-rata sebesar 9,81 m/s 2 (“kelebihan beban” 1 g), sedangkan di luar angkasa, dalam kondisi tanpa bobot, sekitar 10 -6 g. K.E. Tsiolkovsky mengutip analogi antara sensasi berat badan saat direndam dalam air atau berbaring di tempat tidur dengan keadaan tanpa bobot di ruang angkasa.

“Bumi adalah tempat lahirnya pikiran, tetapi Anda tidak bisa hidup selamanya di tempat lahirnya.”
“Dunia seharusnya menjadi lebih sederhana.”
Konstantin Tsiolkovsky

Menariknya, bagi biologi gravitasi, kemampuan menciptakan kondisi gravitasi yang berbeda akan menjadi terobosan nyata. Dimungkinkan untuk mempelajari: bagaimana struktur, fungsi pada tingkat mikro dan makro berubah, pola di bawah pengaruh gravitasi dengan besaran dan arah yang berbeda. Penemuan ini, pada gilirannya, akan membantu mengembangkan arah yang cukup baru - terapi gravitasi. Kemungkinan dan efektivitas penggunaan perubahan gravitasi (meningkat dibandingkan bumi) untuk pengobatan sedang dipertimbangkan. Kita merasakan peningkatan gravitasi, seolah-olah tubuh menjadi sedikit lebih berat. Saat ini, penelitian sedang dilakukan mengenai penggunaan terapi gravitasi untuk hipertensi, serta untuk pemulihan jaringan tulang pada patah tulang.

(gravitasi buatan) dalam banyak kasus didasarkan pada prinsip kesetaraan gaya inersia dan gravitasi. Prinsip kesetaraan mengatakan bahwa kita merasakan percepatan gerak yang kira-kira sama tanpa membedakan penyebab yang menyebabkannya: gravitasi atau gaya inersia. Pada versi pertama, percepatan terjadi karena pengaruh medan gravitasi, pada versi kedua, karena percepatan gerak sistem acuan non-inersia (sistem yang bergerak dengan percepatan) di mana orang tersebut berada. Misalnya, efek serupa dari gaya inersia dialami oleh seseorang di dalam lift (kerangka acuan non-inersia) selama kenaikan tajam (saat akselerasi, perasaan seolah-olah tubuh menjadi lebih berat selama beberapa detik) atau pengereman (perasaan bahwa lantai menjauh dari bawah kaki seseorang). Dari sudut pandang fisika: ketika elevator naik ke atas, percepatan pergerakan kabin ditambah dengan percepatan jatuh bebas dalam sistem non-inersia. Ketika gerakan seragam dipulihkan, “pertambahan” berat badan menghilang, yaitu perasaan berat badan yang biasa kembali.

Saat ini, seperti hampir 50 tahun yang lalu, sentrifugal digunakan untuk menciptakan gravitasi buatan (percepatan sentrifugal digunakan saat memutar sistem ruang angkasa). Sederhananya, ketika stasiun luar angkasa berputar pada porosnya, akan terjadi percepatan sentrifugal yang akan “mendorong” seseorang menjauh dari pusat rotasi dan akibatnya astronot atau benda lain akan dapat berada di “ lantai". Untuk lebih memahami proses ini dan kesulitan apa yang dihadapi para ilmuwan, mari kita lihat rumus yang menentukan gaya sentrifugal ketika alat sentrifugal diputar:

F=m*v 2 *r, dengan m adalah massa, v adalah kecepatan linier, r adalah jarak dari pusat rotasi.

Kecepatan linier sama dengan: v=2π*rT, dimana T adalah jumlah putaran per detik, π ≈3.14…

Artinya, semakin cepat pesawat ruang angkasa berputar, dan semakin jauh jarak astronot dari pusat, maka semakin kuat gravitasi buatan yang tercipta.

Setelah memperhatikan gambar tersebut dengan cermat, kita dapat melihat bahwa dengan radius yang kecil, gaya gravitasi pada kepala dan kaki seseorang akan berbeda secara signifikan, yang pada gilirannya akan mempersulit pergerakan.

Ketika astronot bergerak searah rotasi, timbul gaya Coriolis. Dalam hal ini, kemungkinan besar orang tersebut akan terus-menerus mengalami mabuk perjalanan. Hal ini dapat disiasati jika kapal berputar dengan frekuensi putaran 2 putaran per menit, sehingga menimbulkan gaya gravitasi buatan sebesar 1g (seperti di Bumi). Namun radiusnya akan menjadi 224 meter (kira-kira ¼ kilometer, jarak ini setara dengan tinggi gedung 95 lantai atau panjang dua pohon redwood besar). Artinya, secara teoritis dimungkinkan untuk membangun stasiun orbit atau pesawat ruang angkasa sebesar ini. Namun dalam praktiknya, hal ini memerlukan pengeluaran sumber daya, tenaga, dan waktu yang signifikan, yang dalam konteks mendekati bencana alam global (lihat laporan ) secara lebih manusiawi mengarahkan bantuan nyata kepada mereka yang membutuhkan.

Karena ketidakmungkinan untuk menciptakan kembali tingkat gravitasi yang dibutuhkan seseorang di stasiun orbit atau pesawat ruang angkasa, para ilmuwan memutuskan untuk mempelajari kemungkinan “menurunkan set bar”, yaitu menciptakan gaya gravitasi yang lebih kecil dari gaya gravitasi di Bumi. Artinya, penelitian selama setengah abad belum membuahkan hasil yang memuaskan. Hal ini tidak mengherankan karena dalam eksperimen mereka berupaya menciptakan kondisi di mana gaya inersia atau gaya lainnya akan menimbulkan efek yang mirip dengan efek gravitasi di Bumi. Artinya, ternyata gravitasi buatan sebenarnya bukanlah gravitasi.

Saat ini dalam sains hanya ada teori tentang apa itu gravitasi, yang sebagian besar didasarkan pada teori relativitas. Selain itu, tidak ada satu pun yang lengkap (tidak menjelaskan jalannya, hasil percobaan apa pun dalam kondisi apa pun, dan selain itu, terkadang tidak sesuai dengan teori fisika lain yang dikonfirmasi secara eksperimental). Belum ada pengetahuan dan pemahaman yang jelas: apa itu gravitasi, bagaimana gravitasi berhubungan dengan ruang dan waktu, terdiri dari partikel apa, dan apa sifat-sifatnya. Jawaban atas pertanyaan ini dan banyak pertanyaan lainnya dapat ditemukan dengan membandingkan informasi yang disajikan dalam buku “Ezoosmos” oleh A. Novykh dan laporan PRIMORDIAL ALLATRA PHYSICS. menawarkan pendekatan yang benar-benar baru yang didasarkan pada pengetahuan dasar tentang prinsip-prinsip utama fisika partikel fundamental, pola interaksi mereka. Artinya, berdasarkan pemahaman mendalam tentang esensi proses gravitasi dan, sebagai konsekuensinya, kemungkinan perhitungan yang akurat untuk menciptakan kembali nilai kondisi gravitasi baik di luar angkasa maupun di Bumi (terapi gravitasi), memprediksi hasil dari eksperimen yang dapat dibayangkan dan tidak dapat dibayangkan yang dilakukan oleh manusia dan alam.

FISIKA ALLATRA PRIMORDIAL lebih dari sekedar fisika. Ini membuka kemungkinan solusi terhadap permasalahan dengan kompleksitas apa pun. Namun yang terpenting, berkat pengetahuan tentang proses yang terjadi pada tingkat partikel dan tindakan nyata, setiap orang dapat memahami makna hidupnya, memahami cara kerja sistem, dan memperoleh pengalaman praktis dalam berhubungan dengan dunia spiritual. Mewujudkan globalitas dan keutamaan Spiritual, keluar dari kerangka/template keterbatasan kesadaran, melampaui batas sistem, hingga menemukan Kebebasan Sejati.

“Seperti yang mereka katakan, ketika Anda memiliki kunci universal (pengetahuan tentang dasar-dasar partikel elementer) di tangan Anda, Anda dapat membuka pintu mana pun (dunia mikro dan makro).”

“Dalam kondisi seperti itu, transisi peradaban yang secara kualitatif baru ke dalam arus utama pengembangan diri spiritual, pengetahuan ilmiah berskala besar tentang dunia dan diri sendiri adalah mungkin.”

“Segala sesuatu yang menindas seseorang di dunia ini, mulai dari pikiran obsesif, emosi agresif hingga keinginan stereotip konsumen yang egois ‒ ini adalah hasil pilihan seseorang yang memihak pada bidang septon‒ sistem kecerdasan material yang secara rutin mengeksploitasi umat manusia. Tetapi jika seseorang mengikuti pilihan prinsip spiritualnya, maka ia memperoleh keabadian. Dan tidak ada agama dalam hal ini, yang ada adalah pengetahuan fisika, landasan primordialnya.”

Elena Fedorova

B.V. Rauschenbach, rekan seperjuangan Korolev, berbicara tentang bagaimana dia mendapatkan ide untuk menciptakan gravitasi buatan di pesawat ruang angkasa: pada akhir musim dingin tahun 1963, kepala desainer, yang sedang membersihkan jalur salju dekat rumahnya di Jalan Ostankinskaya, bisa dikatakan ada pencerahan. Tanpa menunggu hari Senin, dia menelepon Rauschenbach, yang tinggal di dekatnya, dan segera bersama-sama mereka mulai “membuka jalan” ke luar angkasa untuk penerbangan jarak jauh.
Idenya, seperti yang sering terjadi, ternyata sederhana; itu harus sederhana, jika tidak, tidak akan ada hasil dalam praktiknya.

Untuk melengkapi gambar. Maret 1966, orang Amerika di Gemini 11:

Pada 11:29, Gemini 11 turun dari Agena. Sekarang kesenangannya dimulai: bagaimana perilaku dua benda yang dihubungkan dengan kabel? Pada awalnya, Conrad mencoba memperkenalkan hubungan ke dalam stabilisasi gravitasi - sehingga roket akan menggantung di bawah, kapal di atas, dan kabelnya akan kencang.
Namun, tidak mungkin untuk bergerak sejauh 30 m tanpa menimbulkan getaran yang kuat. Pada 11:55 kami melanjutkan ke bagian kedua percobaan - "gravitasi buatan". Conrad memutar ligamen; Mula-mula kabel direntangkan sepanjang garis lengkung, namun setelah 20 menit menjadi lurus dan putarannya menjadi cukup tepat. Conrad meningkatkan kecepatannya menjadi 38 °/menit, dan setelah makan malam menjadi 55 °/menit, menciptakan beban 0,00078g. Anda tidak bisa merasakannya “dengan sentuhan”, tetapi benda itu perlahan-lahan mengendap di dasar kapsul. Pada 14:42, setelah tiga jam rotasi, pin terlepas, dan Gemini menjauh dari roket.

Bahkan orang yang tidak tertarik dengan luar angkasa setidaknya pernah melihat film tentang perjalanan luar angkasa atau membaca hal-hal semacam itu di buku. Di hampir semua pekerjaan seperti itu, orang-orang berjalan di sekitar kapal, tidur normal, dan tidak kesulitan makan. Artinya - kapal fiksi - ini memiliki gravitasi buatan. Sebagian besar pemirsa menganggap ini sebagai sesuatu yang wajar, tetapi sebenarnya tidak demikian.

Gravitasi buatan

Ini adalah sebutan untuk mengubah (ke segala arah) gravitasi yang kita kenal melalui penggunaan berbagai metode. Dan ini dilakukan tidak hanya dalam karya fiksi ilmiah, tetapi juga dalam situasi duniawi yang sangat nyata, paling sering untuk eksperimen.

Secara teori, menciptakan gravitasi buatan tidak terlihat sulit. Misalnya, ia dapat diciptakan kembali dengan menggunakan inersia, atau lebih tepatnya, kebutuhan akan kekuatan ini tidak muncul kemarin - ini terjadi segera setelah seseorang mulai memimpikan penerbangan luar angkasa jangka panjang. Penciptaan gravitasi buatan di ruang angkasa akan menghindari banyak masalah yang timbul selama periode tanpa bobot yang berkepanjangan. Otot astronot melemah dan tulang menjadi kurang kuat. Bepergian dalam kondisi seperti itu selama berbulan-bulan dapat menyebabkan atrofi pada beberapa otot.

Oleh karena itu, saat ini penciptaan gravitasi buatan adalah tugas yang sangat penting; tanpa keterampilan ini hal tersebut mustahil dilakukan.

Perlengkapan

Bahkan mereka yang mengetahui fisika hanya pada tingkat kurikulum sekolah memahami bahwa gravitasi adalah salah satu hukum dasar dunia kita: semua benda berinteraksi satu sama lain, mengalami tarik-menarik/menolak-menolak. Semakin besar suatu benda, semakin tinggi pula gaya gravitasinya.

Bumi bagi realitas kita adalah objek yang sangat masif. Itu sebabnya semua tubuh di sekitarnya, tanpa kecuali, tertarik padanya.

Bagi kami, ini berarti, yang biasanya diukur dalam g, sama dengan 9,8 meter per detik persegi. Artinya, jika kita tidak memiliki penyangga di bawah kaki kita, kita akan jatuh dengan kecepatan yang bertambah 9,8 meter setiap detiknya.

Jadi, hanya berkat gravitasi kita bisa berdiri, jatuh, makan dan minum dengan normal, memahami mana yang naik dan mana yang turun. Jika gravitasi lenyap, kita akan mendapati diri kita berada dalam keadaan tanpa bobot.

Para kosmonot yang berada di luar angkasa dalam keadaan melonjak—jatuh bebas—sangat akrab dengan fenomena ini.

Secara teoritis, para ilmuwan mengetahui cara menciptakan gravitasi buatan. Ada beberapa metode.

Massa besar

Pilihan paling logis adalah membuatnya begitu besar sehingga gravitasi buatan muncul di atasnya. Anda akan merasa nyaman di atas kapal, karena orientasi dalam ruang tidak akan hilang.

Sayangnya, cara ini tidak realistis dengan perkembangan teknologi modern. Untuk membangun objek seperti itu memerlukan terlalu banyak sumber daya. Selain itu, mengangkatnya akan membutuhkan energi yang sangat besar.

Percepatan

Tampaknya jika Anda ingin mencapai g yang sama dengan yang ada di Bumi, Anda hanya perlu memberi kapal itu bentuk datar (seperti platform) dan membuatnya bergerak tegak lurus terhadap bidang dengan percepatan yang diperlukan. Dengan cara ini, gravitasi buatan akan diperoleh, dan gravitasi ideal akan diperoleh.

Namun kenyataannya, semuanya jauh lebih rumit.

Pertama-tama, ada baiknya mempertimbangkan masalah bahan bakar. Agar stasiun dapat terus berakselerasi, diperlukan pasokan listrik yang tidak pernah terputus. Sekalipun tiba-tiba muncul mesin yang tidak mengeluarkan materi, hukum kekekalan energi akan tetap berlaku.

Masalah kedua adalah gagasan tentang percepatan konstan. Menurut pengetahuan dan hukum fisika kita, mustahil untuk melakukan percepatan tanpa batas.

Selain itu, kendaraan semacam itu tidak cocok untuk misi penelitian, karena harus terus berakselerasi - terbang. Dia tidak akan bisa berhenti untuk mempelajari planet ini, dia bahkan tidak akan bisa terbang mengelilinginya dengan lambat - dia harus mempercepat.

Dengan demikian, menjadi jelas bahwa gravitasi buatan seperti itu belum tersedia bagi kita.

Korsel

Semua orang tahu bagaimana rotasi korsel mempengaruhi tubuh. Oleh karena itu, perangkat gravitasi buatan berdasarkan prinsip ini tampaknya paling realistis.

Segala sesuatu yang berada dalam diameter korsel cenderung jatuh dengan kecepatan kira-kira sama dengan kecepatan rotasi. Ternyata benda tersebut dikenai gaya yang diarahkan sepanjang jari-jari benda yang berputar. Ini sangat mirip dengan gravitasi.

Maka diperlukan kapal yang berbentuk silinder. Pada saat yang sama, ia harus berputar pada porosnya. Omong-omong, gravitasi buatan di pesawat luar angkasa, yang dibuat berdasarkan prinsip ini, sering ditampilkan dalam film fiksi ilmiah.

Sebuah kapal berbentuk tong, berputar pada sumbu memanjangnya, menciptakan gaya sentrifugal, yang arahnya sesuai dengan jari-jari benda. Untuk menghitung percepatan yang dihasilkan, Anda perlu membagi gaya dengan massa.

Pada rumus ini hasil perhitungannya adalah percepatan, variabel pertama adalah kecepatan nodal (diukur dalam radian per detik), variabel kedua adalah jari-jari.

Oleh karena itu, untuk mendapatkan g yang biasa kita lakukan, perlu menggabungkan radius transportasi ruang angkasa dengan benar.

Masalah serupa juga disorot dalam film-film seperti Intersolah, Babylon 5, 2001: A Space Odyssey dan sejenisnya. Dalam semua kasus ini, gravitasi buatan mendekati percepatan gravitasi bumi.

Betapapun bagusnya ide tersebut, namun cukup sulit untuk mengimplementasikannya.

Masalah dengan metode carousel

Masalah yang paling jelas disoroti dalam A Space Odyssey. Jari-jari “pembawa ruang angkasa” itu sekitar 8 meter. Untuk memperoleh percepatan sebesar 9,8 putaran harus terjadi dengan kecepatan kurang lebih 10,5 putaran setiap menitnya.

Pada nilai-nilai ini, “efek Coriolis” muncul, yang terdiri dari fakta bahwa gaya-gaya yang berbeda bekerja pada jarak yang berbeda dari lantai. Itu secara langsung tergantung pada kecepatan sudut.

Ternyata gravitasi buatan akan tercipta di luar angkasa, namun memutar tubuh terlalu cepat akan menimbulkan masalah pada telinga bagian dalam. Hal ini, pada gilirannya, menyebabkan gangguan keseimbangan, masalah dengan alat vestibular dan kesulitan serupa lainnya.

Munculnya hambatan ini menunjukkan bahwa model seperti ini sangat tidak berhasil.

Anda dapat mencoba untuk beralih dari kebalikannya, seperti yang mereka lakukan dalam novel “The Ring World”. Di sini kapal dibuat berbentuk cincin yang jari-jarinya mendekati jari-jari orbit kita (sekitar 150 juta km). Pada ukuran ini, kecepatan putarannya cukup untuk mengabaikan efek Coriolis.

Anda mungkin berasumsi bahwa masalahnya telah terpecahkan, namun kenyataannya tidak demikian. Faktanya adalah revolusi penuh struktur ini pada porosnya membutuhkan waktu 9 hari. Hal ini menunjukkan bahwa bebannya akan terlalu besar. Agar struktur dapat menahannya, diperlukan material yang sangat kuat, yang tidak kita miliki saat ini. Selain itu, permasalahannya adalah jumlah material dan proses konstruksi itu sendiri.

Dalam permainan dengan tema serupa, seperti dalam film “Babylon 5”, masalah-masalah ini entah bagaimana terpecahkan: kecepatan rotasi cukup memadai, efek Coriolis tidak signifikan, secara hipotesis dimungkinkan untuk membuat kapal seperti itu.

Namun, dunia seperti itu pun memiliki kelemahan. Namanya momentum sudut.

Kapal, yang berputar pada porosnya, berubah menjadi giroskop besar. Seperti yang Anda ketahui, sangat sulit untuk memaksa giroskop menyimpang dari porosnya karena penting agar kuantitasnya tidak meninggalkan sistem. Artinya akan sangat sulit memberikan arahan pada objek tersebut. Namun permasalahan ini dapat diatasi.

Larutan

Gravitasi buatan di stasiun luar angkasa tersedia saat Silinder O'Neill datang untuk menyelamatkan. Untuk membuat desain ini, diperlukan kapal berbentuk silinder yang identik, yang dihubungkan sepanjang porosnya. Mereka harus berputar ke arah yang berbeda. Hasil dari perakitan seperti itu adalah momentum sudut nol, sehingga tidak akan ada kesulitan dalam memberikan arah yang diperlukan kapal.

Jika memungkinkan untuk membuat kapal dengan radius sekitar 500 meter, maka akan berfungsi sebagaimana mestinya. Pada saat yang sama, gravitasi buatan di luar angkasa akan cukup nyaman dan cocok untuk penerbangan jarak jauh dengan kapal atau stasiun penelitian.

Insinyur Luar Angkasa

Pencipta game ini tahu cara menciptakan gravitasi buatan. Namun, di dunia fantasi ini, gravitasi bukanlah gaya tarik-menarik benda, melainkan gaya linier yang dirancang untuk mempercepat benda ke arah tertentu. Daya tarik di sini tidak mutlak; ia berubah ketika sumbernya dialihkan.

Gravitasi buatan di stasiun luar angkasa diciptakan dengan menggunakan generator khusus. Itu seragam dan searah dalam jangkauan generator. Jadi, di dunia nyata, jika Anda berada di bawah kapal yang dilengkapi generator, Anda akan ditarik ke arah lambung kapal. Namun, di dalam game, hero tersebut akan terjatuh hingga meninggalkan perimeter perangkat.

Saat ini, gravitasi buatan di ruang angkasa yang diciptakan oleh alat semacam itu tidak dapat diakses oleh umat manusia. Namun, bahkan pengembang berambut abu-abu pun tidak berhenti memimpikannya.

Generator berbentuk bola

Ini adalah pilihan peralatan yang lebih realistis. Saat dipasang, gravitasi diarahkan ke generator. Hal ini memungkinkan terciptanya stasiun yang gravitasinya sama dengan gravitasi planet.

Mesin sentrifugal

Saat ini, gravitasi buatan di Bumi ditemukan di berbagai perangkat. Mereka sebagian besar didasarkan pada inersia, karena gaya ini dirasakan oleh kita dengan cara yang mirip dengan pengaruh gravitasi - benda tidak membedakan penyebab apa yang menyebabkan percepatan. Sebagai contoh: seseorang yang naik lift mengalami pengaruh inersia. Dari sudut pandang seorang fisikawan: naiknya elevator menambah percepatan kabin terhadap percepatan jatuh bebas. Ketika kabin kembali ke gerakan terukur, “penambahan” berat menghilang, mengembalikan sensasi biasa.

Para ilmuwan telah lama tertarik pada gravitasi buatan. Centrifuge paling sering digunakan untuk tujuan ini. Metode ini cocok tidak hanya untuk pesawat ruang angkasa, tetapi juga untuk stasiun bumi yang memerlukan studi pengaruh gravitasi pada tubuh manusia.

Belajar di Bumi, melamar di...

Meskipun studi tentang gravitasi dimulai di luar angkasa, ini adalah ilmu yang sangat terestrial. Bahkan saat ini, kemajuan di bidang ini telah diterapkan, misalnya dalam bidang kedokteran. Mengetahui apakah mungkin untuk menciptakan gravitasi buatan di sebuah planet, hal ini dapat digunakan untuk mengatasi masalah pada sistem muskuloskeletal atau sistem saraf. Selain itu, studi tentang gaya ini dilakukan terutama di Bumi. Hal ini memungkinkan astronot melakukan eksperimen sambil tetap berada di bawah pengawasan dokter. Hal lain adalah gravitasi buatan di luar angkasa, tidak ada orang di sana yang dapat membantu para astronot jika terjadi situasi yang tidak terduga.

Mengingat keadaan tidak berbobot sama sekali, kita tidak dapat memperhitungkan satelit yang terletak di orbit rendah Bumi. Benda-benda ini, meskipun kecil, dipengaruhi oleh gravitasi. Gaya gravitasi yang dihasilkan dalam kasus seperti ini disebut gayaberat mikro. Gravitasi nyata hanya dialami pada kendaraan yang terbang dengan kecepatan konstan di luar angkasa. Namun, tubuh manusia tidak merasakan perbedaan tersebut.

Anda dapat mengalami keadaan tanpa bobot saat lompat jauh (sebelum kanopi terbuka) atau saat pesawat turun secara parabola. Eksperimen semacam itu sering dilakukan di AS, tetapi di pesawat sensasi ini hanya berlangsung selama 40 detik - ini terlalu singkat untuk studi menyeluruh.

Di Uni Soviet, pada tahun 1973, mereka mengetahui apakah mungkin untuk menciptakan gravitasi buatan. Dan mereka tidak hanya menciptakannya, tetapi juga mengubahnya dalam beberapa cara. Contoh mencolok dari pengurangan gravitasi buatan adalah perendaman kering, perendaman. Untuk mencapai efek yang diinginkan, Anda perlu meletakkan lapisan film tebal di permukaan air. Orang tersebut ditempatkan di atasnya. Di bawah beban tubuh, tubuh tenggelam di bawah air, hanya menyisakan kepala di atas. Model ini menunjukkan lingkungan bebas dukungan dan gravitasi rendah yang menjadi ciri khas lautan.

Tidak perlu pergi ke luar angkasa untuk merasakan kekuatan kebalikan dari keadaan tanpa bobot - hipergravitasi. Ketika sebuah pesawat ruang angkasa lepas landas dan mendarat di mesin centrifuge, beban berlebih tidak hanya dapat dirasakan, tetapi juga dipelajari.

Perawatan gravitasi

Fisika gravitasi juga mempelajari dampak keadaan tanpa bobot pada tubuh manusia, mencoba meminimalkan konsekuensinya. Namun, sejumlah besar pencapaian ilmu pengetahuan ini juga dapat bermanfaat bagi penduduk biasa di planet ini.

Dokter menaruh harapan besar pada penelitian tentang perilaku enzim otot pada miopati. Ini adalah penyakit serius yang menyebabkan kematian dini.

Selama latihan fisik aktif, sejumlah besar enzim kreatin fosfokinase memasuki darah orang sehat. Alasan fenomena ini tidak jelas; mungkin beban bekerja pada membran sel sedemikian rupa sehingga menjadi “bocor”. Penderita miopati mendapatkan efek yang sama tanpa olahraga. Pengamatan para astronot menunjukkan bahwa dalam keadaan tanpa bobot, aliran enzim aktif ke dalam darah berkurang secara signifikan. Penemuan ini menunjukkan bahwa penggunaan perendaman akan mengurangi dampak negatif dari faktor penyebab miopati. Eksperimen pada hewan saat ini sedang dilakukan.

Pengobatan beberapa penyakit sudah dilakukan dengan menggunakan data yang diperoleh dari studi gravitasi, termasuk gravitasi buatan. Misalnya pengobatan Cerebral Palsy, Stroke, dan Parkinson yang dilakukan melalui penggunaan stress suit. Penelitian mengenai efek positif dari penyangga, sepatu pneumatik, hampir selesai.

Akankah kita terbang ke Mars?

Prestasi terbaru para astronot memberikan harapan akan kenyataan proyek tersebut. Ada pengalaman dalam memberikan dukungan medis kepada seseorang selama lama tinggal jauh dari Bumi. Penelitian penerbangan ke Bulan, yang gaya gravitasinya 6 kali lebih kecil dari gaya gravitasi kita, juga membawa banyak manfaat. Sekarang para astronot dan ilmuwan menetapkan tujuan baru - Mars.

Sebelum mengantri tiket ke Planet Merah, Anda harus tahu apa yang menunggu tubuh pada tahap pertama pekerjaan - dalam perjalanan. Rata-rata, perjalanan menuju planet gurun akan memakan waktu satu setengah tahun - sekitar 500 hari. Sepanjang jalan Anda hanya perlu mengandalkan kekuatan Anda sendiri, tidak ada tempat untuk menunggu bantuan.

Banyak faktor yang akan melemahkan kekuatan Anda: stres, radiasi, kurangnya medan magnet. Ujian terpenting bagi tubuh adalah perubahan gravitasi. Selama perjalanan, seseorang akan “berkenalan” dengan beberapa tingkat gravitasi. Pertama-tama, ini adalah kelebihan beban saat lepas landas. Lalu - tanpa bobot selama penerbangan. Setelah itu - hipogravitasi di tempat tujuan, karena gravitasi di Mars kurang dari 40% gravitasi Bumi.

Bagaimana cara mengatasi dampak negatif keadaan tanpa bobot dalam penerbangan jarak jauh? Perkembangan di bidang gravitasi buatan diharapkan dapat membantu mengatasi masalah ini dalam waktu dekat. Percobaan pada tikus yang bepergian di Cosmos 936 menunjukkan bahwa teknik ini tidak menyelesaikan semua masalah.

Pengalaman OS menunjukkan bahwa penggunaan kompleks pelatihan yang dapat menentukan beban yang dibutuhkan setiap astronot secara individu dapat memberikan manfaat yang jauh lebih besar bagi tubuh.

Untuk saat ini, diyakini tidak hanya peneliti yang akan terbang ke Mars, tapi juga wisatawan yang ingin mendirikan koloni di Planet Merah tersebut. Bagi mereka, setidaknya untuk pertama kalinya, sensasi berada dalam kondisi tanpa bobot akan melebihi semua argumen dokter tentang bahaya tinggal lama dalam kondisi seperti itu. Namun, dalam beberapa minggu mereka juga akan membutuhkan bantuan, itulah mengapa sangat penting untuk menemukan cara menciptakan gravitasi buatan di pesawat luar angkasa.

Hasil

Kesimpulan apa yang bisa ditarik tentang terciptanya gravitasi buatan di luar angkasa?

Di antara semua opsi yang sedang dipertimbangkan, struktur berputar terlihat paling realistis. Namun, dengan pemahaman hukum fisika saat ini, hal ini tidak mungkin dilakukan, karena kapal bukanlah silinder berongga. Ada tumpang tindih di dalam yang mengganggu implementasi ide.

Selain itu, radius kapal juga harus besar agar efek Coriolis tidak berpengaruh signifikan.

Untuk mengendalikan sesuatu seperti ini, Anda memerlukan silinder O'Neill yang disebutkan di atas, yang akan memberi Anda kemampuan untuk mengendalikan kapal. Dalam hal ini, kemungkinan menggunakan desain seperti itu untuk penerbangan antarplanet sambil memberikan tingkat gravitasi yang nyaman bagi kru akan meningkat.

Sebelum umat manusia berhasil mewujudkan impiannya, saya ingin melihat lebih banyak realisme dan lebih banyak pengetahuan tentang hukum fisika dalam karya fiksi ilmiah.

Teks karya diposting tanpa gambar dan rumus.
Versi lengkap karya ini tersedia di tab "File Kerja" dalam format PDF

Maksud dan tujuan penelitian

Tujuan dari penelitian saya adalah untuk mempertimbangkan interaksi mendasar seperti gravitasi, fenomenanya dan masalah pemukiman ruang angkasa dengan gravitasi buatan, untuk mempertimbangkan ciri-ciri penggunaan berbagai jenis mesin untuk menciptakan gravitasi buatan, untuk mengembangkan gagasan tentang kehidupan di luar angkasa. dalam kondisi gravitasi buatan dan untuk memecahkan masalah yang timbul ketika pembuatan proyek ini, integrasi paten teknologi maju untuk memecahkan masalah gravitasi buatan.

Relevansi penelitian.

Permukiman luar angkasa adalah jenis stasiun luar angkasa tempat seseorang dapat tinggal untuk jangka waktu yang lama atau bahkan seumur hidup. Untuk menciptakan pemukiman seperti itu, Anda perlu memikirkan semua kondisi yang diperlukan untuk aktivitas kehidupan yang optimal - sistem pendukung kehidupan, gravitasi buatan, perlindungan dari pengaruh luar angkasa, dll. Dan meskipun cukup sulit untuk menerapkan semua kondisi tersebut, sejumlah penulis dan insinyur fiksi ilmiah telah membuat beberapa proyek yang, mungkin, akan menciptakan pemukiman luar angkasa yang menakjubkan di masa depan.

Signifikansi dan kebaruan penelitian.

Gravitasi buatan merupakan bidang penelitian yang menjanjikan, karena akan memberikan masa tinggal jangka panjang di luar angkasa dan kemungkinan penerbangan luar angkasa jarak jauh. Pembangunan pemukiman luar angkasa dapat menyediakan dana untuk eksplorasi lebih lanjut; Jika kita meluncurkan program wisata luar angkasa, yang biayanya akan sangat mahal, perusahaan luar angkasa akan mendapat aliran dana tambahan, dan penelitian dapat dilakukan ke segala arah, tanpa dibatasi oleh kemungkinan.

Gravitasi. Fenomena gravitasi. Gravitasi.

Gravitasi adalah salah satu dari empat jenis interaksi fundamental, atau dengan kata lain, gaya tarik menarik yang diarahkan ke pusat massa suatu benda dan ke pusat massa sekelompok benda; semakin besar massanya, semakin tinggi gravitasinya. Saat Anda menjauh dari suatu benda, gaya tarik-menarik terhadapnya cenderung nol, tetapi dalam kondisi ideal gaya tarik-menarik itu tidak pernah hilang sama sekali. Artinya, jika kita membayangkan ruang hampa mutlak tanpa satu pun partikel tambahan yang berasal dari mana pun, maka di ruang ini benda apa pun yang bermassa bahkan sangat kecil, tanpa adanya gaya luar lainnya, akan tertarik satu sama lain pada jarak yang sangat jauh. jarak.

Pada kecepatan rendah, gravitasi dijelaskan oleh mekanika Newton. Dan pada kecepatan yang sebanding dengan kecepatan cahaya, fenomena gravitasi dijelaskan oleh SRT

A.Einstein.

Dalam kerangka mekanika Newton, gravitasi dijelaskan oleh hukum gravitasi universal, yang menyatakan bahwa dua benda titik (atau bola) tertarik satu sama lain dengan gaya yang berbanding lurus dengan produk massa benda tersebut, berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya dan bertindak sepanjang garis lurus yang menghubungkan benda-benda tersebut.

Dalam pendekatan kecepatan tinggi, gravitasi dijelaskan oleh relativitas khusus, yang memiliki dua postulat:

Prinsip relativitas Einstein, yang menyatakan bahwa fenomena alam terjadi secara merata di semua kerangka acuan inersia.

Prinsip keteguhan kecepatan cahaya, yang menyatakan bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah konstan (bertentangan dengan hukum penjumlahan kecepatan).

Untuk menggambarkan gravitasi, perluasan khusus dari teori relativitas telah dikembangkan, yang memungkinkan adanya kelengkungan ruang-waktu. Namun, dinamika bahkan dalam kerangka STR dapat mencakup interaksi gravitasi, selama potensi medan gravitasinya jauh lebih kecil. Perlu juga dicatat bahwa STR berhenti bekerja pada skala seluruh Alam Semesta, sehingga memerlukan penggantian dengan GRT.

Fenomena gravitasi.

Fenomena gravitasi yang paling mencolok adalah gaya tarik menarik. Ada juga fenomena lain yang terkait dengan gravitasi - keadaan tanpa bobot.

Berkat gaya gravitasi, kita berjalan di bumi, dan planet kita ada, seperti seluruh Alam Semesta. Namun apa jadinya jika kita meninggalkan planet ini? Kita akan mengalami salah satu fenomena gravitasi yang paling mencolok - keadaan tanpa bobot. Keadaan tanpa bobot adalah keadaan suatu benda di mana tidak ada gaya selain gaya gravitasi yang bekerja padanya, atau gaya-gaya ini diberi kompensasi.

Astronot yang berada di ISS berada dalam kondisi tanpa bobot, yang berdampak buruk pada kesehatan mereka. Ketika berpindah dari kondisi gravitasi bumi ke kondisi tanpa bobot (terutama saat pesawat ruang angkasa memasuki orbit), sebagian besar astronot mengalami reaksi organisme yang disebut sindrom adaptasi ruang angkasa. Ketika seseorang berada di luar angkasa dalam waktu yang lama (lebih dari seminggu), kurangnya gravitasi mulai menyebabkan perubahan-perubahan tertentu pada tubuh yang bersifat negatif. Konsekuensi pertama dan paling jelas dari keadaan tanpa bobot adalah atrofi otot yang cepat: otot-otot sebenarnya dimatikan dari aktivitas manusia, akibatnya semua karakteristik fisik tubuh memburuk. Selain itu, akibat dari penurunan tajam aktivitas jaringan otot adalah berkurangnya konsumsi oksigen tubuh, dan akibat kelebihan hemoglobin, aktivitas sumsum tulang yang mensintesisnya dapat menurun. Ada juga alasan untuk percaya bahwa mobilitas terbatas mengganggu metabolisme fosfor di tulang, yang menyebabkan penurunan kekuatannya.

Untuk menghilangkan dampak negatif dari keadaan tanpa bobot, perlu diciptakan gravitasi buatan di ruang angkasa.

Gravitasi buatan dan pemukiman luar angkasa. Penelitian awal abad ke-20.

Tsiolkovsky mengajukan teori pemukiman eterik, yaitu torus yang berputar perlahan pada porosnya. Namun pada saat itu, ide-ide seperti itu hanyalah utopia dan semua proyeknya hanya tinggal sketsa.

Proyek pertama yang dikembangkan diusulkan oleh ilmuwan Austria Hermann Nordrung pada tahun 1928. Itu juga merupakan stasiun berbentuk torus, termasuk modul tempat tinggal, generator listrik, dan modul observatorium astronomi.

Proyek berikutnya diusulkan oleh Wernher von Braun, seorang spesialis terkemuka dalam program luar angkasa Amerika; itu juga merupakan stasiun berbentuk torus di mana orang akan tinggal dan bekerja di ruangan yang terhubung ke satu koridor besar. Proyek Werner adalah salah satu prioritas NASA hingga munculnya proyek Skylab di tahun 60an.

Skylab, stasiun orbital nasional pertama dan satu-satunya di AS, dimaksudkan untuk penelitian teknologi, astrofisika, medis dan biologi, serta untuk observasi Bumi. Diluncurkan pada 14 Mei 1973, menjadi tuan rumah tiga misi Apollo dari Mei 1973 hingga Februari 1974, mengalami deorbit dan runtuh pada 11 Juli 1979.

Selanjutnya, pada tahun 1965, American Space Society menyarankan bahwa bentuk ideal untuk pemukiman luar angkasa adalah torus, karena semua modul ditempatkan bersama-sama, gaya gravitasi akan memiliki nilai maksimum. Masalah gravitasi buatan tampaknya sebagian besar sudah terpecahkan.

Proyek berikutnya dikemukakan oleh Gerard O'Neill, ia membayangkan penciptaan koloni, yang diusulkan untuk menggunakan dua silinder berukuran raksasa, ditutup dalam bingkai dan berputar ke arah yang berbeda. Silinder-silinder ini berputar pada porosnya sendiri dengan kecepatan sekitar 0,53 putaran per menit, yang menyebabkan gaya gravitasi yang akrab bagi manusia tercipta di koloni tersebut.

Pada tahun 1975, Parker mengajukan proyek untuk membuat koloni dengan diameter 100 m dan panjang 1 km, terletak pada jarak sekitar 400.000 km dari Bumi dan Bulan dan dirancang untuk 10.000 orang. Rotasi pada sumbu longitudinal dengan kecepatan 1 putaran per 21 detik akan menimbulkan gravitasi yang mendekati gravitasi bumi.

Pada tahun 1977, peneliti Pusat Penelitian Ames NASA Richard Johnson dan Profesor Charles Holbrow dari Universitas Colgate menerbitkan makalah Space Settlements, yang membahas penelitian menjanjikan terhadap pemukiman berbentuk torus.

Pada tahun 1994, di bawah arahan Dr. Rodney Galloway, dengan partisipasi para ilmuwan dan ilmuwan laboratorium di Laboratorium Phillips dan Laboratorium Sandia, serta pusat penelitian lain di Angkatan Udara Amerika Serikat dan Pusat Penelitian Luar Angkasa Universitas Arizona, sebuah penelitian besar-besaran dilakukan. manual disusun untuk desain pemukiman ruang berbentuk torus.

Penelitian modern.

Salah satu proyek modern di bidang pemukiman luar angkasa adalah Stanford Torus, yang merupakan turunan langsung dari gagasan Wernher von Braun.

Stanford Torus diusulkan ke NASA selama musim panas tahun 1975 oleh mahasiswa Universitas Stanford untuk membuat konsep desain koloni luar angkasa di masa depan. Gerard O'Neill kemudian memperkenalkan "Pulau Satu" atau "Bernal Sphere" sebagai alternatif dari torus. "Stanford Torus", hanya dalam versi yang lebih detail, mewakili konsep stasiun luar angkasa berputar berbentuk cincin, dipresentasikan oleh Wernher von Braun, serta oleh insinyur Austria kelahiran Slovenia, Hermann Potocnik.

Ini adalah torus dengan diameter sekitar 1,8 kilometer (untuk tempat tinggal 10 ribu orang, seperti yang dijelaskan dalam karya tahun 1975) dan berputar pada porosnya (putaran per menit), menciptakan gravitasi buatan 0,9 - 1 g di atas ring. karena kekuatan sentrifugal.

Sinar matahari masuk melalui sistem cermin. Cincin tersebut terhubung ke hub melalui "jari-jari" - koridor untuk pergerakan orang dan barang ke poros dan sebaliknya. Hub, sumbu rotasi stasiun, paling cocok untuk stasiun dok untuk menerima pesawat ruang angkasa, karena gravitasi buatan dapat diabaikan di sini: ada modul stasioner yang dipasang ke sumbu stasiun.

Bagian dalam torus dapat dihuni, cukup besar untuk menciptakan ekosistem buatan, lingkungan alami, dan di dalamnya seperti lembah glasial panjang dan sempit yang ujungnya akhirnya melengkung ke atas membentuk lingkaran. Penduduknya tinggal di sini dalam kondisi yang mirip dengan pinggiran kota yang padat penduduknya, dan di dalam lingkar tersebut terdapat cabang untuk pertanian dan bagian pemukiman. (Lampiran 1)

Pemukiman luar angkasa dan gravitasi buatan dalam budaya. Elysium

Dunia cincin, seperti yang digambarkan dalam film aksi fiksi ilmiah Elysium atau video game Halo, mungkin merupakan beberapa ide paling menarik untuk stasiun luar angkasa di masa depan. Di Elysium, stasiun ini dekat dengan Bumi dan, jika Anda mengabaikan ukurannya, memiliki tingkat realisme tertentu. Namun, masalah terbesar di sini adalah “keterbukaannya”, yang merupakan fantasi murni dalam tampilannya saja.

“Mungkin isu paling kontroversial tentang Stasiun Elysium adalah keterbukaannya terhadap lingkungan luar angkasa.”

“Film ini menunjukkan bagaimana pesawat luar angkasa mendarat begitu saja di halaman rumput setelah tiba dari luar angkasa. Tidak ada gerbang docking atau semacamnya. Tetapi stasiun semacam itu harus benar-benar terisolasi dari lingkungan luar. Kalau tidak, suasana di sini tidak akan bertahan lama. Mungkin area terbuka stasiun dapat dilindungi oleh semacam bidang tak kasat mata yang memungkinkan sinar matahari menembus ke dalam dan mendukung kehidupan tanaman dan pepohonan yang ditanam di sana. Tapi untuk saat ini, ini hanyalah fantasi. Tidak ada teknologi seperti itu."

Gagasan tentang stasiun berbentuk cincin memang luar biasa, tetapi sejauh ini tidak dapat diwujudkan.

Perang Bintang

Hampir setiap penggemar film fiksi ilmiah mengetahui apa itu Death Star. Ini adalah stasiun luar angkasa besar berwarna abu-abu dan bulat dari film epik Star Wars, yang sangat mirip dengan Bulan. Ini adalah penghancur planet antargalaksi, yang pada dasarnya adalah planet buatan yang terbuat dari baja dan dihuni oleh stormtroopers.

Bisakah kita benar-benar membangun planet buatan dan menjelajahi hamparan galaksi di atasnya? Secara teori - ya. Hal ini saja memerlukan sumber daya manusia dan keuangan yang sangat besar.

Masalah pembangunan Death Star bahkan diangkat oleh Gedung Putih Amerika, setelah masyarakat tersebut mengirimkan petisi terkait untuk dipertimbangkan. Tanggapan resmi dari pihak berwenang adalah bahwa $852.000.000.000.000.000 akan dibutuhkan untuk baja konstruksi saja.

Namun meskipun masalah keuangan bukan prioritasnya, umat manusia tidak memiliki teknologi untuk menciptakan kembali Death Star, karena dibutuhkan energi yang sangat besar untuk memindahkannya.

(Lampiran 2)

Permasalahan dalam pelaksanaan proyek pemukiman ruang angkasa.

Pemukiman luar angkasa adalah arah yang menjanjikan dalam industri luar angkasa di masa depan, namun selalu ada kesulitan yang harus diatasi untuk menyelesaikan tugas ini.

Biaya modal awal;

sistem pendukung kehidupan internal;

Penciptaan gravitasi buatan;

Perlindungan dari kondisi eksternal yang tidak bersahabat:

dari radiasi;

menyediakan panas;

dari benda asing;

Memecahkan masalah gravitasi buatan dan pemukiman luar angkasa.

Biaya modal awal - masalah ini dapat diselesaikan bersama jika orang mengesampingkan ambisi pribadinya dan bekerja demi kebaikan yang lebih besar. Bagaimanapun, masa depan umat manusia hanya bergantung pada kita.

Sistem pendukung kehidupan internal - sekarang di ISS terdapat sistem untuk menggunakan kembali air, tetapi ini tidak cukup; asalkan ada cukup ruang di stasiun orbit, Anda dapat menemukan tempat untuk rumah kaca di mana tanaman yang melepaskan oksigen maksimum akan tumbuh ; terdapat pula pembangunan laboratorium hidroponik untuk menanam GMO yang akan mampu menyuplai makanan bagi seluruh penduduk stasiun.

Menciptakan gravitasi buatan bukanlah tugas yang sulit dibandingkan mengirimkan sejumlah besar bahan bakar yang dibutuhkan untuk memutar stasiun.

1. Ada beberapa cara untuk mengatasi masalah tersebut.
  1. 1. Ketika membandingkan efisiensi berbagai jenis mesin, para insinyur biasanya berbicara tentang impuls tertentu. Impuls spesifik didefinisikan sebagai perubahan impuls per satuan massa bahan bakar yang dikonsumsi. Jadi, semakin efisien mesinnya, semakin sedikit bahan bakar yang dibutuhkan untuk meluncurkan roket ke luar angkasa. Impuls, pada gilirannya, adalah hasil kerja suatu gaya selama waktu tertentu. Roket kimia, meskipun memiliki daya dorong yang sangat tinggi, hanya beroperasi selama beberapa menit dan oleh karena itu memiliki impuls spesifik yang sangat rendah. Mesin ion, yang mampu beroperasi selama bertahun-tahun, dapat memiliki impuls spesifik yang tinggi dengan daya dorong yang sangat rendah.

Gunakan pendekatan standar dan terapkan mesin jet untuk mengatasi masalah tersebut. Perhitungan menunjukkan bahwa penggunaan mesin jet apa pun akan membutuhkan bahan bakar dalam jumlah besar untuk menjalankan stasiun tersebut setidaknya selama satu tahun.

Impuls spesifik I (LPRE) = 4,6

Impuls spesifik I (mesin roket berbahan bakar padat) = 2,65

Impuls spesifik I (EP) = 10

Impuls Spesifik I (Mesin Plasma) = 290

Ini adalah konsumsi bahan bakar selama 1 tahun, oleh karena itu kurang bijaksana jika menggunakan mesin jet.

Mari kita pertimbangkan kasus dasar.

Mari kita memiliki korsel yang tidak bergerak. Kemudian, jika kita menetapkan sejumlah n elektromagnet unipolar di sepanjang tepi carousel sehingga gaya interaksinya maksimum, kita mendapatkan yang berikut: jika kita menyalakan elektromagnet No. 1 sehingga bekerja pada elektromagnet No. 2 dengan a gaya x kali lebih besar dari gaya kedua yang bekerja pada yang pertama, maka menurut hukum III Newton, gaya kerja elektromagnet No. 1 pada No. 2 dari sisi No. 2 akan dikompensasi oleh gaya reaksi penyangga carousel , yang akan membuat carousel berhenti bergerak. Sekarang matikan No. 1, naikkan kekuatan No. 2 ke No. 1 dan hidupkan No. 3 dengan gaya yang sama dengan No. 2 pada tahap sebelumnya, dan jika kita melanjutkan prosedur ini, kita akan mencapai rotasi dari korsel. Dengan menerapkan metode ini pada stasiun luar angkasa, kita akan memperoleh solusi terhadap masalah gravitasi buatan.

(Lampiran 3).

Perlindungan dari kondisi lingkungan yang tidak bersahabat

pemegang paten Alexei Gennadievich Rebeko

Penemuan ini berkaitan dengan metode dan sarana untuk melindungi awak dan peralatan dari radiasi pengion (partikel bermuatan energi tinggi) selama penerbangan luar angkasa. Menurut penemuan ini, medan listrik atau magnet statis pelindung tercipta di sekitar pesawat ruang angkasa, yang terletak di ruang antara dua permukaan tertutup dan tidak bersentuhan yang bersarang di dalam satu sama lain. Ruang terlindung pesawat ruang angkasa dibatasi oleh permukaan bagian dalam, dan permukaan luar mengisolasi pesawat ruang angkasa dan ruang terlindung dari plasma antarplanet. Bentuk permukaannya bisa berubah-ubah. Saat menggunakan medan pelindung listrik, muatan dengan besaran yang sama dan tanda berlawanan akan tercipta pada permukaan ini. Dalam kapasitor seperti itu, medan listrik terkonsentrasi di ruang antara permukaan pelat. Dalam kasus medan magnet, arus dengan arah berlawanan dialirkan melalui permukaan, dan rasio kekuatan arus dipilih untuk meminimalkan nilai medan sisa di luar. Bentuk permukaan yang diinginkan dalam hal ini adalah toroidal, untuk memastikan perlindungan berkelanjutan. Di bawah pengaruh gaya Lorentz, partikel bermuatan akan bergerak sepanjang lintasan melengkung yang membelok atau orbit tertutup antar permukaan. Dimungkinkan untuk menerapkan medan listrik dan magnet secara bersamaan antar permukaan. Dalam hal ini, bahan yang sesuai dapat ditempatkan di ruang antara permukaan untuk menyerap partikel bermuatan: misalnya hidrogen cair, air atau polietilen. Hasil teknis dari penemuan ini bertujuan untuk menciptakan perlindungan yang andal, berkelanjutan (terus menerus secara geometris) terhadap radiasi kosmik, menyederhanakan desain peralatan pelindung dan mengurangi biaya energi untuk mempertahankan medan pelindung.

Pemegang patenPerusahaan Saham Gabungan Terbuka "Perusahaan Roket dan Luar Angkasa "Energia" dinamai S.P. Korolev"

Sistem kendali termal pesawat ruang angkasa dan stasiun orbit, berisi sirkuit pendingin dan pemanas tertutup yang dihubungkan melalui setidaknya satu penukar panas cair-cair perantara, sistem kendali dan pengukuran, distribusi katup dan perlengkapan pengisian drainase, sedangkan sirkuit pemanas berisi stimulator sirkulasi , penukar panas gas-cair dan koil dan pelat termal, dan di sirkuit pendingin, setidaknya satu stimulator sirkulasi, pengatur aliran cairan, satu keluarannya dihubungkan melalui katup periksa pertama ke saluran masuk pencampur aliran pendingin, dan yang lainnya melalui katup periksa kedua ke penukar panas radiasi saluran masuk, yang keluarannya dihubungkan ke masukan kedua pencampur aliran, keluaran pencampur aliran dihubungkan dengan pipa penghubung ke rongga penerima panas perantara penukar panas cair-cair, yang outputnya dihubungkan ke stimulator sirkulasi, sensor suhu dipasang pada pipa penghubung, dihubungkan secara elektrik melalui sistem kontrol ke pengatur aliran cairan, ditandai dengan dua unit pompa listrik yang juga dimasukkan ke dalam rangkaian pendingin, dan masukan unit pompa listrik pertama dihubungkan melalui filter ke saluran keluar pendingin dari rongga penerima panas penukar panas cair-cair perantara, dan keluarannya dihubungkan ke katup periksa kedua dan secara paralel, melalui filter untuk input unit pompa listrik kedua, yang outputnya dihubungkan ke check valve pertama, setiap unit pompa listrik dilengkapi dengan sensor tekanan diferensial, dan sensor suhu tambahan dipasang pada pipa penghubung output dari pencampur aliran dengan rongga penerima panas penukar panas cair-cair, dihubungkan secara elektrik melalui sistem kontrol ke unit pompa listrik pertama.

Ada banyak cara untuk melindungi dari benda asing.

Gunakan motor non-standar, seperti akselerator elektromagnetik dengan impuls spesifik variabel;

Bungkus asteroid dengan layar surya plastik reflektif menggunakan film PET berlapis aluminium;

"Cat" atau taburkan suatu benda dengan titanium dioksida (putih) atau karbon hitam (hitam) sehingga menyebabkan efek Yarkovsky dan mengubah lintasannya;

Ilmuwan planet Eugene Shoemaker mengusulkannya pada tahun 1996 melepaskan awan uap di jalur suatu benda untuk memperlambatnya dengan lembut. Nick Zabo menggambar konsep serupa pada tahun 1990, "pengereman aerodinamis komet": Sebuah komet atau struktur es menargetkan asteroid, setelah itu ledakan nuklir menguapkan es dan membentuk atmosfer sementara di jalur asteroid;

Pasang pemberat berat ke asteroid untuk mengubah lintasannya dengan menggeser pusat gravitasi;

Gunakan ablasi laser;

Gunakan pemancar gelombang kejut;

Metode “tanpa kontak” lainnya baru-baru ini diusulkan oleh ilmuwan C. Bombardelli dan G. Pelez dari Universitas Teknik Madrid. Ia menawarkan menggunakan meriam ion dengan divergensi rendah, ditujukan ke asteroid dari kapal terdekat. Energi kinetik yang ditransmisikan melalui ion-ion yang mencapai permukaan asteroid, seperti dalam kasus tarikan gravitasi, akan menciptakan gaya yang lemah namun konstan yang mampu membelokkan asteroid, dan kapal yang lebih ringan akan digunakan.

Peledakan perangkat nuklir di atas, di atas, atau di bawah permukaan asteroid merupakan pilihan potensial untuk menangkal ancaman tersebut. Ketinggian ledakan optimal bergantung pada komposisi dan ukuran objek. Apabila terjadi ancaman dari tumpukan puing, untuk menghindari penyebarannya, diusulkan untuk melakukan ledakan radiasi, yaitu ledakan di atas permukaan. Saat terjadi ledakan, energi yang dilepaskan dalam bentuk neutron dan sinar X lembut (yang tidak menembus materi) diubah menjadi panas saat mencapai permukaan benda. Panas mengubah substansi suatu benda menjadi ledakan, dan akan keluar lintasannya, mengikuti hukum ketiga Newton, ledakan akan menuju ke satu arah, dan benda ke arah yang berlawanan.

Ketapel elektromagnetik adalah sistem otomatis yang terletak di asteroid yang melepaskan zat penyusunnya ke luar angkasa. Dengan demikian, ia perlahan-lahan bergeser dan kehilangan massa. Ketapel elektromagnetik harus beroperasi sebagai sistem impuls spesifik rendah: menggunakan banyak bahan bakar tetapi sedikit energi.

Idenya adalah jika Anda menggunakan material asteroid sebagai bahan bakar, jumlah bahan bakar tidak sepenting jumlah energinya, yang kemungkinan besar akan terbatas.

Metode lain yang mungkin dilakukan adalah dengan menempatkan ketapel elektromagnetik di Bulan, mengarahkannya ke objek dekat Bumi, untuk memanfaatkan kecepatan orbit satelit alami dan pasokan “peluru batu” yang tidak terbatas.

Kesimpulan.

Setelah menganalisis informasi yang disajikan, menjadi jelas bahwa gravitasi buatan adalah fenomena yang sangat nyata yang akan diterapkan secara luas dalam industri luar angkasa segera setelah kita mengatasi semua kesulitan yang terkait dengan proyek ini.

Saya melihat pemukiman luar angkasa dalam bentuk yang dikemukakan oleh von Braun: dunia berbentuk torus dengan pemanfaatan ruang yang optimal dan penggunaan teknologi canggih untuk menjamin aktivitas kehidupan jangka panjang, yaitu:

Penggunaan teknologi canggih untuk memenuhi kebutuhan stasiun:

Hidroponik
- Tanaman tidak perlu banyak disiram. Jauh lebih sedikit air yang digunakan dibandingkan saat menanam di tanah di taman. Meski begitu, dengan pemilihan mineral dan komponen yang tepat, tanaman tidak akan mengering atau membusuk. Ini terjadi dengan mendapatkan oksigen yang cukup.
  
  Keuntungan besarnya adalah metode ini dapat melindungi tanaman dari banyak penyakit dan hama. Tanaman itu sendiri tidak akan menyerap zat berbahaya dari dalam tanah.
  
  Akibatnya, produktivitas maksimum akan tercapai, yang sepenuhnya memenuhi kebutuhan penghuni stasiun.

Regenerasi air

Kondensasi uap air dari udara.

Pemurnian air bekas.

Pengolahan urin dan limbah padat.

Sekelompok reaktor nuklir akan bertanggung jawab atas pasokan energi, yang akan dilindungi menurut paten no. 2406661 diadaptasi untuk menggantikan partikel radioaktif di luar stasiun.

Tugas menciptakan pemukiman antariksa memang sulit, tetapi bisa dilakukan. Saya berharap dalam waktu dekat, berkat pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, semua prasyarat yang diperlukan untuk penciptaan dan pengembangan permukiman luar angkasa berbasis gravitasi buatan dapat terpenuhi. Kontribusi saya terhadap tujuan penting ini akan dihargai. Masa depan umat manusia terletak pada eksplorasi ruang angkasa dan transisi menuju putaran spiral pembangunan manusia yang baru, lebih menjanjikan, dan ramah lingkungan.

Aplikasi

Lampiran 1. Stanford torus

Lampiran 2. Bintang Kematian, Elysium.

Lampiran 3. Skema gerak rotasi.

Gaya resultan dalam perkiraan pertama (hanya interaksi magnet). Akibatnya stasiun melakukan gerakan rotasi. Itu yang kami perlukan.

Bibliografi

ALYAKRINSKY. Manusia tinggal di luar angkasa. Tanpa bobot: plus atau minus?

Barr, M. Mesin roket.

Dobrovolsky, M. Mesin roket cair. Dasar-dasar desain.

Dorofeev, A. Dasar-dasar teori mesin roket termal.

Matveev. Mekanika dan teori relativitas: Buku teks untuk mahasiswa.

Myakishev. Fisika molekuler dan termodinamika.

Myakishev. Fisika. Mekanika.

Myakishev. Fisika. Elektrodinamika.

Russel, D. Hidroponik.

Sanko. Kamus Astronomi.

Sivuhin. Kursus fisika umum.

Feynman. Feynman memberi kuliah tentang gravitasi.

Tsiolkovsky. Prosiding tentang teknologi roket.

Shileiko. Di lautan energi.

Golubev I.R. dan Novikov Yu.V. Lingkungan hidup dan perlindungannya

Zakhlebny A.N. Membaca buku tentang konservasi alam

Zverev I. Pelestarian alam dan pendidikan lingkungan hidup anak sekolah.

Ivanov A.F. Eksperimen fisik dengan konten lingkungan.

Kiselev S.V. Demonstrasi efek rumah kaca.

Sumber daya internet:

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

http://www.roscosmos.ru

http://allpatents.ru