Attrazione artificiale. La gravità artificiale nella fantascienza Alla ricerca della verità

I problemi al sistema vestibolare non sono l'unica conseguenza dell'esposizione prolungata alla microgravità. Gli astronauti che trascorrono più di un mese sulla ISS spesso soffrono di disturbi del sonno, rallentamento della funzione cardiovascolare e flatulenza.

La NASA ha recentemente completato un esperimento in cui gli scienziati hanno studiato il genoma dei fratelli gemelli: uno di loro ha trascorso quasi un anno sulla ISS, l'altro ha effettuato solo brevi voli e ha trascorso la maggior parte del tempo sulla Terra. La permanenza a lungo termine nello spazio ha portato al fatto che il 7% del DNA del primo astronauta è cambiato per sempre: stiamo parlando di geni associati al sistema immunitario, alla formazione delle ossa, alla carenza di ossigeno e all'eccesso di anidride carbonica nel corpo.

La NASA ha confrontato due astronauti gemelli per vedere come cambia il corpo umano nello spazio

In condizioni di microgravità, una persona sarà costretta a rimanere inattiva: non stiamo parlando di astronauti che soggiornano sulla ISS, ma di voli nello spazio profondo. Per scoprire in che modo un simile regime potrebbe influire sulla salute degli astronauti, l'Agenzia spaziale europea (ESA) ha messo 14 volontari in un letto inclinato lateralmente per 21 giorni. L’esperimento, che metterà alla prova gli ultimi metodi per combattere l’assenza di peso – come il miglioramento dell’esercizio fisico e dei regimi nutrizionali – sarà condotto congiuntamente dalla NASA e da Roscosmos.

Ma se le persone decidono di inviare navi su Marte o Venere, saranno necessarie soluzioni più estreme: la gravità artificiale.

Come può esistere la gravità nello spazio

Prima di tutto, vale la pena capire che la gravità esiste ovunque: in alcuni punti è più debole, in altri è più forte. E lo spazio non fa eccezione.

La ISS e i satelliti sono costantemente sotto l'influenza della gravità: se un oggetto è in orbita, cade attorno alla Terra, per dirla semplicemente. Un effetto simile si verifica se lanci una palla in avanti: prima che tocchi il suolo, volerà leggermente nella direzione del lancio. Se lanci la palla più forte, volerà più lontano. Se sei Superman e la palla è un motore a razzo, non cadrà a terra, ma gli volerà attorno e continuerà a ruotare, entrando gradualmente in orbita.

La microgravità presuppone che le persone all'interno della nave non siano nell'aria, ma cadano dalla nave, che a sua volta cade attorno alla Terra.

Poiché la gravità è la forza di attrazione tra due masse, quando ci camminiamo sopra rimaniamo sulla superficie della Terra, invece di fluttuare nel cielo. In questo caso l'intera massa della Terra attira al suo centro la massa dei nostri corpi.

Quando le navi entrano in orbita, fluttuano liberamente nello spazio. Sono ancora soggetti all'attrazione gravitazionale della Terra, ma la nave e gli oggetti o i passeggeri a bordo sono soggetti alla gravità allo stesso modo. I dispositivi esistenti non sono abbastanza massicci da creare un'attrazione notevole, quindi le persone e gli oggetti al loro interno non stanno sul pavimento, ma "galleggiano" nell'aria.

Come creare gravità artificiale

La gravità artificiale in quanto tale non esiste, per crearla una persona deve imparare tutto sulla gravità naturale. Nella fantascienza esiste il concetto di simulare la gravità: consente all'equipaggio dell'astronave di camminare sul ponte e agli oggetti di stare su di esso.

In teoria, ci sono due modi per creare la gravità simulata, e nessuno dei due è stato ancora utilizzato nella vita reale. Il primo è l’uso della forza centripeta per simulare la gravità. La nave o la stazione deve essere una struttura simile a una ruota composta da diversi segmenti in costante rotazione.

Secondo questo concetto, l'accelerazione centripeta del dispositivo, spingendo i moduli verso il centro, creerà una parvenza di gravità o condizioni simili a quelle terrestri. Questo concetto è stato dimostrato in 2001: Odissea nello spazio di Stanley Kubrick e in Interstellar di Christopher Nolan.

Il concetto di un dispositivo che crea un'accelerazione centripeta per simulare la gravità

L'autore di questo progetto è considerato lo scienziato missilistico e ingegnere tedesco Wernher von Braun, che guidò lo sviluppo del razzo Saturn 5, che portò sulla Luna l'equipaggio dell'Apollo 11 e molti altri veicoli con equipaggio.

In qualità di direttore del Marshall Space Flight Center della NASA, von Braun rese popolare l'idea dello scienziato russo Konstantin Tsiolkovsky di creare una stazione spaziale toroidale basata su un design del mozzo che ricordasse una ruota di bicicletta. Se la ruota gira nello spazio, l'inerzia e la forza centrifuga possono creare una sorta di gravità artificiale che attira gli oggetti verso la circonferenza esterna della ruota. Ciò consentirà alle persone e ai robot di camminare sul pavimento, come sulla Terra, anziché fluttuare nell’aria, come sulla ISS.

Tuttavia, questo metodo presenta notevoli inconvenienti: quanto più piccola è la navicella spaziale, tanto più velocemente dovrà ruotare, ciò porterà all'emergere della cosiddetta forza di Cornolis, in cui i punti situati più lontani dal centro saranno influenzati più fortemente dalla gravità rispetto a quelli più vicino ad esso. In altre parole, la gravità sarà più forte sulla testa degli astronauti che sulle loro gambe, cosa che a loro non piacerà.

Per evitare questo effetto, le dimensioni della nave devono essere molte volte più grandi di quelle di un campo da calcio: mettere in orbita un dispositivo del genere sarà estremamente costoso, dato che il costo di un chilogrammo di carico durante i lanci commerciali varia da 1,5 mila dollari. a 3 mila dollari.

Un altro metodo per creare una simulazione della gravità è più pratico, ma anche estremamente costoso: stiamo parlando del metodo dell'accelerazione. Se la nave prima accelera su un certo segmento del percorso, quindi si gira e inizia a rallentare, si verificherà l'effetto della gravità artificiale.

Per attuare questo metodo saranno necessarie enormi riserve di carburante - il fatto è che i motori devono funzionare quasi ininterrottamente, ad eccezione di una breve pausa nel mezzo del viaggio - durante la virata della nave.

Esempi reali

Nonostante l’elevato costo del lancio di veicoli spaziali che simulano la gravità, le aziende di tutto il mondo stanno cercando di costruire tali navi e stazioni.

La Gateway Foundation, una fondazione di ricerca che prevede di costruire una stazione rotante nell’orbita terrestre, sta cercando di implementare il concetto di Von Braun. Si presume che attorno alla circonferenza della ruota saranno posizionate delle capsule che potranno essere acquistate da aziende aerospaziali pubbliche e private per la ricerca. Alcune capsule saranno vendute come ville ai residenti più ricchi del mondo, mentre altre saranno utilizzate come hotel per i turisti spaziali. ha svelato il concetto di un veicolo spaziale rotante con moduli gonfiabili, il Nautilus-X, che ridurrebbe gli effetti della microgravità sugli scienziati a bordo.

Si presumeva che il progetto sarebbe costato solo 3,7 miliardi di dollari – molto poco per dispositivi del genere – e che ci sarebbero voluti 64 mesi per costruirlo. Tuttavia, Nautilus-X non è mai andato oltre i disegni e le proposte iniziali.

Conclusione

Per ora, il modo più probabile per ottenere una gravità simulata che protegga la nave dagli effetti dell’accelerazione e fornisca una gravità costante senza la necessità di utilizzare costantemente i motori è rilevare una particella con massa negativa. Ogni particella e antiparticella scoperta dagli scienziati ha una massa positiva. È noto che la massa negativa e la massa gravitazionale sono uguali tra loro, ma finora i ricercatori non sono stati in grado di dimostrare questa conoscenza nella pratica.

I ricercatori dell’esperimento ALPHA del CERN hanno già creato l’antiidrogeno – una forma stabile di antimateria neutra – e stanno lavorando per isolarlo da tutte le altre particelle a velocità molto basse. Se gli scienziati riescono a farlo, è probabile che nel prossimo futuro la gravità artificiale diventerà più reale di quanto lo sia adesso.

I voli spaziali a lungo termine, l'esplorazione di altri pianeti, ciò di cui hanno già scritto gli scrittori di fantascienza Isaac Asimov, Stanislav Lem, Alexander Belyaev e altri, diventeranno una realtà completamente possibile grazie alla conoscenza. Poiché ricreando il livello di gravità terrestre, saremo in grado di evitare le conseguenze negative della microgravità (assenza di gravità) per gli esseri umani (atrofia muscolare, disturbi sensoriali, motori e autonomi). Cioè, quasi chiunque lo desideri può andare nello spazio, indipendentemente dalle caratteristiche fisiche del proprio corpo. Allo stesso tempo, la tua permanenza a bordo della navicella spaziale diventerà più confortevole. Le persone saranno in grado di utilizzare i dispositivi e le strutture esistenti a loro familiari (ad esempio, una doccia, un WC).

Sulla Terra il livello di gravità è determinato dall'accelerazione di gravità, mediamente pari a 9,81 m/s 2 (“sovraccarico” 1 g), mentre nello spazio, in condizioni di assenza di gravità, circa 10 -6 g. K.E. Tsiolkovsky ha citato analogie tra la sensazione di peso corporeo quando immerso nell'acqua o sdraiato a letto con lo stato di assenza di gravità nello spazio.

“La terra è la culla della mente, ma non si può vivere per sempre nella culla.”
“Il mondo dovrebbe essere ancora più semplice.”
Konstantin Ciolkovskij

È interessante notare che per la biologia gravitazionale la capacità di creare diverse condizioni gravitazionali costituirà una vera svolta. Sarà possibile studiare: come cambiano la struttura, le funzioni a livello micro e macro, i modelli sotto influenze gravitazionali di diversa grandezza e direzione. Queste scoperte, a loro volta, aiuteranno a sviluppare una direzione abbastanza nuova: la terapia gravitazionale. Si sta valutando la possibilità e l'efficacia di utilizzare le variazioni di gravità (aumentate rispetto a quella terrestre) per il trattamento. Sentiamo un aumento della gravità, come se il corpo fosse diventato un po' più pesante. Oggi vengono condotte ricerche sull'uso della terapia di gravità per l'ipertensione, nonché per il ripristino del tessuto osseo nelle fratture.

(gravità artificiale) nella maggior parte dei casi si basano sul principio di equivalenza delle forze di inerzia e gravità. Il principio di equivalenza dice che avvertiamo all'incirca la stessa accelerazione del movimento senza distinguere la causa che l'ha provocata: gravità o forze inerziali. Nella prima versione l'accelerazione avviene per l'influenza del campo gravitazionale, nella seconda per l'accelerazione del movimento del sistema di riferimento non inerziale (un sistema che si muove con accelerazione) in cui si trova la persona. Ad esempio, un effetto simile delle forze inerziali viene sperimentato da una persona in ascensore (sistema di riferimento non inerziale) durante una brusca salita (con accelerazione, sensazione come se il corpo fosse diventato più pesante per alcuni secondi) o una frenata (la sensazione che il pavimento si sta allontanando da sotto i piedi). Dal punto di vista della fisica: quando l'ascensore sale verso l'alto, l'accelerazione del movimento della cabina si aggiunge all'accelerazione della caduta libera in un sistema non inerziale. Quando viene ripristinato il movimento uniforme, l '"aumento" di peso scompare, cioè ritorna la solita sensazione di peso corporeo.

Oggi, come quasi 50 anni fa, le centrifughe vengono utilizzate per creare gravità artificiale (l'accelerazione centrifuga viene utilizzata durante la rotazione dei sistemi spaziali). In poche parole, durante la rotazione della stazione spaziale attorno al proprio asse, si verificherà un'accelerazione centrifuga, che “spingerà” una persona lontano dal centro di rotazione e di conseguenza l'astronauta o altri oggetti potranno trovarsi sul “ pavimento". Per comprendere meglio questo processo e le difficoltà che gli scienziati devono affrontare, diamo un'occhiata alla formula che determina la forza centrifuga quando si ruota una centrifuga:

F=m*v 2 *r, dove m è la massa, v è la velocità lineare, r è la distanza dal centro di rotazione.

La velocità lineare è uguale a: v=2π*rT, dove T è il numero di giri al secondo, π ≈3,14…

Cioè, quanto più velocemente ruota la navicella spaziale e quanto più lontano è l'astronauta dal centro, tanto più forte sarà la gravità artificiale creata.

Osservando attentamente la figura, possiamo notare che con un raggio piccolo, la forza di gravità sulla testa e sulle gambe di una persona sarà significativamente diversa, il che a sua volta renderà difficile il movimento.

Quando l'astronauta si muove nella direzione di rotazione, si genera la forza di Coriolis. In questo caso, c'è un'alta probabilità che la persona soffra costantemente di cinetosi. Ciò può essere aggirato se la nave ruota ad una frequenza di rotazione di 2 giri al minuto, creando una forza di gravità artificiale di 1 g (come sulla Terra). Ma il raggio sarà di 224 metri (circa ¼ di chilometro, questa distanza è simile all'altezza di un edificio di 95 piani o alla lunghezza di due grandi sequoie). Cioè, teoricamente è possibile costruire una stazione orbitale o un veicolo spaziale di queste dimensioni. Ma in pratica, ciò richiede un notevole dispendio di risorse, impegno e tempo, che, nel contesto dell’avvicinarsi dei cataclismi globali (vedi rapporto ) più umanamente diretti ad un aiuto reale a chi è nel bisogno.

A causa dell'impossibilità di ricreare il livello di gravità richiesto per una persona su una stazione orbitale o su un veicolo spaziale, gli scienziati hanno deciso di studiare la possibilità di "abbassare la barra impostata", cioè di creare una forza di gravità inferiore a quella sulla Terra. Il che fa pensare che in oltre mezzo secolo di ricerca non sia stato possibile ottenere risultati soddisfacenti. Ciò non sorprende poiché negli esperimenti si cerca di creare condizioni in cui la forza di inerzia o altre avrebbero un effetto simile all'effetto della gravità sulla Terra. Cioè, si scopre che la gravità artificiale, in realtà, non è gravità.

Oggi nella scienza esistono solo teorie su cosa sia la gravità, la maggior parte delle quali si basa sulla teoria della relatività. Inoltre, nessuna di esse è completa (non spiega il corso, i risultati di eventuali esperimenti in qualsiasi condizione e inoltre a volte non è coerente con altre teorie fisiche confermate sperimentalmente). Non esiste una conoscenza e una comprensione chiare: cos'è la gravità, come è correlata alla gravità con lo spazio e il tempo, di quali particelle è composta e quali sono le loro proprietà. Le risposte a queste e molte altre domande possono essere trovate confrontando le informazioni presentate nel libro “Ezoosmos” di A. Novykh e il rapporto FISICA PRIMORDIALE ALLATRA. offre un approccio completamente nuovo che si basa sulla conoscenza di base dei principi primari della fisica particelle fondamentali, modelli della loro interazione. Cioè, basato su una profonda comprensione dell'essenza del processo di gravitazione e, di conseguenza, sulla possibilità di calcoli accurati per ricreare qualsiasi valore delle condizioni gravitazionali sia nello spazio che sulla Terra (terapia gravitazionale), prevedendo i risultati di esperimenti concepibili e inconcepibili compiuti sia dall’uomo che dalla natura.

LA FISICA PRIMORDIALE ALLATRA è molto più che semplice fisica. Apre possibili soluzioni a problemi di qualsiasi complessità. Ma soprattutto, grazie alla conoscenza dei processi che avvengono a livello delle particelle e delle azioni reali, ogni persona può comprendere il significato della propria vita, capire come funziona il sistema e acquisire esperienza pratica in contatto con il mondo spirituale. Realizzare la globalità e il primato dello Spirituale, uscire dalle limitazioni della struttura/modello della coscienza, oltre i limiti del sistema, per trovare la Vera Libertà.

"Come si suol dire, quando hai le chiavi universali nelle tue mani (conoscenza delle basi delle particelle elementari), puoi aprire qualsiasi porta (del micro e macromondo)."

"In tali condizioni, è possibile una transizione qualitativamente nuova della civiltà nella corrente principale dell'autosviluppo spirituale, una conoscenza scientifica su larga scala del mondo e di se stessi."

“Tutto ciò che opprime una persona in questo mondo, dai pensieri ossessivi, alle emozioni aggressive e finendo con i desideri stereotipati di un consumatore egoista ‒ questo è il risultato della scelta di una persona a favore del campo septon‒ un sistema materiale intelligente che sfrutta abitualmente l’umanità. Ma se una persona segue la scelta del suo inizio spirituale, acquisisce l'immortalità. E in questo non c’è religione, ma c’è la conoscenza della fisica, i suoi fondamenti primordiali”.

Elena Fedorova

B.V. Rauschenbach, compagno d'armi di Korolev, ha parlato di come gli è venuta l'idea di creare gravità artificiale su un'astronave: alla fine dell'inverno del 1963, il capo progettista, che stava liberando il percorso dalla neve vicino alla sua casa in via Ostankinskaya, ha avuto un'illuminazione, si potrebbe dire. Senza aspettare lunedì, chiamò Rauschenbach, che viveva nelle vicinanze, e presto insieme iniziarono a "spianare la strada" nello spazio per lunghi voli.
L'idea, come spesso accade, si è rivelata semplice; deve essere semplice, altrimenti nella pratica potrebbe non funzionare nulla.

Per completare il quadro. Marzo 1966, americani su Gemini 11:

Alle 11:29, la Gemini 11 si sganciò da Agena. Ora inizia il divertimento: come si comporteranno due oggetti collegati da un cavo? Inizialmente, Conrad cercò di introdurre il collegamento nella stabilizzazione gravitazionale, in modo che il razzo rimanesse sospeso in basso, la nave in alto e il cavo fosse teso.
Tuttavia non era possibile allontanarsi di 30 metri senza provocare forti vibrazioni. Alle 11:55 siamo passati alla seconda parte dell'esperimento: la “gravità artificiale”. Conrad ha introdotto il legamento in rotazione; Inizialmente il cavo si allungava lungo una linea curva, ma dopo 20 minuti si è raddrizzato e la rotazione è diventata abbastanza corretta. Conrad ha aumentato la sua velocità a 38°/min, e dopo cena a 55°/min, creando una pesantezza di 0,00078 g. Non potevi sentirlo "al tatto", ma le cose si depositarono lentamente sul fondo della capsula. Alle 14:42, dopo tre ore di rotazione, il perno venne lanciato e Gemini si allontanò dal razzo.

Anche una persona che non è interessata allo spazio ha visto almeno una volta un film sui viaggi nello spazio o ha letto queste cose nei libri. In quasi tutti questi lavori, le persone camminano per la nave, dormono normalmente e non hanno problemi a mangiare. Ciò significa che queste navi, immaginarie, hanno una gravità artificiale. La maggior parte degli spettatori lo percepisce come qualcosa di completamente naturale, ma non è affatto così.

Gravità artificiale

Questo è il nome per cambiare (in qualsiasi direzione) la gravità che ci è familiare attraverso l'uso di vari metodi. E questo viene fatto non solo nelle opere di fantascienza, ma anche in situazioni terrene molto reali, molto spesso per esperimenti.

In teoria, creare la gravità artificiale non sembra così difficile. Ad esempio, può essere ricreato utilizzando l'inerzia o, più precisamente, la necessità di questa forza non è nata ieri: è avvenuta immediatamente, non appena una persona ha iniziato a sognare voli spaziali a lungo termine. La creazione di gravità artificiale nello spazio consentirà di evitare molti dei problemi che sorgono durante periodi prolungati di assenza di gravità. I muscoli degli astronauti si indeboliscono e le ossa diventano meno forti. Viaggiare in tali condizioni per mesi può provocare l’atrofia di alcuni muscoli.

Pertanto, oggi la creazione della gravità artificiale è un compito di fondamentale importanza; senza questa abilità è semplicemente impossibile.

Materiale

Anche chi conosce la fisica solo a livello scolastico capisce che la gravità è una delle leggi fondamentali del nostro mondo: tutti i corpi interagiscono tra loro, sperimentando attrazione/repulsione reciproca. Più grande è il corpo, maggiore è la sua forza gravitazionale.

La Terra per la nostra realtà è un oggetto molto massiccio. Ecco perché tutti i corpi intorno a lei, nessuno escluso, sono attratti da lei.

Per noi questo significa, che di solito viene misurato in g, pari a 9,8 metri al secondo quadrato. Ciò significa che se non avessimo sostegno sotto i piedi cadremmo ad una velocità che aumenta di 9,8 metri ogni secondo.

Quindi solo grazie alla gravità siamo in grado di stare in piedi, cadere, mangiare e bere normalmente, capire dov'è l'alto e dov'è il basso. Se la gravità scompare, ci ritroveremo in assenza di gravità.

I cosmonauti che si trovano nello spazio in uno stato di caduta libera, hanno particolare familiarità con questo fenomeno.

In teoria, gli scienziati sanno come creare la gravità artificiale. Esistono diversi metodi.

Grande massa

L'opzione più logica è renderla così grande da far apparire la gravità artificiale. Potrai sentirti a tuo agio sulla nave, poiché l'orientamento nello spazio non andrà perso.

Sfortunatamente, questo metodo non è realistico con lo sviluppo della tecnologia moderna. Costruire un oggetto del genere richiede troppe risorse. Inoltre, sollevarlo richiederebbe un’incredibile quantità di energia.

Accelerazione

Sembrerebbe che se si vuole ottenere un g uguale a quello terrestre, basti dare alla nave una forma piatta (simile a una piattaforma) e farla muovere perpendicolarmente al piano con l'accelerazione richiesta. In questo modo si otterrà la gravità artificiale, e per di più quella ideale.

Tuttavia, in realtà tutto è molto più complicato.

Innanzitutto vale la pena considerare la questione del carburante. Affinché la stazione acceleri costantemente, è necessario disporre di un gruppo di continuità. Anche se all’improvviso appare un motore che non espelle materia, la legge di conservazione dell’energia resta in vigore.

Il secondo problema è l’idea stessa di accelerazione costante. Secondo le nostre conoscenze e le leggi fisiche, è impossibile accelerare indefinitamente.

Inoltre, un veicolo del genere non è adatto per missioni di ricerca, poiché deve accelerare costantemente: volare. Non potrà fermarsi a studiare il pianeta, non potrà nemmeno volargli intorno lentamente: dovrà accelerare.

Pertanto, diventa chiaro che tale gravità artificiale non è ancora a nostra disposizione.

Giostra

Tutti sanno come la rotazione di una giostra influisce sul corpo. Pertanto, un dispositivo di gravità artificiale basato su questo principio sembra essere il più realistico.

Tutto ciò che si trova nel diametro della giostra tende a cadere fuori da essa ad una velocità approssimativamente uguale alla velocità di rotazione. Si scopre che sui corpi agisce una forza diretta lungo il raggio dell'oggetto rotante. È molto simile alla gravità.

Quindi è necessaria una nave di forma cilindrica. Allo stesso tempo, deve ruotare attorno al proprio asse. A proposito, la gravità artificiale su un'astronave, creata secondo questo principio, è spesso dimostrata nei film di fantascienza.

Una nave a forma di botte, ruotando attorno al proprio asse longitudinale, crea una forza centrifuga, la cui direzione corrisponde al raggio dell'oggetto. Per calcolare l'accelerazione risultante, è necessario dividere la forza per la massa.

In questa formula il risultato del calcolo è l'accelerazione, la prima variabile è la velocità nodale (misurata in radianti al secondo), la seconda è il raggio.

Secondo questo, per ottenere il g a cui siamo abituati, è necessario combinare correttamente il raggio del trasporto spaziale.

Un problema simile è evidenziato in film come Intersolah, Babylon 5, 2001: Odissea nello spazio e simili. In tutti questi casi, la gravità artificiale è vicina all'accelerazione terrestre dovuta alla gravità.

Non importa quanto sia buona l'idea, è abbastanza difficile implementarla.

Problemi con il metodo carosello

Il problema più evidente è evidenziato in Odissea nello spazio. Il raggio della “portaerei spaziale” è di circa 8 metri. Per ottenere un'accelerazione di 9,8, la rotazione deve avvenire ad una velocità di circa 10,5 giri al minuto.

A questi valori si manifesta l'“effetto Coriolis” che consiste nel fatto che a diverse distanze dal pavimento agiscono forze diverse. Dipende direttamente dalla velocità angolare.

Si scopre che la gravità artificiale verrà creata nello spazio, ma ruotare il corpo troppo rapidamente porterà a problemi con l'orecchio interno. Ciò, a sua volta, causa disturbi dell'equilibrio, problemi all'apparato vestibolare e altre difficoltà simili.

L'emergere di questo ostacolo suggerisce che un tale modello è estremamente infruttuoso.

Puoi provare ad andare dal contrario, come hanno fatto nel romanzo "The Ring World". Qui la nave ha la forma di un anello, il cui raggio è vicino al raggio della nostra orbita (circa 150 milioni di km). A queste dimensioni, la sua velocità di rotazione è sufficiente per ignorare l'effetto Coriolis.

Si potrebbe supporre che il problema sia stato risolto, ma non è affatto così. Il fatto è che una rivoluzione completa di questa struttura attorno al proprio asse richiede 9 giorni. Ciò suggerisce che i carichi saranno troppo grandi. Affinché la struttura possa resistere è necessario un materiale molto resistente, che oggi non abbiamo a nostra disposizione. Inoltre, il problema è la quantità di materiale e il processo di costruzione stesso.

Nei giochi con temi simili, come nel film “Babylon 5”, questi problemi sono in qualche modo risolti: la velocità di rotazione è abbastanza sufficiente, l'effetto Coriolis non è significativo, ipoteticamente è possibile creare una nave del genere.

Tuttavia, anche questi mondi presentano uno svantaggio. Il suo nome è momento angolare.

La nave, ruotando attorno al proprio asse, si trasforma in un enorme giroscopio. Come sapete, è estremamente difficile forzare il giroscopio a deviare dal proprio asse perché è importante che la sua quantità non lasci il sistema. Ciò significa che sarà molto difficile dare una direzione a questo oggetto. Tuttavia, questo problema può essere risolto.

Soluzione

La gravità artificiale sulla stazione spaziale diventa disponibile quando il cilindro O'Neill arriva in soccorso. Per creare questo disegno sono necessarie navi cilindriche identiche, collegate lungo l'asse. Dovrebbero ruotare in direzioni diverse. Il risultato di un tale assemblaggio è un momento angolare pari a zero, quindi non dovrebbero esserci difficoltà nel dare alla nave la direzione richiesta.

Se è possibile realizzare una nave con un raggio di circa 500 metri, funzionerà esattamente come dovrebbe. Allo stesso tempo, la gravità artificiale nello spazio sarà abbastanza comoda e adatta per lunghi voli su navi o stazioni di ricerca.

Ingegneri spaziali

I creatori del gioco sanno come creare la gravità artificiale. Tuttavia, in questo mondo fantastico, la gravità non è l'attrazione reciproca dei corpi, ma una forza lineare progettata per accelerare gli oggetti in una determinata direzione. L'attrazione qui non è assoluta; cambia quando la fonte viene reindirizzata.

La gravità artificiale sulla stazione spaziale viene creata utilizzando un generatore speciale. È uniforme ed equidirezionale nell'intervallo del generatore. Quindi, nel mondo reale, se finissi sotto una nave con un generatore installato, verresti trascinato verso lo scafo. Tuttavia, nel gioco l'eroe cadrà finché non lascerà il perimetro del dispositivo.

Oggi, la gravità artificiale nello spazio creata da un tale dispositivo è inaccessibile all'umanità. Tuttavia, anche gli sviluppatori dai capelli grigi non smettono di sognarlo.

Generatore sferico

Questa è un'opzione di equipaggiamento più realistica. Una volta installato, la gravità è diretta verso il generatore. Ciò rende possibile la realizzazione di una stazione la cui gravità sarà pari a quella planetaria.

Centrifuga

Oggi, la gravità artificiale sulla Terra si trova in vari dispositivi. Si basano, per la maggior parte, sull'inerzia, poiché questa forza viene percepita da noi in modo simile all'influenza gravitazionale: il corpo non distingue quale causa provoca l'accelerazione. Ad esempio: una persona che sale in ascensore sperimenta l'influenza dell'inerzia. Dal punto di vista di un fisico: la salita dell'ascensore somma l'accelerazione della cabina all'accelerazione della caduta libera. Quando la cabina ritorna al movimento misurato, il “aumento” di peso scompare, restituendo le sensazioni consuete.

Gli scienziati sono da tempo interessati alla gravità artificiale. Per questi scopi viene spesso utilizzata una centrifuga. Questo metodo è adatto non solo ai veicoli spaziali, ma anche alle stazioni terrestri dove è necessario studiare gli effetti della gravità sul corpo umano.

Studia sulla Terra, applica in...

Sebbene lo studio della gravità sia iniziato nello spazio, è una scienza molto terrestre. Ancora oggi i progressi in questo settore trovano applicazione, ad esempio, in medicina. Sapere se è possibile creare gravità artificiale su un pianeta può essere utilizzato per trattare problemi al sistema muscolo-scheletrico o al sistema nervoso. Inoltre, lo studio di questa forza viene effettuato principalmente sulla Terra. Ciò consente agli astronauti di condurre esperimenti rimanendo sotto la stretta attenzione dei medici. La gravità artificiale nello spazio è un'altra questione, lì non ci sono persone che possano aiutare gli astronauti in caso di situazione imprevista.

Tenendo presente la completa assenza di gravità, non si può prendere in considerazione un satellite situato nell'orbita terrestre bassa. Questi oggetti, anche se in piccola misura, sono influenzati dalla gravità. La forza di gravità generata in questi casi è chiamata microgravità. La gravità reale viene sperimentata solo in un veicolo che vola a velocità costante nello spazio. Tuttavia, il corpo umano non avverte questa differenza.

Puoi sperimentare l'assenza di gravità durante un salto in lungo (prima che la vela si apra) o durante una discesa parabolica dell'aereo. Tali esperimenti vengono spesso condotti negli Stati Uniti, ma su un aereo questa sensazione dura solo 40 secondi: è troppo breve per uno studio completo.

In URSS, nel 1973, sapevano se fosse possibile creare la gravità artificiale. E non solo lo hanno creato, ma lo hanno anche cambiato in qualche modo. Un esempio lampante di riduzione artificiale della gravità è l'immersione a secco, l'immersione. Per ottenere l'effetto desiderato, è necessario posizionare una pellicola spessa sulla superficie dell'acqua. La persona viene posta sopra di esso. Sotto il peso del corpo, il corpo affonda sott'acqua, lasciando in alto solo la testa. Questo modello dimostra l’ambiente privo di supporto e a bassa gravità che caratterizza l’oceano.

Non è necessario andare nello spazio per sperimentare la forza opposta dell'assenza di gravità: l'ipergravità. Quando un veicolo spaziale decolla e atterra in una centrifuga, il sovraccarico non solo può essere avvertito, ma anche studiato.

Trattamento di gravità

La fisica gravitazionale studia anche gli effetti dell’assenza di gravità sul corpo umano, cercando di minimizzarne le conseguenze. Tuttavia, un gran numero di risultati di questa scienza può essere utile anche agli abitanti comuni del pianeta.

I medici ripongono grandi speranze nella ricerca sul comportamento degli enzimi muscolari nella miopatia. Questa è una malattia grave che porta alla morte prematura.

Durante l'esercizio fisico attivo, una grande quantità dell'enzima creatina fosfochinasi entra nel sangue di una persona sana. La ragione di questo fenomeno non è chiara; forse il carico agisce sulla membrana cellulare in modo tale da farla diventare “bucata”. I pazienti con miopatia ottengono lo stesso effetto senza esercizio. Le osservazioni degli astronauti mostrano che in assenza di gravità il flusso dell'enzima attivo nel sangue è significativamente ridotto. Questa scoperta suggerisce che l'uso dell'immersione ridurrà l'impatto negativo dei fattori che portano alla miopatia. Attualmente sono in corso esperimenti sugli animali.

Il trattamento di alcune malattie viene già effettuato utilizzando i dati ottenuti dallo studio della gravità, inclusa la gravità artificiale. Ad esempio, il trattamento della paralisi cerebrale, dell'ictus e del morbo di Parkinson viene effettuato attraverso l'uso di tute antistress. La ricerca sugli effetti positivi del supporto, la scarpa pneumatica, è quasi terminata.

Voleremo su Marte?

Gli ultimi risultati degli astronauti danno speranza per la realtà del progetto. Esiste esperienza nel fornire supporto medico a una persona durante un lungo soggiorno lontano dalla Terra. Anche i voli di ricerca sulla Luna, la cui forza gravitazionale è 6 volte inferiore alla nostra, hanno portato molti benefici. Ora gli astronauti e gli scienziati si stanno ponendo un nuovo obiettivo: Marte.

Prima di fare la fila per un biglietto per il Pianeta Rosso, dovresti sapere cosa attende il corpo già nella prima fase del lavoro - in arrivo. In media, la strada verso il pianeta deserto richiederà un anno e mezzo, circa 500 giorni. Lungo la strada dovrai fare affidamento solo sulle tue forze, semplicemente non c'è nessun posto dove aspettare l'aiuto.

Molti fattori mineranno la tua forza: stress, radiazioni, mancanza di campo magnetico. Il test più importante per il corpo è un cambiamento di gravità. Durante il viaggio, una persona “conoscerà” diversi livelli di gravità. Innanzitutto si tratta di sovraccarichi durante il decollo. Quindi: assenza di gravità durante il volo. Successivamente, ipogravità a destinazione, poiché la gravità su Marte è inferiore al 40% di quella terrestre.

Come si affrontano gli effetti negativi dell'assenza di gravità su un lungo volo? Si spera che gli sviluppi nel campo della gravità artificiale contribuiscano a risolvere questo problema nel prossimo futuro. Esperimenti sui ratti che viaggiano su Cosmos 936 mostrano che questa tecnica non risolve tutti i problemi.

L'esperienza del sistema operativo ha dimostrato che l'uso di complessi di allenamento in grado di determinare il carico richiesto per ciascun astronauta individualmente può apportare benefici molto maggiori al corpo.

Per ora, si ritiene che non solo i ricercatori voleranno su Marte, ma anche i turisti che vogliono stabilire una colonia sul Pianeta Rosso. Per loro, almeno per la prima volta, la sensazione di essere in assenza di gravità supererà tutte le argomentazioni dei medici sui pericoli di una permanenza prolungata in tali condizioni. Ma tra qualche settimana anche loro avranno bisogno di aiuto, motivo per cui è così importante riuscire a trovare un modo per creare gravità artificiale sull’astronave.

Risultati

Quali conclusioni si possono trarre sulla creazione della gravità artificiale nello spazio?

Tra tutte le opzioni attualmente prese in considerazione, la struttura rotante sembra la più realistica. Tuttavia, con l’attuale comprensione delle leggi fisiche, ciò è impossibile, poiché la nave non è un cilindro cavo. All'interno ci sono sovrapposizioni che interferiscono con l'attuazione delle idee.

Inoltre, il raggio della nave deve essere così grande che l'effetto Coriolis non abbia effetti significativi.

Per controllare qualcosa del genere, avrai bisogno del cilindro O'Neill menzionato sopra, che ti darà la possibilità di controllare la nave. In questo caso, aumentano le possibilità di utilizzare un tale progetto per i voli interplanetari fornendo allo stesso tempo all'equipaggio un livello di gravità confortevole.

Prima che l'umanità riesca a realizzare i propri sogni, mi piacerebbe vedere un po' più di realismo e ancora più conoscenza delle leggi della fisica nelle opere di fantascienza.

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Scopi e obiettivi dello studio

Lo scopo del mio lavoro di ricerca è considerare un'interazione così fondamentale come la gravità, i suoi fenomeni e il problema degli insediamenti spaziali con gravità artificiale, considerare le caratteristiche dell'utilizzo di vari tipi di motori per creare gravità artificiale, sviluppare idee sulla vita nello spazio in condizioni di gravità artificiale e per risolvere i problemi derivanti dalla creazione di questo progetto, l'integrazione di brevetti di tecnologie avanzate per risolvere i problemi della gravità artificiale.

La rilevanza della ricerca.

Gli insediamenti spaziali sono un tipo di stazione spaziale in cui una persona può vivere per un lungo periodo di tempo o addirittura per tutta la vita. Per creare tali insediamenti, è necessario considerare tutte le condizioni necessarie per un'attività vitale ottimale: un sistema di supporto vitale, gravità artificiale, protezione dalle influenze spaziali, ecc. E sebbene sia piuttosto difficile implementare tutte le condizioni, un certo numero di scrittori e ingegneri di fantascienza hanno già creato diversi progetti che, forse, creeranno sorprendenti insediamenti spaziali in futuro.

Significato e novità della ricerca.

La gravità artificiale è un'area promettente per la ricerca, perché fornirà una permanenza a lungo termine nello spazio e la possibilità di voli spaziali a lunga distanza. La costruzione di insediamenti spaziali potrebbe fornire fondi per ulteriori esplorazioni; Se lanciamo un programma di turismo spaziale, che sarà un piacere molto costoso, le società spaziali riceveranno un ulteriore flusso di finanziamenti e la ricerca potrà essere condotta in tutte le direzioni, senza essere limitata dalle possibilità.

Gravità. Fenomeni gravitazionali. Gravità.

La gravità è uno dei quattro tipi di interazioni fondamentali, o in altre parole: una forza di attrazione diretta verso il centro di massa di qualsiasi oggetto e verso il centro di massa di un gruppo di oggetti; maggiore è la massa, maggiore è la gravità. Quando ci si allontana da un oggetto, la forza di attrazione verso di esso tende a zero, ma in condizioni ideali non scompare mai. Cioè, se immaginiamo un vuoto assoluto senza una singola particella in più di qualsiasi origine, allora in questo spazio qualsiasi oggetto che abbia anche una massa infinitesimale, in assenza di altre forze esterne, sarà attratto l'uno dall'altro a qualsiasi distanza infinita. distanza.

A basse velocità, la gravità è descritta dalla meccanica newtoniana. E a velocità paragonabili alla velocità della luce, i fenomeni gravitazionali sono descritti da SRT

A. Einstein.

Nell'ambito della meccanica newtoniana, la gravità è descritta dalla legge di gravitazione universale, la quale afferma che due corpi puntiformi (o sferici) sono attratti tra loro con una forza direttamente proporzionale al prodotto delle masse di tali corpi, inversamente proporzionale a il quadrato della distanza tra loro e agente lungo la retta che congiunge tali corpi.

Nell'approssimazione dell'alta velocità, la gravità è spiegata dalla relatività ristretta, che ha due postulati:

Il principio di relatività di Einstein, che afferma che i fenomeni naturali si verificano allo stesso modo in tutti i sistemi di riferimento inerziali.

Il principio di costanza della velocità della luce, che afferma che la velocità della luce nel vuoto è costante (contraddice la legge di addizione delle velocità).

Per descrivere la gravità è stata sviluppata una speciale estensione della teoria della relatività, che tiene conto della curvatura dello spazio-tempo. Tuttavia, la dinamica anche nell’ambito della STR può includere l’interazione gravitazionale, purché il potenziale del campo gravitazionale sia molto più piccolo. Va inoltre notato che STR cessa di funzionare su scala dell'intero Universo, richiedendo la sostituzione con GRT.

Fenomeni gravitazionali.

Il fenomeno gravitazionale più sorprendente è l’attrazione. C'è anche un altro fenomeno associato alla gravità: l'assenza di gravità.

Grazie alle forze gravitazionali camminiamo sulla terra e il nostro pianeta esiste, come l'intero Universo. Ma cosa succede se lasciamo il pianeta? Sperimenteremo uno dei fenomeni gravitazionali più brillanti: l'assenza di gravità. L'assenza di gravità è uno stato del corpo in cui su di esso non agiscono altre forze oltre a quelle gravitazionali, o queste forze sono compensate.

Gli astronauti che soggiornano sulla ISS si trovano in uno stato di assenza di gravità, che influisce negativamente sulla loro salute. Quando si passa dalle condizioni di gravità terrestre alle condizioni di assenza di gravità (principalmente, quando un veicolo spaziale entra in orbita), la maggior parte degli astronauti sperimenta una reazione dell'organismo chiamata sindrome di adattamento spaziale. Quando una persona rimane nello spazio per un lungo periodo (più di una settimana), la mancanza di gravità inizia a causare alcuni cambiamenti negativi nel corpo. La prima e più evidente conseguenza dell'assenza di gravità è la rapida atrofia dei muscoli: i muscoli vengono infatti esclusi dall'attività umana, di conseguenza tutte le caratteristiche fisiche del corpo si deteriorano. Inoltre, la conseguenza di una forte diminuzione dell'attività del tessuto muscolare è una riduzione del consumo di ossigeno da parte del corpo e, a causa del conseguente eccesso di emoglobina, l'attività del midollo osseo, che la sintetizza, può diminuire. C'è anche motivo di credere che la mobilità limitata interrompa il metabolismo del fosforo nelle ossa, il che porta ad una diminuzione della loro forza.

Per eliminare gli effetti negativi dell'assenza di gravità è necessario creare una gravità artificiale nello spazio.

Gravità artificiale e assestamenti spaziali. Le prime ricerche del 20 ° secolo.

Tsiolkovsky propose la teoria degli insediamenti eterici, che erano un toro che ruota lentamente attorno al proprio asse. Ma a quel tempo tali idee erano un'utopia e tutti i suoi progetti rimanevano solo schizzi.

Il primo progetto sviluppato fu proposto dallo scienziato austriaco Hermann Nordrung nel 1928. Era anche una stazione a forma di toro, comprendente moduli abitativi, un generatore di corrente e un modulo di osservatorio astronomico.

Il progetto successivo fu proposto da Wernher von Braun, uno dei principali specialisti del programma spaziale americano; anch'esso era una stazione a forma di toro dove le persone avrebbero vissuto e lavorato in stanze collegate in un unico grande corridoio. Il progetto di Werner è stato una delle priorità della NASA fino all'avvento del progetto Skylab negli anni '60.

Skylab, la prima e unica stazione orbitale nazionale statunitense, era destinata alla ricerca tecnologica, astrofisica, medica e biologica, nonché all'osservazione della Terra. Lanciato il 14 maggio 1973, ospitò tre missioni Apollo dal maggio 1973 al febbraio 1974, deorbita e collassò l'11 luglio 1979.

Inoltre, nel 1965, l'American Space Society suggerì che la forma ideale per gli insediamenti spaziali sarebbe un toro, poiché tutti i moduli sono posizionati insieme, la forza di gravità avrà il valore massimo. Il problema della gravità artificiale sembrava ampiamente risolto.

Il progetto successivo è stato avanzato da Gerard O'Neill, prevedeva la creazione di colonie, per le quali si propone di utilizzare due cilindri di dimensioni giganti, racchiusi in un telaio e rotanti in direzioni diverse. Questi cilindri ruotano attorno al proprio asse ad una velocità di circa 0,53 giri al minuto, grazie alla quale nella colonia viene creata la forza di gravità familiare all'uomo.

Nel 1975 Parker avanzò un progetto per creare una colonia con un diametro di 100 me una lunghezza di 1 km, situata a una distanza di circa 400.000 km dalla Terra e dalla Luna e progettata per 10.000 persone. La rotazione attorno all'asse longitudinale alla velocità di 1 giro ogni 21 secondi creerà una gravità vicina a quella terrestre.

Nel 1977, il ricercatore dell’Ames Research Center della NASA Richard Johnson e il professor Charles Holbrow della Colgate University pubblicarono il documento Space Settlements, che esaminava la promettente ricerca sugli insediamenti a forma di toro.

Nel 1994, sotto la direzione del dottor Rodney Galloway, con la partecipazione di scienziati e scienziati di laboratorio del Phillips Laboratory e dei Sandia Laboratories, nonché di altri centri di ricerca dell'aeronautica degli Stati Uniti e del Centro di ricerca spaziale dell'Università dell'Arizona, un voluminoso è stato compilato un manuale per la progettazione di insediamenti spaziali a forma di toro.

Ricerca moderna.

Uno dei progetti moderni nel campo degli insediamenti spaziali è lo Stanford Torus, che è un discendente diretto delle idee di Wernher von Braun.

Lo Stanford Torus fu proposto alla NASA durante l'estate del 1975 dagli studenti dell'Università di Stanford per concettualizzare il progetto delle future colonie spaziali. Gerard O'Neill in seguito introdusse la sua "Island One" o "Bernal Sphere" come alternativa al toro. Il "Stanford Torus", solo in una versione più dettagliata, che rappresenta il concetto di una stazione spaziale rotante a forma di anello, è stato presentato da Wernher von Braun, nonché dall'ingegnere austriaco di origine slovena Hermann Potocnik.

È un toro con un diametro di circa 1,8 chilometri (per 10mila abitanti, come descritto nel lavoro del 1975) e ruota attorno al proprio asse (giri al minuto), creando sull'anello una gravità artificiale di 0,9 - 1 g grazie alla forza centrifuga.

La luce solare entra attraverso un sistema di specchi. L'anello è collegato all'hub tramite "raggi" - corridoi per il movimento di persone e merci verso l'asse e ritorno. L'hub, l'asse di rotazione della stazione, è più adatto come stazione di attracco per la ricezione di veicoli spaziali, poiché qui la gravità artificiale è trascurabile: all'asse della stazione è agganciato un modulo stazionario.

L'interno del toro è abitabile, abbastanza grande da creare un ecosistema artificiale, un ambiente naturale, e l'interno è come una valle glaciale lunga e stretta le cui estremità alla fine si curvano verso l'alto per formare un cerchio. La popolazione qui vive in condizioni simili a quelle di un sobborgo densamente popolato, e all'interno dell'anello sono presenti rami destinati all'agricoltura e una parte residenziale. (Allegato 1)

Insediamenti spaziali e gravità artificiale nella cultura. Elisio

I mondi ad anello, come quelli raffigurati nel film d’azione fantascientifico Elysium o nel videogioco Halo, sono forse alcune delle idee più interessanti per le future stazioni spaziali. In Elysium, la stazione è vicina alla Terra e, se si ignorano le sue dimensioni, ha un certo grado di realismo. Tuttavia, il problema più grande qui è la sua “apertura”, che è pura fantasia solo in apparenza.

“Forse la questione più controversa sulla Stazione Elysium è la sua apertura all’ambiente spaziale”.

“Il film mostra un'astronave che atterra su un prato dopo essere arrivata dallo spazio. Non ci sono cancelli di attracco o cose del genere. Ma tale stazione deve essere completamente isolata dall'ambiente esterno. Altrimenti l'atmosfera qui non durerà a lungo. Forse le aree aperte della stazione potrebbero essere protette da una sorta di campo invisibile che consentirebbe alla luce solare di penetrare all’interno e sostenere la vita nelle piante e negli alberi piantati lì. Ma per ora questa è solo fantasia. Non esistono tecnologie del genere."

L'idea stessa di una stazione a forma di anelli è meravigliosa, ma finora irrealizzabile.

Guerre stellari

Quasi tutti gli appassionati di film di fantascienza sanno cos'è la Morte Nera. Questa è una grande stazione spaziale grigia e rotonda del film epico di Star Wars, che assomiglia molto alla Luna. Si tratta di un distruttore di pianeti intergalattico, che è essenzialmente esso stesso un pianeta artificiale fatto di acciaio e abitato da assaltatori.

Possiamo davvero costruire un pianeta così artificiale e vagare su di esso per le distese della galassia? In teoria - sì. Solo questo richiederà un’incredibile quantità di risorse umane e finanziarie.

La questione della costruzione della Morte Nera è stata sollevata anche dalla Casa Bianca americana, dopo che la società ha inviato una petizione corrispondente da esaminare. La risposta ufficiale delle autorità fu che sarebbero stati necessari 852.000.000.000.000.000 di dollari solo per l’acciaio da costruzione.

Ma anche se la questione finanziaria non fosse una priorità, l’umanità non avrebbe la tecnologia per ricreare la Morte Nera, poiché per spostarla è necessaria un’enorme quantità di energia.

(Appendice 2)

Problemi nell'attuazione del progetto degli insediamenti spaziali.

Gli insediamenti spaziali rappresentano una direzione promettente nell’industria spaziale del futuro, ma come sempre ci sono difficoltà che devono essere superate per portare a termine questo compito.

Costi di capitale iniziali;

Sistemi di supporto vitale interno;

Creazione della gravità artificiale;

Protezione da condizioni esterne ostili:

dalle radiazioni;

fornire calore;

da oggetti estranei;

Risolvere i problemi della gravità artificiale e degli assestamenti spaziali.

Costi di capitale iniziali: questo problema può essere risolto insieme se le persone mettono da parte le proprie ambizioni personali e lavorano per il bene comune. Dopotutto, il futuro dell’umanità dipende solo da noi.

Sistemi di supporto vitale interno - già ora sulla ISS esistono sistemi per il riutilizzo dell'acqua, ma questo non basta; a condizione che ci sia abbastanza spazio sulla stazione orbitale, si può trovare un posto per una serra in cui cresceranno le piante che rilasciano il massimo ossigeno ; c'è anche la realizzazione di laboratori idroponici per la coltivazione di OGM che potranno fornire cibo a tutta la popolazione della stazione.

Creare la gravità artificiale non è un compito così difficile quanto fornire l’enorme quantità di carburante necessaria per ruotare la stazione.

1. Esistono diversi modi per risolvere il problema.
  1. 1. Quando si tratta di confrontare l’efficienza di diversi tipi di motori, gli ingegneri di solito parlano di impulso specifico. L'impulso specifico è definito come la variazione dell'impulso per unità di massa di carburante consumato. Pertanto, quanto più efficiente è il motore, tanto meno carburante sarà necessario per lanciare il razzo nello spazio. L'impulso, a sua volta, è il risultato dell'azione di una forza per un certo tempo. I razzi chimici, pur avendo una spinta molto elevata, funzionano solo per pochi minuti e quindi hanno un impulso specifico molto basso. I motori ionici, capaci di funzionare per anni, possono avere un impulso specifico elevato con una spinta molto bassa.

Utilizzare un approccio standard e applicare i motori a reazione al problema. I calcoli mostrano che l’utilizzo di qualsiasi motore a reazione conosciuto richiederebbe enormi quantità di carburante per far funzionare la stazione per almeno un anno.

Impulso specifico I (LPRE) = 4,6

Impulso specifico I (motore a razzo a propellente solido) = 2,65

Impulso specifico I (EP) = 10

Impulso specifico I (motore al plasma) = 290

Questo è il consumo di carburante per 1 anno, pertanto non è saggio utilizzare motori a reazione.

Consideriamo un caso elementare.

Prendiamo una giostra immobile. Quindi, se fissiamo n numero di elettromagneti unipolari lungo il bordo della giostra in modo che la forza della loro interazione sia massima, otteniamo quanto segue: se accendiamo l'elettromagnete n. 1 in modo che agisca sull'elettromagnete n. 2 con un agisce per prima una forza x volte maggiore della seconda, poi secondo la III legge di Newton, la forza d'azione dell'elettromagnete N. 1 sul N. 2 dal lato del N. 2 sarà compensata dalla forza di reazione del supporto della giostra , che farà uscire il carosello dallo stato di riposo. Ora spegniamo il n. 1, aumentiamo la forza del n. 2 al n. 1 e accendiamo il n. 3 con una forza pari al n. 2 nella fase precedente e, se continuiamo questa procedura, otterremo la rotazione del giostra. Applicando questo metodo alla stazione spaziale otterremo una soluzione al problema della gravità artificiale.

(Appendice 3).

Protezione da condizioni ambientali ostili

titolare del brevetto Alexey Gennadievich Rebeko

L'invenzione riguarda metodi e mezzi per proteggere l'equipaggio e le apparecchiature dalle radiazioni ionizzanti (particelle cariche ad alta energia) durante i voli spaziali. Secondo l'invenzione attorno alla navicella spaziale viene creato un campo elettrico o magnetico statico protettivo, che è localizzato nello spazio tra due superfici chiuse, senza contatto, inserite l'una nell'altra. Lo spazio protetto della navicella è limitato dalla superficie interna, mentre la superficie esterna isola la navicella e lo spazio protetto dal plasma interplanetario. La forma delle superfici può essere arbitraria. Quando si utilizza un campo protettivo elettrico, su queste superfici si creano cariche della stessa grandezza e di segno opposto. In un tale condensatore, il campo elettrico è concentrato nello spazio tra le superfici delle piastre. Nel caso di un campo magnetico, le correnti di direzione opposta vengono fatte passare attraverso le superfici e il rapporto tra le intensità di corrente viene selezionato in modo da ridurre al minimo il valore del campo residuo all'esterno. La forma desiderata delle superfici in questo caso è toroidale, per garantire una protezione continua. Sotto l'influenza della forza di Lorentz, le particelle cariche si muoveranno lungo traiettorie curve devianti o orbite chiuse tra le superfici. È possibile applicare contemporaneamente campi elettrici e magnetici tra le superfici. In questo caso, nello spazio tra le superfici può essere posto un materiale idoneo ad assorbire le particelle cariche: ad esempio idrogeno liquido, acqua o polietilene. Il risultato tecnico dell'invenzione è finalizzato a creare una protezione affidabile e continua (geometricamente continua) dalle radiazioni cosmiche, semplificando la progettazione dei dispositivi di protezione e riducendo i costi energetici per il mantenimento del campo protettivo.

Titolare del brevettoSocietà per azioni aperta "Rocket and Space Corporation "Energia" intitolata a S.P. Korolev"

Sistema di controllo termico di un veicolo spaziale e di una stazione orbitale, contenente circuiti chiusi di raffreddamento e riscaldamento collegati tramite almeno uno scambiatore di calore liquido-liquido intermedio, sistemi di controllo e misurazione, raccordi di distribuzione delle valvole e raccordi di riempimento del drenaggio, mentre il circuito di riscaldamento contiene uno stimolatore di circolazione , scambiatori di calore gas-liquido e a serpentina e piastre termiche, e nel circuito di raffreddamento, almeno uno stimolatore di circolazione, un regolatore del flusso del liquido, un'uscita del quale è collegata attraverso la prima valvola di ritegno all'ingresso del miscelatore del flusso del refrigerante, e l'altro attraverso la seconda valvola di ritegno allo scambiatore di calore radiante in ingresso, la cui uscita è collegata al secondo ingresso del miscelatore di flusso, l'uscita del miscelatore di flusso è collegata tramite una tubazione di collegamento alla cavità ricevente il calore dell'intermedio scambiatore di calore liquido-liquido, la cui uscita è collegata allo stimolatore di circolazione, sulla tubazione di collegamento sono installati sensori di temperatura, collegati elettricamente tramite un sistema di controllo al liquido regolatore di flusso, caratterizzato dal fatto che due unità elettropompe vengono inoltre introdotte nello circuito di raffreddamento, e l'ingresso della prima unità elettropompa è collegato attraverso un filtro all'uscita del liquido di raffreddamento dalla cavità ricevente il calore dello scambiatore di calore liquido-liquido intermedio, e la sua uscita è collegata alla seconda valvola di ritegno e in parallelo, attraverso un filtro in ingresso una seconda elettropompa, la cui uscita è collegata alla prima valvola di ritegno, ciascuna elettropompa è dotata di un sensore di pressione differenziale, ed un ulteriore sensore di temperatura è installato sulla tubazione che collega l'uscita della miscelatore di flusso con la cavità ricevente il calore dello scambiatore di calore liquido-liquido, collegato elettricamente tramite il sistema di controllo al primo gruppo elettropompa.

Esistono molti modi per proteggersi dai corpi estranei.

Utilizzare motori non standard, come un acceleratore elettromagnetico con impulso specifico variabile;

Avvolgi un asteroide in una vela solare di plastica riflettente utilizzando pellicola PET rivestita in alluminio;

"Dipingi" o cospargi un oggetto con biossido di titanio (bianco) o nero carbone (nero) in modo che causare l’effetto Yarkovsky e cambiare la sua traiettoria;

Lo scienziato planetario Eugene Shoemaker propose nel 1996 rilasciare una nuvola di vapore sul percorso di un oggetto per rallentarlo dolcemente. Nick Zabo ha disegnato un concetto simile nel 1990, "frenata aerodinamica di una cometa": Una cometa o una struttura di ghiaccio prende di mira un asteroide, dopodiché le esplosioni nucleari vaporizzano il ghiaccio e formano un'atmosfera temporanea sul percorso dell'asteroide;

Attacca una zavorra pesante all'asteroide per cambiarne la traiettoria spostando il centro di gravità;

Utilizzare l'ablazione laser;

Utilizzare un emettitore di onde d'urto;

Un altro metodo “senza contatto” è stato recentemente proposto dagli scienziati C. Bombardelli e G. Pelez dell’Università Tecnica di Madrid. Offre utilizzare il cannone ionico con bassa divergenza, puntato sull'asteroide da una nave vicina. L'energia cinetica trasmessa attraverso gli ioni che raggiungono la superficie dell'asteroide, come nel caso di un rimorchiatore gravitazionale, creerà una forza debole ma costante in grado di deviare l'asteroide e verrà utilizzata una nave più leggera.

Detonazione di un ordigno nucleare sopra, sopra o sotto la superficie di un asteroide è una potenziale opzione per respingere la minaccia. L'altezza ottimale dell'esplosione dipende dalla composizione e dalle dimensioni dell'oggetto. In caso di minaccia da parte di un cumulo di detriti, per evitarne la dispersione, si propone di effettuare un'implosione da radiazioni, cioè un'esplosione sopra la superficie. Durante un'esplosione, l'energia rilasciata sotto forma di neutroni e raggi X molli (che non penetrano la materia) viene convertita in calore quando raggiunge la superficie dell'oggetto. Il calore trasforma la sostanza dell'oggetto in un'esplosione e uscirà dalla traiettoria, seguendo la terza legge di Newton, l'esplosione andrà in una direzione e l'oggetto nella direzione opposta.

Catapulta elettromagneticaè un sistema automatico situato su un asteroide che rilascia nello spazio la sostanza di cui è composto. Pertanto, si sposta lentamente e perde massa. Una catapulta elettromagnetica deve funzionare come un sistema a basso impulso specifico: utilizzando molto carburante ma poca energia.

L’idea è che se si utilizza materiale asteroidale come combustibile, la quantità di carburante non è importante quanto la quantità di energia, che molto probabilmente sarà limitata.

Un altro metodo possibile è quello di posizionare una catapulta elettromagnetica sulla Luna, puntandola verso un oggetto vicino alla Terra, in modo da sfruttare la velocità orbitale del satellite naturale e la sua scorta illimitata di “proiettili di roccia”.

Conclusione.

Dopo aver analizzato le informazioni presentate, diventa chiaro che la gravità artificiale è un fenomeno molto reale che avrà ampia applicazione nell'industria spaziale non appena supereremo tutte le difficoltà associate a questo progetto.

Vedo gli insediamenti spaziali nella forma proposta da von Braun: mondi a forma di toro con un uso ottimale dello spazio e che utilizzano tecnologie avanzate per garantire un'attività vitale a lungo termine, vale a dire:

Utilizzo di tecnologie avanzate per soddisfare le esigenze della stazione:

Coltura idroponica
- Le piante non hanno bisogno di essere annaffiate molto. Viene utilizzata molta meno acqua rispetto alla coltivazione in terra in un giardino. Nonostante ciò, con la corretta selezione di minerali e componenti, le piante non si seccheranno né marciranno. Ciò avviene ottenendo abbastanza ossigeno.
  
  Il grande vantaggio è che questo metodo consente di proteggere le piante da molte malattie e parassiti. Le piante stesse non assorbiranno sostanze nocive dal terreno.
  
  Di conseguenza, ci sarà la massima produttività, che coprirà completamente le esigenze degli abitanti della stazione.

Rigenerazione dell'acqua

Condensa dell'umidità dell'aria.

Purificazione dell'acqua usata.

Trattamento delle urine e dei rifiuti solidi.

Un gruppo di reattori nucleari sarà responsabile dell'approvvigionamento energetico, che sarà protetto secondo il brevetto n. 2406661 adattato per spostare le particelle radioattive all'esterno della stazione.

Il compito di creare insediamenti spaziali è difficile, ma fattibile. Spero che nel prossimo futuro, a causa del rapido sviluppo della scienza e della tecnologia, saranno soddisfatti tutti i prerequisiti necessari per la creazione e lo sviluppo di insediamenti spaziali basati sulla gravità artificiale. Il mio contributo a questa causa necessaria sarà apprezzato. Il futuro dell’umanità risiede nell’esplorazione dello spazio e nella transizione verso un nuovo ciclo, più promettente e rispettoso dell’ambiente, della spirale dello sviluppo umano.

Applicazioni

Appendice 1. Toro di Stanford

Appendice 2. Morte Nera, Elysium.

Appendice 3. Schema del moto rotatorio.

Forze risultanti in prima approssimazione (solo interazione di magneti). Di conseguenza, la stazione esegue un movimento rotatorio. Questo è ciò di cui abbiamo bisogno.

Bibliografia

ALAKRINSKY. L'uomo vive nello spazio. Assenza di peso: più o meno?

Barrer, M. Motori a razzo.

Dobrovolsky, M. Motori a razzo liquido. Nozioni di base sulla progettazione.

Dorofeev, A. Fondamenti della teoria dei motori a razzo termico.

Matveev. Meccanica e teoria della relatività: libro di testo per studenti universitari.

Myakishev. Fisica molecolare e termodinamica.

Myakishev. Fisica. Meccanica.

Myakishev. Fisica. Elettrodinamica.

Russel, D. Coltura idroponica.

Sanko. Dizionario astronomico.

Sivukhin. Corso di fisica generale.

Feynmann. Feynman tiene lezioni sulla gravità.

Ciolkovskij. Atti sulla tecnologia missilistica.

Shileiko. In un oceano di energia.

Golubev I.R. e Novikov Yu.V. L'ambiente e la sua tutela

Zakhlebny A.N. Libro di lettura sulla conservazione della natura

Zverev I. Conservazione della natura ed educazione ambientale degli scolari.

Ivanov A.F. Esperimento fisico con contenuto ambientale.

Kiselev S.V. Dimostrazione dell'effetto serra.

Risorse Internet:

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

http://www.roscosmos.ru

http://allpatents.ru