Mākslīgā atrakcija. Mākslīgā gravitācija zinātniskajā fantāzē Meklējam patiesību

Problēmas ar vestibulāro sistēmu nav vienīgās ilgstošas mikrogravitācijas iedarbības sekas. Astronauti, kas SKS pavada vairāk nekā mēnesi, bieži cieš no miega traucējumiem, lēnas sirds un asinsvadu darbības un meteorisms.

NASA nesen pabeidza eksperimentu, kurā zinātnieki pētīja dvīņubrāļu genomu: viens no viņiem SKS pavadīja gandrīz gadu, otrs veica tikai īsus lidojumus un lielāko daļu laika pavadīja uz Zemes. Ilgstoša uzturēšanās kosmosā noveda pie tā, ka 7% pirmā astronauta DNS mainījās uz visiem laikiem - mēs runājam par gēniem, kas saistīti ar imūnsistēmu, kaulu veidošanos, skābekļa badu un pārmērīgu oglekļa dioksīda daudzumu organismā.

NASA salīdzināja dvīņus astronautus, lai redzētu, kā cilvēka ķermenis mainās kosmosā

Mikrogravitācijas apstākļos cilvēks būs spiests palikt neaktīvs: mēs nerunājam par astronautiem, kas paliek SKS, bet gan par lidojumiem dziļā kosmosā. Lai noskaidrotu, kā šāds režīms ietekmētu astronautu veselību, Eiropas Kosmosa aģentūra (EKA) uz 21 dienu ievietoja 14 brīvprātīgos gultā, kas noliekta uz galvas sāniem. NASA un Roscosmos kopīgi plāno veikt eksperimentu, kurā tiks pārbaudītas jaunākās metodes cīņai pret bezsvara stāvokli, piemēram, uzlabotas vingrošanas un uztura shēmas.

Bet, ja cilvēki nolems sūtīt kuģus uz Marsu vai Venēru, būs nepieciešami ekstrēmāki risinājumi – mākslīgā gravitācija.

Kā gravitācija var pastāvēt kosmosā

Pirmkārt, ir vērts saprast, ka gravitācija pastāv visur - vietām tā ir vājāka, citās spēcīgāka. Un kosmoss nav izņēmums.

SKS un satelīti pastāvīgi atrodas gravitācijas ietekmē: ja objekts atrodas orbītā, tas, vienkārši sakot, nokrīt ap Zemi. Līdzīgs efekts rodas, ja metat bumbu uz priekšu – pirms tā atsitīsies pret zemi, tā nedaudz lidos metiena virzienā. Ja metīsi bumbu stiprāk, tā lidos tālāk. Ja tu esi Supermens un bumba ir raķešu dzinējs, tā nenokritīs zemē, bet lidos tai apkārt un turpinās griezties, pamazām nokļūstot orbītā.

Mikrogravitācija pieņem, ka cilvēki kuģa iekšpusē neatrodas gaisā – viņi nokrīt no kuģa, kas savukārt krīt ap Zemi.

Tā kā gravitācija ir divu masu pievilkšanās spēks, mēs, ejot pa to, paliekam uz Zemes virsmas, nevis peldam debesīs. Šajā gadījumā visa Zemes masa piesaista mūsu ķermeņu masu savam centram.

Kad kuģi nonāk orbītā, tie brīvi peld kosmosā. Tie joprojām ir pakļauti Zemes gravitācijas spēkam, bet kuģis un tajā esošie objekti vai pasažieri ir pakļauti gravitācijai tāpat. Esošās ierīces nav pietiekami masīvas, lai radītu pamanāmu pievilcību, tāpēc cilvēki un priekšmeti tajās nestāv uz grīdas, bet gan “peld” gaisā.

Kā izveidot mākslīgo gravitāciju

Mākslīgā gravitācija kā tāda neeksistē, lai to radītu, cilvēkam ir jāapgūst viss par dabisko gravitāciju. Zinātniskajā fantastikā pastāv gravitācijas simulācijas jēdziens: tas ļauj kosmosa kuģu apkalpei staigāt pa klāju un objektiem stāvēt uz tā.

Teorētiski ir divi veidi, kā izveidot simulētu gravitāciju, un neviens no tiem vēl nav izmantots reālajā dzīvē. Pirmais ir centripetāla spēka izmantošana gravitācijas simulēšanai. Kuģim vai stacijai jābūt riteņiem līdzīgai konstrukcijai, kas sastāv no vairākiem pastāvīgi rotējošiem segmentiem.

Saskaņā ar šo koncepciju ierīces centripetālais paātrinājums, virzot moduļus uz centru, radīs gravitācijas vai apstākļu līdzīgumu uz Zemes. Šī koncepcija tika demonstrēta Stenlija Kubrika filmās 2001: Kosmosa odiseja un Kristofera Nolana filmā Starpzvaigžņu.

Ierīces koncepcija, kas rada centripetālu paātrinājumu, lai simulētu gravitāciju

Par šī projekta autoru tiek uzskatīts vācu raķešu zinātnieks un inženieris Vernhers fon Brauns, kurš vadīja raķetes Saturn 5 izstrādi, kas uz Mēnesi nogādāja Apollo 11 apkalpi un vairākus citus pilotējamus transportlīdzekļus.

Būdams NASA Māršala kosmosa lidojumu centra direktors, fon Brauns popularizēja krievu zinātnieka Konstantīna Ciolkovska ideju izveidot toroidālo kosmosa staciju, pamatojoties uz rumbas dizainu, kas atgādina velosipēda riteni. Ja ritenis griežas telpā, tad inerce un centrbēdzes spēks var radīt sava veida mākslīgo gravitāciju, kas velk priekšmetus uz riteņa ārējo apkārtmēru. Tas ļaus cilvēkiem un robotiem staigāt pa grīdu, kā uz Zemes, nevis peldēt gaisā, kā uz SKS.

Tomēr šai metodei ir būtiski trūkumi: jo mazāks ir kosmosa kuģis, jo ātrāk tam jāgriežas - tas novedīs pie tā sauktā Kornolisa spēka parādīšanās, kurā punktus, kas atrodas tālāk no centra, gravitācija ietekmēs spēcīgāk nekā tos. tuvāk tai. Citiem vārdiem sakot, gravitācija būs spēcīgāka uz astronautu galvām nekā uz kājām, kas viņiem nepatiks.

Lai izvairītos no šāda efekta, kuģa izmēram ir jābūt vairākas reizes lielākam par futbola laukuma izmēru – šādas ierīces laišana orbītā būs ārkārtīgi dārga, ņemot vērā, ka viena kilograma kravas izmaksas komerciālās palaišanas laikā svārstās no 1,5 tūkstošiem dolāru. līdz 3 tūkstošiem dolāru.

Vēl viena gravitācijas simulācijas izveides metode ir praktiskāka, bet arī ārkārtīgi dārga - mēs runājam par paātrinājuma metodi. Ja kuģis vispirms paātrinās noteiktā ceļa posmā un pēc tam pagriežas un sāk palēnināties, radīsies mākslīgās gravitācijas efekts.

Lai ieviestu šo metodi, būs nepieciešamas milzīgas degvielas rezerves - fakts ir tāds, ka dzinējiem jādarbojas gandrīz nepārtraukti, izņemot nelielu pārtraukumu brauciena vidū - kuģa pagrieziena laikā.

Reāli piemēri

Neraugoties uz augstām izmaksām par gravitāciju imitējošu kosmosa kuģu palaišanu, uzņēmumi visā pasaulē cenšas būvēt šādus kuģus un stacijas.

Gateway Foundation, pētniecības fonds, kas plāno būvēt rotējošu staciju Zemes orbītā, cenšas īstenot Fon Brauna koncepciju. Tiek pieņemts, ka ap riteņa apkārtmēru tiks izvietotas kapsulas, kuras pētniecības nolūkos varēs iegādāties valsts un privātās aviācijas un kosmosa kompānijas. Dažas kapsulas tiks pārdotas kā villas pasaules bagātākajiem iedzīvotājiem, bet citas tiks izmantotas kā viesnīcas kosmosa tūristiem. atklāja rotējoša kosmosa kuģa ar piepūšamiem moduļiem Nautilus-X koncepciju, kas samazinātu mikrogravitācijas ietekmi uz zinātniekiem uz klāja.

Tika pieņemts, ka projekts izmaksās tikai 3,7 miljardus dolāru, kas šādām ierīcēm ir ļoti maz, un tā izveide prasīs 64 mēnešus. Tomēr Nautilus-X nekad nepārsniedza sākotnējos rasējumus un priekšlikumus.

Secinājums

Pagaidām visticamākais veids, kā iegūt simulētu gravitāciju, kas pasargās kuģi no paātrinājuma ietekmes un nodrošinās pastāvīgu gravitāciju bez nepieciešamības pastāvīgi izmantot dzinējus, ir noteikt daļiņu ar negatīvu masu. Katrai daļiņai un antidaļiņai, ko zinātnieki jebkad ir atklājuši, ir pozitīva masa. Ir zināms, ka negatīvā masa un gravitācijas masa ir līdzvērtīgas viena otrai, taču līdz šim pētnieki šīs zināšanas nav spējuši pierādīt praksē.

Pētnieki ALPHA eksperimentā CERN jau ir radījuši antiūdeņradi - stabilu neitrālas antimateriāla formu - un strādā, lai to izolētu no visām pārējām daļiņām ļoti zemā ātrumā. Ja zinātniekiem tas izdosies, visticamāk, tuvākajā nākotnē mākslīgā gravitācija kļūs reālāka nekā šobrīd.

Ilgtermiņa lidojumi kosmosā, citu planētu izpēte, par ko iepriekš rakstīja zinātniskās fantastikas Īzaks Asimovs, Staņislavs Lems, Aleksandrs Beļajevs un citi, pateicoties zināšanām, kļūs par pilnīgi iespējamu realitāti. Tā kā, atjaunojot zemes gravitācijas līmeni, mēs spēsim izvairīties no mikrogravitācijas (bezsvara) negatīvajām sekām uz cilvēku (muskuļu atrofija, sensorie, motoriskie un veģetatīvie traucējumi). Tas ir, gandrīz ikviens, kurš vēlas, var doties kosmosā neatkarīgi no ķermeņa fiziskajām īpašībām. Tajā pašā laikā jūsu uzturēšanās uz kosmosa kuģa kļūs ērtāka. Cilvēki varēs izmantot esošās ierīces un labierīcības, kas viņiem ir pazīstamas (piemēram, duša, tualete).

Uz Zemes gravitācijas līmeni nosaka gravitācijas paātrinājums, kas vidēji vienāds ar 9,81 m/s 2 (“pārslodze” 1 g), savukārt kosmosā, bezsvara apstākļos, aptuveni 10 -6 g. K.E. Ciolkovskis minēja analoģijas starp ķermeņa svara sajūtu, iegremdējot ūdenī vai guļot gultā, ar bezsvara stāvokli kosmosā.

"Zeme ir prāta šūpulis, bet jūs nevarat dzīvot šūpulī mūžīgi."
"Pasaulei vajadzētu būt vēl vienkāršākai."
Konstantīns Ciolkovskis

Interesanti, ka gravitācijas bioloģijai spēja radīt dažādus gravitācijas apstākļus būs īsts izrāviens. Būs iespējams pētīt: kā mainās struktūra, funkcijas mikro un makro līmenī, modeļus dažāda lieluma un virzienu gravitācijas ietekmē. Šie atklājumi savukārt palīdzēs attīstīt diezgan jaunu virzienu – gravitācijas terapiju. Tiek apsvērta iespēja un efektivitāte ārstēšanai izmantot gravitācijas izmaiņas (palielinātas salīdzinājumā ar Zemes). Mēs jūtam gravitācijas pieaugumu, it kā ķermenis būtu kļuvis nedaudz smagāks. Mūsdienās tiek veikti pētījumi par gravitācijas terapijas izmantošanu hipertensijas gadījumā, kā arī kaulu audu atjaunošanai lūzumu gadījumā.

(mākslīgā gravitācija) vairumā gadījumu ir balstīti uz inerces un gravitācijas spēku līdzvērtības principu. Ekvivalences princips saka, ka mēs jūtam aptuveni vienādu kustības paātrinājumu, nenošķirot cēloni, kas to izraisījis: gravitācijas vai inerces spēkus. Pirmajā versijā paātrinājums notiek gravitācijas lauka ietekmes dēļ, otrajā - neinerciālās atskaites sistēmas (sistēmas, kas pārvietojas ar paātrinājumu), kurā atrodas cilvēks, kustības paātrinājuma dēļ. Piemēram, līdzīgu inerciālo spēku efektu izjūt cilvēks liftā (neinerciālā atskaites sistēma), strauji paceļoties augšup (ar paātrinājumu, sajūta, it kā ķermenis uz dažām sekundēm būtu kļuvis smagāks) vai bremzējot. (sajūta, ka grīda attālinās no zem kājām). No fizikas viedokļa: kad lifts paceļas uz augšu, kabīnes kustības paātrinājums tiek pievienots brīvā kritiena paātrinājumam neinerciālā sistēmā. Atjaunojot vienveidīgu kustību, svara “pieaugums” pazūd, tas ir, atgriežas ierastā ķermeņa svara sajūta.

Mūsdienās, tāpat kā gandrīz pirms 50 gadiem, mākslīgās gravitācijas radīšanai tiek izmantotas centrifūgas (griežot kosmosa sistēmas, tiek izmantots centrbēdzes paātrinājums). Vienkārši sakot, kosmosa stacijai griežoties ap savu asi, notiks centrbēdzes paātrinājums, kas cilvēku “nobīdīs” prom no rotācijas centra un rezultātā astronauts vai citi objekti varēs atrasties uz “ stāvs”. Lai labāk izprastu šo procesu un ar kādām grūtībām saskaras zinātnieki, apskatīsim formulu, kas nosaka centrbēdzes spēku, griežot centrifūgu:

F=m*v 2 *r, kur m ir masa, v ir lineārais ātrums, r ir attālums no griešanās centra.

Lineārais ātrums ir vienāds ar: v=2π*rT, kur T ir apgriezienu skaits sekundē, π ≈3,14…

Tas ir, jo ātrāk kosmosa kuģis griežas un jo tālāk no centra atrodas astronauts, jo spēcīgāka būs radītā mākslīgā gravitācija.

Uzmanīgi apskatot attēlu, mēs varam pamanīt, ka ar nelielu rādiusu cilvēka galvas un kāju gravitācijas spēks ievērojami atšķirsies, kas savukārt apgrūtinās kustību.

Kad astronauts pārvietojas rotācijas virzienā, rodas Koriolisa spēks. Šajā gadījumā pastāv liela varbūtība, ka persona pastāvīgi saslims ar kustību slimību. To var apiet, ja kuģis griežas ar rotācijas frekvenci 2 apgriezieni minūtē, kas rada mākslīgu gravitācijas spēku 1g (kā uz Zemes). Bet rādiuss būs 224 metri (apmēram ¼ kilometrs, šis attālums ir līdzīgs 95 stāvu ēkas augstumam vai divu lielu sekvoju koku garumam). Tas ir, teorētiski ir iespējams uzbūvēt šāda izmēra orbitālo staciju vai kosmosa kuģi. Taču praksē tas prasa ievērojamus resursu, pūļu un laika izdevumus, kas globālo kataklizmu tuvošanās kontekstā (sk. ) cilvēciskāk tieši uz reālu palīdzību tiem, kam tā nepieciešama.

Tā kā nav iespējams atjaunot nepieciešamo gravitācijas līmeni cilvēkam uz orbitālās stacijas vai kosmosa kuģa, zinātnieki nolēma izpētīt iespēju “nolaist iestatīto stieni”, tas ir, radot mazāku gravitācijas spēku nekā uz Zemes. Tas liek domāt, ka vairāk nekā pusgadsimta pētījumu laikā nav bijis iespējams iegūt apmierinošus rezultātus. Tas nav pārsteidzoši, jo eksperimentos viņi cenšas radīt apstākļus, kuros inerces spēks vai citi radītu līdzīgu efektu kā gravitācijas ietekme uz Zemi. Tas ir, izrādās, ka mākslīgā gravitācija patiesībā nav gravitācija.

Mūsdienās zinātnē ir tikai teorijas par to, kas ir gravitācija, no kurām lielākā daļa balstās uz relativitātes teoriju. Turklāt neviens no tiem nav pilnīgs (nepaskaidro gaitu, nekādu eksperimentu rezultātus jebkuros apstākļos, turklāt dažreiz tas nesaskan ar citām eksperimentāli apstiprinātām fizikālajām teorijām). Nav skaidru zināšanu un izpratnes: kas ir gravitācija, kā gravitācija ir saistīta ar telpu un laiku, no kādām daļiņām tā sastāv un kādas ir to īpašības. Atbildes uz šiem un daudziem citiem jautājumiem var atrast, salīdzinot informāciju, kas sniegta A. Novykh grāmatā “Ezoosmos” un referātā PRIMORDIAL ALLATRA PHYSICS. piedāvā pilnīgi jaunu pieeju, kas balstās uz pamatzināšanām par fizikas primārajiem principiem pamatdaļiņas, to mijiedarbības modeļi. Tas ir, pamatojoties uz dziļu izpratni par gravitācijas procesa būtību un līdz ar to iespēju veikt precīzus aprēķinus, lai atjaunotu jebkādas gravitācijas apstākļu vērtības gan kosmosā, gan uz Zemes (gravitācijas terapija), prognozējot rezultātus iedomājami un neiedomājami eksperimenti, ko veic gan cilvēks, gan daba.

PRIMORDIAL ALLATRA FIZIKA ir daudz vairāk nekā tikai fizika. Tas paver iespējamos risinājumus jebkuras sarežģītības problēmām. Bet pats galvenais, pateicoties zināšanām par daļiņu līmenī notiekošajiem procesiem un reālām darbībām, katrs cilvēks var izprast savas dzīves jēgu, izprast sistēmas darbību un iegūt praktisku pieredzi saskarsmē ar garīgo pasauli. Apzināties Garīgā globalitāti un pārākumu, izkļūt no apziņas rāmjiem/veidnes ierobežojumiem, aiz sistēmas robežām, atrast Patieso Brīvību.

"Kā saka, ja jūsu rokās ir universālās atslēgas (zināšanas par elementārdaļiņu pamatiem), jūs varat atvērt jebkuras (mikro un makropasaules) durvis.

"Šādos apstākļos ir iespējama kvalitatīvi jauna civilizācijas pāreja uz garīgās pašizaugsmes galveno virzienu, plaša mēroga zinātniskām atziņām par pasauli un sevi."

“Viss, kas nomāc cilvēku šajā pasaulē, sākot no uzmācīgām domām, agresīvām emocijām un beidzot ar egoistiska patērētāja stereotipiskām vēlmēm ‒ tas ir cilvēka izvēles rezultāts par labu septona laukam‒ materiāla inteliģenta sistēma, kas regulāri izmanto cilvēci. Bet, ja cilvēks seko sava garīgā sākuma izvēlei, tad viņš iegūst nemirstību. Un tajā nav reliģijas, bet ir zināšanas par fiziku, tās pirmajiem pamatiem.

Jeļena Fedorova

B.V. Raušenbahs, Koroļeva cīņu biedrs, stāstīja par to, kā viņam radās ideja par mākslīgās gravitācijas radīšanu kosmosa kuģī: 1963. gada ziemas beigās galvenais konstruktors, kurš tīrīja ceļu no sniega. netālu no viņa mājas Ostankinskaya ielā, bija epifānija, varētu teikt. Negaidot pirmdienu, viņš piezvanīja netālu dzīvojošajam Raušenbaham, un drīz viņi kopā sāka “atbrīvot ceļu” kosmosā ilgiem lidojumiem.
Ideja, kā tas bieži notiek, izrādījās vienkārša; tam jābūt vienkāršam, pretējā gadījumā praksē nekas var neizdoties.

Lai pabeigtu attēlu. 1966. gada marts, amerikāņi par Gemini 11:

11:29 Gemini 11 atvienojās no Agenas. Tagad sākas jautrība: kā izturēsies divi objekti, kas savienoti ar kabeli? Sākumā Konrāds mēģināja ieviest saiti gravitācijas stabilizācijā - lai raķete karātos apakšā, kuģis augšā un kabelis būtu saspringts.
Tomēr nebija iespējams pārvietoties 30 m attālumā, neradot spēcīgas vibrācijas. 11:55 mēs pārgājām uz otro eksperimenta daļu - “mākslīgo gravitāciju”. Konrāds ieviesa saiti rotācijā; Sākumā kabelis stiepās pa izliektu līniju, bet pēc 20 minūtēm iztaisnojās un griešanās kļuva diezgan pareiza. Konrāds palielināja ātrumu līdz 38 °/min, bet pēc vakariņām līdz 55 °/min, radot smagumu 0,00078 g. Jūs to nevarēja sajust “pieskaroties”, bet lietas lēnām nogulsnējās kapsulas apakšā. 14:42 pēc trīs stundu rotācijas tapa tika nošauta, un Dvīņi attālinājās no raķetes.

Pat cilvēks, kuram kosmoss neinteresē, kaut reizi ir redzējis filmu par kosmosa ceļojumiem vai lasījis par tādām lietām grāmatās. Gandrīz visos šādos darbos cilvēki staigā pa kuģi, normāli guļ, nav problēmu ar ēšanu. Tas nozīmē, ka šiem – izdomātajiem – kuģiem ir mākslīgā gravitācija. Lielākā daļa skatītāju to uztver kā kaut ko pilnīgi dabisku, taču tas tā nebūt nav.

Mākslīgā gravitācija

Tas ir nosaukums gravitācijas maiņai (jebkurā virzienā), kas mums ir pazīstama, izmantojot dažādas metodes. Un tas tiek darīts ne tikai zinātniskās fantastikas darbos, bet arī ļoti reālās zemes situācijās, visbiežāk eksperimentiem.

Teorētiski mākslīgās gravitācijas radīšana nešķiet tik sarežģīta. Piemēram, to var atjaunot, izmantojot inerci, vai precīzāk, nepieciešamība pēc šī spēka neradās vakar – tas notika uzreiz, tiklīdz cilvēks sāka sapņot par ilgstošiem kosmosa lidojumiem. Mākslīgās gravitācijas radīšana kosmosā ļaus izvairīties no daudzām problēmām, kas rodas ilgstoši bezsvara stāvoklī. Astronautu muskuļi vājina un kauli kļūst vājāki. Mēnešiem ilgi ceļojot šādos apstākļos, var rasties dažu muskuļu atrofija.

Tādējādi mūsdienās mākslīgās gravitācijas radīšana ir ārkārtīgi svarīgs uzdevums, bez šīs prasmes tas vienkārši nav iespējams.

Materiāls

Pat tie, kas fiziku zina tikai skolas mācību programmas līmenī, saprot, ka gravitācija ir viens no mūsu pasaules pamatlikumiem: visi ķermeņi mijiedarbojas viens ar otru, piedzīvojot savstarpēju pievilkšanos/atgrūšanos. Jo lielāks ķermenis, jo lielāks ir tā gravitācijas spēks.

Zeme mūsu realitātei ir ļoti masīvs objekts. Tāpēc visi bez izņēmuma esošie ķermeņi viņai pievelk.

Mums tas nozīmē, ko parasti mēra g, kas ir vienāds ar 9,8 metriem uz kvadrātsekundi. Tas nozīmē, ka, ja mums nebūtu atbalsta zem kājām, mēs kristu ar ātrumu, kas katru sekundi palielinās par 9,8 metriem.

Tādējādi, tikai pateicoties gravitācijai, mēs spējam normāli stāvēt, krist, ēst un dzert, saprast, kur ir augšā un kur lejā. Ja gravitācija pazudīs, mēs nonāksim bezsvara stāvoklī.

Kosmonauti, kuri atrodas kosmosā planējošo — brīvā kritiena — stāvoklī, ir īpaši pazīstami ar šo parādību.

Teorētiski zinātnieki zina, kā radīt mākslīgo gravitāciju. Ir vairākas metodes.

Liela masa

Loģiskākais variants ir padarīt to tik lielu, lai uz tā parādās mākslīgā gravitācija. Jūs varēsiet justies ērti uz kuģa, jo orientācija telpā netiks zaudēta.

Diemžēl šī metode ir nereāla mūsdienu tehnoloģiju attīstībā. Lai uzbūvētu šādu objektu, nepieciešams pārāk daudz resursu. Turklāt tā celšana prasītu neticami daudz enerģijas.

Paātrinājums

Šķiet, ka, ja vēlaties sasniegt g, kas vienāds ar to, kas ir uz Zemes, jums vienkārši jāpiešķir kuģim plakana (platformai līdzīga) forma un jāpārvietojas perpendikulāri plaknei ar nepieciešamo paātrinājumu. Tādā veidā tiks iegūta mākslīgā gravitācija, turklāt ideālā gravitācija.

Tomēr patiesībā viss ir daudz sarežģītāk.

Pirmkārt, ir vērts apsvērt degvielas jautājumu. Lai stacija nepārtraukti paātrinātu, ir nepieciešams nepārtrauktās barošanas avots. Pat ja pēkšņi parādās dzinējs, kas neizstumj vielu, enerģijas nezūdamības likums paliks spēkā.

Otrā problēma ir pati ideja par pastāvīgu paātrinājumu. Saskaņā ar mūsu zināšanām un fiziskajiem likumiem nav iespējams paātrināt bezgalīgi.

Turklāt šāds transportlīdzeklis nav piemērots pētniecības misijām, jo tam pastāvīgi jāpaātrina - jālido. Viņš nespēs apstāties, lai pētītu planētu, viņš pat nespēs lēnām tai aplidot – viņam jāpaātrina.

Tādējādi kļūst skaidrs, ka šāda mākslīgā gravitācija mums vēl nav pieejama.

Karuselis

Ikviens zina, kā karuseļa griešanās ietekmē ķermeni. Tāpēc visreālākā šķiet mākslīgā gravitācijas ierīce, kas balstīta uz šo principu.

Viss, kas atrodas karuseļa diametrā, mēdz no tā izkrist ar ātrumu, kas aptuveni vienāds ar griešanās ātrumu. Izrādās, ka uz ķermeņiem iedarbojas spēks, kas vērsts gar rotējošā objekta rādiusu. Tas ir ļoti līdzīgs gravitācijai.

Tātad ir nepieciešams kuģis ar cilindrisku formu. Tajā pašā laikā tai jāgriežas ap savu asi. Starp citu, mākslīgā gravitācija uz kosmosa kuģa, kas izveidota pēc šī principa, bieži tiek demonstrēta zinātniskās fantastikas filmās.

Mucas formas kuģis, griežoties ap savu garenisko asi, rada centrbēdzes spēku, kura virziens atbilst objekta rādiusam. Lai aprēķinātu iegūto paātrinājumu, spēks jāsadala ar masu.

Šajā formulā aprēķina rezultāts ir paātrinājums, pirmais mainīgais ir mezgla ātrums (mērīts radiānos sekundē), otrais ir rādiuss.

Saskaņā ar to, lai iegūtu g, pie kura esam pieraduši, ir pareizi jāapvieno kosmosa transporta rādiuss.

Līdzīga problēma ir izcelta tādās filmās kā Intersolah, Babylon 5, 2001: A Space Odyssey un tamlīdzīgi. Visos šajos gadījumos mākslīgā gravitācija ir tuvu zemes paātrinājumam gravitācijas dēļ.

Lai cik laba ideja būtu, to īstenot ir diezgan grūti.

Problēmas ar karuseļa metodi

Acīmredzamākā problēma ir izcelta kosmosa odisejā. “Kosmiskā nesēja” rādiuss ir aptuveni 8 metri. Lai iegūtu paātrinājumu 9,8, rotācijai jānotiek ar ātrumu aptuveni 10,5 apgriezieni katru minūti.

Pie šīm vērtībām parādās “Koriolisa efekts”, kas sastāv no tā, ka dažādi spēki darbojas dažādos attālumos no grīdas. Tas ir tieši atkarīgs no leņķiskā ātruma.

Izrādās, ka kosmosā tiks radīta mākslīgā gravitācija, bet pārāk ātra ķermeņa pagriešana radīs problēmas ar iekšējo ausu. Tas savukārt rada līdzsvara traucējumus, problēmas ar vestibulāro aparātu un citas – līdzīgas – grūtības.

Šī šķēršļa rašanās liecina, ka šāds modelis ir ārkārtīgi neveiksmīgs.

Varat mēģināt iet no pretējās puses, kā tas tika darīts romānā “Gredzenu pasaule”. Šeit kuģis ir izgatavots gredzena formā, kura rādiuss ir tuvu mūsu orbītas rādiusam (apmēram 150 miljoni km). Šādā izmērā tā griešanās ātrums ir pietiekams, lai ignorētu Koriolisa efektu.

Jūs varētu pieņemt, ka problēma ir atrisināta, taču tas tā nebūt nav. Fakts ir tāds, ka šīs struktūras pilna apgriešana ap savu asi aizņem 9 dienas. Tas liek domāt, ka slodzes būs pārāk lielas. Lai konstrukcija tos izturētu, nepieciešams ļoti izturīgs materiāls, kura šodien mūsu rīcībā nav. Turklāt problēma ir materiāla daudzums un pats būvniecības process.

Līdzīgas tēmas spēlēs, kā filmā “Babylon 5”, šīs problēmas kaut kā tiek atrisinātas: griešanās ātrums ir diezgan pietiekams, Koriolisa efekts nav būtisks, hipotētiski ir iespējams izveidot šādu kuģi.

Tomēr pat šādām pasaulēm ir savs trūkums. Tās nosaukums ir leņķiskais impulss.

Kuģis, griežoties ap savu asi, pārvēršas par milzīgu žiroskopu. Kā zināms, ir ārkārtīgi grūti piespiest žiroskopu novirzīties no savas ass, jo ir svarīgi, lai tā daudzums neizietu no sistēmas. Tas nozīmē, ka būs ļoti grūti dot virzienu šim objektam. Tomēr šo problēmu var atrisināt.

Risinājums

Mākslīgā gravitācija kosmosa stacijā kļūst pieejama, kad palīgā nāk O'Nīla cilindrs. Lai izveidotu šo dizainu, ir nepieciešami identiski cilindriski kuģi, kas ir savienoti pa asi. Viņiem jāgriežas dažādos virzienos. Šādas montāžas rezultāts ir nulle leņķiskais impulss, tāpēc nevajadzētu būt grūtībām dot kuģim vajadzīgo virzienu.

Ja ir iespējams izgatavot kuģi ar rādiusu aptuveni 500 metri, tad tas darbosies tieši tā, kā vajadzētu. Tajā pašā laikā mākslīgā gravitācija kosmosā būs diezgan ērta un piemērota ilgiem lidojumiem uz kuģiem vai pētniecības stacijām.

Kosmosa inženieri

Spēles veidotāji zina, kā izveidot mākslīgo gravitāciju. Tomēr šajā fantāziju pasaulē gravitācija nav ķermeņu savstarpēja pievilkšanās, bet gan lineārs spēks, kas paredzēts, lai paātrinātu objektus noteiktā virzienā. Pievilcība šeit nav absolūta; tā mainās, kad avots tiek novirzīts.

Mākslīgo gravitāciju kosmosa stacijā rada, izmantojot īpašu ģeneratoru. Tas ir vienmērīgs un vienāds ģeneratora diapazonā. Tātad reālajā pasaulē, ja jūs nokļūtu zem kuģa ar uzstādītu ģeneratoru, jūs tiktu vilkts uz korpusu. Tomēr spēlē varonis kritīs, līdz viņš atstās ierīces perimetru.

Mūsdienās šādas ierīces radītā mākslīgā gravitācija kosmosā cilvēcei nav pieejama. Tomēr pat sirmie izstrādātāji nebeidz par to sapņot.

Sfērisks ģenerators

Šī ir reālāka aprīkojuma iespēja. Uzstādot, gravitācija ir vērsta uz ģeneratoru. Tas ļauj izveidot staciju, kuras gravitācija būs vienāda ar planētu.

Centrifūga

Mūsdienās mākslīgā gravitācija uz Zemes ir sastopama dažādās ierīcēs. To pamatā lielākoties ir inerce, jo šo spēku mēs jūtam līdzīgi kā gravitācijas ietekmi - ķermenis neatšķir, kas izraisa paātrinājumu. Piemēram: cilvēks, kas kāpj liftā, piedzīvo inerces ietekmi. Ar fiziķa acīm: lifta pacelšanās brīvā kritiena paātrinājumam pievieno salona paātrinājumu. Kad salons atgriežas pie izmērītās kustības, svara “pieaugums” pazūd, atgriežot ierastās sajūtas.

Zinātniekus jau sen interesē mākslīgā gravitācija. Šiem nolūkiem visbiežāk izmanto centrifūgu. Šī metode ir piemērota ne tikai kosmosa kuģiem, bet arī zemes stacijām, kur nepieciešams pētīt gravitācijas ietekmi uz cilvēka ķermeni.

Mācieties uz Zemes, piesakieties...

Lai gan gravitācijas izpēte sākās kosmosā, tā ir ļoti sauszemes zinātne. Pat šodien sasniegumi šajā jomā ir atraduši savu pielietojumu, piemēram, medicīnā. Zinot, vai uz planētas ir iespējams radīt mākslīgo gravitāciju, to var izmantot, lai ārstētu muskuļu un skeleta sistēmas vai nervu sistēmas problēmas. Turklāt šī spēka izpēte galvenokārt tiek veikta uz Zemes. Tas ļauj astronautiem veikt eksperimentus, vienlaikus paliekot ārstu uzmanībā. Mākslīgā gravitācija kosmosā ir cita lieta, tur nav cilvēku, kas neparedzētā situācijā varētu palīdzēt astronautiem.

Paturot prātā pilnīgu bezsvara stāvokli, nevar ņemt vērā satelītu, kas atrodas zemās Zemes orbītā. Šos objektus, lai arī nelielā mērā, ietekmē gravitācija. Šādos gadījumos radīto smaguma spēku sauc par mikrogravitāciju. Īstu gravitāciju var piedzīvot tikai transportlīdzeklī, kas kosmosā lido ar nemainīgu ātrumu. Taču cilvēka ķermenis šo atšķirību nejūt.

Jūs varat izjust bezsvara stāvokli tāllēkšanas laikā (pirms nojumes atvēršanas) vai lidmašīnas paraboliskās nolaišanās laikā. Šādi eksperimenti bieži tiek veikti ASV, bet lidmašīnā šī sajūta ilgst tikai 40 sekundes - tas ir pārāk īss pilnam pētījumam.

PSRS tālajā 1973. gadā viņi zināja, vai ir iespējams radīt mākslīgo gravitāciju. Un viņi to ne tikai radīja, bet arī kaut kādā veidā mainīja. Spilgts piemērs mākslīgai gravitācijas samazināšanai ir sausā iegremdēšana, iegremdēšana. Lai sasniegtu vēlamo efektu, uz ūdens virsmas jānovieto bieza plēve. Cilvēks tiek novietots virs tā. Zem ķermeņa svara ķermenis nogrimst zem ūdens, augšpusē atstājot tikai galvu. Šis modelis demonstrē bezbalsta, zemas gravitācijas vidi, kas raksturīga okeānam.

Nav nepieciešams doties kosmosā, lai izjustu pretējo bezsvara spēku – hipergravitāciju. Kosmosa kuģim paceļoties un nolaižoties centrifūgā, pārslodzi var ne tikai sajust, bet arī izpētīt.

Gravitācijas apstrāde

Gravitācijas fizika pēta arī bezsvara stāvokļa ietekmi uz cilvēka ķermeni, cenšoties mazināt sekas. Tomēr liels skaits šīs zinātnes sasniegumu var būt noderīgi arī parastajiem planētas iedzīvotājiem.

Ārsti liek lielas cerības uz pētījumiem par muskuļu enzīmu uzvedību miopātijas gadījumā. Šī ir nopietna slimība, kas izraisa priekšlaicīgu nāvi.

Veicot aktīvus fiziskos vingrinājumus, veselīga cilvēka asinīs nonāk liels daudzums enzīma kreatīnfosfokināzes. Šīs parādības iemesls nav skaidrs; iespējams, slodze ietekmē šūnu membrānu tā, ka tā kļūst “caurāka”. Pacienti ar miopātiju iegūst tādu pašu efektu bez fiziskās slodzes. Kosmonautu novērojumi liecina, ka bezsvara stāvoklī aktīvā enzīma plūsma asinīs ir ievērojami samazināta. Šis atklājums liecina, ka iegremdēšanas izmantošana samazinās to faktoru negatīvo ietekmi, kas izraisa miopātiju. Pašlaik tiek veikti eksperimenti ar dzīvniekiem.

Dažu slimību ārstēšana jau tiek veikta, izmantojot datus, kas iegūti, pētot gravitāciju, tostarp mākslīgo gravitāciju. Piemēram, cerebrālās triekas, insultu un Parkinsona slimības ārstēšana tiek veikta, izmantojot stresa tērpus. Ir gandrīz pabeigti pētījumi par atbalsta, pneimatisko apavu, pozitīvo ietekmi.

Vai lidosim uz Marsu?

Jaunākie astronautu sasniegumi ļauj cerēt uz projekta realitāti. Ir pieredze medicīniskā atbalsta sniegšanā personai, ilgstoši atrodoties prom no Zemes. Arī izpētes lidojumi uz Mēnesi, kura gravitācijas spēks ir 6 reizes mazāks nekā mūsējam, ir devuši daudz labumu. Tagad astronauti un zinātnieki izvirza sev jaunu mērķi – Marsu.

Pirms stāties rindā pēc biļetes uz Sarkano planētu, jau pirmajā darba posmā – ceļā – jāzina, kas sagaida ķermeni. Vidēji ceļš uz tuksneša planētu prasīs pusotru gadu – aptuveni 500 dienas. Pa ceļam jums būs jāpaļaujas tikai uz saviem spēkiem, vienkārši nav kur gaidīt palīdzību.

Daudzi faktori iedragās jūsu spēku: stress, starojums, magnētiskā lauka trūkums. Vissvarīgākais ķermeņa pārbaudījums ir gravitācijas izmaiņas. Ceļojuma laikā cilvēks “iepazīsies” ar vairākiem gravitācijas līmeņiem. Pirmkārt, tās ir pārslodzes pacelšanās laikā. Tad - bezsvara stāvoklis lidojuma laikā. Pēc tam - hipogravitācija galamērķī, jo gravitācija uz Marsa ir mazāka par 40% no Zemes.

Kā tikt galā ar bezsvara stāvokļa negatīvo ietekmi uz ilgu lidojumu? Cerams, ka attīstība mākslīgās gravitācijas jomā palīdzēs atrisināt šo problēmu tuvākajā nākotnē. Eksperimenti ar žurkām, kas ceļo uz Cosmos 936, liecina, ka šis paņēmiens neatrisina visas problēmas.

OS pieredze rāda, ka daudz lielāku labumu organismam var dot treniņu kompleksu izmantošana, kas spēj noteikt nepieciešamo slodzi katram astronautam individuāli.

Pagaidām tiek uzskatīts, ka uz Marsu lidos ne tikai pētnieki, bet arī tūristi, kuri vēlas izveidot koloniju uz Sarkanās planētas. Viņiem vismaz pirmo reizi bezsvara sajūtas atsvērs visus ārstu argumentus par ilgstošas uzturēšanās briesmām šādos apstākļos. Taču pēc dažām nedēļām arī viņiem būs nepieciešama palīdzība, tāpēc ir tik svarīgi spēt atrast veidu, kā kosmosa kuģī radīt mākslīgo gravitāciju.

Rezultāti

Kādus secinājumus var izdarīt par mākslīgās gravitācijas radīšanu kosmosā?

No visām pašlaik izskatītajām iespējām rotējošā struktūra izskatās visreālākā. Tomēr ar pašreizējo fizisko likumu izpratni tas nav iespējams, jo kuģis nav dobs cilindrs. Iekšā ir pārklāšanās, kas traucē īstenot idejas.

Turklāt kuģa rādiusam jābūt tik lielam, lai Koriolisa efektam nebūtu būtiskas ietekmes.

Lai ko tādu vadītu, nepieciešams iepriekš minētais O'Nīla cilindrs, kas dos iespēju vadīt kuģi. Šajā gadījumā palielinās iespējas izmantot šādu dizainu starpplanētu lidojumiem, vienlaikus nodrošinot apkalpei ērtu gravitācijas līmeni.

Pirms cilvēcei izdodas īstenot savus sapņus, zinātniskās fantastikas darbos gribētos redzēt nedaudz vairāk reālisma un vēl vairāk fizikas likumu zināšanu.

Darba teksts ievietots bez attēliem un formulām.
Pilna darba versija ir pieejama cilnē "Darba faili" PDF formātā

Pētījuma mērķi un uzdevumi

Mana pētnieciskā darba mērķis ir aplūkot tādu fundamentālu mijiedarbību kā gravitācija, tās parādības un kosmosa apmetņu problēmu ar mākslīgo gravitāciju, aplūkot dažādu veidu dzinēju izmantošanas iespējas mākslīgās gravitācijas radīšanai, attīstīt idejas par dzīvi kosmosā. mākslīgā gravitācijas apstākļos un risināt problēmas, kas rodas, veidojot šo projektu, integrētu progresīvu tehnoloģiju patentus, lai atrisinātu mākslīgās gravitācijas problēmas.

Pētījuma atbilstība.

Kosmosa apmetnes ir kosmosa stacijas veids, kurā cilvēks varētu dzīvot ilgāku laiku vai pat visu mūžu. Lai izveidotu šādas apmetnes, jums ir jāpārdomā visi nepieciešamie apstākļi optimālai dzīves aktivitātei - dzīvības atbalsta sistēma, mākslīgā gravitācija, aizsardzība no kosmosa ietekmes utt. Un, lai gan ir diezgan grūti īstenot visus nosacījumus, vairāki zinātniskās fantastikas rakstnieki un inženieri jau ir izveidojuši vairākus projektus, kas, iespējams, nākotnē radīs pārsteidzošas kosmosa apmetnes.

Pētījuma nozīmīgums un novitāte.

Mākslīgā gravitācija ir perspektīva pētniecības joma, jo tā nodrošinās ilgstošu uzturēšanos kosmosā un iespēju veikt tālsatiksmes kosmosa lidojumus. Kosmosa apmetņu būvniecība varētu nodrošināt līdzekļus tālākai izpētei; Ja mēs uzsāksim kosmosa tūrisma programmu, kas būs ļoti dārgs prieks, kosmosa korporācijas saņems papildu finansējuma plūsmu, un pētījumus varēs veikt visos virzienos, neierobežojot iespējas.

Gravitācija. Gravitācijas parādības. Gravitācija.

Gravitācija ir viens no četriem fundamentālo mijiedarbības veidiem jeb citiem vārdiem – tāds pievilcīgs spēks, kas vērsts uz jebkura objekta masas centru un uz objektu kopas masas centru; jo lielāka masa, jo lielāka gravitācija. Attālinoties no objekta, pievilkšanās spēks pret to tiecas līdz nullei, bet ideālos apstākļos tas nekad nepazūd. Tas ir, ja mēs iedomājamies absolūtu vakuumu bez nevienas papildu jebkuras izcelsmes daļiņas, tad šajā telpā visi objekti, kuriem ir pat bezgalīgi maza masa, ja nav citu ārēju spēku, tiks piesaistīti viens otram jebkurā bezgalīgi tālumā. attālums.

Zemā ātrumā gravitāciju apraksta Ņūtona mehānika. Un ātrumos, kas salīdzināmi ar gaismas ātrumu, gravitācijas parādības apraksta STR

A. Einšteins.

Ņūtona mehānikas ietvaros gravitāciju apraksta universālās gravitācijas likums, kas nosaka, ka divi punktveida (vai sfēriski) ķermeņi tiek piesaistīti viens otram ar spēku, kas ir tieši proporcionāls šo ķermeņu masu reizinājumam un ir apgriezti proporcionāls attāluma kvadrāts starp tiem un darbojas pa taisnu līniju, kas savieno šos ķermeņus.

Liela ātruma tuvinājumā gravitācija tiek izskaidrota ar speciālo relativitāti, kurai ir divi postulāti:

Einšteina relativitātes princips, kas nosaka, ka dabas parādības notiek vienādi visās inerciālajās atskaites sistēmās.

Gaismas ātruma noturības princips, kas nosaka, ka gaismas ātrums vakuumā ir nemainīgs (ir pretrunā ar ātrumu saskaitīšanas likumu).

Lai aprakstītu gravitāciju, ir izstrādāts īpašs relativitātes teorijas paplašinājums, kas pieļauj telpas-laika izliekumu. Tomēr dinamika pat STR ietvaros var ietvert gravitācijas mijiedarbību, ja vien gravitācijas lauka potenciāls ir daudz mazāks. Jāatzīmē arī, ka STR pārstāj darboties visa Visuma mērogā, tāpēc tas ir jāaizstāj ar BRT.

Gravitācijas parādības.

Visspilgtākā gravitācijas parādība ir pievilcība. Ar gravitāciju saistīta arī cita parādība – bezsvara stāvoklis.

Pateicoties gravitācijas spēkiem, mēs ejam pa zemi, un mūsu planēta pastāv, tāpat kā viss Visums. Bet kas notiks, ja mēs pametīsim planētu? Piedzīvosim vienu no spilgtākajām gravitācijas parādībām – bezsvara stāvokli. Bezsvara stāvoklis ir ķermeņa stāvoklis, kurā uz to neiedarbojas citi spēki, izņemot gravitācijas spēkus, vai arī šie spēki tiek kompensēti.

Astronauti, kas uzturas SKS, atrodas bezsvara stāvoklī, kas negatīvi ietekmē viņu veselību. Pārejot no zemes gravitācijas apstākļiem uz bezsvara apstākļiem (galvenokārt, kosmosa kuģim nokļūstot orbītā), lielākā daļa astronautu piedzīvo organisma reakciju, ko sauc par kosmosa adaptācijas sindromu. Kad cilvēks ilgstoši uzturas kosmosā (vairāk nekā nedēļu), gravitācijas trūkums organismā sāk izraisīt noteiktas izmaiņas, kas ir negatīvas. Pirmās un acīmredzamākās bezsvara stāvokļa sekas ir strauja muskuļu atrofija: muskuļi faktiski tiek izslēgti no cilvēka darbības, kā rezultātā pasliktinās visas ķermeņa fiziskās īpašības. Turklāt krasas muskuļu audu aktivitātes samazināšanās sekas ir organisma skābekļa patēriņa samazināšanās, un no tā izrietošā hemoglobīna pārpalikuma var samazināties kaulu smadzeņu darbība, kas to sintezē. Ir arī pamats uzskatīt, ka ierobežotas mobilitātes kaulos izjauc fosfora vielmaiņu, kas noved pie to spēka samazināšanās.

Lai atbrīvotos no bezsvara negatīvajām sekām, ir nepieciešams radīt mākslīgo gravitāciju kosmosā.

Mākslīgā gravitācija un kosmosa apmetnes. 20. gadsimta agrīnie pētījumi.

Ciolkovskis ierosināja ēterisko apmetņu teoriju, kas bija torus, kas lēnām griežas ap savu asi. Taču tolaik šādas idejas bija utopija un visi viņa projekti palika skicēs.

Pirmo izstrādāto projektu ierosināja austriešu zinātnieks Hermans Nordrungs 1928. gadā. Tā bija arī tora formas stacija, kurā bija dzīvokļu moduļi, elektroenerģijas ģenerators un astronomijas observatorijas modulis.

Nākamo projektu ierosināja Amerikas kosmosa programmas vadošais speciālists Vernhers fon Brauns; tā bija arī tora formas stacija, kurā cilvēki dzīvotu un strādātu telpās, kas savienotas vienā lielā koridorā. Vernera projekts bija viena no NASA prioritātēm līdz Skylab projekta parādīšanās 60. gados.

Skylab, pirmā un vienīgā ASV nacionālā orbitālā stacija, bija paredzēta tehnoloģiskiem, astrofiziskiem, medicīniskiem un bioloģiskiem pētījumiem, kā arī Zemes novērošanai. Palaists 1973. gada 14. maijā, uzņēma trīs Apollo misijas no 1973. gada maija līdz 1974. gada februārim, deorbitēja un sabruka 1979. gada 11. jūlijā.

Turklāt 1965. gadā Amerikas Kosmosa biedrība ierosināja, ka ideāla forma kosmosa apmetnēm būtu tors, jo visi moduļi atrodas kopā, gravitācijas spēkam būs maksimālā vērtība. Mākslīgās gravitācijas problēma šķita lielā mērā atrisināta.

Nākamo projektu izvirzīja Džerards O'Nīls, viņš paredzēja koloniju izveidi, kurām tiek piedāvāts izmantot divus milzu izmēra cilindrus, kas ir ietverti rāmī un griežas dažādos virzienos. Šie cilindri griežas ap savu asi ar ātrumu aptuveni 0,53 apgriezieni minūtē, kā dēļ kolonijā tiek radīts cilvēkiem pazīstams gravitācijas spēks.

1975. gadā Pārkers izvirzīja projektu, lai izveidotu koloniju ar diametru 100 m un garumu 1 km, kas atrodas aptuveni 400 000 km attālumā no Zemes un Mēness un paredzēta 10 000 cilvēku. Rotācija ap garenisko asi ar ātrumu 1 apgrieziens 21 sekundē radīs gravitāciju, kas ir tuvu Zemes gravitācijai.

1977. gadā NASA Eimsas pētniecības centra pētnieks Ričards Džonsons un profesors Čārlzs Holbrovs no Kolgeitas universitātes publicēja rakstu Space Settlements, kurā tika aplūkoti daudzsološi pētījumi par tora formas apmetnēm.

1994. gadā doktora Rodnija Geloveja vadībā, piedaloties Phillips Laboratory un Sandia Laboratories, kā arī citu ASV Gaisa spēku pētniecības centru un Arizonas Universitātes Kosmosa pētniecības centra zinātniekiem un laboratorijas zinātniekiem, notika apjomīgs pasākums. rokasgrāmata tika sastādīta tora formas kosmosa apmetņu projektēšanai.

Mūsdienu pētījumi.

Viens no mūsdienu projektiem kosmosa apmetņu jomā ir Stanford Torus, kas ir tiešs Verhera fon Brauna ideju pēctecis.

Stenfordas Torus 1975. gada vasarā NASA ierosināja Stenfordas universitātes studenti, lai konceptualizētu nākotnes kosmosa koloniju dizainu. Džerards O'Nīls vēlāk iepazīstināja ar savu "Island One" jeb "Bernal Sphere" kā alternatīvu toram. "Stanford Torus", tikai detalizētākā versijā, kas pārstāv gredzenveida rotējošas kosmosa stacijas koncepciju, prezentēja Vernhers fon Brauns, kā arī slovēņu izcelsmes austriešu inženieris Hermans Potočniks.

Tas ir tors, kura diametrs ir aptuveni 1,8 kilometri (apdzīvošanai 10 tūkstoši cilvēku, kā aprakstīts 1975. gada darbā) un griežas ap savu asi (apgriezieni minūtē), radot uz gredzena mākslīgo gravitāciju 0,9 - 1 g. centrbēdzes spēka dēļ.

Saules gaisma iekļūst caur spoguļu sistēmu. Gredzens ir savienots ar rumbu caur “spieķiem” - koridoriem cilvēku un preču pārvietošanai uz asi un atpakaļ. Rumba, stacijas rotācijas ass, ir vispiemērotākā dokstacijām kosmosa kuģu uztveršanai, jo mākslīgā gravitācija šeit ir niecīga: stacijas asij ir piestiprināts stacionārs modulis.

Tora iekšpuse ir apdzīvojama, pietiekami liela, lai radītu mākslīgu ekosistēmu, dabisku vidi, un iekšpuse ir kā gara, šaura ledāju ieleja, kuras gali galu galā izliecas uz augšu, veidojot apli. Iedzīvotāji šeit dzīvo apstākļos, kas līdzīgi blīvi apdzīvotai priekšpilsētai, un gredzena iekšpusē ir zari lauksaimniecībai un dzīvojama daļa. (1.pielikums)

Kosmosa apmetnes un mākslīgā gravitācija kultūrā. Elīsijs

Gredzenu pasaules, piemēram, tās, kas attēlotas zinātniskās fantastikas filmā Elysium vai videospēlē Halo, iespējams, ir dažas no interesantākajām idejām nākotnes kosmosa stacijām. Elīsijā stacija atrodas tuvu Zemei, un, ja neņem vērā tās lielumu, tai ir zināma reālisma pakāpe. Tomēr lielākā problēma šeit ir tā "atvērtība", kas ir tīra fantāzija tikai pēc izskata.

"Iespējams, vispretrunīgākais jautājums par Elysium staciju ir tās atvērtība kosmosa videi."

“Filma parāda, kā kosmosa kuģis vienkārši nolaižas zālienā pēc ierašanās no kosmosa. Nav dokstaciju vārtu vai tamlīdzīgi. Bet šādai stacijai jābūt pilnībā izolētai no ārējās vides. Pretējā gadījumā atmosfēra šeit nebūs ilga. Iespējams, stacijas atklātās teritorijas varētu aizsargāt ar kādu neredzamu lauku, kas ļautu saules gaismai iekļūt iekšā un uzturēt dzīvību tur iestādītajos augos un kokos. Bet pagaidām tā ir tikai fantāzija. Tādu tehnoloģiju nav."

Pati ideja par staciju gredzenu formā ir brīnišķīga, taču līdz šim nerealizējama.

Zvaigžņu kari

Gandrīz katrs zinātniskās fantastikas filmu fans zina, kas ir Nāves zvaigzne. Šī ir tik liela pelēka un apaļa kosmosa stacija no Zvaigžņu karu filmas epopejas, kas ļoti atgādina Mēnesi. Šī ir starpgalaktisko planētu iznīcinātāja, kas būtībā pati par sevi ir mākslīga planēta, kas izgatavota no tērauda un kurā dzīvo vētras karavīri.

Vai tiešām mēs varam uzbūvēt šādu mākslīgu planētu un klīst pa galaktikas plašumiem uz tās? Teorētiski - jā. Tas vien prasīs neticami daudz cilvēku un finanšu resursu.

Jautājumu par Nāves zvaigznes celtniecību izvirzīja pat Amerikas Baltais nams pēc tam, kad sabiedrība nosūtīja izskatīšanai atbilstošu petīciju. Oficiālā atbilde no varas iestādēm bija tāda, ka 852 000 000 000 000 000 USD būs nepieciešami tikai būvniecības tēraudam.

Bet pat tad, ja finanšu jautājums nebūtu prioritāte, cilvēcei nav tehnoloģiju, lai atjaunotu Nāves zvaigzni, jo tās pārvietošanai ir nepieciešams milzīgs enerģijas daudzums.

(2. pielikums)

Problēmas kosmosa apmetņu projekta īstenošanā.

Kosmosa apmetnes ir daudzsološs virziens nākotnes kosmosa industrijā, taču, kā vienmēr, ir jāpārvar grūtības, lai izpildītu šo uzdevumu.

Sākotnējās kapitāla izmaksas;

Iekšējās dzīvības atbalsta sistēmas;

Mākslīgās gravitācijas radīšana;

Aizsardzība pret nelabvēlīgiem ārējiem apstākļiem:

no starojuma;

siltuma nodrošināšana;

no svešķermeņiem;

Mākslīgās gravitācijas un kosmosa apmetņu problēmu risināšana.

Sākotnējās kapitāla izmaksas – šo problēmu var atrisināt kopā, ja cilvēki noliek malā savas personīgās ambīcijas un strādā lielākam labumam. Galu galā cilvēces nākotne ir atkarīga tikai no mums.

Iekšējās dzīvības atbalsta sistēmas - jau tagad SKS ir sistēmas ūdens atkārtotai izmantošanai, taču ar to nepietiek; ja orbitālajā stacijā ir pietiekami daudz vietas, jūs varat atrast vietu siltumnīcai, kurā augs augi, kas izdala maksimāli skābekli Tiek izveidotas arī hidroponiskas laboratorijas ĢMO audzēšanai, kas spēs piegādāt pārtiku visiem stacijas iedzīvotājiem.

Mākslīgās gravitācijas radīšana nav tik grūts uzdevums kā stacijas rotēšanai nepieciešamā milzīgā daudzuma degvielas piegāde.

1. Ir vairāki veidi, kā atrisināt problēmu.
  1. 1. Salīdzinot dažādu veidu dzinēju efektivitāti, inženieri parasti runā par konkrētu impulsu. Īpatnējais impulss ir definēts kā impulsa izmaiņas uz patērētās degvielas masas vienību. Tādējādi, jo efektīvāks ir dzinējs, jo mazāk degvielas nepieciešams, lai palaistu raķeti kosmosā. Impulss savukārt ir spēka darbības rezultāts noteiktā laika periodā. Ķīmiskās raķetes, lai gan tām ir ļoti liela vilce, darbojas tikai dažas minūtes, un tāpēc tām ir ļoti zems īpatnējais impulss. Jonu dzinējiem, kas spēj darboties gadiem ilgi, var būt augsts īpatnējais impulss ar ļoti zemu vilces spēku.

Izmantojiet standarta pieeju un izmantojiet reaktīvo dzinēju problēmas risināšanai. Aprēķini liecina, ka, izmantojot jebkuru zināmu reaktīvo dzinēju, būtu nepieciešams milzīgs degvielas daudzums, lai stacija darbinātu vismaz gadu.

Īpatnējais impulss I (LPRE) = 4,6

Īpatnējais impulss I (cietās degvielas raķešu dzinējs) = 2,65

Īpatnējais impulss I (EP) = 10

Īpatnējais impulss I (plazmas dzinējs) = 290

Tas ir degvielas patēriņš uz 1 gadu, tāpēc nav prātīgi izmantot reaktīvo dzinēju.

Apskatīsim elementāru gadījumu.

Ļaujiet mums izveidot karuseli, kas ir nekustīgs. Tad, ja gar karuseļa malu nofiksējam n skaitu vienpolāru elektromagnētu tā, lai to mijiedarbības spēks būtu maksimāls, iegūstam sekojošo: ja ieslēdzam elektromagnētu Nr.1 tā, lai tas iedarbotos uz elektromagnētu Nr.2 ar a. uz pirmo iedarbojas spēks x reizes lielāks par otro, tad saskaņā ar Ņūtona III likumu elektromagnēta Nr.1 iedarbības spēks uz Nr.2 no Nr.2 puses tiks kompensēts ar karuseļa balsta reakcijas spēku. , kas izvedīs karuseli no miera. Tagad izslēdziet Nr. 1, paaugstiniet Nr. 2 stiprumu uz Nr. 1 un ieslēdziet Nr. 3 ar spēku, kas vienāds ar Nr. 2 iepriekšējā posmā, un, ja turpināsim šo procedūru, mēs panāksim sviras rotāciju. karuselis. Piemērojot šo metodi kosmosa stacijā, mēs iegūsim mākslīgās gravitācijas problēmas risinājumu.

(3. pielikums).

Aizsardzība pret nelabvēlīgiem vides apstākļiem

patenta īpašnieks Aleksejs Gennadijevičs Rebeko

Izgudrojums attiecas uz metodēm un līdzekļiem apkalpes un aprīkojuma aizsardzībai no jonizējošā starojuma (uzlādētām lielas enerģijas daļiņām) kosmosa lidojumu laikā. Saskaņā ar izgudrojumu ap kosmosa kuģi tiek izveidots aizsargājošs statiskais elektriskais vai magnētiskais lauks, kas ir lokalizēts telpā starp divām slēgtām, nekontaktējošām virsmām, kas atrodas viena otras iekšpusē. Kosmosa kuģa aizsargāto telpu ierobežo iekšējā virsma, un ārējā virsma izolē kosmosa kuģi un aizsargāto telpu no starpplanētu plazmas. Virsmu forma var būt patvaļīga. Izmantojot elektrisko aizsarglauku, uz šīm virsmām tiek radīti vienāda lieluma un pretējas zīmes lādiņi. Šādā kondensatorā elektriskais lauks ir koncentrēts telpā starp plākšņu virsmām. Magnētiskā lauka gadījumā caur virsmām tiek izvadītas pretējā virziena strāvas, un strāvas stiprumu attiecība tiek izvēlēta tā, lai samazinātu atlikušā lauka vērtību ārpusē. Vēlamā virsmu forma šajā gadījumā ir toroidāla, lai nodrošinātu nepārtrauktu aizsardzību. Lorenca spēka ietekmē lādētas daļiņas pārvietosies pa novirzošām izliektām trajektorijām vai slēgtām orbītām starp virsmām. Starp virsmām iespējams vienlaicīgi pielietot elektriskos un magnētiskos laukus. Šajā gadījumā telpā starp virsmām var ievietot piemērotu materiālu, lai absorbētu uzlādētas daļiņas: piemēram, šķidru ūdeņradi, ūdeni vai polietilēnu. Izgudrojuma tehniskais rezultāts ir vērsts uz uzticamas, nepārtrauktas (ģeometriski nepārtrauktas) aizsardzības radīšanu pret kosmisko starojumu, vienkāršojot aizsarglīdzekļu konstrukciju un samazinot enerģijas izmaksas aizsarglauka uzturēšanai.

Patenta īpašnieks Atvērtā akciju sabiedrība "Raķešu un kosmosa korporācija "Energia" nosaukta S.P. Koroļeva vārdā

Kosmosa kuģa un orbitālās stacijas termiskās vadības sistēma, kurā ir slēgti dzesēšanas un apkures loki, kas savienoti caur vismaz vienu starpposma šķidruma-šķidruma siltummaini, vadības un mērīšanas sistēmas, vārstu sadales un drenāžas uzpildes piederumi, savukārt apkures lokā ir cirkulācijas stimulators , gāzes-šķidruma un spirāles siltummaiņi un termoplāksnes, un dzesēšanas kontūrā vismaz viens cirkulācijas stimulators, šķidruma plūsmas regulators, kura viena izeja caur pirmo pretvārstu ir savienota ar dzesēšanas šķidruma plūsmas maisītāja ieeju, un otrs caur otro pretvārstu uz ieplūdes starojuma siltummaini, kura izeja ir savienota ar plūsmas maisītāja otro ieeju, plūsmas maisītāja izeja ir savienota ar savienojošo cauruļvadu ar starpprodukta siltuma uztveršanas dobumu. šķidruma-šķidruma siltummainis, kura izeja ir savienota ar cirkulācijas stimulatoru, uz savienojošā cauruļvada ir uzstādīti temperatūras sensori, elektriski caur vadības sistēmu savienoti ar plūsmas regulatora šķidrumu, kas raksturīgs ar to, ka papildus tiek ievadīti divi elektriskie sūkņu bloki. dzesēšanas kontūra, un pirmā elektriskā sūkņa bloka ieeja caur filtru ir savienota ar dzesēšanas šķidruma izvadi no starpposma šķidruma-šķidruma siltummaiņa siltuma uztveršanas dobuma, un tā izeja ir savienota ar otro pretvārstu un paralēli caur filtru pie ieejas otra elektriskā sūkņa bloka, kura izeja ir savienota ar pirmo pretvārstu, katrs elektriskā sūkņa bloks ir aprīkots ar diferenciālā spiediena sensoru, un papildu temperatūras sensors ir uzstādīts uz cauruļvada, kas savieno izeju plūsmas maisītājs ar šķidruma-šķidruma siltummaiņa siltuma uztveršanas dobumu, elektriski savienots caur vadības sistēmu ar pirmo elektriskā sūkņa bloku.

Ir daudz veidu, kā aizsargāties pret svešķermeņiem.

Izmantojiet nestandarta motorus, piemēram, elektromagnētisko paātrinātāju ar mainīgu specifisko impulsu;

Ietiniet asteroīdu atstarojošā plastmasas saules burā izmantojot ar alumīniju pārklātu PET plēvi;

"Krāsojiet" vai apkaisiet priekšmetu ar titāna dioksīdu (balts) vai oglekli (melns), lai izraisīt Jarkovska efektu un mainīt tā trajektoriju;

Planētu zinātnieks Eugene Shoemaker ierosināja 1996. gadā izlaist tvaika mākoni objekta ceļā lai to viegli palēninātu. Niks Zabo izstrādāja līdzīgu ideju 1990. gadā, "komētas aerodinamiskā bremzēšana": komētas vai ledus struktūras mērķis ir asteroīds, pēc kura kodolsprādzieni iztvaiko ledu un veido pagaidu atmosfēru asteroīda ceļā;

Pievienojiet asteroīdam smago balastu, lai mainītu tā trajektoriju, pārvietojot smaguma centru;

Izmantojiet lāzera ablāciju;

Izmantojiet triecienviļņu emitētāju;

Vēl vienu “bezkontakta” metodi nesen ierosināja zinātnieki C. Bombardelli un G. Pelez no Madrides Tehniskās universitātes. Tā piedāvā izmantot jonu lielgabalu ar zemu novirzi, kas vērsta uz asteroīdu no tuvējā kuģa. Kinētiskā enerģija, kas tiek pārraidīta caur joniem, kas sasniedz asteroīda virsmu, tāpat kā gravitācijas vilcēja gadījumā, radīs vāju, bet nemainīgu spēku, kas spēj novirzīt asteroīdu, un tiks izmantots vieglāks kuģis.

Kodolierīces detonācija virs, uz vai zem asteroīda virsmas ir potenciāls risinājums draudu atvairīšanai. Optimālais sprādziena augstums ir atkarīgs no objekta sastāva un izmēra. Apdraudējuma gadījumā no gružu kaudzes, lai izvairītos no to izkliedēšanas, tiek ierosināts veikt radiācijas sprādzienu, tas ir, sprādzienu virs virsmas. Sprādziena laikā atbrīvotā enerģija neitronu un mīksto rentgenstaru veidā (kas neiekļūst matērijā), sasniedzot objekta virsmu, tiek pārvērsta siltumā. Siltums pārvērš objekta vielu uzliesmojumā, un tas izies no trajektorijas, ievērojot Ņūtona trešo likumu, uzliesmojums dosies vienā virzienā, bet objekts pretējā virzienā.

Elektromagnētiskā katapulta ir automātiska sistēma, kas atrodas uz asteroīda, kas izlaiž kosmosā vielu, no kuras tā sastāv. Tādējādi tas lēnām pārvietojas un zaudē masu. Elektromagnētiskajai katapultai jādarbojas kā zema specifiskā impulsa sistēmai: patērējot daudz degvielas, bet maz enerģijas.

Ideja ir tāda, ka, ja jūs izmantojat asteroīdu materiālu kā degvielu, degvielas daudzums nav tik svarīgs kā enerģijas daudzums, kas, visticamāk, būs ierobežots.

Vēl viena iespējama metode ir elektromagnētiskās katapultas novietošana uz Mēness, vēršot to pret Zemei tuvu objektu, lai izmantotu dabiskā pavadoņa orbītas ātrumu un neierobežotu “akmens ložu” piegādi.

Secinājums.

Analizējot sniegto informāciju, kļūst skaidrs, ka mākslīgā gravitācija ir ļoti reāla parādība, kas tiks plaši izmantota kosmosa nozarē, tiklīdz mēs pārvarēsim visas ar šo projektu saistītās grūtības.

Es redzu kosmosa apmetnes fon Brauna piedāvātajā formā: tora formas pasaules ar optimālu telpas izmantošanu un izmantojot progresīvas tehnoloģijas, lai nodrošinātu ilgstošu dzīves aktivitāti, proti:

Uzlaboto tehnoloģiju izmantošana, lai apmierinātu stacijas vajadzības:

Hidroponika
- Augi nav daudz jālaista. Ūdens tiek izmantots daudz mazāk nekā dārzā audzējot uz zemes. Neskatoties uz to, pareizi izvēloties minerālus un komponentus, augi neizžūs un neizžūs. Tas notiek, saņemot pietiekami daudz skābekļa.
  
  Liela priekšrocība ir tā, ka šī metode ļauj aizsargāt augus no daudzām slimībām un kaitēkļiem. Augi paši neuzsūks no augsnes kaitīgās vielas.
  
  Līdz ar to būs maksimāla produktivitāte, kas pilnībā nosegs stacijas iedzīvotāju vajadzības.

Ūdens reģenerācija

Mitruma kondensācija no gaisa.

Izlietotā ūdens attīrīšana.

Urīna un cieto atkritumu apstrāde.

Par enerģijas piegādi būs atbildīgs kodolreaktoru kopums, kas tiks ekranēts saskaņā ar patentu Nr. 2406661 pielāgots radioaktīvo daļiņu pārvietošanai ārpus stacijas.

Kosmosa apmetņu izveides uzdevums ir grūts, bet izpildāms. Ceru, ka tuvākajā nākotnē, pateicoties straujajai zinātnes un tehnikas attīstībai, tiks izpildīti visi nepieciešamie priekšnoteikumi uz mākslīgo gravitāciju balstītu kosmosa apmetņu izveidei un attīstībai. Mans ieguldījums šajā nepieciešamajā nolūkā tiks novērtēts. Cilvēces nākotne ir saistīta ar kosmosa izpēti un pāreju uz jaunu, daudzsološāku, videi draudzīgāku cilvēces attīstības spirāles kārtu.

Lietojumprogrammas

1. pielikums. Stenforda torus

2. pielikums. Nāves zvaigzne, Elysium.

Pielikums 3. Rotācijas kustības shēma.

Iegūtie spēki pirmajā tuvinājumā (tikai magnētu mijiedarbība). Rezultātā stacija veic rotācijas kustību. Tas ir tas, kas mums vajadzīgs.

Bibliogrāfija

ALJAKRINSKIS. Cilvēks dzīvo kosmosā. Bezsvara stāvoklis: plus vai mīnus?

Barers, M. Raķešu dzinēji.

Dobrovoļskis, M. Šķidruma raķešu dzinēji. Dizaina pamati.

Dorofejevs, A. Termoraķešu dzinēju teorijas pamati.

Matvejevs. Mehānika un relativitātes teorija: mācību grāmata augstskolu studentiem.

Mjakiševs. Molekulārā fizika un termodinamika.

Mjakiševs. Fizika. Mehānika.

Mjakiševs. Fizika. Elektrodinamika.

Rasels, D. Hidroponika.

Sanko. Astronomiskā vārdnīca.

Sivukhin. Vispārējās fizikas kurss.

Feinmens. Feinmens lasa lekcijas par gravitāciju.

Ciolkovskis. Tiesvedība par raķešu tehnoloģiju.

Šileiko. Enerģijas okeānā.

Golubevs I.R. un Novikovs Yu.V. Vide un tās aizsardzība

Zahļebnijs A.N. Lasāmgrāmata par dabas aizsardzību

Zverevs I. Skolēnu dabas aizsardzība un vides izglītība.

Ivanovs A.F. Fizikāls eksperiments ar vides saturu.

Kiseļevs S.V. Siltumnīcas efekta demonstrēšana.

Interneta resursi:

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

http://www.roscosmos.ru

http://allpatents.ru