Gennadij Bražnik, 23. dubna 2011
Při pohledu na svět otevřete oči... (starověký řecký epos)
Jak vytvořit umělou gravitaci?
Padesáté výročí vesmírného průzkumu, které se letos slaví, ukázalo obrovský potenciál lidské inteligence při porozumění okolnímu vesmíru. Mezinárodní vesmírná stanice (ISS) - pilotovaná orbitální stanice - kloub mezinárodní projekt, kterého se účastní 23 zemí,
přesvědčivě dokazuje zájem národních programů o rozvoj blízkého i vzdáleného vesmíru. To platí jak pro vědeckou, technickou i komerční stránku uvažované problematiky. Hlavním problémem stojícím v cestě hromadnému průzkumu vesmíru je přitom problém stavu beztíže nebo absence gravitace na existujících vesmírných objektech. "Gravitace (univerzální gravitace, gravitace) je univerzální základní interakce mezi všemi hmotnými tělesy. Při aproximaci nízkých rychlostí a slabé gravitační interakce ji popisuje Newtonova teorie gravitace, v obecný případ popsaný Einsteinovou obecnou teorií relativity“ – tuto definici uvádí moderní věda tento fenomén. Povaha gravitace je v současné době nejasná. Teoretický vývoj v rámci různých gravitačních teorií nenacházejí jejich experimentální potvrzení, což naznačuje předčasné schválení vědeckého paradigmatu o povaze gravitační interakce, jako jedné ze čtyř základních interakcí. V souladu s Newtonovou teorií gravitace je gravitační síla zemské přitažlivosti určena výrazem F=m x g, kde m je hmotnost tělesa a g je gravitační zrychlení. „Gravitační zrychlení g je zrychlení, které tělesu ve vakuu uděluje gravitace, tzn. geometrický součet gravitační přitažlivost planety (nebo jiného astronomického tělesa) a setrvačné síly způsobené její rotací. Podle druhého Newtonova zákona se gravitační zrychlení rovná gravitační síle působící na předmět o jednotkové hmotnosti. Hodnota gravitačního zrychlení pro Zemi se obvykle rovná 9,8 nebo 10 m/s╡. Standardní („normální“) hodnota přijatá při konstrukci soustav jednotek je g = 9,80665 m/s╡ a v technických výpočtech se obvykle bere g = 9,81 m/s╡. Hodnota g byla definována jako „průměr“ v r. což - smysl, gravitační zrychlení na Zemi se přibližně rovná gravitačnímu zrychlení na 45,5° na úrovni moře. Skutečné zrychlení způsobené gravitací na zemském povrchu závisí na zeměpisné šířce, denní době a dalších faktorech. Pohybuje se od 9,780 m/s╡ na rovníku do 9,832 m/s╡ na pólech." Tato vědecká nejistota také vyvolává řadu otázek souvisejících s gravitační konstantou v Obecné teorii relativity. Je tak konstantní, pokud podmínky gravitace, máme takové rozšíření parametrů Hlavní argumenty téměř všech gravitačních teorií jsou následující: „Gravitační zrychlení se skládá ze dvou pojmů: gravitační zrychlení a dostředivé zrychlení. Rozdíly jsou způsobeny: dostředivým zrychlením v referenční soustavě spojené s rotující Zemí; nepřesnost vzorce vzhledem k tomu, že hmotnost planety je rozložena po objemu, který má geometrický tvar, odlišný od ideální koule (geoid); heterogenita Země, která se využívá k hledání nerostů gravitačními anomáliemi." Na první pohled jsou to celkem přesvědčivé argumenty. Při bližším zkoumání je zřejmé, že tyto argumenty nevysvětlují fyzikální podstatu jevu. vztažné soustavě, spojené s dostředivým zrychlením v každém geografickém bodě, jsou umístěny všechny složky měření gravitačního zrychlení, proto je měřený objekt i měřené zařízení vystaveno stejnému vlivu, včetně rozložení hmoty Země. a gravitační anomálie. V důsledku toho by měl být výsledek měření konstantní, ale to se neděje. Navíc nejistota situace způsobuje teoretické vypočtené hodnoty zrychlení volného pádu ve výšce letu ISS - g= 8,8 m/s(2). Skutečná hodnota místní gravitace na ISS je určena v rozmezí 10(−3)...10(−1)g, což a určuje stav beztíže. Prohlášení, že se ISS pohybuje únikovou rychlostí a je jakoby ve stavu volného pádu také nevypadá přesvědčivě. Co potom geostacionární družice? Při této vypočtené hodnotě g by už dávno spadly na Zemi. Kromě toho lze hmotnost jakéhokoli tělesa definovat jako kvantitativní a kvalitativní charakteristiku vlastního elektrického náboje. Všechny tyto úvahy vedou k závěru, že příroda zemská přitažlivost nezávisí na poměru hmotností interagujících objektů, ale je určen coulombovskými silami elektrické interakce zemského gravitačního pole. Pokud letíme v horizontálním letu na letadle, ve výšce deset km, pak jsou zákony gravitace plně splněny, ale při stejném letu na ISS ve výšce 350 km prakticky žádná gravitace neexistuje. To znamená, že uvnitř těchto výšek existuje mechanismus, který umožňuje určit gravitaci jako sílu vzájemného působení hmotných těles. A hodnotu této síly určuje Newtonův zákon. Pro osobu vážící 100 kg, síla gravitace na úrovni země, s výjimkou atmosférický tlak, by mělo být F = 100 x 9,8 = 980 n. Podle existujících údajů je zemská atmosféra elektricky heterogenní struktura, jehož vrstvení je určeno ionosférou. "Ionosféra (neboli termosféra) je část horní atmosféry Země, která je vysoce ionizovaná v důsledku ozáření kosmickými paprsky přicházejícími primárně ze Slunce. Ionosféra se skládá ze směsi plynu neutrálních atomů a molekul (především dusíku N2 a kyslík O2) a kvazineutrální plazma (počet záporně nabitých částic je pouze přibližně stejný jako počet kladně nabitých). Stupeň ionizace se stává významným již ve výšce 60 kilometrů a neustále se zvyšuje se vzdáleností od Země. hustota nabitých částic N v ionosféře, rozlišují se vrstvy D, E a F. Vrstva D V oblasti D (60-90 km) je koncentrace nabitých částic Nmax ~ 10(2)-10(3) cm− 3 - jedná se o oblast slabé ionizace. Hlavní příspěvek k ionizaci této oblasti má rentgenové záření ze Slunce. Malou roli hrají i další slabé zdroje ionizace: meteority hořící ve výškách 60-100 km kosmického záření a také energetických částic magnetosféry (přinesených do této vrstvy během magnetické bouře). Vrstva D je také charakterizována prudký pokles stupeň ionizace v noci. Vrstva E Oblast E (90-120 km) je charakterizována hustotami plazmatu až Nmax~ 10(5) cm−3. V této vrstvě je pozorován nárůst koncentrace elektronů během dne, protože hlavním zdrojem ionizace je sluneční krátkovlnné záření, navíc rekombinace iontů v této vrstvě probíhá velmi rychle a v noci může hustota iontů klesnout až na 10(3) cm-3. Proti tomuto procesu působí difúze nábojů z výše položené oblasti F, kde je koncentrace iontů poměrně vysoká, a noční zdroje ionizace (geokorónové záření Slunce, meteory, kosmické záření atd.). Sporadicky se ve výškách 100-110 km objevuje ES vrstva, velmi tenká (0,5-1 km), ale hustá. Charakteristickým rysem této podvrstvy je vysoká koncentrace elektronů (ne~10(5) cm−3), které mají významný vliv na šíření středních a dokonce krátkých rádiových vln odražených od této oblasti ionosféry. Vrstva E, vzhledem k relativně vysoké koncentraci nosičů volného proudu, hraje důležitá role při šíření středních a krátkých vln. Vrstva F Oblast F se nyní nazývá celá ionosféra nad 130-140 km. Maximální tvorby iontů je dosaženo ve výškách 150-200 km. Během dne je také pozorován vznik „schodu“ v distribuci koncentrace elektronů způsobený silným slunečním ultrafialovým zářením. Oblast tohoto kroku se nazývá oblast F1 (150-200 km). Výrazně ovlivňuje šíření krátké rádiové vlny.Horní část vrstvy F do 400 km se nazývá vrstva F2. Zde hustota nabitých částic dosahuje svého maxima - N ~ 10(5)-10(6) cm−3.Ve vysokých nadmořských výškách lehčí převažují ionty kyslíku (ve výšce 400-1000 km) a ještě výše - ionty vodíku (protony) a v malém množství - ionty helia." Dvě hlavní moderní teorie atmosférickou elektřinu vytvořili v polovině dvacátého století anglický vědec Charles Wilson a sovětský vědec Ya. I. Frenkel. Podle Wilsonovy teorie hrají Země a ionosféra roli desek kondenzátoru nabíjeného bouřkovými mraky. Potenciální rozdíl vznikající mezi deskami vede ke vzhledu elektrické pole atmosféra. Podle Frenkelovy teorie je elektrické pole atmosféry zcela vysvětleno elektrickými jevy probíhajícími v troposféře - polarizací mraků a jejich interakcí se Zemí a ionosféra nehraje v průběhu atmosférických elektrických procesů významnou roli. Zobecnění těchto teoretických konceptů elektrické interakce v atmosféře implikuje uvažování o problematice zemské gravitace z hlediska elektrostatiky. Na základě výše uvedených obecně známých skutečností je možné určit hodnoty gravitační elektrické interakce hmotných těles v podmínkách gravitace. Chcete-li to provést, zvažte následující model. Jakékoli hmotné energetické tělo, které je v elektrickém poli, bude provádět určitou coulombovskou interakci. V závislosti na vnitřní organizaci elektrického náboje bude buď přitahován k jednomu z elektrických pólů, nebo bude v tomto poli ve stavu rovnováhy. Stupeň elektrického náboje každého tělesa je dán jeho vlastní koncentrací volných elektronů (pro člověka koncentrace červených krvinek). Pak lze model gravitační interakce zemské přitažlivosti znázornit ve formě kulového kondenzátoru sestávajícího ze dvou soustředných dutých koulí, jejichž poloměry jsou určeny poloměrem Země a výškou ionosférické vrstvy F2. V tomto elektrickém poli je osoba nebo jiné hmotné tělo. Elektrický náboj zemského povrchu je negativní, ionosféra je ve vztahu k Zemi kladná. Elektrický náboj člověka ve vztahu k povrchu Země je kladný, proto Coulombova síla interakce na povrchu člověka vždy přitáhne k Zemi. Přítomnost ionosférických vrstev znamená, že celková elektrická kapacita takového kondenzátoru je určena celkovou kapacitou každé vrstvy při sériovém zapojení: 1/Tot = 1/C(E)+1/C(F)+1/C (F2). Protože se provádí přibližný inženýrský výpočet, vezmeme v úvahu hlavní energetické ionosférické vrstvy, pro které vezmeme následující výchozí údaje: vrstva E - výška 100 km, vrstva F - výška 200 km, vrstva F2 - výška 400 km. Pro jednoduchost nebudeme uvažovat vrstvu D a sporadickou vrstvu Es vytvořenou v ionosféře během zvýšené nebo snížené sluneční aktivity. Na Obr. Obrázek 1 ukazuje schéma rozložení ionosférických vrstev zemské atmosféry a elektřiny Kruhový diagram zvažovaný proces.
Elektrický obvod na obr. 1.a znázorňuje sériové zapojení tří kondenzátorů, do kterých je přiváděno konstantní napětí Etotal. V souladu se zákony elektrostatiky je rozložení elektrických nábojů na deskách každého kondenzátoru C1, C2 a C3 znázorněno podmíněně +/-. Na základě tohoto rozložení elektrických nábojů vznikají v síti lokální intenzity pole, jejichž směry jsou opačné než celkové aplikované napětí. V těchto úsecích sítě bude pohyb elektrických nábojů v opačném směru vzhledem k celkovému. Na obrázku 1.b je schéma ionosférických vrstev zemské atmosféry, které je kompletně popsáno elektrickým obvodem sériového zapojení kondenzátorů. Coulombovy interakční síly mezi ionosférickými vrstvami jsou označeny jako Fg. Podle úrovně koncentrace elektrických nábojů horní vrstva ionosféra F2 je elektricky pozitivní vzhledem k zemskému povrchu. Vzhledem k tomu, že částice slunečního větru s různou kinetickou energií pronikají celou hloubkou atmosféry, bude celková síla Coulombovy interakce každé vrstvy určena vektorovým součtem celkové gravitační síly Fg total a gravitační síly a samostatná ionosférická vrstva. Vzorec pro výpočet kapacity kulového kondenzátoru je: C = 4x(pi)x e(a)x r1xr2/(r2-r1), kde C je kapacita kulového kondenzátoru; r1 - poloměr vnitřní koule, rovnající se součtu poloměr Země je 6 371,0 km a výška spodní ionosférické vrstvy; r2 je poloměr vnější koule, rovný součtu poloměru Země a výšky horní ionosférické vrstvy; e(a)=e(0)x e - absolutní dielektrická konstanta, kde e(0)=8,85x10(-12) fm, e ~ 1. Potom zaokrouhlené vypočítané hodnoty pro kapacitu každé ionosférické vrstvy budou mít následující hodnoty: C(E)=47 uF, C(F)=46 uF, C(F2)=25 uF. Celková celková kapacita ionosféry s přihlédnutím k hlavním vrstvám bude asi 12 μF. Vzdálenost mezi ionosférickými vrstvami je mnohem menší než poloměr Země, proto lze výpočet Coulombovy síly působící na náboj provést pomocí vzorce pro plochý kondenzátor: Fg= e(a) x A x U (2) /(2xd(2)), kde A je plošné desky (pi x (Rз+ h)(2)); U - napětí; d - vzdálenost mezi vrstvami; e(a)=e(0)x e - absolutní dielektrická konstanta, kde e(0)=8,85x10(-12) fm, e ~ 1. Potom budou mít vypočtené hodnoty Coulombových interakčních sil každé ionosférické vrstvy následující hodnoty: Fg (E)= 58x10(-9)x U(2); Fg(F)= 59x10(-9)x U(2); Fg(Fl)= 15x10(-9)x U(2); Fgtot = 3,98x10(-9)x U(2). Stanovme hodnotu atmosférického napětí pro těleso o hmotnosti 100 kg. Výpočtový vzorec bude mít následující tvar: F=m x g= Fg(E) + Fgtot. Střídání známé hodnoty do tohoto vzorce dostaneme hodnotu U = 126 kV. V důsledku toho budou síly coulombovské interakce ionosférických vrstev určeny následujícími hodnotami: Fg(E)= 920n; Fg(F)= 936n; Fg(Fl)= 238n; Fgcelkem= 63n. Po přepočtu zrychlení volného pádu každé ionosférické vrstvy s přihlédnutím k newtonovské interakci získáme následující hodnoty: g(E)= +9,83 m/s(2); g(F)= -8,73 m/s(2); g(Fl)= -1,75 m/s(2). Je třeba poznamenat, že tyto vypočtené hodnoty neberou v úvahu vnitřní parametry atmosféry, konkrétně tlak a odpor prostředí, způsobené koncentrací molekul kyslíku a dusíku v každé vrstvě ionosféry. Výsledkem přibližného inženýrského výpočtu je získaná hodnota g(F1) = -1,75 m/s(2), která je v dobré shodě se skutečnou hodnotou místní gravitace na ISS - 10(−3)...10 (-1) g. Nesrovnalosti ve výsledcích jsou způsobeny tím, že torzní váhy používané k měření gravitačního zrychlení nejsou kalibrovány na záporné hodnoty - něco, co moderní věda neočekávala. Pro vytvoření umělé gravitace musí být splněny dvě podmínky. Vytvořit elektricky izolovaný systém v souladu s požadavkem Gaussovy věty, konkrétně zajistit cirkulaci vektoru síly elektrického pole v uzavřené kouli a zajistit uvnitř této koule sílu elektrického pole potřebnou k vytvoření Coulombovy interakční síly 1000 N. Intenzitu pole lze vypočítat pomocí vzorce: F= e(a) x A x E(2) /2, kde A je plocha desky; E - intenzita elektrického pole; e(a)=e(0)x e - absolutní dielektrická konstanta, kde e(0)=8,85x10(-12) fm, e ~ 1. Dosazením dat do vzorce získáme pro 10 m2 hodnotu intenzita elektrického pole rovná E = 4,75 x 10(6) V/m. Pokud je výška místnosti tři metry, pak je pro zajištění vypočteného napětí nutné přivést na podlahu-strop konstantní napětí o hodnotě U = E x d = 14,25 MV. Při proudu 1 A je nutné zajistit odpor desek takového kondenzátoru 14,25 MOhm. Změnou napětí můžete získat různé parametry gravitace. Řádová velikost výpočtů ukazuje, že vývoj systémů umělé gravitace je reálnou možností. Staří Řekové měli pravdu: „Když se díváš na svět, otevři oči...“. Pouze taková odpověď může být dána ohledně povahy zemské gravitace. Již 200 let lidstvo aktivně studuje zákony elektrostatiky, včetně Coulombova zákona a Gaussova teorému. Vzorec pro kulový kondenzátor je již dlouho prakticky zvládnutý. Nezbývá než otevřít oči svět a začít ji používat k vysvětlení zdánlivě nemožného. Ale když všichni pochopíme, že umělá gravitace je realitou, pak se otázky komerčního využití vesmírných letů stanou aktuálními a budou transparentní pro pochopení.
Moskva, duben 2011 Brazhnik G.N.
I člověk, který se o vesmír nezajímá, alespoň jednou viděl film o cestování vesmírem nebo se o takových věcech dočetl v knihách. Téměř ve všech takových dílech lidé chodí po lodi, normálně spí a nemají problémy s jídlem. To znamená, že tyto - fiktivní - lodě mají umělou gravitaci. Většina diváků to vnímá jako něco zcela přirozeného, ale vůbec tomu tak není.
Umělá gravitace
To je název pro změnu (v libovolném směru) gravitace, na kterou jsme zvyklí aplikováním různými způsoby. A to se děje nejen ve sci-fi dílech, ale také ve velmi reálných pozemských situacích, nejčastěji pro experimenty.
Teoreticky nevypadá vytvoření umělé gravitace tak obtížné. Může být například znovu vytvořena pomocí setrvačnosti, přesněji řečeno, potřeba této síly nevznikla včera - stalo se to okamžitě, jakmile člověk začal snít o dlouhodobých vesmírných letech. Vytvoření umělé gravitace ve vesmíru umožní vyhnout se mnoha problémům, které vznikají během dlouhých období beztíže. Svaly astronautů ochabují a kosti jsou méně pevné. Cestování v takových podmínkách po celé měsíce může způsobit atrofii některých svalů.
Dnes je tedy vytvoření umělé gravitace prvořadým úkolem; bez této dovednosti je to prostě nemožné.
Materiál
I ti, kteří znají fyziku jen na úrovni školní osnovy, pochopit, že gravitace je jedním z základní zákony náš svět: všechna těla na sebe vzájemně působí, zažívají vzájemnou přitažlivost/odpuzování. Jak větší tělo, tím vyšší je jeho přitažlivá síla.
Země je pro naši realitu velmi masivní objekt. Proto k ní přitahují všechna těla kolem ní bez výjimky.
Pro nás to znamená, která se obvykle měří v g, rovných 9,8 metru za sekundu čtvereční. To znamená, že kdybychom neměli pod nohama žádnou oporu, padali bychom rychlostí, která se každou vteřinu zvyšuje o 9,8 metru.
Jen díky gravitaci jsme tedy schopni normálně stát, padat, jíst a pít, pochopit, kde je nahoře a kde dole. Pokud gravitace zmizí, ocitneme se ve stavu beztíže.
Tento jev znají zejména kosmonauti, kteří se ocitli ve vesmíru ve stavu plachtění – volného pádu.
Teoreticky vědci vědí, jak vytvořit umělou gravitaci. Existuje několik metod.
Velká hmota
Nejlogičtější možností je udělat ji tak velkou, aby se na ní objevila umělá gravitace. Na lodi se budete cítit pohodlně, protože se neztratí orientace v prostoru.
Bohužel tato metoda moderní vývoj technologie je nereálná. Vytvoření takového objektu vyžaduje příliš mnoho zdrojů. Jeho zvednutí by navíc vyžadovalo neskutečné množství energie.
Akcelerace
Zdálo by se, že pokud chcete dosáhnout g rovného tomu na Zemi, stačí lodi dát plochý (plošinovitý) tvar a přimět ji, aby se pohybovala kolmo k rovině s požadovaným zrychlením. Tímto způsobem bude získána umělá gravitace a k tomu ideální gravitace.
Ve skutečnosti je však vše mnohem složitější.
V první řadě stojí za to zvážit otázku paliva. Aby stanice neustále zrychlovala, je nutné mít nepřerušitelné napájení. I když se náhle objeví motor, který nevyhazuje hmotu, zákon zachování energie zůstane v platnosti.
Druhým problémem je samotná myšlenka konstantní zrychlení. Podle našich znalostí a fyzikálních zákonů je nemožné donekonečna zrychlovat.
Navíc takové vozidlo není vhodné pro výzkumné mise, protože musí neustále zrychlovat - létat. Nebude se moci zastavit, aby studoval planetu, nebude schopen ji ani pomalu obletět – musí zrychlit.
Je tedy zřejmé, že taková umělá gravitace pro nás zatím není dostupná.
Kolotoč
Každý ví, jak rotace kolotoče ovlivňuje tělo. Jako nejreálnější se proto jeví zařízení umělé gravitace založené na tomto principu.
Vše, co je v průměru karuselu, má tendenci z něj vypadávat rychlostí přibližně rovnou rychlosti otáčení. Ukazuje se, že na tělesa působí síla směřující podél poloměru rotujícího objektu. Je to velmi podobné gravitaci.
Vyžaduje se tedy loď válcovitého tvaru. Zároveň se musí otáčet kolem své osy. Mimochodem umělá gravitace kosmická loď, vytvořený podle tohoto principu, je často uváděn ve sci-fi filmech.
Sudová loď se točí kolem podélná osa, vytváří odstředivou sílu, jejíž směr odpovídá poloměru předmětu. Chcete-li vypočítat výsledné zrychlení, musíte vydělit sílu hmotností.
V tomto vzorci je výsledkem výpočtu zrychlení, první proměnná je uzlová rychlost (měřená v radiánech za sekundu), druhá je poloměr.
Podle toho je pro získání g, na které jsme zvyklí, nutné správně zkombinovat poloměr vesmírné dopravy.
Podobný problém je zdůrazněn ve filmech jako Intersolah, Babylon 5, 2001: Vesmírná odysea a podobně. Ve všech těchto případech je umělá gravitace blízká zemskému zrychlení vlivem gravitace.
Bez ohledu na to, jak dobrý je nápad, je poměrně obtížné ho realizovat.
Problémy s karuselovou metodou
Nejviditelnější problém je zdůrazněn ve Vesmírné odysei. Poloměr „vesmírného nosiče“ je asi 8 metrů. Aby bylo možné dosáhnout zrychlení 9,8, musí rotace probíhat rychlostí přibližně 10,5 otáčky za minutu.
Při těchto hodnotách se objevuje „Coriolisův efekt“, který spočívá v tom, že v různých vzdálenostech od podlahy působí různé síly. To přímo závisí na úhlová rychlost.
Ukazuje se, že ve vesmíru bude vytvořena umělá gravitace, ale příliš rychlá rotace těla povede k problémům s vnitřní ucho. To zase způsobuje nerovnováhu, problémy s vestibulární aparát a další – podobné – obtíže.
Vznik této překážky naznačuje, že takový model je extrémně neúspěšný.
Můžete zkusit jít z opačné strany, jako to udělali v románu „The Ring World“. Zde je loď vyrobena ve tvaru prstence, jehož poloměr se blíží poloměru naší oběžné dráhy (asi 150 milionů km). Při této velikosti je rychlost jeho rotace dostatečná k tomu, aby ignorovala Coriolisův efekt.
Můžete předpokládat, že problém byl vyřešen, ale není tomu tak. Faktem je, že úplné otočení této konstrukce kolem její osy trvá 9 dní. To naznačuje, že zatížení bude příliš velké. Aby jim konstrukce vydržela, je potřeba velmi pevný materiál, který dnes nemáme k dispozici. Problémem je navíc množství materiálu a samotný postup výstavby.
Ve hrách s podobnou tématikou, jako ve filmu „Babylon 5“, jsou tyto problémy nějak vyřešeny: rychlost otáčení je zcela dostatečná, Coriolisův efekt není významný, hypoteticky je možné takovou loď vytvořit.
I takové světy však mají nevýhodu. Jeho název je úhlová hybnost.
Loď rotující kolem své osy se promění v obrovský gyroskop. Jak víte, je extrémně obtížné přinutit gyroskop, aby se odchýlil od své osy, protože je důležité, aby jeho množství neopustilo systém. To znamená, že bude velmi obtížné dát tomuto objektu směr. Tento problém však lze vyřešit.
Řešení
Umělá gravitace na vesmírné stanici se zpřístupní, když O'Neillův válec přijde na záchranu. K vytvoření tohoto designu jsou zapotřebí identické válcové lodě, které jsou spojeny podél osy. Měly by se otáčet různými směry. Výsledkem takové montáže je nulový moment hybnosti, takže by nemělo být problém dát lodi požadovaný směr.
Pokud je možné vyrobit loď o poloměru cca 500 metrů, tak bude fungovat přesně tak, jak má. Umělá gravitace ve vesmíru bude přitom docela pohodlná a vhodná pro dlouhé lety na lodích nebo výzkumných stanicích.
Vesmírní inženýři
Tvůrci hry vědí, jak vytvořit umělou gravitaci. V tomto fantasy světě však gravitace není vzájemná přitažlivost těles, ale lineární síla určená k urychlení objektů v daném směru. Přitažlivost zde není absolutní, mění se, když je zdroj přesměrován.
Umělá gravitace na vesmírné stanici je vytvořena pomocí speciálního generátoru. V rozsahu generátoru je stejnoměrný a stejnosměrný. Takže ve skutečném světě, kdybyste se dostali pod loď s nainstalovaným generátorem, byli byste přitaženi k trupu. Ve hře však hrdina padne, dokud neopustí obvod zařízení.
Dnes je umělá gravitace ve vesmíru vytvořená takovým zařízením pro lidstvo nedostupná. O tom však nepřestávají snít ani prošedivělí vývojáři.
Kulový generátor
Toto je realističtější varianta vybavení. Při instalaci je gravitace nasměrována na generátor. To umožňuje vytvořit stanici, jejíž gravitace bude rovna planetární.
Odstředivka
Dnes se umělá gravitace na Zemi nachází v různých zařízeních. Jsou založeny z velké části na setrvačnosti, protože tuto sílu pociťujeme podobně jako gravitační vliv – tělo nerozlišuje, co způsobuje zrychlení. Jako příklad: osoba, která jde nahoru ve výtahu, zažívá vliv setrvačnosti. Očima fyzika: stoupání výtahu přidává zrychlení kabiny ke zrychlení volného pádu. Když se kabina vrátí do měřeného pohybu, „přírůstek“ hmotnosti zmizí a vrátí se obvyklé pocity.
Vědci se již dlouho zajímají o umělou gravitaci. Nejčastěji se pro tyto účely používá odstředivka. Tato metoda je vhodná nejen pro kosmické lodě, ale i pro pozemní stanice, kde je potřeba zkoumat vliv gravitace na Lidské tělo.
Studujte na Zemi, přihlaste se do...
Přestože studium gravitace začalo ve vesmíru, jde o velmi pozemskou vědu. I dnes našly pokroky v této oblasti své uplatnění například v medicíně. S vědomím, zda je možné na planetě vytvořit umělou gravitaci, lze ji použít k léčbě problémů s pohybovým aparátem popř. nervový systém. Studium této síly se navíc provádí především na Zemi. To umožňuje astronautům provádět experimenty a přitom zůstat pod pečlivým dohledem lékařů. Jiná věc je umělá gravitace ve vesmíru, nejsou tam lidé, kteří by astronautům pomohli v případě nepředvídané situace.
S ohledem na úplnou beztížnost nelze brát v úvahu družici umístěnou na nízké oběžné dráze Země. Tyto objekty, byť v malé míře, jsou ovlivněny gravitací. Gravitační síla vznikající v takových případech se nazývá mikrogravitace. Skutečnou gravitaci zažijete pouze ve vozidle, se kterým letí konstantní rychlost ve vesmíru. Lidské tělo však tento rozdíl nepociťuje.
Stav beztíže můžete zažít při skoku do dálky (před otevřením vrchlíku) nebo při parabolickém klesání letadla. Takové experimenty se často provádějí v USA, ale v letadle tento pocit trvá pouze 40 sekund - to je příliš málo na úplné studium.
V SSSR už v roce 1973 věděli, zda je možné vytvořit umělou gravitaci. A oni ji nejen vytvořili, ale také nějakým způsobem změnili. Pozoruhodný příklad umělé snížení gravitace - suché ponoření, ponoření. Chcete-li dosáhnout požadovaného efektu, musíte na hladinu vody umístit silnou fólii. Osoba je umístěna na ní. Pod tíhou těla se tělo ponoří pod vodu a nahoře zůstane jen hlava. Tento model demonstruje prostředí bez podpory a nízké gravitace, které je charakteristické pro oceán.
Není třeba jít do vesmíru, abyste zažili opačnou sílu stavu beztíže – hypergravitaci. Když kosmická loď vzlétne a přistane v centrifuze, lze přetížení nejen cítit, ale také studovat.
Léčba gravitace
Gravitační fyzika také studuje účinky stavu beztíže na lidské tělo a snaží se minimalizovat následky. Velké množství úspěchů této vědy však může být užitečné i pro běžné obyvatele planety.
Velké naděje vkládají lékaři do výzkumu chování svalových enzymů při myopatii. Tento vážné onemocnění vedoucí k předčasné smrti.
Když je aktivní fyzické aktivity do krve zdravý člověk je dodáván velký objem enzymu kreatinfosfokinázy. Důvod tohoto jevu je nejasný, možná zátěž působí na buněčnou membránu tak, že se stává „děravou“. Pacienti s myopatií mají stejný účinek bez cvičení. Pozorování astronautů ukazují, že ve stavu beztíže se výrazně snižuje tok aktivního enzymu do krve. Tento objev naznačuje, že použití imerze sníží negativní dopad faktorů vedoucích k myopatii. V tento moment jsou prováděny pokusy na zvířatech.
Léčba některých onemocnění se již provádí pomocí údajů získaných studiem gravitace, včetně gravitace umělé. Například se provádí léčba dětské mozkové obrny, mrtvice, Parkinsonova choroba pomocí zátěžových obleků. Výzkum pozitivních účinků podpory, pneumatické boty, byl téměř dokončen.
Poletíme na Mars?
Nejnovější úspěchy astronautů dávají naději na realitu projektu. Existují zkušenosti s poskytováním lékařské podpory člověku během dlouhého pobytu mimo Zemi. Výzkumné lety na Měsíc, jehož gravitační síla je 6x menší než naše vlastní, přinesly také spoustu výhod. Nyní si astronauti a vědci dávají nový cíl – Mars.
Než se postavíte do fronty na vstupenku na Rudou planetu, měli byste vědět, co tělo čeká již v první fázi práce – na cestě. Cesta na pouštní planetu bude v průměru trvat rok a půl – asi 500 dní. Cestou se budete muset spoléhat jen na vlastní síly, na pomoc prostě není kde čekat.
Mnoho faktorů podkope vaši sílu: stres, záření, nedostatek magnetické pole. Nejdůležitějším testem pro tělo je změna gravitace. Během cesty se člověk „seznámí“ s několika úrovněmi gravitace. V první řadě jsou to přetížení při vzletu. Pak - stav beztíže během letu. Po tomto - hypogravitace v cíli, protože gravitace na Marsu je menší než 40% zemské.
Jak se vyrovnáváte s negativními dopady stavu beztíže při dlouhém letu? Doufáme, že vývoj v oblasti umělé gravitace pomůže tento problém v blízké budoucnosti vyřešit. Experimenty na krysách cestujících na Kosmu 936 ukazují, že tato technika neřeší všechny problémy.
Zkušenosti s OS to ukázaly více užitku tělo může těžit z použití tréninkových komplexů, které dokážou určit požadovanou zátěž pro každého astronauta individuálně.
Zatím se věří, že na Mars nepoletí jen výzkumníci, ale také turisté, kteří chtějí na Rudé planetě založit kolonii. Pro ně, alespoň poprvé, pocity stavu beztíže převáží všechny argumenty lékařů o nebezpečí dlouhodobého pobytu v takových podmínkách. Za pár týdnů však budou potřebovat pomoc i oni, a proto je tak důležité umět najít způsob, jak na vesmírné lodi vytvořit umělou gravitaci.
Výsledek
Jaké závěry lze vyvodit o vytvoření umělé gravitace ve vesmíru?
Ze všech aktuálně zvažovaných možností vypadá rotační struktura nejrealističtěji. Při současném chápání fyzikálních zákonů je to však nemožné, protože loď není dutý válec. Uvnitř jsou přesahy, které zasahují do realizace nápadů.
Poloměr lodi musí být navíc tak velký, aby se Coriolisův efekt výrazně neprojevil.
K ovládání něčeho takového potřebujete výše zmíněný O'Neillův válec, který vám dá možnost ovládat loď. V tomto případě se zvyšuje šance na použití takové konstrukce pro meziplanetární lety a zároveň poskytuje posádce pohodlnou úroveň gravitace.
Než se lidstvu podaří uskutečnit své sny, rád bych viděl ve sci-fi dílech trochu více realismu a ještě více znalostí fyzikálních zákonů.
Dlouhodobé lety do vesmíru, průzkum jiných planet, to, o čem dříve psali spisovatelé sci-fi Isaac Asimov, Stanislav Lem, Alexandr Beljajev a další, se zcela stanou možná realita díky znalostem. Protože obnovením zemské úrovně gravitace se budeme moci vyhnout negativním důsledkům mikrogravitace (beztíže) pro člověka (svalová atrofie, senzorické, motorické a autonomní poruchy). To znamená, že do vesmíru se může vydat téměř každý, kdo chce, bez ohledu na fyzické vlastnosti svého těla. Váš pobyt na palubě kosmické lodi se zároveň stane pohodlnějším. Lidé budou moci využívat stávající zařízení a zařízení, která jsou jim známá (například sprcha, toaleta).
Na Zemi je úroveň gravitace určena gravitačním zrychlením, v průměru 9,81 m/s 2 („přetížení“ 1 g), zatímco ve vesmíru, v podmínkách beztíže, přibližně 10 -6 g. K.E. Ciolkovsky citoval analogie mezi pocitem tělesné hmotnosti při ponoření do vody nebo vleže v posteli se stavem beztíže v prostoru.
"Země je kolébkou mysli, ale v kolébce nelze žít věčně."
"Svět by měl být ještě jednodušší."
Konstantin Ciolkovskij
Zajímavé je, že pro gravitační biologii bude schopnost vytvářet různé gravitační podmínky skutečným průlomem. Bude možné studovat: jak se mění struktura, funkce na mikro a makro úrovni, vzorce pod gravitačními vlivy různých velikostí a směrů. Tyto objevy zase pomohou vyvinout docela nový směr – gravitační terapii. Zvažuje se možnost a efektivita využití změn gravitace (zvýšené oproti pozemské) k léčbě. Cítíme nárůst gravitace, jako by tělo trochu ztěžklo. Dnes se provádí výzkum využití gravitační terapie pro hypertenze, jakož i pro obnovu kostní tkáně v případě zlomenin.
(umělá gravitace) jsou ve většině případů založeny na principu ekvivalence sil setrvačnosti a gravitace. Princip ekvivalence říká, že cítíme přibližně stejné zrychlení pohybu, aniž bychom rozlišovali příčinu, která jej způsobila: gravitaci nebo setrvačné síly. V první verzi dochází ke zrychlení vlivem gravitačního pole, ve druhé díky zrychlení pohybu neinerciální vztažné soustavy (systému, který se pohybuje se zrychlením), ve kterém se člověk nachází. Například podobný účinek setrvačných sil zažívá člověk ve výtahu (neinerciální vztažná soustava) při prudkém stoupání nahoru (se zrychlením, pocit, jako by tělo na pár sekund ztěžklo) nebo při brzdění. (pocit, že se podlaha vzdaluje pod nohama). Z hlediska fyziky: když se výtah zvedá nahoru, zrychlení pohybu kabiny se přidává ke zrychlení volného pádu v neinerciální soustavě. Při obnovení rovnoměrný pohyb- „přírůstek“ hmotnosti zmizí, to znamená, že se vrátí obvyklý pocit tělesné hmotnosti.
Dnes, stejně jako před téměř 50 lety, se centrifugy používají k vytvoření umělé gravitace (odstředivé zrychlení se používá při rotaci vesmírných systémů). Zjednodušeně řečeno, během rotace vesmírné stanice kolem její osy dojde k odstředivému zrychlení, které člověka „odtlačí“ od středu rotace a v důsledku toho se kosmonaut nebo jiné objekty budou moci nacházet na „ podlaha". Abychom lépe porozuměli tomuto procesu a jakým potížím vědci čelí, podívejme se na vzorec, který určuje odstředivou sílu při otáčení odstředivky:
F=m*v 2 *r, kde m je hmotnost, v je lineární rychlost, r je vzdálenost od středu otáčení.
Lineární rychlost je rovna: v=2π*rT, kde T je počet otáček za sekundu, π ≈3,14…
To znamená, že čím rychleji se kosmická loď otáčí a čím dále od středu je astronaut, tím silnější bude vytvořená umělá gravitace.
Při pozorném pohledu na postavu si můžeme všimnout, že s malým poloměrem bude gravitační síla pro hlavu a nohy člověka výrazně odlišná, což zase znesnadní pohyb.
Když se astronaut pohybuje ve směru rotace, vzniká Coriolisova síla. V tomto případě je vysoká pravděpodobnost, že osoba bude neustále trpět kinetózou. To se dá obejít, pokud se loď otáčí rotační frekvencí 2 otáčky za minutu, což vytváří umělou gravitační sílu 1g (jako na Zemi). Ale poloměr bude 224 metrů (přibližně ¼ kilometru, tato vzdálenost je podobná výšce 95patrové budovy nebo délce dvou velkých sekvojí). To znamená, že teoreticky je možné postavit orbitální stanici nebo kosmickou loď této velikosti. V praxi to však vyžaduje značné výdaje zdrojů, úsilí a času, což v kontextu blížících se globálních kataklyzmat (viz zpráva
) humánněji směřovat ke skutečné pomoci potřebným.
Vzhledem k nemožnosti znovu vytvořit požadovanou úroveň gravitace pro osobu na orbitální stanici nebo vesmírné lodi, se vědci rozhodli prozkoumat možnost „snížení laťky“, to znamená vytvoření gravitační síly menší než je síla Země. Což naznačuje, že za půl století výzkumu nebylo možné získat uspokojivé výsledky. To není překvapivé, protože v experimentech se snaží vytvořit podmínky, za kterých by síla setrvačnosti nebo jiná síla měla účinek podobný účinku gravitace na Zemi. To znamená, že se ukazuje, že umělá gravitace ve skutečnosti není gravitace.
Dnes ve vědě existují pouze teorie o tom, co je gravitace, z nichž většina je založena na teorii relativity. Navíc ani jedna z nich není úplná (nevysvětluje průběh, výsledky žádných experimentů za jakýchkoliv podmínek a navíc někdy není v souladu s jinými experimentálně potvrzenými fyzikálními teoriemi). Neexistují žádné jasné znalosti a porozumění: co je gravitace, jak gravitace souvisí s prostorem a časem, z jakých částic se skládá a jaké jsou jejich vlastnosti. Odpovědi na tyto a mnohé další otázky lze nalézt porovnáním informací uvedených v knize „Ezoosmos“ od A. Novykha a ve zprávě PRIMORDIAL ALLATRA FYSICS. nabízí absolutně nový přístup, který vychází ze základních znalostí primárních principů fyziky základní částice, vzorce jejich interakce. To znamená, že na základě hlubokého pochopení podstaty gravitačního procesu a v důsledku toho možnosti přesných výpočtů pro opětovné vytvoření jakýchkoli hodnot gravitačních podmínek ve vesmíru i na Zemi (gravitační terapie), předpovídání výsledků myslitelné i nepředstavitelné experimenty prováděné jak člověkem, tak přírodou.
PRIMORDIAL ALLATRA FYSICS je mnohem víc než jen fyzika. Otevře se možné řešeníúkoly jakékoli složitosti. Ale co je nejdůležitější, díky znalosti procesů probíhajících na úrovni částic a skutečných akcí může každý člověk pochopit smysl svého života, pochopit, jak systém funguje a získat praktické zkušenosti v kontaktu s duchovním světem. Uvědomit si globálnost a nadřazenost Duchovna, dostat se z rámce/šablony omezení vědomí, za hranice systému, najít Pravou Svobodu.
„Jak se říká, když máte v rukou univerzální klíče (znalost základů elementární částice), pak můžete otevřít jakékoli dveře (mikro- a makrosvěta).
„Za takových podmínek je možné kvalitativně nový přechod civilizace do hlavního proudu duchovního seberozvoje, rozsáhlého vědeckého poznání světa a sebe sama.“
„Všechno, co člověka na tomto světě utlačuje, počínaje obsedantní myšlenky, agresivní emoce a končící stereotypními touhami egoistického konzumenta ‒ je to výsledek volby člověka ve prospěch septonového pole‒ hmotný inteligentní systém, který běžně využívá lidstvo. Ale pokud se člověk řídí volbou svého duchovního začátku, pak získává nesmrtelnost. A není v tom žádné náboženství, ale jsou tu znalosti fyziky, jejích prazákladů.“
Elena Fedorová
I když se o vesmír nijak zvlášť nezajímáte, je pravděpodobné, že jste jej viděli ve filmech, četli o něm v knihách nebo hráli hry, vesmírné téma by zaujímalo důležité místo, velmi vysoké. Zároveň je ve většině děl jeden bod, který je zpravidla považován za samozřejmost - gravitace na vesmírné lodi. Je to ale tak jednoduché a zřejmé, jak se na první pohled zdá?
Nejprve trochu hardwaru. Pokud se do fyziky nepustíte nad rámec školního kurzu (a to nám dnes bude úplně stačit), pak je gravitace základní interakcí těles, díky které se všechna navzájem přitahují. Masivnější přitahují silnější, méně masivní přitahují slabší.
Materiál
V našem případě je důležité následující. Země je masivní objekt, takže lidé, zvířata, budovy, stromy, stébla trávy, počítač, ze kterého to čtete, to vše je přitahováno k Zemi. Jsme na to zvyklí a vlastně nikdy nepřemýšlíme o takových zdánlivých maličkostech. Hlavním důsledkem zemské gravitace pro nás je gravitační zrychlení, také známý jako G a rovná 9,8 m/s². Tito. každé těleso bez podpory se stejně zrychlí směrem ke středu Země a každou sekundu získá rychlost 9,8 m/s.
Díky tomuto efektu můžeme stát rovně na nohou, mít pojmy „nahoře“ a „dolů“, házet věci na podlahu atd. Ve skutečnosti by mnoho druhů lidské činnosti bylo značně změněno, kdyby byla odstraněna zemská gravitace.
To nejlépe znají astronauti, kteří tráví podstatnou část svého života na ISS. Musí se znovu naučit spoustu věcí, od pití až po různé fyziologické potřeby. Zde jsou nějaké příklady.
Zároveň v mnoha filmech, televizních seriálech, hrách a dalších dílech sci-fi umění gravitace na vesmírných lodích „prostě existuje“. Bere se to jako samozřejmost a často se ani neobtěžuje vysvětlovat. A pokud to vysvětlí, je to nějak nepřesvědčivé. Něco jako „gravitační generátory“, jejichž princip fungování je trochu mystičtější než úplně, takže ve skutečnosti se tento přístup jen málo liší od „gravitace na lodi“ právě tam" Zdá se mi, že nevysvětlovat vůbec je tak nějak upřímnější.
Teoretické modely umělé gravitace
To vše ale neznamená, že se umělou gravitaci vůbec nikdo nesnaží vysvětlit. Pokud o tom přemýšlíte, můžete toho dosáhnout několika způsoby.
Spousta hmoty
První a nejvíce „správnou“ možností je udělat loď velmi masivní. Tato metoda může být považována za „správnou“, protože je to gravitační interakce, která poskytne potřebný účinek.
Zároveň neskutečnost tato metoda, myslím, je zřejmé. Na takovou loď budete potřebovat spoustu materiálu. A s rozložením gravitačního pole (a potřebujeme, aby bylo rovnoměrné), bude potřeba něco rozhodnout.
Neustálé zrychlování
Protože potřebujeme dosáhnout konstantního gravitačního zrychlení 9,8 m/s², proč neudělat vesmírnou loď ve formě platformy, která bude zrychlovat kolmo ke své rovině s tímto stejným G? Tímto způsobem bude nepochybně dosaženo požadovaného efektu.
Existuje však několik zjevných problémů. Nejprve musíte odněkud získat palivo, abyste zajistili konstantní zrychlení. A i když někdo najednou přijde s motorem, který nevyžaduje emisi hmoty, nikdo nezrušil zákon zachování energie.
Druhým problémem je samotná podstata neustálého zrychlování. Za prvé, podle našeho současného chápání fyzikální zákony, nemůžete zrychlovat věčně. Teorie relativity je silně proti. Zadruhé, i když loď pravidelně mění směr, pro zajištění umělé gravitace bude muset neustále někam létat. Tito. O nějakém vznášení se poblíž planet nemůže být ani řeč. Loď bude nucena se chovat jako rejsek, který když se zastaví, zemře. Tato varianta nám tedy nevyhovuje.
Kolotočový kolotoč
A tady začíná zábava. Jsem si jist, že každý ze čtenářů si dokáže představit, jak kolotoč funguje a jaké efekty v něm může člověk zažít. Vše, co je na něm, má tendenci vyskakovat úměrně k rychlosti otáčení. Z pohledu kolotoče se ukazuje, že na vše působí síla směřující po poloměru. Docela "gravitační" věc.
Takže potřebujeme loď ve tvaru sudu, která se bude otáčet kolem své podélné osy. Takové možnosti jsou ve sci-fi celkem běžné, takže svět sci-fi není z hlediska vysvětlení umělé gravitace tak beznadějný.
Takže ještě trochu fyziky. Při otáčení kolem osy vzniká odstředivá síla směřující podél poloměru. V důsledku jednoduchých výpočtů (dělení síly hmotností) získáme požadované zrychlení. Celá tato věc se počítá podle jednoduchého vzorce:
a=ω²R,
Kde A- zrychlení, R- poloměr otáčení, a, ω - úhlová rychlost, měřená v radiánech za sekundu. Radián je přibližně 57,3 stupně.
Co potřebujeme získat pro normální život na našem imaginárním vesmírném křižníku? Potřebujeme takovou kombinaci poloměru lodi a úhlové rychlosti, aby jejich produkt dával dohromady 9,8 m/s².
Něco podobného jsme mohli vidět v mnoha dílech: "2001: Vesmírná odysea" Stanley Kubrick, série "Babylon 5", Nolanův « » , román "Prstenový svět" Larry Niven, Vesmír a další. U všech je gravitační zrychlení přibližně stejné G, takže vše vypadá docela logicky. I tyto modely však mají problémy.
Problémy v "kolotoči"
Nejzřejmější problém je možná nejsnáze vysvětlitelný "Vesmírná odysea". Poloměr lodi je přibližně 8 metrů. Pomocí jednoduchých výpočtů zjistíme, že k dosažení zrychlení rovného g je zapotřebí úhlová rychlost přibližně 1,1 rad/s, což se rovná přibližně 10,5 otáčkám za minutu.
S těmito parametry se ukazuje, že Coriolisův efekt. Aniž bychom zacházeli do technických detailů, problém je v tom, že v různých „výškách“ od podlahy budou na pohybující se těla působit různé síly. A záleží na úhlové rychlosti. Takže v našem virtuálním designu si nemůžeme dovolit otáčet lodí příliš rychle, protože to je plné problémů, od náhlých, neintuitivních pádů až po problémy s vestibulárním systémem. A s přihlédnutím k výše zmíněnému vzorci zrychlení si nemůžeme dovolit malý poloměr lodi. Proto již není model vesmírné odysey potřeba. Asi stejný problém s loděmi z "Mezihvězdný", i když s čísly není vše tak zřejmé.
Druhý problém je takříkajíc na druhé straně spektra. V románu Larry Niven "Prstenový svět" loď je obří prstenec s poloměrem přibližně rovným poloměru zemské oběžné dráhy (1 AU ≈ 149 milionů km). Ukazuje se tedy, že se otáčí celkem uspokojivou rychlostí, takže Coriolisův efekt je pro lidi neviditelný. Zdá se, že všechno sedí, ale je tu jedna věc Ale. K vytvoření takové konstrukce budete potřebovat neuvěřitelně pevný materiál, který bude muset odolat obrovské zátěži, protože jedna otáčka by měla trvat zhruba 9 dní. Lidstvo neví, jak zajistit dostatečnou pevnost takové konstrukce. Nemluvě o tom, že někde je potřeba vzít tolik hmoty a postavit to celé.
Svět prstenů V případě Svatozář nebo "Babylon 5" zdá se, že všechny předchozí problémy chybí. A rychlost otáčení je dostatečná, takže Coriolisův efekt nemá negativní vliv, a je v zásadě možné takovou loď postavit (alespoň teoreticky). Ale tyto světy mají také své nevýhody. Jeho název je úhlová hybnost.
Stanice z Babylonu 5 Otočením lodi kolem její osy z ní uděláme obří gyroskop. A je známo, že je poměrně obtížné vychýlit gyroskop z jeho osy. To vše právě kvůli momentu hybnosti, jehož množství je nutné v systému zachovat. To znamená, že létat někde v určitém směru bude obtížné. Ale i tento problém lze vyřešit.
To by mělo být
Toto řešení se nazývá "O'Neillův válec". Jeho design je celkem jednoduchý. Vezmeme dvě stejné válcové lodě spojené podél osy, z nichž každá se otáčí svým vlastním směrem. V důsledku toho máme nulový celkový moment hybnosti, což znamená, že by neměly být žádné problémy s nasměrováním lodi požadovaným směrem. S poloměrem lodi přibližně 500 m (jako v Babylonu 5) nebo více by mělo vše fungovat, jak má.
Celkový
Jaké závěry tedy můžeme vyvodit o tom, jak by umělá gravitace měla být implementována v kosmických lodích? Ze všech implementací, které jsou navrženy v různé druhy funguje nejrealističtěji právě rotační struktura, ve které je síla směřovaná „dolů“ zajišťována dostředivým zrychlením. Není možné vytvořit umělou gravitaci na lodi s plochými paralelními strukturami, jako jsou paluby (jak je často zobrazováno v různých sci-fi), s ohledem na naše moderní chápání fyzikálních zákonů.
Poloměr rotující lodi musí být dostatečný, aby Coriolisův efekt byl dostatečně malý, aby neovlivnil lidi. Dobré příklady z vynalezených světů mohou sloužit jako již zmíněné Svatozář A Babylon 5.
Abyste mohli takové lodě ovládat, musíte sestrojit O’Neillův válec – dva „sudy“ rotující v různých směrech, aby zajistily nulový celkový moment hybnosti systému. To umožní adekvátní kontrolu nad lodí.
Celkově máme velmi realistický recept, jak poskytnout astronautům pohodlné gravitační podmínky. A dokud něco takového skutečně nevybudujeme, přál bych si, aby tvůrci her, filmů, knih a dalších děl o vesmíru více dbali na fyzický realismus.
Žijeme v Yandex.Zene, Snaž se. Na Telegramu je kanál. Odebírejte, budeme rádi a budete v pohodě 👍 Mňau!B.V. Rauschenbach, Korolevův spolubojovník, mluvil o tom, jak přišel na myšlenku vytvořit umělou gravitaci na vesmírné lodi: na konci zimy 1963 hlavní konstruktér, který čistil cestu sněhu blízko svého domu na Ostankinské ulici měl zjevení, dalo by se říci. Bez čekání na pondělí zavolal Rauschenbachovi, který bydlel poblíž, a brzy spolu začali „uklízet cestu“ do vesmíru pro dlouhé lety.
Myšlenka, jak se často stává, se ukázala jako jednoduchá; musí to být jednoduché, jinak nemusí v praxi nic fungovat.
Pro doplnění obrázku. Březen 1966, Američané na Gemini 11:
V 11:29 se Gemini 11 odpojil od Ageny. Nyní začíná zábava: jak se budou chovat dva objekty spojené kabelem? Nejprve se Conrad pokusil zavést spojku do gravitační stabilizace – aby raketa visela dole, loď nahoře a lano bylo napnuté.
Nebylo však možné se vzdálit na 30 m, aniž by došlo k silným vibracím. V 11:55 jsme přešli do druhé části experimentu – „umělá gravitace“. Conrad uvedl vaz do rotace; Kabel se nejprve natahoval po zakřivené čáře, ale po 20 minutách se narovnal a rotace se stala zcela správnou. Conrad zvýšil svou rychlost na 38 °/min a po večeři na 55 °/min, čímž vytvořil váhu 0,00078 g. Nebylo to cítit „na dotek“, ale věci se pomalu usazovaly na dně kapsle. Ve 14:42 byla po třech hodinách rotace odstřelena kuželka a Gemini se vzdálil od rakety.
