Gennady Brazhnik, 23 Nisan 2011
Dünyaya bakınca gözlerinizi açın... (Antik Yunan destanı)
Yapay yerçekimi nasıl yaratılır?
Bu yıl kutlanan uzay araştırmalarının ellinci yıldönümü, insan zekasının kendisini çevreleyen Evreni anlamadaki muazzam potansiyelini gösterdi. Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS), 23 ülkenin katıldığı ortak bir uluslararası proje olan insanlı bir yörünge istasyonudur.
ulusal programların hem yakın hem de uzak uzayın geliştirilmesine olan ilgisini ikna edici bir şekilde kanıtlıyor. Bu, ele alınan konunun hem bilimsel, hem teknik hem de ticari tarafı için geçerlidir. Aynı zamanda kütlesel uzay araştırmalarının önündeki temel sorun, mevcut uzay nesnelerinde ağırlıksızlık veya yerçekiminin bulunmaması sorunudur. "Yerçekimi (evrensel çekim, yerçekimi) tüm maddi cisimler arasındaki evrensel temel etkileşimdir. Düşük hızlara ve zayıf yerçekimi etkileşimine yaklaşımda, Newton'un yerçekimi teorisi ile tanımlanır. Genel dava Einstein'ın genel görelilik teorisi tarafından tanımlanmıştır" - bu tanım şu şekilde verilmiştir: modern bilim bu olgu. Yerçekiminin doğası şu anda belirsizdir. Teorik gelişmelerÇeşitli yerçekimi teorileri çerçevesinde, dört temel etkileşimden biri olarak yerçekimi etkileşiminin doğasına ilişkin bilimsel paradigmanın erken onaylandığını öne süren deneysel doğrulamalarını bulamıyorlar. Newton'un yerçekimi teorisine göre, Dünya'nın çekim kuvvetinin yerçekimi kuvveti F=m x g ifadesiyle belirlenir; burada m, cismin kütlesi ve g, yerçekiminin ivmesidir. "Yerçekimi ivmesi g, boşluktaki bir cisme yerçekimi tarafından verilen ivmedir, yani geometrik toplam Bir gezegenin (veya başka bir astronomik cismin) yerçekimsel çekiciliği ve onun dönüşünün neden olduğu eylemsizlik kuvvetleri. Newton'un ikinci yasasına göre yer çekiminden kaynaklanan ivme, birim kütleli bir cisme etki eden yer çekimi kuvvetine eşittir. Yer çekiminden kaynaklanan ivmenin Dünya için değeri genellikle 9,8 veya 10 m/s╡ olarak alınır. Birim sistemleri oluşturulurken benimsenen standart (“normal”) değer g = 9,80665 m/s╡'dir ve teknik hesaplamalarda genellikle g = 9,81 m/s╡ alınır. Bu anlamda, Dünya'daki yer çekimi ivmesi, deniz seviyesinde 45,5° enlemindeki yer çekimi ivmesine yaklaşık olarak eşittir. Dünya yüzeyinde yerçekiminden kaynaklanan gerçek ivme, enleme, günün saatine ve diğer faktörlere bağlıdır. Ekvatorda 9,780 m/s╡ ile kutuplarda 9,832 m/s╡ arasında değişmektedir." Bu bilimsel belirsizlik aynı zamanda Genel Görelilik Teorisindeki yer çekimi sabiti ile ilgili bir takım soruları da gündeme getirmektedir. yerçekimi koşulları, parametrelerin dağılımına sahibiz.Hemen hemen tüm yerçekimi teorilerinin ana argümanları şunlardır: “Yerçekimi ivmesi iki terimden oluşur: yerçekimi ivmesi ve merkezcil ivme. Farklılıklar şunlardan kaynaklanmaktadır: dönen Dünya ile ilişkili referans çerçevesindeki merkezcil ivme; Gezegenin kütlesinin hacme dağılmış olması nedeniyle formülün yanlışlığı geometrik şekil ideal bir toptan (geoid) farklı; Yerçekimi anormallikleriyle mineral aramak için kullanılan Dünya'nın heterojenliği." İlk bakışta bunlar oldukça ikna edici argümanlar. Daha yakından incelendiğinde bu argümanların olayın fiziksel doğasını açıklamadığı ortaya çıkıyor. referans çerçevesi, her coğrafi noktada merkezcil ivme ile ilişkili, yerçekimi ivmesinin ölçümünün tüm bileşenleri konumlandırılır.Bu nedenle, hem ölçülen nesne hem de ölçülen ekipman, hem Dünya'nın dağılmış kütlesi dahil olmak üzere aynı etkiye maruz kalır. ve yerçekimi anormallikleri.Sonuç olarak, ölçüm sonucu sabit olmalıdır, ancak bu gerçekleşmez.Ayrıca, durumun belirsizliği, ISS'nin uçuş yüksekliğinde serbest düşüş ivmesinin teorik olarak hesaplanan değerlerine neden olur - g= 8,8 m/s(2).UUİ'deki yerel yerçekiminin gerçek değeri 10(−3)...10(−1) g aralığında belirlenir ve bu da ağırlıksızlığı belirler.UUİ'nin kaçış hızıyla hareket ettiği ve serbest düşüş halinde olduğu da inandırıcı görünmüyor. Peki ya sabit uydular? Hesaplanan bu g değerinde, uzun zaman önce Dünya'ya düşmüş olacaklardı. Ayrıca herhangi bir cismin kütlesi, kendi elektrik yükünün niceliksel ve niteliksel bir özelliği olarak da tanımlanabilir. Bütün bu değerlendirmeler bizi şu sonuca götürüyor: Doğa yer çekimi etkileşen nesnelerin kütlelerinin oranına bağlı değildir, ancak Dünya'nın yerçekimi alanının elektriksel etkileşiminin Coulomb kuvvetleri tarafından belirlenir. Bir uçakta on km yükseklikte yatay bir uçuşta uçarsak, yerçekimi yasaları tamamen karşılanır, ancak ISS'de 350 km yükseklikte aynı uçuş sırasında neredeyse hiç yerçekimi yoktur. Bu, bu yükseklikler içerisinde yerçekiminin maddi cisimlerin etkileşim kuvveti olarak belirlenmesine izin veren bir mekanizmanın olduğu anlamına gelir. Ve bu kuvvetin değeri Newton yasasıyla belirlenir. 100 kg ağırlığındaki bir kişi için yer seviyesindeki çekim kuvveti hariç atmosferik basınç, F = 100 x 9,8 = 980 n olmalıdır. Mevcut verilere göre Dünya'nın atmosferi elektriksel olarak heterojen yapı katmanlaması iyonosfer tarafından belirlenir. "İyonosfer (veya termosfer), Dünya'nın üst atmosferinin, öncelikle Güneş'ten gelen kozmik ışınların neden olduğu ışınlama nedeniyle yüksek oranda iyonize olan bir parçasıdır. İyonosfer, nötr atom ve moleküllerden (temel olarak nitrojen N2 ve nitrojen) oluşan bir gaz karışımından oluşur. oksijen O2) ve yarı nötr plazma (negatif yüklü parçacıkların sayısı yalnızca pozitif yüklü olanların sayısına yaklaşık olarak eşittir).İyonizasyon derecesi zaten 60 kilometre yükseklikte önemli hale gelir ve Dünya'dan uzaklaştıkça sürekli olarak artar. iyonosferdeki N yüklü parçacıkların yoğunluğu, D, E ve F katmanları ayırt edilir D Katmanı D bölgesinde (60-90 km) yüklü parçacıkların konsantrasyonu Nmax ~ 10(2)-10(3) cm− 3 - burası zayıf iyonizasyon bölgesidir. Bu bölgenin iyonizasyonuna ana katkı Güneş'ten gelen X-ışını radyasyonu tarafından yapılır. Ek zayıf iyonizasyon kaynakları da küçük bir rol oynar: 60-100 km yükseklikte yanan meteorlar kozmik ışınların yanı sıra manyetosferin enerjik parçacıkları (sırasında bu katmana getirildi) manyetik fırtınalar). Katman D de karakterize edilir keskin düşüş geceleri iyonizasyon derecesi. Katman E Bölgesi E (90-120 km), Nmax~ 10(5) cm−3'e kadar plazma yoğunlukları ile karakterize edilir. Bu katmanda, iyonizasyonun ana kaynağının kısa dalga güneş radyasyonu olması nedeniyle gündüzleri elektron konsantrasyonunda bir artış gözlenir; üstelik bu katmandaki iyonların rekombinasyonu çok hızlı ilerler ve geceleri iyon yoğunluğu 10(3) cm−3. Bu süreç, iyon konsantrasyonunun nispeten yüksek olduğu, yukarıda yer alan F bölgesinden yüklerin yayılması ve gece iyonizasyon kaynakları (Güneşin jeokorona radyasyonu, meteorlar, kozmik ışınlar, vb.) ile dengelenir. Ara sıra, 100-110 km rakımlarda, çok ince (0,5-1 km) ancak yoğun bir ES katmanı belirir. Bu alt katmanın bir özelliği, iyonosferin bu bölgesinden yansıyan orta ve hatta kısa radyo dalgalarının yayılması üzerinde önemli bir etkiye sahip olan yüksek elektron konsantrasyonudur (ne~10(5) cm−3). Serbest akım taşıyıcılarının nispeten yüksek konsantrasyonundan dolayı Katman E, önemli rol orta ve kısa dalgaların yayılmasında. Katman F Bölgesi F artık 130-140 km'nin üzerindeki iyonosferin tamamı olarak adlandırılıyor. Maksimum iyon oluşumu 150-200 km yükseklikte elde edilir. Gündüzleri, güçlü güneş ultraviyole ışınımının neden olduğu elektron konsantrasyonunun dağılımında bir "adım" oluşumu da gözlenir.Bu adımın bölgesi F1 bölgesi olarak adlandırılır (150-200 km).Bu, yayılımını önemli ölçüde etkiler. kısa radyo dalgaları F katmanının 400 km'ye kadar olan üst kısmına F2 katmanı denir.Burada yüklü parçacıkların yoğunluğu maksimuma ulaşır - N ~ 10(5)-10(6) cm−3. Yüksek rakımlarda, daha hafif oksijen iyonları baskındır (400-1000 km yükseklikte) ve daha da yüksek - hidrojen iyonları (protonlar) ve küçük miktarlarda - helyum iyonları." İki ana modern teoriler atmosferik elektrik yirminci yüzyılın ortalarında İngiliz bilim adamı Charles Wilson ve Sovyet bilim adamı Ya. I. Frenkel tarafından yaratıldı. Wilson'ın teorisine göre Dünya ve iyonosfer, fırtına bulutları tarafından yüklenen bir kapasitörün plakaları rolünü oynuyor. Plakalar arasında oluşan potansiyel farkı atmosferde bir elektrik alanının ortaya çıkmasına neden olur. Frenkel'in teorisine göre, atmosferin elektrik alanı tamamen troposferde meydana gelen elektriksel olaylarla açıklanmaktadır - bulutların polarizasyonu ve bunların Dünya ile etkileşimi ve iyonosfer, atmosferik elektriksel süreçlerin seyrinde önemli bir rol oynamamaktadır. Atmosferdeki elektriksel etkileşime ilişkin bu teorik kavramların genelleştirilmesi, Dünya'nın yerçekimi sorununun elektrostatik açısından ele alınmasını gerektirir. Yukarıdaki genel olarak bilinen gerçeklere dayanarak, yerçekimi koşulları altında malzeme gövdelerinin yerçekimsel elektriksel etkileşiminin değerlerini belirlemek mümkündür. Bunu yapmak için aşağıdaki modeli göz önünde bulundurun. Elektrik alanında bulunan herhangi bir maddi enerji gövdesi belirli bir Coulomb etkileşimi gerçekleştirecektir. Elektrik yükü iç organizasyonuna bağlı olarak ya elektrik kutuplarından birine çekilecek ya da bu alan içerisinde denge halinde olacaktır. Her vücudun elektrik yükünün derecesi, kendi serbest elektron konsantrasyonuna (insanlar için kırmızı kan hücrelerinin konsantrasyonu) göre belirlenir. Daha sonra, dünyanın çekiminin yerçekimi etkileşiminin modeli, yarıçapları Dünya'nın yarıçapı ve iyonosferik F2 katmanının yüksekliği ile belirlenen iki eşmerkezli içi boş küreden oluşan küresel bir kapasitör formunda temsil edilebilir. Bu elektrik alanında bir kişi veya başka bir maddi cisim bulunmaktadır. Dünya yüzeyinin elektrik yükü negatif, iyonosfer ise Dünya'ya göre pozitiftir. Bir kişinin Dünya yüzeyine göre elektrik yükü pozitiftir, bu nedenle yüzeydeki Coulomb etkileşim kuvveti kişiyi her zaman Dünya'ya çekecektir. İyonosferik katmanların varlığı, böyle bir kapasitörün toplam elektrik kapasitansının, seri bağlandığında her katmanın toplam kapasitansı tarafından belirlendiği anlamına gelir: 1/Tot = 1/C(E)+1/C(F)+1/C (F2). Yaklaşık bir mühendislik hesaplaması yapıldığı için, aşağıdaki ilk verileri alacağımız ana enerji iyonosferik katmanlarını dikkate alacağız: E katmanı - yükseklik 100 km, F katmanı - yükseklik 200 km, F2 katmanı - yükseklik 400 km. Basitlik açısından, artan veya azalan güneş aktivitesi sırasında iyonosferde oluşan D katmanını ve ara sıra oluşan Es katmanını dikkate almayacağız. İncirde. Şekil 1, Dünya atmosferinin iyonosferik katmanlarının ve elektriksel dalgaların dağılım diyagramını göstermektedir. devre şeması ele alınan süreç.
Şekil 1.a'daki elektrik devresi, sabit bir Etotal voltajının beslendiği üç kapasitörün seri bağlantısını göstermektedir. Elektrostatik yasalarına uygun olarak dağıtım elektrik ücretleri her bir kapasitör C1, C2 ve C3'ün plakalarında koşullu olarak +/- gösterilir. Elektrik yüklerinin bu dağılımına bağlı olarak, ağda yönleri uygulanan genel voltajın tersi olan yerel alan güçleri ortaya çıkar. Şebekenin bu bölümlerinde elektrik yüklerinin hareketi Toplama göre ters yönde olacaktır. Şekil 1.b, tamamen kapasitörlerin seri bağlantısından oluşan bir elektrik devresi tarafından açıklanan, Dünya atmosferinin iyonosferik katmanlarının bir diyagramını göstermektedir. İyonosferik katmanlar arasındaki Coulomb etkileşim kuvvetleri Fg olarak gösterilmiştir. Elektrik yüklerinin konsantrasyon seviyesine göre, üst katmanİyonosfer F2, dünya yüzeyine göre elektriksel olarak pozitiftir. Farklı kinetik enerjilere sahip güneş rüzgarı parçacıklarının atmosferin tüm derinliğine nüfuz etmesi nedeniyle, her katmanın Coulomb etkileşiminin toplam kuvveti, toplam yerçekimi kuvveti Fg toplamının ve bir a'nın yerçekimi kuvvetinin vektör toplamı tarafından belirlenecektir. ayrı iyonosferik katman. Küresel bir kapasitörün kapasitansını hesaplamaya yönelik formül şöyledir: C = 4x(pi)x e(a)x r1xr2/(r2-r1), burada C, küresel kapasitörün kapasitansıdır; r1 - iç kürenin yarıçapı, toplamına eşit Dünyanın yarıçapı 6.371,0 km ve alt iyonosferik katmanın yüksekliği; r2, dış kürenin yarıçapıdır; Dünya'nın yarıçapı ile üst iyonosferik katmanın yüksekliğinin toplamına eşittir; e(a)=e(0)x e - mutlak dielektrik sabiti, burada e(0)=8,85x10(-12) fm, e ~ 1. Daha sonra her iyonosferik katmanın kapasitansı için yuvarlanmış hesaplanan değerler şuna sahip olacaktır: aşağıdaki değerler: C (E)=47 µF, C(F)=46 µF, C(F2)=25 µF. Ana katmanlar dikkate alındığında iyonosferin toplam toplam kapasitesi yaklaşık 12 μF olacaktır. İyonosferik katmanlar arasındaki mesafe Dünya'nın yarıçapından çok daha azdır, bu nedenle yüke etki eden Coulomb kuvvetinin hesaplanması düz kapasitör formülü kullanılarak gerçekleştirilebilir: Fg= e(a) x A x U (2) /(2xd(2)), burada A alan plakalarıdır (pi x (Rз+ h)(2)); U - voltaj; d - katmanlar arasındaki mesafe; e(a)=e(0)x e - mutlak dielektrik sabiti, burada e(0)=8,85x10(-12) fm, e ~ 1. Daha sonra her iyonosferik katmanın Coulomb etkileşim kuvvetlerinin hesaplanan değerleri olacaktır. aşağıdaki değerler: Fg (E)= 58x10(-9)x U(2); Fg(F)= 59x10(-9)x U(2); Fg(F1)= 15x10(-9)x U(2); Fgtot = 3,98x10(-9)x U(2). 100 kg ağırlığındaki bir cisim için atmosferik stresin değerini belirleyelim. Hesaplama formülüşu forma sahip olacaktır: F=m x g= Fg(E) + Fgtot. Değiştirme bilinen değerler bu formülde U = 126 kV değerini elde ederiz. Sonuç olarak iyonosferik katmanların Coulomb etkileşim kuvvetleri aşağıdaki değerlerle belirlenecektir: Fg(E)= 920n; Fg(F)= 936n; Fg(F1)= 238n; Fgtoplam= 63n. Newton etkileşimini hesaba katarak her iyonosferik katmanın serbest düşüş ivmesini yeniden hesapladıktan sonra aşağıdaki değerleri elde ederiz: g(E)= +9,83 m/s(2); g(F)= -8,73 m/s(2); g(F1)= - 1,75 m/s(2). Hesaplanan bu değerlerin, iyonosferin her katmanındaki oksijen ve nitrojen moleküllerinin konsantrasyonunun neden olduğu atmosferin kendine özgü parametrelerini, yani ortamın basıncını ve direncini hesaba katmadığına dikkat edilmelidir. Yaklaşık bir mühendislik hesaplaması sonucunda elde edilen g(F1) = -1,75 m/s(2) değeri, ISS'deki yerel yerçekiminin gerçek değeri - 10(−3)...10 ile oldukça uyumludur. (−1) g. Sonuçlardaki farklılıklar, yer çekimi ivmesini ölçmek için kullanılan burulma terazilerinin negatif değerlere kalibre edilmemesinden kaynaklanmaktadır; bu, modern bilimin beklemediği bir şeydir. Yapay yerçekimi yaratmak için iki koşulun karşılanması gerekir. Gauss teoreminin gerekliliklerine uygun olarak elektriksel olarak izole edilmiş bir sistem oluşturun, yani elektrik alan kuvveti vektörünün kapalı bir küre içinde dolaşımını sağlayın ve bu kürenin içinde 1000 N'luk bir Coulomb etkileşim kuvveti oluşturmak için gerekli elektrik alan kuvvetini sağlayın. Alan kuvveti şu formül kullanılarak hesaplanabilir: F= e(a) x A x E(2) /2, burada A, plakanın alanıdır; E - elektrik alan kuvveti; e(a)=e(0)x e - mutlak dielektrik sabiti, burada e(0)=8,85x10(-12) fm, e ~ 1. Verileri formülde yerine koyarsak, 10 m2 için şu değeri elde ederiz: elektrik alan kuvveti, E = 4,75 x 10(6) V/m'ye eşittir. Odanın yüksekliği üç metre ise hesaplanan voltajı sağlamak için taban-tavana U = E x d = 14,25 MV değerinde sabit bir voltaj uygulamak gerekir. 1 A akımla, böyle bir kapasitörün plakalarının direncinin 14,25 MOhm olmasını sağlamak gerekir. Voltajı değiştirerek farklı yerçekimi parametreleri elde edebilirsiniz. Hesaplamaların büyüklük sırası, yapay yerçekimi sistemlerinin geliştirilmesinin gerçek bir olasılık olduğunu gösteriyor. Eski Yunanlılar haklıydı: "Dünyaya bakarken gözlerinizi açın...". Yer çekiminin doğası hakkında ancak böyle bir cevap verilebilir. 200 yıldır insanlık, Coulomb yasası ve Gauss teoremi de dahil olmak üzere elektrostatik yasalarını aktif olarak inceliyor. Küresel kapasitör formülü uzun zamandır pratikte öğrenilmiştir. Geriye sadece gözlerini açmak kalıyor Dünya ve bunu görünüşte imkansız olanı açıklamak için kullanmaya başlayın. Ancak hepimiz yapay yerçekiminin bir gerçeklik olduğunu anladığımızda, uzay uçuşlarının ticari kullanımıyla ilgili konular gündeme gelecek ve anlaşılması için şeffaf hale gelecektir.
Moskova, Nisan 2011 Brazhnik G.N.
Uzayla ilgilenmeyen bir kişi bile en az bir kez uzay yolculuğu ile ilgili bir film izlemiş veya bu tür şeyleri kitaplarda okumuştur. Bu tür çalışmaların hemen hemen hepsinde insanlar gemide dolaşıyor, normal uyuyor ve yemek yeme sorunu yaşamıyor. Bu, bu - kurgusal - gemilerin yapay yerçekimine sahip olduğu anlamına gelir. Çoğu izleyici bunu tamamen doğal bir şey olarak algılıyor, ancak durum hiç de öyle değil.
Yapay yerçekimi
Alıştığımız yer çekimini (herhangi bir yönde) uygulayarak değiştirmenin adıdır. çeşitli şekillerde. Ve bu sadece bilim kurgu eserlerinde değil, aynı zamanda çok gerçek dünyevi durumlarda, çoğunlukla deneyler için yapılır.
Teorik olarak yapay yerçekimi yaratmak o kadar da zor görünmüyor. Örneğin, atalet kullanılarak yeniden yaratılabilir veya daha doğrusu, bu kuvvete olan ihtiyaç dün ortaya çıkmadı - kişi uzun vadeli uzay uçuşlarını hayal etmeye başlar başlamaz hemen oldu. Uzayda yapay yerçekimi yaratmak, uzun süreli ağırlıksızlık dönemlerinde ortaya çıkan birçok sorunun önlenmesini mümkün kılacaktır. Astronotların kasları zayıflar ve kemikleri zayıflar. Aylarca bu koşullar altında seyahat etmek bazı kasların körelmesine neden olabilir.
Bu nedenle, günümüzde yapay yerçekiminin yaratılması son derece önemli bir görevdir; bu beceri olmadan bu kesinlikle imkansızdır.
Malzeme
Fiziği sadece seviyede bilenler bile Okul müfredatı yerçekiminin aşağıdakilerden biri olduğunu anlayın temel yasalar dünyamız: tüm bedenler birbirleriyle etkileşim halindedir, karşılıklı çekim/itme deneyimi yaşarlar. Nasıl daha büyük vücutçekici gücü ne kadar yüksek olursa.
Gerçekliğimiz açısından Dünya çok büyük bir nesnedir. Bu yüzden etrafındaki istisnasız tüm bedenler ona ilgi duyuyor.
Bizim için bu, genellikle g cinsinden ölçülen, saniyede 9,8 metre kare anlamına gelir. Bu, eğer ayaklarımızın altında bir destek olmasaydı saniyede 9,8 metre artan bir hızla düşeceğimiz anlamına geliyor.
Böylece ancak yer çekimi sayesinde normal şekilde ayakta durabilir, düşebilir, yiyip içebilir, neresinin yukarı, neresinin aşağı olduğunu anlayabiliriz. Yer çekimi ortadan kalkarsa kendimizi ağırlıksızlığın içinde bulacağız.
Kendilerini uzayda süzülme (serbest düşme) durumunda bulan kozmonotlar bu olguya özellikle aşinadır.
Teorik olarak bilim insanları yapay yerçekiminin nasıl yaratılacağını biliyorlar. Birkaç yöntem var.
Büyük kütle
En mantıklı seçenek onu o kadar büyük yapmak ki üzerinde yapay yerçekimi belirecek. Uzayda yönelim kaybolmayacağından gemide kendinizi rahat hissedebileceksiniz.
Maalesef bu yöntem modern gelişme teknoloji gerçekçi değil. Böyle bir nesneyi inşa etmek çok fazla kaynak gerektirir. Ayrıca onu kaldırmak inanılmaz miktarda enerji gerektirecektir.
Hızlanma
Öyle görünüyor ki, Dünya'dakine eşit bir g elde etmek istiyorsanız, gemiye düz (platform benzeri) bir şekil vermeniz ve gerekli ivmeyle düzleme dik olarak hareket etmesini sağlamanız yeterli. Bu sayede yapay yer çekimi, yani ideal yer çekimi elde edilecektir.
Ancak gerçekte her şey çok daha karmaşıktır.
Her şeyden önce yakıt konusunu dikkate almakta fayda var. İstasyonun sürekli hızlanabilmesi için kesintisiz güç kaynağına sahip olmak gerekmektedir. Aniden madde fırlatmayan bir motor ortaya çıksa bile, enerjinin korunumu yasası yürürlükte kalacaktır.
İkinci sorun fikrin kendisidir Sabit hızlanma. Bilgimize ve fizik yasalarımıza göre sonsuza kadar hızlanmak imkansızdır.
Ayrıca böyle bir araç, sürekli hızlanması - uçması gerektiğinden araştırma görevleri için uygun değildir. Gezegeni incelemek için duramayacak, hatta onun etrafında yavaşça uçamayacak - hızlanması gerekiyor.
Böylece böyle bir yapay yerçekiminin henüz bizim için mevcut olmadığı anlaşılıyor.
Atlıkarınca
Herkes bir atlıkarıncaya dönmenin vücudu nasıl etkilediğini bilir. Bu nedenle, bu prensibe dayalı yapay bir yerçekimi cihazı en gerçekçi gibi görünmektedir.
Atlıkarıncanın çapı dahilindeki her şey, yaklaşık olarak dönme hızına eşit bir hızla, atlıkarıncanın dışına düşme eğilimindedir. Dönen nesnenin yarıçapı boyunca yönlendirilen bir kuvvetin cisimlere etki ettiği ortaya çıktı. Yer çekimine çok benzer.
Yani silindirik şekle sahip bir gemiye ihtiyaç vardır. Aynı zamanda kendi ekseni etrafında dönmesi gerekir. Bu arada yapay yerçekimi uzay gemisi Bu prensibe göre oluşturulan bilim kurgu filmlerinde sıklıkla gösterilir.
Varil gemisi dönüyor boyuna eksen yönü nesnenin yarıçapına karşılık gelen bir merkezkaç kuvveti yaratır. Ortaya çıkan ivmeyi hesaplamak için kuvveti kütleye bölmeniz gerekir.
Bu formülde hesaplamanın sonucu ivmedir, ilk değişken düğüm hızıdır (saniyedeki radyan cinsinden ölçülür), ikincisi ise yarıçaptır.
Buna göre alışık olduğumuz g'yi elde etmek için uzay taşıma yarıçapını doğru bir şekilde birleştirmek gerekiyor.
Benzer bir sorun Intersolah, Babylon 5, 2001: A Space Odyssey ve benzeri filmlerde de vurgulanıyor. Tüm bu durumlarda yapay yerçekimi, dünyanın yerçekiminden kaynaklanan ivmesine yakındır.
Fikir ne kadar iyi olursa olsun hayata geçirilmesi oldukça zordur.
Atlıkarınca yöntemiyle ilgili sorunlar
En bariz sorun A Space Odyssey'de vurgulanıyor. “Uzay gemisinin” yarıçapı yaklaşık 8 metredir. 9,8'lik bir ivme elde etmek için dönüş hızının dakikada yaklaşık 10,5 devir olması gerekir.
Bu değerlerde, farklı kuvvetlerin zeminden farklı mesafelerde etki etmesinden oluşan “Coriolis etkisi” ortaya çıkar. Doğrudan bağlıdır açısal hız.
Yapay yerçekiminin uzayda yaratılacağı, ancak vücudun çok hızlı dönmesinin sorunlara yol açacağı ortaya çıktı. İç kulak. Bu da dengesizliklere, sorunlara neden olur. vestibüler aparat ve diğer benzer zorluklar.
Bu engelin ortaya çıkması böyle bir modelin son derece başarısız olduğunu düşündürmektedir.
“Yüzük Dünya” romanında olduğu gibi tam tersinden gitmeyi deneyebilirsiniz. Burada gemi, yarıçapı yörüngemizin yarıçapına yakın (yaklaşık 150 milyon km) bir halka şeklinde yapılmıştır. Bu boyutta dönme hızı Coriolis etkisini göz ardı etmeye yeterlidir.
Sorunun çözüldüğünü düşünebilirsiniz ancak durum hiç de öyle değil. Gerçek şu ki, bu yapının kendi ekseni etrafında tam bir devrimi 9 gün sürüyor. Bu, yüklerin çok büyük olacağını gösteriyor. Yapının bunlara dayanabilmesi için bugün elimizde olmayan çok güçlü bir malzemeye ihtiyaç var. Ayrıca sorun, malzeme miktarı ve inşaat sürecinin kendisidir.
“Babylon 5” filmindeki gibi benzer temalı oyunlarda bu sorunlar bir şekilde çözüldü: dönüş hızı oldukça yeterli, Coriolis etkisi önemli değil, varsayımsal olarak böyle bir gemi yaratmak mümkün.
Ancak bu tür dünyaların bile bir dezavantajı vardır. Adı açısal momentumdur.
Kendi ekseni etrafında dönen gemi devasa bir jiroskopa dönüşüyor. Bildiğiniz gibi jiroskopun miktarının sistemden ayrılmaması önemli olduğundan dolayı ekseninden sapmaya zorlamak son derece zordur. Bu da bu cisme yön vermenin oldukça zor olacağı anlamına geliyor. Ancak bu sorun çözülebilir.
Çözüm
O'Neill Silindiri kurtarmaya geldiğinde uzay istasyonundaki yapay yerçekimi kullanılabilir hale gelir. Bu tasarımı oluşturmak için eksen boyunca birbirine bağlanan aynı silindirik gemilere ihtiyaç vardır. Farklı yönlerde dönmelidirler. Böyle bir montajın sonucu sıfır açısal momentumdur, dolayısıyla gemiye gerekli yönü vermede hiçbir zorluk olmamalıdır.
Yaklaşık 500 metre yarıçaplı bir gemi yapmak mümkünse tam da olması gerektiği gibi çalışacaktır. Aynı zamanda uzaydaki yapay yerçekimi, gemilerde veya araştırma istasyonlarında uzun uçuşlar için oldukça rahat ve uygun olacaktır.
Uzay Mühendisleri
Oyunun yaratıcıları yapay yerçekiminin nasıl yaratılacağını biliyor. Ancak bu fantastik dünyada yerçekimi, cisimlerin karşılıklı çekimi değil, nesneleri belirli bir yönde hızlandırmak için tasarlanmış doğrusal bir kuvvettir. Buradaki çekim mutlak değildir, kaynağa yönlendirildiğinde değişir.
Uzay istasyonundaki yapay yerçekimi, özel bir jeneratör kullanılarak yaratılıyor. Jeneratör aralığında düzgün ve eş yönlüdür. Yani gerçek dünyada jeneratör takılı bir geminin altına girerseniz, gövdeye doğru çekilirsiniz. Ancak oyunda kahraman, cihazın çevresini terk edene kadar düşecek.
Bugün böyle bir cihazın yarattığı uzaydaki yapay yerçekimine insanlık erişemez. Ancak gri saçlı geliştiriciler bile bunun hayalini kurmayı bırakmıyor.
Küresel jeneratör
Bu daha gerçekçi bir ekipman seçeneğidir. Takıldığında yerçekimi jeneratöre doğru yönlendirilir. Bu, yer çekimi gezegeninkine eşit olacak bir istasyon oluşturmayı mümkün kılar.
Santrifüj
Günümüzde Dünya üzerindeki yapay yerçekimi çeşitli cihazlarda bulunmaktadır. Çoğunlukla atalet üzerine kuruludurlar, çünkü bu kuvvet bizim tarafımızdan yerçekimi etkisine benzer şekilde hissedilir - vücut hangi nedenin hızlanmaya neden olduğunu ayırt etmez. Örnek olarak: Asansöre binen bir kişi ataletin etkisine maruz kalır. Bir fizikçinin gözünden: Asansörün yükselişi, kabinin ivmesini serbest düşüşün ivmesine ekler. Kabin ölçülü harekete geri döndüğünde, ağırlıktaki "kazanç" ortadan kalkar ve olağan hisler geri döner.
Bilim adamları uzun zamandır yapay yerçekimiyle ilgileniyorlar. Bu amaçlar için çoğunlukla bir santrifüj kullanılır. Bu yöntem yalnızca uzay araçları için değil aynı zamanda yerçekiminin insan vücudu üzerindeki etkilerini incelemenin gerekli olduğu yer istasyonları için de uygundur.
Dünya üzerinde çalışın, başvurun...
Yer çekiminin incelenmesi uzayda başlamış olsa da, oldukça karasal bir bilimdir. Bugün bile bu alandaki ilerlemeler örneğin tıpta uygulama alanı bulmuştur. Gezegende yapay yerçekimi yaratmanın mümkün olup olmadığı bilinerek kas-iskelet sistemiyle ilgili sorunların tedavisinde veya gergin sistem. Üstelik bu kuvvetin incelenmesi öncelikle Dünya'da gerçekleştiriliyor. Bu, astronotların doktorların yakın gözetimi altında deney yapmalarını mümkün kılıyor. Uzaydaki yapay yerçekimi ise başka bir konu; öngörülemeyen bir durumda astronotlara yardım edebilecek kimse yok.
Tamamen ağırlıksızlık göz önüne alındığında, alçak Dünya yörüngesinde bulunan bir uydu hesaba katılamaz. Bu cisimler az da olsa yer çekiminden etkilenir. Bu gibi durumlarda oluşan yer çekimi kuvvetine mikro yer çekimi adı verilir. Gerçek yer çekimi yalnızca uçan bir araçta yaşanır. sabit hız uzayda. Ancak insan vücudu bu farkı hissetmez.
Uzun bir atlama sırasında (kanopi açılmadan önce) veya uçağın parabolik alçalması sırasında ağırlıksızlığı deneyimleyebilirsiniz. Bu tür deneyler genellikle ABD'de yapılıyor, ancak uçakta bu his yalnızca 40 saniye sürüyor; bu, tam bir çalışma için çok kısa.
SSCB'de 1973'te yapay yerçekimi yaratmanın mümkün olup olmadığını biliyorlardı. Ve onu sadece yaratmakla kalmadılar, aynı zamanda bir şekilde değiştirdiler. Çarpıcı bir örnek yerçekiminin yapay olarak azaltılması - kuru daldırma, daldırma. İstenilen etkiyi elde etmek için su yüzeyine kalın bir film yerleştirmeniz gerekir. Kişi bunun üzerine yerleştirilir. Vücudun ağırlığı altında vücut suyun altına batar ve üstte sadece baş kalır. Bu model, okyanusu karakterize eden desteksiz, düşük yerçekimi ortamını göstermektedir.
Ağırlıksızlığın zıt kuvveti olan hiper yerçekimini deneyimlemek için uzaya gitmeye gerek yok. Bir uzay aracı havalanıp bir santrifüje indiğinde, aşırı yük yalnızca hissedilmiyor, aynı zamanda incelenebiliyor.
Yerçekimi tedavisi
Yerçekimi fiziği aynı zamanda ağırlıksızlığın insan vücudu üzerindeki etkilerini de inceleyerek sonuçları en aza indirmeye çalışır. Bununla birlikte, bu bilimin çok sayıda başarısı, gezegenin sıradan sakinleri için de faydalı olabilir.
Doktorlar miyopatide kas enzimlerinin davranışının araştırılmasına büyük umutlar bağlamaktadır. Bu ciddi hastalık erken ölüme yol açar.
Aktif fiziksel aktivite sırasında kan sağlıklı kişi Kreatin fosfokinaz enziminin büyük bir kısmı sağlanır. Bu olgunun nedeni belirsizdir; belki de yük, hücre zarına "delikli" hale gelecek şekilde etki eder. Miyopatisi olan hastalar egzersiz yapmadan da aynı etkiyi alırlar. Astronotların gözlemleri, ağırlıksızlık durumunda aktif enzimin kana akışının önemli ölçüde azaldığını göstermektedir. Bu keşif, daldırma kullanımının miyopatiye yol açan faktörlerin olumsuz etkisini azaltacağını öne sürüyor. Şu anda hayvanlar üzerinde deneyler yapılıyor.
Bazı hastalıkların tedavisi halihazırda yapay yerçekimi de dahil olmak üzere yerçekimi çalışmalarından elde edilen veriler kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Örneğin serebral palsi, felç ve Parkinson hastalığının tedavisi, stres kıyafetleri kullanılarak gerçekleştirilir. Desteğin (pnömatik pabuç) olumlu etkilerine ilişkin araştırmalar neredeyse tamamlandı.
Mars'a mı uçacağız?
Astronotların son başarıları projenin gerçekliği konusunda umut veriyor. Bir kişiye Dünya'dan uzun süre uzak kaldığında tıbbi destek sağlama konusunda deneyim vardır. Yerçekimi kuvveti bizimkinden 6 kat daha az olan Ay'a yapılan araştırma uçuşları da pek çok faydayı beraberinde getirdi. Artık astronotlar ve bilim adamları kendilerine yeni bir hedef belirliyorlar: Mars.
Kızıl Gezegene bir bilet için sıraya girmeden önce, işin ilk aşamasında - yolda - bedeni neyin beklediğini bilmelisiniz. Ortalama olarak çöl gezegenine giden yol bir buçuk yıl, yani yaklaşık 500 gün sürecek. Yol boyunca yalnızca kendi gücünüze güvenmeniz gerekecek; yardım bekleyecek hiçbir yer yok.
Pek çok faktör gücünüzü zayıflatacaktır: stres, radyasyon, enerji eksikliği manyetik alan. Vücut için en önemli test yer çekimindeki değişimdir. Yolculuk sırasında kişi yer çekiminin çeşitli seviyeleriyle “tanışacaktır”. Her şeyden önce bunlar kalkış sırasındaki aşırı yüklenmelerdir. Sonra - uçuş sırasında ağırlıksızlık. Bundan sonra - Mars'taki yerçekimi Dünya'nın% 40'ından az olduğu için varış noktasında hipo yer çekimi.
Uzun bir uçuşta ağırlıksızlığın olumsuz etkileriyle nasıl başa çıkıyorsunuz? Yapay yerçekimi alanındaki gelişmelerin yakın gelecekte bu sorunun çözümüne yardımcı olacağı umulmaktadır. Cosmos 936'da seyahat eden fareler üzerinde yapılan deneyler, bu tekniğin tüm sorunları çözmediğini gösteriyor.
İşletim sistemi deneyimi bunu fazlasıyla gösterdi daha fazla fayda vücut, her astronot için gerekli yükü ayrı ayrı belirleyebilen eğitim komplekslerinin kullanımından yararlanabilir.
Şimdilik sadece araştırmacıların değil, Kızıl Gezegende koloni kurmak isteyen turistlerin de Mars'a uçacağına inanılıyor. Onlar için, en azından ilk kez, ağırlıksızlık hissi, doktorların bu tür koşullarda uzun süre kalmanın tehlikeleri hakkındaki tüm argümanlarına ağır basacaktır. Ancak birkaç hafta içinde onların da yardıma ihtiyaçları olacak, bu yüzden uzay gemisinde yapay yerçekimi yaratmanın bir yolunu bulabilmek çok önemli.
Sonuçlar
Uzayda yapay yerçekiminin yaratılmasıyla ilgili ne gibi sonuçlar çıkarılabilir?
Şu anda değerlendirilen tüm seçenekler arasında dönen yapı en gerçekçi görünüyor. Ancak fizik yasalarının mevcut anlayışıyla bu imkansızdır çünkü gemi içi boş bir silindir değildir. İçeride fikirlerin uygulanmasına müdahale eden örtüşmeler var.
Ayrıca geminin yarıçapının Coriolis etkisinin önemli bir etki yaratmaması için çok büyük olması gerekmektedir.
Böyle bir şeyi kontrol etmek için yukarıda bahsedilen O'Neill silindirine ihtiyacınız var, bu da size gemiyi kontrol etme yeteneği verecek. Bu durumda, mürettebata rahat bir yerçekimi seviyesi sağlarken böyle bir tasarımın gezegenler arası uçuşlar için kullanılma şansı artar.
İnsanlık hayallerini gerçekleştirmeyi başarmadan önce, bilim kurgu eserlerinde biraz daha gerçekçilik ve fizik kanunları hakkında daha fazla bilgi görmek isterim.
Bilim kurgu yazarları Isaac Asimov, Stanislav Lem, Alexander Belyaev ve diğerlerinin daha önce yazdıkları uzun vadeli uzay uçuşları, diğer gezegenlerin keşfi tamamen hale gelecek olası gerçeklik bilgi sayesinde. Çünkü dünyanın yerçekimi seviyesini yeniden yaratarak, mikro yerçekiminin (ağırlıksızlık) insanlar için olumsuz sonuçlarından (kas atrofisi, duyusal, motor ve otonomik bozukluklar) kaçınabileceğiz. Yani isteyen hemen herkes, vücudunun fiziksel özellikleri ne olursa olsun uzaya gidebiliyor. Aynı zamanda uzay aracında kalışınız daha konforlu hale gelecektir. İnsanlar kendilerine tanıdık gelen mevcut cihaz ve tesisleri (örneğin duş, tuvalet) kullanabilecek.
Dünya'da yerçekimi seviyesi, ortalama 9,81 m/s 2'ye ("aşırı yük" 1 g) eşit olan yerçekimi ivmesi ile belirlenirken, uzayda ağırlıksızlık koşullarında yaklaşık 10-6 g'dir. K.E. Tsiolkovsky, suya daldırıldığında veya yatakta yatıldığında vücut ağırlığının hissi ile uzaydaki ağırlıksızlık durumu arasındaki benzerliklere değindi.
"Dünya aklın beşiğidir ama sonsuza kadar beşikte yaşayamazsınız."
“Dünya daha da basit olmalı.”
Konstantin Tsiolkovski
İlginç bir şekilde, yerçekimi biyolojisi için farklı yerçekimi koşulları yaratma yeteneği gerçek bir atılım olacaktır. Mikro ve makro düzeyde yapının, işlevlerin nasıl değiştiğini, farklı büyüklük ve yönlerin yerçekimi etkileri altındaki kalıpları incelemek mümkün olacaktır. Bu keşifler, oldukça yeni bir yön olan yerçekimi terapisinin geliştirilmesine yardımcı olacaktır. Tedavi için yerçekimindeki değişikliklerin (Dünya'nınkine kıyasla daha yüksek) kullanılması olasılığı ve etkinliği değerlendirilmektedir. Sanki vücut biraz daha ağırlaşmış gibi yerçekiminde bir artış hissediyoruz. Günümüzde yerçekimi terapisinin kullanımı üzerine araştırmalar yürütülmektedir. hipertansiyon ve ayrıca kırık durumunda kemik dokusunun restorasyonu için.
(yapay yerçekimi) çoğu durumda atalet ve yerçekimi kuvvetlerinin eşdeğerliği ilkesine dayanır. Eşdeğerlik ilkesi, buna neden olan nedeni (yerçekimi veya eylemsizlik kuvvetleri) ayırt etmeden yaklaşık olarak aynı hareket ivmesini hissettiğimizi söylüyor. İlk versiyonda ivme, yerçekimi alanının etkisiyle, ikincisinde ise kişinin içinde bulunduğu eylemsiz olmayan referans sisteminin (ivmeyle hareket eden bir sistem) hareketinin hızlanması nedeniyle meydana gelir. Örneğin, atalet kuvvetlerinin benzer bir etkisi, asansördeki (ataletsiz referans çerçevesi) bir kişi tarafından keskin bir yükseliş (hızlanmayla birlikte, vücudun birkaç saniyeliğine ağırlaştığı hissi) veya frenleme sırasında yaşanır. (zemin ayakların altından uzaklaşıyormuş hissi). Fizik açısından bakıldığında: ataletsiz bir sistemde asansör yukarı doğru yükseldiğinde, kabin hareketinin ivmesi serbest düşüşün ivmesine eklenir. Geri yüklendiğinde düzenli hareket- kilodaki "kazanç" ortadan kalkar, yani normal vücut ağırlığı hissi geri döner.
Günümüzde, neredeyse 50 yıl önce olduğu gibi, yapay yerçekimi oluşturmak için santrifüjler kullanılmaktadır (uzay sistemlerini döndürürken merkezkaç ivmesi kullanılır). Basitçe söylemek gerekirse, uzay istasyonunun kendi ekseni etrafında dönmesi sırasında, bir kişiyi dönme merkezinden uzaklaştıracak ve bunun sonucunda astronot veya diğer nesneler "itebilecek" merkezkaç ivmesi meydana gelecektir. zemin". Bu süreci ve bilim adamlarının karşılaştığı zorlukları daha iyi anlamak için, bir santrifüjü döndürürken merkezkaç kuvvetini belirleyen formüle bakalım:
F=m*v 2 *r, burada m kütle, v doğrusal hız, r ise dönme merkezinden uzaklıktır.
Doğrusal hız şuna eşittir: v=2π*rT, burada T saniyedeki devir sayısıdır, π ≈3,14…
Yani uzay aracı ne kadar hızlı dönerse ve astronot merkezden ne kadar uzak olursa, oluşturulan yapay yerçekimi de o kadar güçlü olacaktır.
Şekle dikkatlice baktığımızda, küçük bir yarıçapla, bir kişinin başı ve bacakları için yerçekimi kuvvetinin önemli ölçüde farklı olacağını ve bunun da hareketi zorlaştıracağını fark edebiliriz.
Astronot dönüş yönünde hareket ettiğinde Coriolis kuvveti ortaya çıkar. Bu durumda kişinin sürekli olarak hareket tutması yaşama ihtimali yüksektir. Gemi dakikada 2 devirlik bir dönüş frekansında dönerse bu durum aşılabilir, bu da 1g'lik yapay bir yerçekimi kuvveti yaratır (Dünya'da olduğu gibi). Ancak yarıçap 224 metre olacaktır (yaklaşık ¼ kilometre, bu mesafe 95 katlı bir binanın yüksekliğine veya iki büyük sekoya ağacının uzunluğuna eşdeğerdir). Yani teorik olarak bu büyüklükte bir yörünge istasyonu veya uzay aracı inşa etmek mümkün. Ancak uygulamada bu, küresel felaketlerin yaklaşması bağlamında önemli miktarda kaynak, çaba ve zaman harcamayı gerektirir (bkz. rapor).
) ihtiyacı olanlara gerçek yardıma daha insani bir şekilde yönlendirmek.
Bir kişi için gerekli yerçekimi seviyesini yeniden yaratmanın imkansızlığı nedeniyle yörünge istasyonu ya da bir uzay gemisi, bilim adamları "çıtayı düşürmenin", yani Dünya'nınkinden daha az bir yerçekimi kuvveti yaratmanın olasılığını araştırmaya karar verdiler. Bu da yarım yüzyılı aşkın süredir yapılan araştırmalarda tatmin edici sonuçlara ulaşmanın mümkün olmadığını gösteriyor. Bu şaşırtıcı değil çünkü deneylerde atalet kuvvetinin veya diğer kuvvetlerin yerçekiminin Dünya üzerindeki etkisine benzer bir etkiye sahip olacağı koşullar yaratmaya çalışıyorlar. Yani yapay yerçekiminin aslında yer çekimi olmadığı ortaya çıktı.
Bugün bilimde yalnızca yerçekiminin ne olduğuna dair teoriler var ve bunların çoğu görelilik teorisine dayanıyor. Üstelik hiçbiri tam değil ( gidişatı, hiçbir deneyin sonucunu hiçbir koşulda açıklamıyor ve ayrıca bazen deneysel olarak doğrulanan diğer fiziksel teorilerle tutarlı değil). Yerçekiminin ne olduğu, yer çekiminin uzay ve zamanla nasıl bir ilişkisi olduğu, hangi parçacıklardan oluştuğu ve özelliklerinin neler olduğu konusunda net bir bilgi ve anlayış yoktur. Bunların ve diğer birçok sorunun yanıtlarını A. Novykh'in “Ezoosmos” kitabında sunulan bilgiler ile PRIMORDIAL ALLATRA FİZİĞİ raporu karşılaştırılarak bulunabilir. kesinlikle sunuyor yeni yaklaşım Fiziğin temel ilkelerine ilişkin temel bilgilere dayanan temel parçacıklar, etkileşimlerinin kalıpları. Yani, yerçekimi sürecinin özünün derinlemesine anlaşılmasına ve bunun sonucunda, hem uzayda hem de Dünya'da (yerçekimi terapisi) yerçekimi koşullarının herhangi bir değerini yeniden oluşturmak için doğru hesaplamalar yapma olasılığına dayanarak, sonuçları tahmin etme Hem insanın hem de doğanın gerçekleştirdiği akla yatkın ve akıl almaz deneyler.
İLKEL ALLATRA FİZİĞİ fizikten çok daha fazlasıdır. O açar Muhtemel çözümler her türlü karmaşıklıktaki görevler. Ama en önemlisi, parçacıklar düzeyinde meydana gelen süreçler ve gerçek eylemler hakkındaki bilgi sayesinde, her insan hayatının anlamını anlayabilir, sistemin nasıl çalıştığını anlayabilir ve manevi dünyayla temasta pratik deneyim kazanabilir. Spiritüel olanın küreselliğini ve önceliğini fark etmek, bilincin çerçeve/şablon sınırlamalarından çıkmak, sistemin sınırlarının ötesine geçmek, Gerçek Özgürlüğü bulmak.
“Dedikleri gibi, elinizde evrensel anahtarlar olduğunda (temel bilgiler temel parçacıklar), o zaman (mikro ve makro dünyanın) herhangi bir kapısını açabilirsiniz.
“Bu koşullar altında niteliksel olarak mümkündür yeni geçiş uygarlığı, manevi kişisel gelişimin ana akımına, dünyaya ve kendine ilişkin geniş ölçekli bilimsel bilgiye dönüştürmek.
“Başta bu dünyada insanı zulme uğratan her şey takıntılı düşünceler, agresif duygular ve egoist bir tüketicinin kalıplaşmış arzularıyla son bulması ‒ bu, kişinin septon alanı lehine yaptığı seçimin sonucudur- insanlığı rutin olarak sömüren maddi bir akıllı sistem. Ancak kişi manevi başlangıcının seçimini takip ederse ölümsüzlüğü kazanır. Ve bunda din yok ama fizik bilgisi, onun ilkel temelleri var.”
Elena Fedorova
Uzayla özel olarak ilgilenmiyor olsanız bile, muhtemelen onu filmlerde görmüş, kitaplarda okumuş veya oyunlar oynamışsınızdır. uzay temasıçok yüksek, önemli bir yer işgal ederdi. Aynı zamanda, eserlerin çoğunda, kural olarak hafife alınan bir nokta vardır - uzay gemisindeki yerçekimi. Ancak ilk bakışta göründüğü kadar basit ve açık mı?
İlk önce biraz donanım. Okul dersinin ötesinde fiziğe dalmazsanız (ve bu bugün bizim için yeterli olacaktır), o zaman yerçekimi, hepsinin birbirini çekmesi sayesinde bedenlerin temel etkileşimidir. Daha büyük olanlar daha güçlüleri çeker, daha az kütleli olanlar daha zayıfları çeker.
Malzeme
Bizim durumumuzda aşağıdakiler önemlidir. Dünya çok büyük bir nesnedir, dolayısıyla insanlar, hayvanlar, binalar, ağaçlar, çimenler, bunu okuduğunuz bilgisayar, hepsi Dünya'ya çekiliyor. Biz buna alışkınız ve aslında bu kadar önemsiz görünen şeyleri asla düşünmüyoruz. Dünya'nın yerçekiminin bizim için ana sonucu yerçekimi ivmesi, Ayrıca şöyle bilinir G ve 9,8 m/s²'ye eşittir. Onlar. Desteğin bulunmadığı herhangi bir cisim, Dünya'nın merkezine doğru eşit şekilde hızlanarak saniyede 9,8 m/s hız kazanacaktır.
Bu etki sayesinde ayaklarımızın üzerinde dik durabiliyoruz, “yukarı” ve “aşağı” kavramlarına sahip olabiliyoruz, yere bir şeyler düşürebiliyoruz vb. Aslına bakılırsa, Dünya'nın yerçekimi ortadan kaldırılsaydı, birçok insan faaliyeti türü büyük ölçüde değişecekti.
Bu, hayatlarının önemli bir bölümünü ISS'de geçiren astronotlar tarafından en iyi bilinir. Nasıl içki içtiklerinden çeşitli fizyolojik ihtiyaçlar için nasıl davranacaklarına kadar pek çok şeyi nasıl yapacaklarını yeniden öğrenmek zorundalar. İşte bazı örnekler.
Aynı zamanda birçok filmde, dizide, oyunda ve diğer Bilim Kurgu sanatı eserlerinde, uzay gemilerindeki yerçekimi "basitçe mevcuttur." Öyle kabul edilir ve çoğu zaman açıklama zahmetine bile girmez. Ve eğer açıklarlarsa, bu bir şekilde ikna edici olmuyor. Çalışma prensibi tamamen mistik olandan biraz daha mistik olan "yerçekimi jeneratörleri" gibi bir şey, yani aslında bu yaklaşım "gemideki yerçekimi"nden çok az farklı. tam orada" Bana öyle geliyor ki hiç açıklamamak bir şekilde daha dürüst.
Yapay yerçekiminin teorik modelleri
Ancak tüm bunlar, hiç kimsenin yapay yerçekimini açıklamaya çalışmadığı anlamına gelmiyor. Eğer düşünürseniz, bunu birkaç yolla başarabilirsiniz.
Çok sayıda kütle
İlk ve en "doğru" seçenek, gemiyi çok büyük hale getirmektir. Bu yöntem "doğru" kabul edilebilir çünkü gerekli etkiyi sağlayacak olan yer çekimi etkileşimidir.
Aynı zamanda gerçekdışılık Bu method bence gayet açık. Böyle bir gemi için çok fazla malzemeye ihtiyacınız olacak. Ve yerçekimi alanının dağılımıyla (ve bunun tekdüze olmasına ihtiyacımız var) bir şeye karar verilmesi gerekecek.
Sabit hızlanma
9,8 m/s² sabit bir yer çekimi ivmesine ulaşmamız gerektiğine göre, neden uzay aracını da aynı şekilde kendi düzlemine dik olarak hızlanacak bir platform şeklinde yapmayayalım? G? Bu şekilde şüphesiz istenilen etki elde edilecektir.
Ancak birkaç bariz sorun var. Öncelikle sürekli ivmelenmeyi sağlamak için bir yerden yakıt almanız gerekiyor. Ve birisi aniden madde emisyonunu gerektirmeyen bir motorla çıksa bile, hiç kimse enerjinin korunumu yasasını iptal etmedi.
İkinci sorun ise sabit ivmenin doğasıdır. Birincisi, fizik yasalarıyla ilgili mevcut anlayışımıza göre sonsuza kadar hızlanmak imkansızdır. Görelilik teorisine şiddetle karşı çıkıyor. İkincisi, gemi periyodik olarak yön değiştirse bile yapay yerçekimi sağlamak için sürekli bir yere uçması gerekecektir. Onlar. Gezegenlerin yakınında gezinen herhangi bir şeyden söz edilemez. Gemi bir fare gibi davranmaya zorlanacak, eğer durursa ölecek. Yani bu seçenek bize uymuyor.
Atlıkarınca atlıkarınca
Ve işte eğlencenin başladığı yer burası. Eminim okuyucuların her biri atlıkarıncanın nasıl çalıştığını ve içindeki bir kişinin ne gibi etkiler yaşayabileceğini hayal edebilir. Üzerindeki her şey, dönüş hızıyla orantılı olarak dışarı fırlama eğilimindedir. Atlıkarınca açısından bakıldığında, her şeyin yarıçap boyunca yönlendirilen bir kuvvetten etkilendiği ortaya çıkıyor. Oldukça "yerçekimi" meselesi.
Yani, ihtiyacimiz var boyuna ekseni etrafında dönecek fıçı şeklinde bir gemi. Bu tür seçenekler bilim kurguda oldukça yaygın, dolayısıyla bilim kurgu dünyası yapay yerçekimini açıklama konusunda o kadar da umutsuz değil.
Yani biraz daha fizik. Bir eksen etrafında dönerken, yarıçap boyunca yönlendirilen bir merkezkaç kuvveti oluşturulur. Basit hesaplamalar (kuvvetin kütleye bölünmesi) sonucunda istenilen ivmeyi elde ederiz. Bütün bunlar basit bir formüle göre hesaplanır:
a=ω²R,
Nerede A- hızlanma, R- dönme yarıçapı, a, ω - açısal hız, saniyede radyan cinsinden ölçülür. Bir radyan yaklaşık 57,3 derecedir.
Hayali uzay gemimizde normal bir yaşam için neye ihtiyacımız var? Geminin yarıçapı ve açısal hızının toplam 9,8 m/s² sonucunu verecek şekilde bir kombinasyonuna ihtiyacımız var.
Birçok eserde buna benzer bir şey görebiliriz: "2001: Bir Uzay Macerası" Stanley Kubrick, seri "Babil 5", Nolan'ın « » , roman "Yüzük Dünyası" Larry Niven, Evren ve diğerleri. Hepsinde yer çekimi ivmesi yaklaşık olarak eşittir G yani her şey oldukça mantıklı çıkıyor. Ancak bu modellerin de sorunları var.
"Atlıkarınca"daki sorunlar
En bariz problem belki de en kolay şekilde açıklanabilir. "Uzay Destanı". Geminin yarıçapı yaklaşık 8 metredir. Basit hesaplamalar kullanarak, g'ye eşit bir ivme elde etmek için yaklaşık 1,1 rad/s'lik bir açısal hızın gerekli olduğunu, bunun da dakikada yaklaşık 10,5 devire eşit olduğunu bulduk.
Bu parametrelerle ortaya çıkıyor ki coriolis etkisi. Teknik ayrıntılara girmeden sorun, yerden farklı "yüksekliklerde" hareketli cisimlere farklı kuvvetlerin etki etmesidir. Ve açısal hıza bağlıdır. Yani sanal tasarımımızda gemiyi çok hızlı döndürmeyi göze alamayız çünkü bu, ani, sezgisel olmayan düşmelerden vestibüler sistemdeki sorunlara kadar değişen sorunlarla doludur. Yukarıda belirtilen ivme formülünü hesaba katarsak, geminin küçük bir yarıçapını göze alamayız. Bu nedenle artık uzay yolculuğu modeline ihtiyaç duyulmuyor. Gemilerle ilgili aynı sorun hakkında "Yıldızlararası", sayılarla her şey o kadar açık olmasa da.
İkinci sorun ise tabiri caizse spektrumun diğer tarafında. Romanda Larry Niven "Yüzük Dünyası" gemi, yaklaşık olarak dünyanın yörüngesinin yarıçapına eşit bir yarıçapa sahip dev bir halkadır (1 AU ≈ 149 milyon km). Böylece Coriolis etkisinin insanlar tarafından görülmemesi için oldukça tatmin edici bir hızda döndüğü ortaya çıkıyor. Her şey uyuyor gibi görünüyor ama bir şey var Ancak. Böyle bir yapı oluşturmak için, muazzam yüklere dayanması gereken inanılmaz derecede güçlü bir malzemeye ihtiyacınız olacak çünkü bir devrimin yaklaşık 9 gün sürmesi gerekiyor. İnsanoğlu böyle bir yapının yeterli sağlamlığı nasıl sağlayacağını bilmiyor. Bir yere bu kadar çok maddeyi alıp her şeyi inşa etmeniz gerektiği gerçeğinden bahsetmiyorum bile.
Halka Dünyası durumunda Halo veya "Babil 5"önceki sorunların tümü yok gibi görünüyor. Ve dönme hızı, Coriolis etkisinin olumsuz bir etkiye sahip olmaması için yeterlidir ve prensip olarak böyle bir geminin inşa edilmesi mümkündür (en azından teorik olarak). Ancak bu dünyaların dezavantajları da var. Adı açısal momentumdur.
Babylon 5'ten istasyon Gemiyi kendi ekseni etrafında döndürerek dev bir jiroskopa dönüştürüyoruz. Ve jiroskopu kendi ekseninden saptırmanın oldukça zor olduğu biliniyor. Bunların hepsi tam olarak, miktarının sistemde korunması gereken açısal momentum nedeniyledir. Bu, belirli bir yönde bir yere uçmanın zor olacağı anlamına gelir. Ancak bu sorun da çözülebilir.
Olmalı
Bu çözüme denir "O'Neill'in silindiri". Tasarımı oldukça basittir. Her biri kendi yönünde dönen bir eksen boyunca bağlı iki özdeş silindir gemiyi alıyoruz. Sonuç olarak, sıfır toplam açısal momentuma sahibiz, bu da gemiyi istenen yöne yönlendirmede herhangi bir sorun olmayacağı anlamına geliyor. Yaklaşık 500 m (Babil 5'teki gibi) veya daha fazla bir gemi yarıçapı ile her şey olması gerektiği gibi çalışmalıdır.
Toplam
Peki yapay yerçekiminin uzay aracında nasıl uygulanması gerektiği konusunda ne gibi sonuçlar çıkarabiliriz? Önerilen tüm uygulamalardan Çeşitli türlerÇalışırken en gerçekçi görünen, "aşağı" yönlendirilen kuvvetin merkezcil ivme ile sağlandığı dönen yapıdır. Güverte gibi düz paralel yapılara sahip bir gemide (çeşitli Bilim Kurgularda sıklıkla tasvir edildiği gibi) yapay yerçekimi oluşturmak, modern fizik yasaları anlayışımız dikkate alındığında mümkün değildir.
Dönen geminin yarıçapı, Coriolis etkisinin insanları etkilemeyecek kadar küçük olması için yeterli olmalıdır. Hayali dünyalardan iyi örnekler daha önce bahsedilenlerdir Halo Ve Babil 5.
Bu tür gemileri kontrol etmek için, sisteme sıfır toplam açısal momentum sağlamak üzere farklı yönlerde dönen iki "varil" olan bir O'Neill silindiri inşa etmeniz gerekir. Bu, geminin yeterli şekilde kontrol edilmesini sağlayacaktır.
Toplamda, astronotlara rahat yerçekimi koşulları sağlamak için çok gerçekçi bir tarifimiz var. Ve gerçekten böyle bir şey inşa edene kadar oyunların, filmlerin, kitapların ve uzayla ilgili diğer eserlerin yaratıcılarının fiziksel gerçekçiliğe daha fazla dikkat etmelerini istiyorum.
biz yaşıyoruz Yandex.Zene, denemek. Telegram'da bir kanal var. Abone olun biz memnun olacağız siz de rahat edeceksiniz 👍 Miyav!B.V. Korolev'in silah arkadaşı Rauschenbach, bir uzay gemisinde yapay yerçekimi yaratma fikrinin nasıl ortaya çıktığını anlattı: 1963 kışının sonunda, kar yolunu temizleyen baş tasarımcı Ostankinskaya Caddesi'ndeki evinin yakınında bir aydınlanma yaşandığı söylenebilir. Pazartesiyi beklemeden yakınlarda yaşayan Rauschenbach'ı aradı ve kısa süre sonra birlikte uzun uçuşlar için uzaya "yolu açmaya" başladılar.
Fikrin çoğu zaman olduğu gibi basit olduğu ortaya çıktı; basit olmalı, aksi takdirde pratikte hiçbir şey yolunda gitmeyebilir.
Resmi tamamlamak için. Mart 1966, İkizler 11'deki Amerikalılar:
Gemini 11, saat 11:29'da Agena'dan ayrıldı. Artık eğlence başlıyor: Bir kabloyla birbirine bağlanan iki nesne nasıl davranacak? Conrad ilk başta bağlantıyı yerçekimsel stabilizasyona sokmaya çalıştı - böylece roket aşağıda asılı kalacak, gemi yukarıda ve kablo gergin olacaktı.
Ancak güçlü titreşimlere neden olmadan 30 m uzaklaşmak mümkün olmadı. Saat 11:55'te deneyin ikinci kısmı olan "yapay yerçekimi"ne geçtik. Conrad ligamanı rotasyona soktu; İlk başta kablo kavisli bir çizgi boyunca uzanıyordu, ancak 20 dakika sonra düzeldi ve dönüşü oldukça doğru hale geldi. Conrad hızını 38 °/dakika'ya, akşam yemeğinden sonra ise 55 °/dakika'ya çıkararak 0,00078g'lik bir ağırlık yarattı. Bunu "dokunarak" hissedemiyordunuz ama nesneler yavaş yavaş kapsülün dibine yerleşti. Saat 14:42'de, üç saatlik dönüşün ardından pim fırlatıldı ve Gemini roketten uzaklaştı.
