Incluso una persona sin interés en el espacio ha visto alguna vez una película sobre viajes espaciales o ha leído sobre este tipo de cosas en libros. En casi todos estos trabajos, las personas caminan alrededor del barco, duermen normalmente y no experimentan problemas para comer. Esto significa que estos barcos ficticios tienen gravedad artificial. La mayoría de los espectadores perciben esto como algo completamente natural, pero no lo es en absoluto.
Gravedad artificial
Este es el nombre del cambio (en cualquier dirección) de la gravedad que nos resulta familiar al aplicar varios métodos. Y esto se hace no solo en obras fantásticas, sino también en situaciones terrenales muy reales, la mayoría de las veces para experimentos.
En teoría, la creación de gravedad artificial no parece tan difícil. Por ejemplo, se puede recrear con la ayuda de la inercia, más precisamente, la fuerza centrífuga. La necesidad de este poder no surgió ayer, sucedió de inmediato, tan pronto como una persona comenzó a soñar con vuelos espaciales a largo plazo. Creaciónla gravedad artificial en el espacio permitirá evitar muchos problemas que surgen durante la estancia prolongada en ingravidez. Los músculos de los astronautas se debilitan, los huesos se vuelven menos fuertes. Viajar en tales condiciones durante meses puede provocar la atrofia de algunos músculos.
Por lo tanto, hoy en día la creación de gravedad artificial es una tarea de suma importancia, la exploración espacial sin esta habilidad es simplemente imposible.
Materiales
Incluso aquellos que conocen la física solo al nivel del currículo escolar entienden que la gravedad es una de las leyes fundamentales de nuestro mundo: todos los cuerpos interactúan entre sí, experimentando atracción/repulsión mutua. Cuanto más grande es el cuerpo, mayor es su fuerza de atracción.
La Tierra para nuestra realidad es un objeto muy masivo. Por eso, sin excepción, todos los cuerpos que la rodean se sienten atraídos por ella.
Para nosotros, esto significa la aceleración de la caída libre, que generalmente se mide en g, igual a 9,8 metros por segundo cuadrado. Esto quiere decir que si no tuviéramos apoyo bajo nuestros pies, caeríamos a una velocidad que aumenta 9,8 metros cada segundo.
Así, solo gracias a la gravedad somos capaces de pararnos, caernos, comer y beber normalmente, entender dónde está arriba y dónde está abajo. Si la gravedad desaparece, estaremos en gravedad cero.
Los astronautas que se encuentran en el espacio en estado de caída libre están especialmente familiarizados con este fenómeno.
Teóricamente, los científicos saben cómo crear gravedad artificial. Existirvarias técnicas.
Gran Misa
La opción más lógica es hacer que la nave espacial sea tan grande que tenga gravedad artificial. Será posible sentirse cómodo en la nave, ya que no se perderá la orientación en el espacio.
Desafortunadamente, este método con el desarrollo moderno de la tecnología no es realista. Construir tal objeto requiere demasiados recursos. Además, requerirá una cantidad increíble de energía para levantarlo.
Acelerar
Parece que si quieres lograr g igual a la de la tierra, solo necesitas darle a la nave una forma plana (plataforma) y hacer que se mueva perpendicularmente al plano con la aceleración deseada. De esta forma se obtendrá la gravedad artificial, e ideal.
Sin embargo, la realidad es mucho más complicada.
En primer lugar, vale la pena considerar el tema del combustible. Para que la estación acelere constantemente, es necesario tener una fuente de alimentación ininterrumpida. Incluso si aparece de repente un motor que no expulsa materia, la ley de conservación de la energía seguirá vigente.
El segundo problema es la idea misma de la aceleración constante. Según nuestro conocimiento y las leyes físicas, es imposible acelerar hasta el infinito.
Además, estos vehículos no son adecuados para misiones de investigación, ya que deben acelerar constantemente: volar. No podrá detenerse para estudiar el planeta, ni siquiera podrá volar lentamente alrededor de él, necesita acelerar.
EntoncesPor lo tanto, queda claro que tal gravedad artificial aún no está disponible para nosotros.
Carrusel
Todo el mundo sabe cómo afecta al cuerpo la rotación del carrusel. Por lo tanto, un dispositivo de gravedad artificial según este principio parece ser el más realista.
Todo lo que está en el diámetro del carrusel tiende a caerse a una velocidad aproximadamente igual a la velocidad de rotación. Resulta que una fuerza actúa sobre el cuerpo, dirigida a lo largo del radio del objeto giratorio. Es muy similar a la gravedad.
Entonces, necesitas un barco que tenga forma cilíndrica. Al mismo tiempo, debe girar alrededor de su eje. Por cierto, la gravedad artificial en una nave espacial, creada de acuerdo con este principio, a menudo se muestra en películas de ciencia ficción.
El barco en forma de barril, que gira alrededor del eje longitudinal, crea una fuerza centrífuga, cuya dirección corresponde al radio del objeto. Para calcular la aceleración resultante, debe dividir la fuerza por la masa.
A los que saben de física no les será difícil calcular esto: a=ω²R.
En esta fórmula, el resultado del cálculo es la aceleración, la primera variable es la velocidad nodal (medida en radianes por segundo), la segunda es el radio.
Según esto, para obtener la g habitual, es necesario combinar correctamente la velocidad angular y el radio del transporte espacial.
Este problema está cubierto en películas como "Intersol", "Babylon 5", "2001: A Space Odyssey" y similares. En todos estos casosla gravedad artificial está cerca de la aceleración de caída libre de la Tierra.
No importa cuán buena sea la idea, es bastante difícil implementarla.
Problemas del método carrusel
El problema más obvio se destaca en A Space Odyssey. El radio del "transportista espacial" es de unos 8 metros. Para obtener una aceleración de 9,8, la rotación debe ocurrir a una velocidad de aproximadamente 10,5 revoluciones por minuto.
A los valores indicados se manifiesta el “efecto Coriolis”, que consiste en que distintas fuerzas actúan a distintas distancias del suelo. Depende directamente de la velocidad angular.
Resulta que se creará gravedad artificial en el espacio, pero una rotación demasiado rápida de la carcasa provocará problemas en el oído interno. Esto, a su vez, provoca desequilibrios, problemas con el aparato vestibular y otros problemas similares.
La aparición de esta barrera sugiere que dicho modelo es extremadamente infructuoso.
Puedes intentar ir desde lo contrario, como lo hicieron en la novela "The World-Ring". Aquí, la nave está hecha en forma de anillo, cuyo radio está cerca del radio de nuestra órbita (alrededor de 150 millones de km). Con este tamaño, su velocidad de rotación es suficiente para ignorar el efecto Coriolis.
Puede suponer que el problema está resuelto, pero no es así en absoluto. El hecho es que una rotación completa de esta estructura alrededor de su eje toma 9 días. Esto permite suponer que las cargas serán demasiado grandes. Parala construcción los resistió, se necesita un material muy fuerte, que hoy no tenemos a nuestra disposición. Además, el problema es la cantidad de material y el propio proceso de construcción.
En juegos de temática similar, como en la película "Babylon 5", estos problemas se resuelven de alguna manera: la velocidad de rotación es suficiente, el efecto Coriolis no es significativo, es hipotéticamente posible crear una nave de este tipo.
Sin embargo, incluso esos mundos tienen un inconveniente. Su nombre es impulso.
La nave, girando alrededor de su eje, se convierte en un enorme giroscopio. Como saben, es extremadamente difícil hacer que el giroscopio se desvíe del eje debido al momento angular. Es importante que su cantidad no abandone el sistema. Esto significa que será muy difícil establecer la dirección de este objeto. Sin embargo, este problema se puede resolver.
Resolución de problemas
La gravedad artificial en una estación espacial está disponible cuando el "cilindro O'Neill" llega al rescate. Para crear este diseño, se necesitan naves cilíndricas idénticas, que están conectadas a lo largo del eje. Deben girar en diferentes direcciones. El resultado de este montaje es un momento angular cero, por lo que no debería haber ninguna dificultad para dar a la nave la dirección deseada.
Si es posible hacer un barco con un radio de unos 500 metros, entonces funcionará exactamente como debería. Al mismo tiempo, la gravedad artificial en el espacio será bastante cómoda y adecuada para vuelos largos en barcos o estaciones de investigación.
Ingenieros espaciales
Los creadores del juego saben cómo crear gravedad artificial. Sin embargo, en este mundo de fantasía, la gravedad no es la atracción mutua de los cuerpos, sino una fuerza lineal diseñada para acelerar los objetos en una dirección determinada. La atracción aquí no es absoluta, cambia cuando se redirige la fuente.
La gravedad artificial en la estación espacial se crea usando un generador especial. Es uniforme y equidireccional en la zona del generador. Entonces, en el mundo real, si te golpea un barco que tiene un generador instalado, serías arrastrado hacia el casco. Sin embargo, en el juego, el héroe caerá hasta que abandone el perímetro del dispositivo.
Hoy, la gravedad artificial en el espacio, creada por un dispositivo de este tipo, es inaccesible para la humanidad. Sin embargo, incluso los desarrolladores canosos no dejan de soñar con ello.
Generador esférico
Esta es una versión más realista del equipo. Cuando está instalado, la gravedad tiene una dirección hacia el generador. Esto hace posible crear una estación, cuya gravedad será igual a la planetaria.
Centrífuga
Hoy en día, la gravedad artificial en la Tierra se encuentra en varios dispositivos. Se basan, en su mayor parte, en la inercia, ya que sentimos esta fuerza de manera similar a los efectos gravitatorios: el cuerpo no distingue qué causa la aceleración. Como ejemplo: una persona que sube en un ascensor experimenta el efecto de la inercia. A través de los ojos de un físico: levantar un ascensor suma a la aceleración de caída libre la aceleración del coche. A su regresocabinas a un movimiento medido "ganancia" de peso desaparece, volviendo las sensaciones habituales.
Los científicos han estado interesados durante mucho tiempo en la gravedad artificial. La centrífuga se usa más a menudo para estos fines. Este método es adecuado no solo para naves espaciales, sino también para estaciones terrestres en las que se requiere estudiar el efecto de la gravedad en el cuerpo humano.
Estudia en la Tierra, aplica en…
Aunque el estudio de la gravedad comenzó desde el espacio, es una ciencia muy mundana. Incluso hoy, los logros en esta área han encontrado su aplicación, por ejemplo, en medicina. Sabiendo si es posible crear gravedad artificial en el planeta, se puede utilizar para tratar problemas con el aparato motor o el sistema nervioso. Además, el estudio de esta fuerza se lleva a cabo principalmente en la Tierra. Esto hace posible que los astronautas realicen experimentos mientras permanecen bajo la estrecha atención de los médicos. Otra cosa es la gravedad artificial en el espacio, allí no hay personas que puedan ayudar a los astronautas en caso de una situación imprevista.
Dada la ingravidez total, no se puede tener en cuenta un satélite en órbita terrestre baja. Estos objetos, aunque en pequeña medida, se ven afectados por la gravedad. La fuerza de gravedad generada en tales casos se denomina microgravedad. La gravedad real solo se experimenta en un aparato que vuela a una velocidad constante en el espacio exterior. Sin embargo, el cuerpo humano no siente esta diferencia.
Puede experimentar la ingravidez durante un s alto de longitud (antes de que se abra la cúpula) o durante un descenso parabólico de la aeronave. Tales experimentosa menudo se presenta en los EE. UU., pero en un avión esta sensación dura solo 40 segundos; esto es demasiado corto para un estudio completo.
En la URSS allá por 1973 sabían si era posible crear gravedad artificial. Y no solo lo creó, sino que también lo cambió de alguna manera. Un ejemplo vívido de una disminución artificial de la gravedad es la inmersión en seco, la inmersión. Para lograr el efecto deseado, debe colocar una película densa en la superficie del agua. La persona se coloca encima de ella. Bajo el peso del cuerpo, el cuerpo se hunde bajo el agua, solo la cabeza permanece arriba. Este modelo demuestra el soporte de baja gravedad que se encuentra en el océano.
No hay necesidad de ir al espacio para sentir el efecto de la fuerza opuesta de la ingravidez: la hipergravedad. Al despegar y aterrizar una nave espacial, en una centrífuga, no solo puedes sentir la sobrecarga, sino también estudiarla.
Tratamiento por gravedad
La física gravitacional estudia, entre otras cosas, el impacto de la ingravidez sobre el cuerpo humano, buscando minimizar las consecuencias. Sin embargo, una gran cantidad de logros de esta ciencia pueden ser útiles para los habitantes comunes del planeta.
Los médicos depositan grandes esperanzas en la investigación del comportamiento de las enzimas musculares en la miopatía. Esta es una enfermedad grave que lleva a una muerte prematura.
Con ejercicios físicos activos, una gran cantidad de la enzima creatinofosfoquinasa ingresa a la sangre de una persona sana. La razón de este fenómeno no está clara, quizás la carga actúa sobre la membrana celular de tal forma que"perfora". Los pacientes con miopatía obtienen el mismo efecto sin ejercicio. Las observaciones de los astronautas muestran que, en condiciones de ingravidez, el flujo de la enzima activa en la sangre se reduce significativamente. Este descubrimiento sugiere que el uso de la inmersión reducirá el impacto negativo de los factores que conducen a la miopatía. Actualmente se están realizando pruebas con animales.
El tratamiento de algunas enfermedades ya se está llevando a cabo hoy en día utilizando datos obtenidos del estudio de la gravedad, incluida la artificial. Por ejemplo, la parálisis cerebral, los accidentes cerebrovasculares, el Parkinson se tratan con trajes de carga. Investigación sobre el impacto positivo del soporte: el zapato neumático está casi terminado.
¿Volaremos a Marte?
Los últimos logros de los astronautas dan esperanza para la realidad del proyecto. Hay experiencia de apoyo médico a una persona durante una larga estancia fuera de la Tierra. Los vuelos de investigación a la Luna, en los que la fuerza de la gravedad es 6 veces menor que la nuestra, también han aportado muchos beneficios. Ahora, los astronautas y los científicos se están fijando un nuevo objetivo: Marte.
Antes de hacer fila para comprar un boleto para el Planeta Rojo, debe saber lo que el cuerpo espera ya en la primera etapa del trabajo: en el camino. En promedio, el camino hacia el planeta desértico tomará un año y medio, alrededor de 500 días. En el camino, tendrá que confiar solo en su propia fuerza, simplemente no hay ningún lugar donde esperar ayuda.
Muchos factores socavarán la fuerza: estrés, radiación, f alta de un campo magnético. La prueba más importante para el cuerpo es el cambio en la gravedad. Durante el viaje, una persona "se familiariza" convarios niveles de gravedad. En primer lugar, se trata de sobrecargas durante el despegue. Entonces - ingravidez durante el vuelo. Después de eso, hipogravedad en el destino, ya que la gravedad en Marte es menos del 40% de la Tierra.
¿Cómo lidias con los efectos negativos de la ingravidez en un vuelo largo? Se espera que los desarrollos en el campo de la creación de gravedad artificial ayuden a resolver este problema en un futuro próximo. Los experimentos con ratas que viajan en Kosmos-936 muestran que esta técnica no resuelve todos los problemas.
La experiencia de OS ha demostrado que el uso de complejos de entrenamiento que pueden determinar la carga necesaria para cada astronauta individualmente puede traer muchos más beneficios para el cuerpo.
Hasta ahora se cree que no solo los investigadores volarán a Marte, sino también los turistas que quieren establecer una colonia en el Planeta Rojo. Para ellos, al menos al principio, las sensaciones de estar en ingravidez superarán todos los argumentos de los médicos sobre los peligros de una exposición prolongada a tales condiciones. Sin embargo, también necesitarán ayuda en unas pocas semanas, por lo que es tan importante poder encontrar una forma de crear gravedad artificial en una nave espacial.
Resultados
¿Qué conclusiones se pueden sacar sobre la creación de gravedad artificial en el espacio?
Entre todas las opciones que se están considerando actualmente, la estructura giratoria parece la más realista. Sin embargo, con la comprensión actual de las leyes físicas, esto es imposible, ya que la nave no es un cilindro hueco. En su interior existen superposiciones que interfieren en la realización de las ideas.
Además, el radio del barco debe ser tangrande para que el efecto Coriolis no tenga un efecto significativo.
Para controlar algo como esto, necesitas el cilindro O'Neill mencionado anteriormente, que te permitirá controlar la nave. En este caso, aumentan las posibilidades de utilizar un diseño similar para vuelos interplanetarios proporcionando a la tripulación un nivel de gravedad cómodo.
Antes de que la humanidad logre hacer realidad sus sueños, me gustaría ver un poco más de realismo e incluso más conocimiento de las leyes de la física en la ciencia ficción.
