La τεχνητή βαρύτητα στο διάστημα είναι η μεταβολή της φυσικής βαρύτητας (δύναμη G) με τεχνητό τρόπο, ειδικά στο διάστημα, αλλά και στη Γη. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί στην πράξη χρησιμοποιώντας άνισες δυνάμεις, ουσιαστικά φυγόκεντρη δύναμη και γραμμική ταχύτητα.
Ομοίως, είναι μια απαραίτητη τεχνολογία για την ανθρώπινη επιμονή στο σύμπαν, μέσω ουράνιων σταθμών ή διαστημικών περιβαλλόντων. Αυτή τη στιγμή, η αστροφυσική και η αεροδιαστημική μηχανική ερευνούν και αναπτύσσουν νέες μεθόδους για την αναπαραγωγή και διαχείριση αυτών των πεδίων. βαρυτική.
Σε όλη την ιστορία, έχουν παρουσιαστεί πολυάριθμες τεχνικές για τη δημιουργία τεχνητής βαρύτητας, όπως ακριβώς συνέβη και στον τομέα της επιστημονικής φαντασίας όπου, και στις δύο περιπτώσεις, έχουν χρησιμοποιηθεί πραγματικές και τεχνητές δυνάμεις. Ωστόσο, στην πράξη, οι μελέτες στο τεχνητή βαρύτητα το εξωτερικό διάστημα για ανθρώπινη χρήση δεν έχουν ακόμη πραγματοποιηθεί, ιδίως λόγω του γεγονότος ότι ζητείται από ουράνια πλοία μεγάλων επεκτάσεων να έχουν πρόσβαση στην επαρκή περιστροφή για να παρέχουν την απαραίτητη κεντρομόλο ταχύτητα.
Τεχνικές παραγωγής τεχνητής βαρύτητας στο διάστημα
Η βαρύτητα τεχνητός στο διάστημα μπορεί να αναπαρασταθεί με πολλούς τρόπους:
Περιστροφή
Ένα περιστρεφόμενο πλοίο θα προκαλέσει την αίσθηση της βαρύτητας μέσα στο κράνος σας. Η περιστροφή μετακινεί οποιοδήποτε σώμα μέσα στο πλοίο προς τα τοιχώματά του, δίνοντας την όψη ενός αστρονομικού βαρυτική κατευθύνθηκε προς τα έξω. Το «ζεστό», που συχνά αποδίδεται ως φυγόκεντρος δύναμη, είναι στην πραγματικότητα μια έκφραση οντοτήτων μέσα στο πλοίο που προσποιούνται ότι ταξιδεύουν σε ευθεία γραμμή λόγω απάθειας.
Τα τοιχώματα του πλοίου τροφοδοτούν την κεντρομόλο δύναμη που ζητήθηκε ώστε τα σώματα να περπατούν σε κύκλο (αν εκτείνονταν σε ευθεία γραμμή θα έφευγαν από τα όρια του πλοίου). Έτσι, η βαρύτητα που αισθάνονται τα αντικείμενα είναι μια απλή αντίσταση δύναμης του αντικειμένου στους τοίχους που διαμαρτύρονται με την κεντρομόλο δύναμη του τοίχου στο σώμα, σύμφωνα με την Τρίτος νόμος του Νεύτωνα.
Υπό αυτή την έννοια, από τη σκοπιά της ανθρωπότητας που περιστρέφεται στο περιβάλλον, η τεχνητή βαρύτητα στο διάστημα με περιστροφή, προχωρά σε ορισμένες ομοιότητες με τον ίδιο τρόπο όπως η κανονική βαρύτητα, αλλά έχει τις ακόλουθες ιδιότητες:
Φυγόκεντρος δύναμη
Σε αντίθεση με την πραγματική βαρύτητα, η οποία διεγείρει προς ένα κέντρο, αυτή η ψευδοδύναμη περιστροφής παρέχει μια περιστροφική «βαρύτητα» που διεγείρει μακριά από τον άξονα περιστροφής. Τα επίπεδα τεχνητής βαρύτητας ποικίλλουν ανάλογα με την απόσταση από το κέντρο μετάφραση. Με μια μικρή ακτίνα περιστροφής, η ποσότητα της βαρύτητας που αισθάνονταν πάνω από το κεφάλι θα ήταν εύγλωττα άνιση με την ποσότητα που αισθάνονταν τα πόδια.
Αυτό θα μπορούσε να δημιουργήσει κίνηση και ενοχλητικές αλλαγές στην κατάσταση του σώματος. Σύμφωνα με την φυσική που εμπλέκονται, πιο αργές περιστροφές ή με μεγαλύτερη ακτίνα περιστροφής θα δαμάσουν ή θα απέκλειαν αυτό το μειονέκτημα, για το τρίτο Νόμος του Νεύτωνα.
Το φαινόμενο Coriolis
Αυτό δίνει μια φαινομενική δύναμη που προχωρά σε αντικείμενα που ανακινούνται σε σχέση με ένα περιστρεφόμενο πλαίσιο ιστορίας. Αυτή η υποτιθέμενη δύναμη προχωρά σε ορθή γωνία προς το κίνημα και τον άξονα περιστροφής και τείνει να κάμπτει την κίνηση προς την αντίθετη κατεύθυνση από την περιστροφή του περιβάλλοντος. Αν ένας αστροναύτης σε κατάσταση βαρύτητα Εάν το περιστρεφόμενο τεχνητό αντικείμενο κινείται προς ή μακριά από τον άξονα περιστροφής, θα νιώσετε μια διεγερτική δύναμη προς ή μακριά από την κατεύθυνση περιστροφής.
Αυτές οι δυνάμεις τρέχουν στο εσωτερικό αυτί και μπορεί να προκαλέσουν ζάλη, ναυτία και σύγχυση. Η επιμήκυνση της περιόδου περιστροφής (πιο αργή ταχύτητα μετάφρασης) υπόκειται στο δύναμη coriolis και τις συνέπειές της. Γενικά, διαπιστώθηκε ότι στις 2 rpm ή λιγότερο, δεν υπάρχουν εχθρικά αποτελέσματα από τις δυνάμεις Coriolis. Σε υψηλότερα ποσοστά, μερικοί άνθρωποι μπορούν να εκπαιδεύονται σε αυτό και άλλοι όχι. αλλά με κύριους ρυθμούς στις 7 σ.α.λ. λίγοι άνθρωποι μπορούν να προπονηθούν.,
Δεν είναι ακόμη γνωστό εάν οι παρατεταμένες εκθέσεις σε υψηλά επίπεδα δυνάμεων Coriolis αυξάνουν την τάση για εφαρμογή. Οι επιδράσεις του φαινομένου Coriolis που προκαλούν ναυτία μπορούν επίσης να μειωθούν με τον περιορισμό του κίνηση του κεφαλιού.
Η επιστήμη πίσω από την τεχνητή βαρύτητα στο διάστημα που αναδύεται σε ταινίες επιστημονικής φαντασίας
Τι απαιτείται για να παραποιηθεί τεχνητά η βαρύτητα στο διάστημα; Όποιος έχει δει λίγο σινεμά θα υποστηρίξει ότι αρκεί να φτιάξεις ένα πλοίο που περιστρέφεται μόνο του για ομόκεντρη δύναμη να είναι παρόμοια με τη βαρύτητα. Η απάντηση είναι υποθετικά σωστή, αλλά η συνειδητοποίηση αυτού του σκοπού είναι κάτι εντελώς διαφορετικό.
Η ιδέα των ουράνιων σταθμών σε σχήμα τροχού που κυλούν έτσι ώστε τα πληρώματά τους να μπορούν να παραμείνουν προσκολλημένα στο έδαφος αντί να επιπλέουν δεν είναι νέα. Το έχουμε δει σε δεκάδες ταινίες από το 2001: A Space Odyssey έως The Martian. Στη δεκαετία του 60, το NASA έφτιαξε έναν γιγαντιαίο παραποιητή για να προσπαθήσει να πειραματιστεί εάν η φυγόκεντρος δύναμη που διεγείρεται από την περιστροφή ενός αντικειμένου θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να προσποιηθεί τη βαρύτητα μέσα σε αυτό το αντικείμενο. Τα αποτελέσματα ήταν αποτελεσματικά, αλλά ένα τέτοιο πλοίο δεν αποκτήθηκε ποτέ. Γιατί;
Ο λόγος είναι απλώς πρακτικός. να χτίσει ένα κοσμικός σταθμός Επομένως, χρειάζεται ένα αποδιοργανωμένο άθροισμα κτημάτων και κεφαλαίων.
Η πρώτη δυσκολία είναι το γιγάντιο του σταθμού. Στην περίπτωση που μας εισβάλλει, η φυγόκεντρος δύναμη είναι ίση με τη διάμετρο στην ταχύτητα περιστροφής και τα ουράνια πλοία αυτού του τύπου που βλέπουμε στον κινηματογράφο δεν ανησυχούν πολύ για τους υπολογισμούς. Το 2001: Μια διαστημική Οδύσσεια, για παράδειγμα, ο γαλαξιακός σταθμός έχει διάμετρο 300 μέτρα και περιστρέφεται με ταχύτητα περίπου 1 rpm. Αυτή η διάταξη είναι μόλις αρκετή για να προσποιηθεί τη σεληνιακή βαρύτητα, η οποία είναι το 1/6 της γήινης βαρύτητας. να εμφανιστεί α βαρύτητα όπως αυτή της προέκτασης της Γης θα έπρεπε να κυλήσει με 2,4rpm.
Εάν το διαστημικό σκάφος είχε πιο λογικό μέγεθος (ακτίνα 25 μέτρων), θα έπρεπε να τρέχει στις 6 σ.α.λ., κάτι που θα ήταν πιθανώς μη πρακτικό για δοκιμή και θα παραπλανούσε τους διαστημικούς ταξιδιώτες. Ταυτόχρονα, η βαρύτητα εξαρτάται από τη διαδρομή προς το κέντρο περιστροφής. Σε έναν τόσο μικρό σταθμό, η βαρύτητα που ανακαλύπτεται στα πόδια ενός ατόμου θα ήταν άνιση με αυτή που παρατηρείται στο κεφάλι. Επιστρέφοντας στο ISS, στην πραγματικότητα μέρος της χάρης του πραγματικού μας σταθμού στο διάστημα είναι ότι μας επιτρέπει να παρατηρήσουμε μικροβαρύτητα.
Συμπερασματικά, για να προσποιηθεί τη βαρύτητα αποτελεσματικά, ένας σταθμός Celeste Πρέπει να είναι πολύ μεγάλο και μόνο το να βάλεις τις ράβδους σε τροχιά για να το φτιάξεις είναι απίστευτα ακριβό. Η τοποθέτηση ενός κιλού βάρους σε τροχιά σε έναν από τους υπάρχοντες πυραύλους Falcon 9 της SpaceX κοστίζει 2700 δολάρια. Όταν η εταιρεία αρχίσει να ελίσσεται με τη νέα διαφορά φόρτωσης Falcon 9, αυτή η τιμή θα υπόκειται σε 1.650 $ ανά κιλό φορτίου.
Πιθανώς η τιμή μπορεί να μειωθεί την ημέρα που θα μπορέσουμε να εξάγουμε μέταλλα από τους αστεροειδείς που εμφανίζονται στο ηλιακό σύστημα και να τα επεξεργαστούμε στο σύμπαν. Ακόμη και τότε, η κατασκευή ορόσημων διαμέτρου 60 χιλιομέτρων όπως ο σταθμός στην ταινία Elyssium θα είναι μια πρόκληση του κλάδου. Εξαιρετικό σε περίπτωση που θέλετε να μάθετε για την τεχνητή βαρύτητα στο διάστημα.