La keinotekoinen painovoima avaruudessa se on luonnollisen painovoiman (G-voiman) vaihtelua keinotekoisella tavalla, erityisesti avaruudessa, mutta myös maan päällä. Tämä voidaan käytännössä saavuttaa käyttämällä epätasaisia voimia, lähinnä keskipakovoimaa ja lineaarista nopeutta.
Samoin se on välttämätön teknologia ihmisen pysymiselle maailmankaikkeudessa taivaallisten asemien tai avaruusympäristöjen kautta. Tällä hetkellä astrofysiikka ja ilmailutekniikka tutkivat ja ottavat käyttöön uusia menetelmiä näiden alojen lisääntymiseen ja hallintaan. painovoimainen.
Kautta historian on esitetty lukuisia tekniikoita keinotekoisen painovoiman luomiseksi, kuten on tapahtunut tieteiskirjallisuuden alalla, jossa molemmissa tapauksissa on käytetty sekä todellisia että keinotekoisia voimia. Käytännössä tutkimukset kuitenkin keinotekoinen painovoima ulkoavaruudessa ihmiskäyttöön niitä ei ole vielä toteutettu, varsinkin johtuen siitä, että suurilta ulottuvilta taivaallisilta aluksilta vaaditaan, että ne pääsisivät riittävään kiertoon tarvittavan keskipitkän nopeuden toimittamiseksi.
Keinotekoisen painovoiman generointitekniikat avaruudessa
Painovoima keinotekoinen avaruudessa se voidaan esittää useilla tavoilla:
kierto
Pyörivä alus aiheuttaa painovoiman tunteen kypärässäsi. Pyöriminen siirtää mitä tahansa laivan sisällä olevaa kappaletta sen seiniä kohti, mikä antaa vaikutelman verveltä painovoimainen suuntasi ulospäin. "Kuori", jota usein pidetään keskipakovoimana, on itse asiassa ilmaus aluksen olemuksista, jotka teeskentelevät kulkevansa suorassa linjassa apatian vuoksi.
Laivan seinät antavat vaaditun keskivoiman, jotta kappaleet kulkevat ympyrää (jos ne ulottuvat suorassa linjassa, ne jättäisivät aluksen rajojen). Siten esineiden tuntema painovoima on yksinkertainen esineen voimavastus seinillä, joka protestoi seinän keskipitkän voiman kanssa kehoon. Newtonin kolmas laki.
Tässä mielessä ympäristössä pyörivän ihmiskunnan näkökulmasta keinotekoinen painovoima avaruudessa pyörimällä se etenee joissain piirteissä samalla tavalla kuin normaali painovoima, mutta sillä on seuraavat ominaisuudet:
Keskipakoisvoima
Toisin kuin todellinen painovoima, joka virittyy kohti keskustaa, tämä pyörivä pseudovoima tuottaa pyörivän "painovoiman", joka virittyy poispäin pyörimisakselista. Keinotekoisen painovoiman tasot vaihtelevat vain etäisyyden mukaan keskustasta käännös. Pienellä pyörimissäteellä pään yläpuolella tuntuva painovoiman määrä olisi kaunopuheisesti erilainen kuin jalkojen kohdalla.
Tämä voi aiheuttaa liikettä ja kiusallisia muutoksia kehon tilassa. Mukaan fysiikka mukana, hitaammat kierrokset tai suuremmat pyörimissäteet kesyttäisivät tai sulkevat pois tämän epäkohdan kolmanneksi Newtonin laki.
Coriolis-vaikutus
Tämä antaa näennäisen voiman, joka etenee objekteihin, joita ravistetaan suhteessa pyörivään tarinakehykseen. Tämä oletettu voima etenee suorassa kulmassa heilutukseen ja pyörimisakseliin nähden ja pyrkii taivuttamaan liikettä vastakkaiseen suuntaan ympäristön pyörimiseen nähden. Jos astronautti tilanteessa painovoima pyörivä keinotekoinen esine heiluu pyörimisakselia kohti tai poispäin siitä, tunnet stimuloivan voiman pyörimissuuntaa kohti tai poispäin siitä.
Nämä voimat vaikuttavat sisäkorvaan ja voivat aiheuttaa huimausta, pahoinvointia ja sekavuutta. Pyörimisajan pidentäminen (hitaampi käännösnopeus) aiheita coriolis-voima ja sen seuraukset. Yleisesti on havaittu, että nopeudella 2 rpm tai vähemmän Coriolis-joukot eivät aiheuta vihamielisiä vaikutuksia; korkeammilla hinnoilla jotkut ihmiset voivat kouluttaa itsensä siihen ja toiset eivät; mutta päänopeuksilla 7 rpm harvat ihmiset voivat harjoitella.
Vielä ei tiedetä, lisääkö pitkäaikainen altistuminen korkeille Coriolis-voimille taipumusta istua. Coriolis-ilmiön pahoinvointia aiheuttavia vaikutuksia voidaan myös vähentää rajoittamalla liike pään.
Tieteiselokuvissa esiin nouseva tiede avaruuden keinotekoisen painovoiman takana
Mitä vaaditaan painovoiman keinotekoiseen väärentämiseen avaruudessa? Jokainen, joka on nähnyt vähän elokuvaa, väittää, että riittää tehdä laiva, joka pyörii itsestään samankeskinen voima olla samanlainen kuin painovoima. Vastaus on hypoteettisesti oikea, mutta tämän tarkoituksen ymmärtäminen on jotain aivan muuta.
Ajatus pyöränmuotoisista taivaallisista asemista, jotka pyörivät niin, että niiden miehistö voi pysyä kiinni maassa kellumisen sijaan, ei ole uusi. Olemme nähneet sen kymmenissä elokuvissa vuodesta 2001: A Space Odyssey to The Martian. 60-luvulla NASA hän teki jättiläismäisen väärentäjän yrittääkseen kokeilla, voitaisiinko esineen pyörimisen kiihottama keskipakovoima käyttää teeskentelemään painovoimaa kohteen sisällä. Vaikutukset olivat tehokkaita, mutta sellaista alusta ei ole koskaan saatu. Miksi?
Syy on vain käytännöllinen. rakentamaan a kosminen asema siksi tarvitaan epäjärjestynyt määrä omaisuutta ja pääomaa.
Ensimmäinen vaikeus on aseman jättimäinen. Siinä tapauksessa, joka tunkeutuu meihin, keskipakovoima on yhtä suuri kuin halkaisija pyörimisnopeudella, eivätkä tämän tyyppiset taivaanalukset, joita näemme elokuvateatterissa, huolehdi paljon laskelmista. Vuonna 2001: Avaruusodyssey, esimerkiksi galaktinen asema on halkaisijaltaan 300 metriä ja pyörii nopeudella noin 1 rpm. Tämä järjestely tuskin riittää väärentämään kuun painovoimaa, joka on 1/6 Maan painovoimasta. esiintyä a painovoima Maan jatkeen tapaan sen pitäisi pyöriä nopeudella 2,4 rpm.
Jos avaruusalus olisi järkevämpi koko (25 metrin säde), sen täytyisi käydä 6 rpm:llä, mikä olisi mahdollisesti epäkäytännöllistä testauksen kannalta ja johtaisi avaruusmatkailijoita harhaan. Samaan aikaan painovoima riippuu polusta pyörimiskeskukseen. Tällaisella pienellä asemalla ihmisen jaloista havaittu painovoima olisi erilainen kuin päässä havaittu painovoima. Palatakseni ISS:ään, itse asiassa osa todellisen avaruusasemamme armoa on se, että sen avulla voimme havaita mikrogravitaatio.
Lopuksi, jotta se teeskentelee painovoimaa tehokkaasti, asema celeste Sen on oltava erittäin suuri, ja pelkkä sauvojen laittaminen kiertoradalle sen rakentamiseksi on uskomattoman kallista. Kilon painon saattaminen kiertoradalle yhdellä SpaceX:n olemassa olevasta Falcon 9 -raketista maksaa 2700 9 dollaria. Kun yritys alkaa ohjailla uutta Falcon 1.650 -kuormauseroaan, hinta on XNUMX XNUMX dollaria rahtikilolta.
Todennäköisesti hintaa voidaan laskea sinä päivänä, kun pystymme erottamaan metalleja aurinkokunnassa nousevista asteroideista ja käsittelemään niitä aurinkokunnassa. maailmankaikkeus. Silloinkin Elyssium-elokuvan aseman kaltaisten 60 kilometriä halkaisijoiden maamerkkien rakentaminen on teollisuuden haaste. Poikkeuksellinen, jos haluat tietää keinotekoisesta painovoimasta avaruudessa.