Même une personne qui ne s'intéresse pas à l'espace a déjà vu un film sur les voyages dans l'espace ou lu des choses sur ce genre de choses dans des livres. Dans presque tous ces travaux, les gens marchent autour du navire, dorment normalement et n'ont pas de problèmes pour manger. Cela signifie que ces navires - fictifs - ont une gravité artificielle. La plupart des téléspectateurs perçoivent cela comme quelque chose de complètement naturel, mais ce n'est pas du tout le cas.
Gravité Artificielle
C'est le nom du changement (dans n'importe quelle direction) de la gravité qui nous est familier en appliquant diverses méthodes. Et cela se fait non seulement dans des œuvres fantastiques, mais aussi dans des situations terrestres très réelles, le plus souvent pour des expériences.
En théorie, la création de la gravité artificielle ne semble pas si difficile. Par exemple, il peut être recréé à l'aide de l'inertie, plus précisément de la force centrifuge. Le besoin de ce pouvoir n'est pas apparu hier - il s'est produit immédiatement, dès qu'une personne a commencé à rêver de vols spatiaux à long terme. Créationla gravité artificielle dans l'espace permettra d'éviter de nombreux problèmes qui surviennent lors d'un séjour prolongé en apesanteur. Les muscles des astronautes s'affaiblissent, les os deviennent moins solides. En voyageant dans de telles conditions pendant des mois, vous pouvez avoir une atrophie de certains muscles.
Ainsi, aujourd'hui, la création de la gravité artificielle est une tâche d'une importance primordiale, l'exploration spatiale sans cette compétence est tout simplement impossible.
Matériaux
Même ceux qui ne connaissent la physique qu'au niveau du cursus scolaire comprennent que la gravité est l'une des lois fondamentales de notre monde: tous les corps interagissent les uns avec les autres, éprouvant une attraction/répulsion mutuelle. Plus le corps est grand, plus sa force d'attraction est grande.
La Terre pour notre réalité est un objet très massif. C'est pourquoi, sans exception, tous les corps qui l'entourent y sont attirés.
Pour nous, cela signifie l'accélération de la chute libre, qui est généralement mesurée en g, égale à 9,8 mètres par seconde carrée. Cela signifie que si nous n'avions pas de support sous nos pieds, nous tomberions à une vitesse qui augmente de 9,8 mètres à chaque seconde.
Ainsi, ce n'est que grâce à la gravité que nous pouvons nous tenir debout, tomber, manger et boire normalement, comprendre où est le haut, où est le bas. Si la gravité disparaît, nous serons en apesanteur.
Les astronautes qui se retrouvent dans l'espace en état de plané - chute libre sont particulièrement familiers avec ce phénomène.
Théoriquement, les scientifiques savent comment créer une gravité artificielle. Existerplusieurs techniques.
Grande messe
L'option la plus logique est de rendre le vaisseau spatial si grand qu'il ait une gravité artificielle. Il sera possible de se sentir à l'aise sur le navire, car l'orientation dans l'espace ne sera pas perdue.
Malheureusement, cette méthode avec le développement moderne de la technologie est irréaliste. Construire un tel objet nécessite trop de ressources. De plus, il lui faudra une énergie incroyable pour le soulever.
Accélérer
Il semblerait que si vous voulez atteindre un g égal à celui de la Terre, il vous suffit de donner au vaisseau une forme plate (plate-forme) et de le faire se déplacer perpendiculairement au plan avec l'accélération souhaitée. De cette façon, la gravité artificielle sera obtenue, et idéale.
Cependant, la réalité est beaucoup plus compliquée.
Tout d'abord, il convient de considérer la question du carburant. Pour que la station accélère constamment, il est nécessaire de disposer d'une alimentation sans coupure. Même si un moteur apparaît soudainement qui n'éjecte pas de matière, la loi de conservation de l'énergie restera en vigueur.
Le deuxième problème est l'idée même d'accélération constante. D'après nos connaissances et lois physiques, il est impossible d'accélérer à l'infini.
De plus, ces véhicules ne conviennent pas aux missions de recherche, car ils doivent constamment accélérer - voler. Il ne pourra pas s'arrêter pour étudier la planète, il ne pourra même pas voler lentement autour d'elle - il doit accélérer.
AlorsAinsi, il devient clair qu'une telle gravité artificielle n'est pas encore disponible pour nous.
Carrousel
Tout le monde sait comment la rotation du carrousel affecte le corps. Par conséquent, un dispositif de gravité artificielle selon ce principe semble être le plus réaliste.
Tout ce qui est dans le diamètre du carrousel a tendance à en tomber à une vitesse approximativement égale à la vitesse de rotation. Il s'avère qu'une force agit sur le corps, dirigée le long du rayon de l'objet en rotation. C'est très similaire à la gravité.
Donc, vous avez besoin d'un vaisseau de forme cylindrique. En même temps, il doit tourner autour de son axe. Soit dit en passant, la gravité artificielle sur un vaisseau spatial, créée selon ce principe, est souvent montrée dans les films de science-fiction.
Navire en forme de tonneau, tournant autour de l'axe longitudinal, crée une force centrifuge dont la direction correspond au rayon de l'objet. Pour calculer l'accélération résultante, vous devez diviser la force par la masse.
Ce ne sera pas difficile pour les gens qui connaissent la physique de calculer ceci: a=ω²R.
Dans cette formule, le résultat du calcul est l'accélération, la première variable est la vitesse nodale (mesurée en radians par seconde), la seconde est le rayon.
Selon cela, pour obtenir le g habituel, il faut combiner correctement la vitesse angulaire et le rayon de transport spatial.
Ce problème est couvert dans des films tels que "Intersol", "Babylon 5", "2001: l'Odyssée de l'espace" et autres. Dans tous ces casla gravité artificielle est proche de l'accélération de la chute libre de la Terre.
Peu importe la qualité de l'idée, il est assez difficile de la mettre en œuvre.
Problèmes de la méthode carrousel
Le problème le plus évident est mis en évidence dans A Space Odyssey. Le rayon du "porteur spatial" est d'environ 8 mètres. Pour obtenir une accélération de 9,8, la rotation doit se produire à un rythme d'environ 10,5 tours par minute.
Aux valeurs indiquées, "l'effet Coriolis" se manifeste, qui consiste dans le fait que différentes forces agissent à différentes distances du sol. Cela dépend directement de la vitesse angulaire.
Il s'avère qu'une gravité artificielle dans l'espace sera créée, mais une rotation trop rapide du boîtier entraînera des problèmes avec l'oreille interne. Ceci, à son tour, provoque des déséquilibres, des problèmes avec l'appareil vestibulaire et d'autres problèmes similaires.
L'émergence de cette barrière suggère qu'un tel modèle est extrêmement infructueux.
Vous pouvez essayer d'aller à l'opposé, comme ils l'ont fait dans le roman "The World-Ring". Ici, le navire est réalisé sous la forme d'un anneau dont le rayon est proche du rayon de notre orbite (environ 150 millions de km). A cette taille, sa vitesse de rotation est suffisante pour ignorer l'effet Coriolis.
Vous pourriez supposer que le problème est résolu, mais ce n'est pas du tout le cas. Le fait est qu'une rotation complète de cette structure autour de son axe prend 9 jours. Cela permet de supposer que les charges seront trop importantes. Pourla construction leur a résisté, il faut un matériau très solide, dont nous ne disposons pas aujourd'hui. De plus, le problème est la quantité de matériaux et le processus de construction lui-même.
Dans les jeux d'un thème similaire, comme dans le film "Babylon 5", ces problèmes sont en quelque sorte résolus: la vitesse de rotation est tout à fait suffisante, l'effet Coriolis n'est pas significatif, il est hypothétiquement possible de créer un tel vaisseau.
Cependant, même de tels mondes ont un inconvénient. Son nom est momentum.
Le vaisseau, tournant autour de son axe, se transforme en un énorme gyroscope. Comme vous le savez, il est extrêmement difficile de faire dévier le gyroscope de l'axe en raison du moment cinétique. Il est important que sa quantité ne quitte pas le système. Cela signifie qu'il sera très difficile de définir la direction de cet objet. Cependant, ce problème peut être résolu.
Résolution de problèmes
La gravité artificielle sur une station spatiale devient disponible lorsque le "cylindre O'Neill" vient à la rescousse. Pour créer cette conception, des navires cylindriques identiques sont nécessaires, qui sont connectés le long de l'axe. Ils doivent tourner dans des directions différentes. Le résultat de cet assemblage est un moment cinétique nul, il ne devrait donc pas y avoir de difficulté à donner au navire la direction souhaitée.
S'il est possible de fabriquer un vaisseau d'un rayon d'environ 500 mètres, il fonctionnera exactement comme il se doit. Dans le même temps, la gravité artificielle dans l'espace sera assez confortable et adaptée aux longs vols sur des navires ou des stations de recherche.
Ingénieurs de l'espace
Les créateurs du jeu savent comment créer une gravité artificielle. Cependant, dans ce monde fantastique, la gravité n'est pas l'attraction mutuelle des corps, mais une force linéaire conçue pour accélérer les objets dans une direction donnée. L'attraction ici n'est pas absolue, elle change lorsque la source est redirigée.
La gravité artificielle sur la station spatiale est créée à l'aide d'un générateur spécial. Il est uniforme et équidirectionnel dans la zone du générateur. Ainsi, dans le monde réel, si vous êtes touché par un navire sur lequel un générateur est installé, vous seriez tiré vers la coque. Cependant, dans le jeu, le héros tombera jusqu'à ce qu'il quitte le périmètre de l'appareil.
Aujourd'hui, la gravité artificielle dans l'espace, créée par un tel dispositif, est inaccessible à l'humanité. Cependant, même les développeurs aux cheveux gris n'arrêtent pas d'en rêver.
Générateur sphérique
Ceci est une version plus réaliste de l'équipement. Une fois installé, la gravité a une direction vers le générateur. Cela permet de créer une station dont la gravité sera égale à celle de la planète.
Centrifugeuse
Aujourd'hui, la gravité artificielle sur Terre se retrouve dans divers appareils. Ils sont basés, pour la plupart, sur l'inertie, puisque cette force est ressentie par nous de la même manière que les effets gravitationnels - le corps ne distingue pas ce qui cause l'accélération. A titre d'exemple: une personne qui monte dans un ascenseur subit l'effet d'inertie. A travers les yeux d'un physicien: soulever un ascenseur ajoute à l'accélération de la chute libre l'accélération de la voiture. Au retourcabines à un mouvement mesuré "gain" de poids disparaît, retournant les sensations habituelles.
Les scientifiques s'intéressent depuis longtemps à la gravité artificielle. La centrifugeuse est utilisée le plus souvent à ces fins. Cette méthode convient non seulement aux engins spatiaux, mais également aux stations au sol dans lesquelles il est nécessaire d'étudier l'effet de la gravité sur le corps humain.
Étudiez sur Terre, postulez en…
Bien que l'étude de la gravité ait commencé depuis l'espace, c'est une science très banale. Aujourd'hui encore, les réalisations dans ce domaine ont trouvé leur application, par exemple en médecine. Sachant s'il est possible de créer une gravité artificielle sur la planète, on peut l'utiliser pour traiter les problèmes de l'appareil moteur ou du système nerveux. De plus, l'étude de cette force s'effectue essentiellement sur Terre. Cela permet aux astronautes de mener des expériences tout en restant sous la surveillance étroite des médecins. Une autre chose est la gravité artificielle dans l'espace, il n'y a personne là-bas qui puisse aider les astronautes en cas de situation imprévue.
Étant donné l'apesanteur totale, on ne peut pas prendre en compte un satellite en orbite terrestre basse. Ces objets, quoique dans une faible mesure, sont affectés par la gravité. La force de gravité générée dans de tels cas est appelée microgravité. La gravité réelle n'est ressentie que dans un appareil volant à vitesse constante dans l'espace. Cependant, le corps humain ne ressent pas cette différence.
Vous pouvez faire l'expérience de l'apesanteur lors d'un saut en longueur (avant que la verrière ne s'ouvre) ou lors d'une descente parabolique de l'avion. De telles expériencessouvent mis en scène aux États-Unis, mais dans un avion, ce sentiment ne dure que 40 secondes - c'est trop court pour une étude complète.
En URSS, en 1973, ils savaient s'il était possible de créer une gravité artificielle. Et non seulement l'a créé, mais l'a aussi changé d'une certaine manière. Un exemple frappant d'une diminution artificielle de la gravité est l'immersion à sec, l'immersion. Pour obtenir l'effet souhaité, vous devez mettre un film dense à la surface de l'eau. La personne est placée dessus. Sous le poids du corps, le corps s'enfonce sous l'eau, seule la tête reste au-dessus. Ce modèle démontre le support de faible gravité trouvé dans l'océan.
Il n'est pas nécessaire d'aller dans l'espace pour ressentir l'effet de la force opposée de l'apesanteur - l'hypergravité. Lors du décollage et de l'atterrissage d'un vaisseau spatial, dans une centrifugeuse, vous pouvez non seulement ressentir la surcharge, mais aussi l'étudier.
Traitement par gravité
La physique gravitationnelle étudie, entre autres, l'impact de l'apesanteur sur le corps humain, en cherchant à en minimiser les conséquences. Cependant, un grand nombre de réalisations de cette science peuvent être utiles aux habitants ordinaires de la planète.
Les médecins placent de grands espoirs dans la recherche sur le comportement des enzymes musculaires dans la myopathie. Il s'agit d'une maladie grave entraînant une mort précoce.
Avec des exercices physiques actifs, une grande quantité de l'enzyme créatinophosphokinase pénètre dans le sang d'une personne en bonne santé. La raison de ce phénomène n'est pas claire, peut-être que la charge agit sur la membrane cellulaire de telle manière qu'elle"perfore". Les patients atteints de myopathie obtiennent le même effet sans exercice. Les observations des astronautes montrent qu'en apesanteur, le flux de l'enzyme active dans le sang est considérablement réduit. Cette découverte suggère que l'utilisation de l'immersion réduira l'impact négatif des facteurs conduisant à la myopathie. Des tests sur les animaux sont actuellement en cours.
Le traitement de certaines maladies est déjà effectué aujourd'hui en utilisant des données obtenues à partir de l'étude de la gravité, y compris artificielle. Par exemple, la paralysie cérébrale, les accidents vasculaires cérébraux, la maladie de Parkinson sont traités à l'aide de combinaisons de charge. Recherche sur l'impact positif du support - la chaussure pneumatique est presque terminée.
Allons-nous voler vers Mars ?
Les dernières réalisations des astronautes laissent espérer la réalité du projet. Il existe une expérience de prise en charge médicale d'une personne lors d'un long séjour loin de la Terre. Les vols de recherche vers la Lune, sur lesquels la force de gravité est 6 fois inférieure à la nôtre, ont également apporté de nombreux avantages. Maintenant, les astronautes et les scientifiques se fixent un nouvel objectif: Mars.
Avant de faire la queue pour un billet pour la planète rouge, vous devez savoir ce que le corps attend dès la première étape du travail - en route. En moyenne, la route vers la planète désertique prendra un an et demi - environ 500 jours. En chemin, vous ne devrez compter que sur vos propres forces, il n'y a tout simplement nulle part où attendre de l'aide.
De nombreux facteurs nuisent à la force: stress, rayonnement, absence de champ magnétique. Le test le plus important pour le corps est le changement de gravité. Au cours du voyage, une personne "fait connaissance" avecplusieurs niveaux de gravité. Tout d'abord, ce sont des surcharges au décollage. Puis - apesanteur pendant le vol. Après cela, hypogravité à destination, puisque la gravité sur Mars est inférieure à 40 % de celle de la Terre.
Comment gérez-vous les effets négatifs de l'apesanteur sur un long vol ? On espère que les développements dans le domaine de la création de gravité artificielle aideront à résoudre ce problème dans un proche avenir. Des expériences sur des rats voyageant sur Kosmos-936 montrent que cette technique ne résout pas tous les problèmes.
L'expérience du système d'exploitation a montré que l'utilisation de complexes d'entraînement capables de déterminer la charge nécessaire pour chaque astronaute individuellement peut apporter beaucoup plus d'avantages au corps.
Jusqu'à présent, on pense que non seulement les chercheurs s'envoleront vers Mars, mais aussi les touristes qui souhaitent établir une colonie sur la planète rouge. Pour eux, du moins dans un premier temps, les sensations d'être en apesanteur l'emporteront sur tous les arguments des médecins sur les dangers d'une exposition prolongée à de telles conditions. Cependant, ils auront également besoin d'aide dans quelques semaines, c'est pourquoi il est si important de pouvoir trouver un moyen de créer une gravité artificielle sur un vaisseau spatial.
Résultats
Quelles conclusions peut-on tirer de la création d'une gravité artificielle dans l'espace ?
Parmi toutes les options actuellement envisagées, la structure rotative semble la plus réaliste. Cependant, avec la compréhension actuelle des lois physiques, cela est impossible, car le navire n'est pas un cylindre creux. À l'intérieur, il y a des chevauchements qui interfèrent avec la réalisation des idées.
De plus, le rayon du navire doit être sigrand pour que l'effet Coriolis n'ait pas d'effet significatif.
Pour contrôler quelque chose comme ça, vous avez besoin du cylindre O'Neill mentionné ci-dessus, qui vous donnera la possibilité de contrôler le vaisseau. Dans ce cas, les chances d'utiliser une conception similaire pour les vols interplanétaires en fournissant à l'équipage un niveau de gravité confortable augmentent.
Avant que l'humanité ne réussisse à réaliser ses rêves, j'aimerais voir un peu plus de réalisme et encore plus de connaissance des lois de la physique dans la science-fiction.
