Ciężko z grawitacją, ale jeszcze gorzej bez niej

Widziany więcej niż raz w filmach „włączanie” grawitacji na pokładzie statku kosmicznego podróżującego w kosmosie wygląda bardzo fajnie. Tyle że ich twórcy prawie nigdy nie wyjaśniają, jak to się robi. Czasami, jak w 2001: A Space Odyssey (1) lub nowszych Pasażerach, okazuje się, że statek musi być obracany, aby symulować grawitację.

Można zapytać nieco prowokacyjnie - po co w ogóle grawitacja na pokładzie statku kosmicznego? Przecież bez grawitacji jest łatwiej, ludzie mniej się męczą, przewożone rzeczy nic nie ważą, a wiele zadań wymaga znacznie mniejszego wysiłku fizycznego.

Okazuje się jednak, że ten wysiłek, związany z nieustannym pokonywaniem grawitacji, jest nam i naszemu organizmowi niezwykle potrzebny. Brak grawitacjiAstronauci od dawna doświadczają utraty kości i mięśni. Astronauci podczas ćwiczeń ISS zmagają się z osłabieniem mięśni i utratą masy kostnej, ale nadal tracą masę kostną w kosmosie. Muszą ćwiczyć od dwóch do trzech godzin dziennie, aby utrzymać masę mięśniową i zdrowie układu krążenia. Co więcej, nie tylko te elementy, bezpośrednio związane z obciążeniem ciała, są dotknięte brakiem grawitacji. Pojawiają się problemy z utrzymaniem równowagi, organizm jest odwodniony. A to dopiero początek problemów.

Okazuje się, że on też słabnie. Niektóre komórki odpornościowe nie mogą wykonywać swojej pracy i czerwone krwinki umierają. Powoduje kamienie nerkowe i osłabia serce. Grupa naukowców z Rosji i Kanady przeanalizowała konsekwencje ostatnich lat mikrograwitacja o składzie białek w próbkach krwi osiemnastu rosyjskich kosmonautów, którzy przez pół roku mieszkali na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Wyniki pokazały, że w stanie nieważkości układ odpornościowy zachowuje się tak samo, jak w przypadku zakażenia organizmu, ponieważ organizm człowieka nie wie, co robić i stara się aktywować wszystkie możliwe systemy obronne.

Szansa na siłę odśrodkową

Więc wiemy już bardzo dobrze, że brak grawitacji to nie jest dobre, nawet niebezpieczne dla zdrowia. I co teraz? Nie tylko filmowcy, ale także badacze widzą szansę w siła odśrodkowa. Być miłym siły bezwładności, naśladuje działanie grawitacji, skutecznie działając w kierunku przeciwnym do środka inercjalnego układu odniesienia.

Możliwość zastosowania była badana od wielu lat. Na przykład w Massachusetts Institute of Technology były astronauta Lawrence Young przetestował wirówkę, która nieco przypominała wizję z filmu 2001: Odyseja kosmiczna. Ludzie leżą na boku na platformie, popychając bezwładną konstrukcję, która się obraca.

Skoro wiemy, że siła odśrodkowa może przynajmniej częściowo zastąpić grawitację, dlaczego nie zbudujemy statków w tej turze? Otóż ​​okazuje się, że nie wszystko jest takie proste, bo po pierwsze takie statki musiałyby być znacznie większe od tych, które budujemy, a każdy dodatkowy kilogram masy wniesiony w kosmos kosztuje sporo.

Rozważmy na przykład Międzynarodową Stację Kosmiczną jako punkt odniesienia dla porównań i ocen. Jest mniej więcej wielkości boiska do piłki nożnej, ale pomieszczenia mieszkalne to tylko ułamek jego wielkości.

Symuluj grawitację W takim przypadku do siły odśrodkowej można podejść na dwa sposoby. Albo każdy element obracałby się osobno, co tworzyłoby małe układy, ale wtedy, jak zauważają eksperci, może to być spowodowane nie zawsze przyjemnymi wrażeniami dla astronautów, którzy mogliby np. poczujesz inną grawitację w nogach niż w górnej części ciała. W większej wersji obracałby się cały ISS, który oczywiście musiałby być inaczej skonfigurowany, raczej jak pierścień (2). W tej chwili zbudowanie takiej konstrukcji wiązałoby się z ogromnymi kosztami i wydaje się nierealne.

2. Wizja pierścienia orbitalnego zapewniającego sztuczną grawitację

Jednak są też inne pomysły. na przykład grupa naukowców z University of Colorado w Boulder pracuje nad rozwiązaniem, które ma nieco mniej ambicji. Zamiast mierzyć „odtwarzanie grawitacji”, naukowcy koncentrują się na rozwiązywaniu problemów zdrowotnych związanych z brakiem grawitacji w kosmosie.

Zgodnie z koncepcją badaczy Boulder, astronauci mogli czołgać się do specjalnych pomieszczeń przez kilka godzin dziennie, aby uzyskać codzienną dawkę grawitacji, która powinna rozwiązać problemy zdrowotne. Badani są umieszczani na metalowej platformie podobnej do wózka szpitalnego (3). Nazywa się to wirówką, która obraca się z nierówną prędkością. Prędkość kątowa generowana przez wirówkę popycha nogi osoby w kierunku podstawy platformy, tak jakby stały pod własnym ciężarem.

3. Urządzenie przetestowane na Uniwersytecie w Boulder.

Niestety ten rodzaj ćwiczeń nieuchronnie wiąże się z nudnościami. Naukowcy postanowili dowiedzieć się, czy nudności rzeczywiście są nieodłączną ich ceną. sztuczna grawitacja. Czy astronauci mogą trenować swoje ciała, aby były gotowe na dodatkowe siły G? Pod koniec dziesiątej sesji ochotników wszyscy badani kręcili się ze średnią prędkością około siedemnastu obrotów na minutę bez żadnych nieprzyjemnych konsekwencji, nudności itp. Jest to znaczące osiągnięcie.

Istnieją alternatywne pomysły na grawitację na statku. Należą do nich na przykład Canadian Type System Design (LBNP), który sam tworzy balast wokół talii, wywołując uczucie ciężkości w dolnej części ciała. Ale czy wystarczy, aby człowiek uniknął nieprzyjemnych dla zdrowia konsekwencji lotu w kosmos? Niestety nie jest to dokładne.