Bahkan orang yang tidak tertarik dengan ruang angkasa pernah melihat film tentang perjalanan ruang angkasa atau membaca tentang hal-hal seperti itu di buku. Di hampir semua pekerjaan seperti itu, orang-orang berjalan di sekitar kapal, tidur dengan normal, dan tidak mengalami masalah dengan makan. Ini berarti bahwa kapal-kapal fiksi ini memiliki gravitasi buatan. Sebagian besar pemirsa menganggap ini sebagai sesuatu yang benar-benar alami, tetapi sebenarnya tidak.
Gravitasi Buatan
Ini adalah nama perubahan (ke segala arah) gravitasi yang kita kenal dengan menerapkan berbagai metode. Dan ini dilakukan tidak hanya dalam karya-karya fantastis, tetapi juga dalam situasi duniawi yang sangat nyata, paling sering untuk eksperimen.
Secara teori, penciptaan gravitasi buatan tidak terlihat begitu sulit. Misalnya, dapat diciptakan kembali dengan bantuan inersia, lebih tepatnya, gaya sentrifugal. Kebutuhan akan kekuatan ini tidak muncul kemarin - itu terjadi segera, segera setelah seseorang mulai memimpikan penerbangan luar angkasa jangka panjang. Penciptaangravitasi buatan di luar angkasa akan memungkinkan untuk menghindari banyak masalah yang muncul selama tinggal lama dalam keadaan tanpa bobot. Otot astronot melemah, tulang menjadi kurang kuat. Bepergian dalam kondisi seperti itu selama berbulan-bulan, Anda bisa mendapatkan atrofi beberapa otot.
Jadi, hari ini penciptaan gravitasi buatan adalah tugas yang sangat penting, eksplorasi ruang angkasa tanpa keterampilan ini sama sekali tidak mungkin.
Bahan
Bahkan mereka yang mengetahui fisika hanya pada tingkat kurikulum sekolah memahami bahwa gravitasi adalah salah satu hukum dasar dunia kita: semua benda berinteraksi satu sama lain, mengalami tarik-menarik / tolakan timbal balik. Semakin besar tubuhnya, semakin besar gaya tariknya.
Bumi bagi realitas kita adalah objek yang sangat masif. Itulah sebabnya, tanpa kecuali, semua tubuh di sekitarnya tertarik padanya.
Bagi kami, ini berarti percepatan jatuh bebas, yang biasanya diukur dalam g, sama dengan 9,8 meter per detik persegi. Artinya, jika kita tidak memiliki penyangga di bawah kaki kita, kita akan jatuh dengan kecepatan yang meningkat 9,8 meter setiap detik.
Jadi, hanya berkat gravitasi kita bisa berdiri, jatuh, makan dan minum secara normal, mengerti mana yang naik, mana yang turun. Jika gravitasi menghilang, kita akan berada di gravitasi nol.
Astronot yang berada di luar angkasa dalam keadaan membumbung tinggi - jatuh bebas sangat akrab dengan fenomena ini.
Secara teoritis, para ilmuwan tahu cara membuat gravitasi buatan. Adabeberapa teknik.
Misa Besar
Pilihan paling logis adalah membuat pesawat luar angkasa begitu besar sehingga memiliki gravitasi buatan. Dimungkinkan untuk merasa nyaman di kapal, karena orientasi di ruang angkasa tidak akan hilang.
Sayangnya, metode dengan perkembangan teknologi modern ini tidak realistis. Untuk membangun objek seperti itu membutuhkan terlalu banyak sumber daya. Selain itu, akan membutuhkan energi yang luar biasa untuk mengangkatnya.
Percepat
Tampaknya jika Anda ingin mencapai g yang sama dengan bumi, Anda hanya perlu membuat kapal berbentuk datar (platform) dan membuatnya bergerak tegak lurus terhadap bidang dengan percepatan yang diinginkan. Dengan cara ini, gravitasi buatan akan diperoleh, dan ideal.
Namun, kenyataannya jauh lebih rumit.
Pertama-tama, ada baiknya mempertimbangkan masalah bahan bakar. Agar stasiun terus berakselerasi, perlu memiliki catu daya yang tidak pernah terputus. Bahkan jika sebuah mesin tiba-tiba muncul yang tidak mengeluarkan materi, hukum kekekalan energi akan tetap berlaku.
Masalah kedua adalah gagasan tentang percepatan konstan. Menurut pengetahuan dan hukum fisika kita, tidak mungkin untuk mempercepat hingga tak terhingga.
Selain itu, kendaraan seperti itu tidak cocok untuk misi penelitian, karena mereka harus terus berakselerasi - terbang. Dia tidak akan bisa berhenti untuk mempelajari planet ini, dia bahkan tidak akan bisa terbang perlahan di sekitarnya - dia perlu mempercepat.
JadiDengan demikian, menjadi jelas bahwa gravitasi buatan seperti itu belum tersedia bagi kita.
Korsel
Semua orang tahu bagaimana rotasi korsel memengaruhi tubuh. Oleh karena itu, perangkat gravitasi buatan menurut prinsip ini tampaknya yang paling realistis.
Segala sesuatu yang berada di diameter korsel cenderung jatuh dengan kecepatan yang kira-kira sama dengan kecepatan rotasi. Ternyata gaya bekerja pada tubuh, diarahkan sepanjang jari-jari benda yang berputar. Ini sangat mirip dengan gravitasi.
Jadi, Anda membutuhkan kapal yang berbentuk silinder. Pada saat yang sama, ia harus berputar di sekitar porosnya. Omong-omong, gravitasi buatan di pesawat luar angkasa, yang dibuat berdasarkan prinsip ini, sering ditampilkan dalam film fiksi ilmiah.
Kapal berbentuk tong, berputar di sekitar sumbu memanjang, menciptakan gaya sentrifugal, yang arahnya sesuai dengan jari-jari benda. Untuk menghitung percepatan yang dihasilkan, Anda perlu membagi gaya dengan massa.
Tidak akan sulit bagi orang yang tahu fisika untuk menghitung ini: a=²R.
Dalam rumus ini, hasil perhitungannya adalah percepatan, variabel pertama adalah kecepatan simpul (diukur dalam radian per detik), yang kedua adalah jari-jari.
Menurut ini, untuk mendapatkan g biasa, perlu untuk menggabungkan kecepatan sudut dan jari-jari transportasi ruang dengan benar.
Masalah ini tercakup dalam film seperti "Intersol", "Babylon 5", "2001: A Space Odyssey" dan sejenisnya. Dalam semua kasus inigravitasi buatan dekat dengan percepatan jatuh bebas Bumi.
Sebaik apapun idenya, cukup sulit untuk menerapkannya.
Masalah metode carousel
Masalah yang paling jelas disorot dalam A Space Odyssey. Jari-jari "pembawa luar angkasa" sekitar 8 meter. Untuk mendapatkan percepatan 9,8, rotasi harus terjadi dengan kecepatan kira-kira 10,5 putaran setiap menit.
Pada nilai yang ditunjukkan, "efek Coriolis" dimanifestasikan, yang terdiri dari fakta bahwa gaya yang berbeda bekerja pada jarak yang berbeda dari lantai. Ini secara langsung tergantung pada kecepatan sudut.
Ternyata gravitasi buatan di luar angkasa akan tercipta, tetapi rotasi casing yang terlalu cepat akan menyebabkan masalah pada telinga bagian dalam. Ini, pada gilirannya, menyebabkan ketidakseimbangan, masalah dengan alat vestibular dan masalah serupa lainnya.
Munculnya penghalang ini menunjukkan bahwa model seperti itu sangat tidak berhasil.
Anda dapat mencoba dari kebalikannya, seperti yang mereka lakukan dalam novel "The World-Ring". Di sini kapal dibuat dalam bentuk cincin, yang radiusnya dekat dengan radius orbit kita (sekitar 150 juta km). Pada ukuran ini, kecepatan rotasinya cukup untuk mengabaikan efek Coriolis.
Anda mungkin berasumsi bahwa masalah telah terpecahkan, tetapi sebenarnya tidak demikian. Faktanya adalah bahwa rotasi lengkap struktur ini di sekitar porosnya membutuhkan waktu 9 hari. Hal ini memungkinkan untuk mengasumsikan bahwa beban akan terlalu besar. Untukkonstruksi menahan mereka, diperlukan bahan yang sangat kuat, yang tidak kita miliki saat ini. Selain itu, masalahnya adalah jumlah material dan proses konstruksi itu sendiri.
Dalam permainan dengan tema serupa, seperti dalam film "Babylon 5", masalah ini entah bagaimana terpecahkan: kecepatan rotasi cukup memadai, efek Coriolis tidak signifikan, secara hipotetis mungkin untuk membuat kapal seperti itu.
Namun, bahkan dunia seperti itu memiliki kekurangan. Namanya momentum.
Kapal, yang berputar pada porosnya, berubah menjadi giroskop besar. Seperti yang Anda ketahui, sangat sulit untuk membuat giroskop menyimpang dari sumbu karena momentum sudut. Adalah penting bahwa kuantitasnya tidak meninggalkan sistem. Artinya akan sangat sulit untuk mengatur arah objek ini. Namun, masalah ini dapat diselesaikan.
Pemecahan Masalah
Gravitasi buatan di stasiun luar angkasa tersedia saat "silinder O'Neill" datang untuk menyelamatkan. Untuk membuat desain ini, diperlukan kapal silindris yang identik, yang terhubung di sepanjang sumbu. Mereka harus berputar ke arah yang berbeda. Hasil dari perakitan ini adalah momentum sudut nol, jadi seharusnya tidak ada kesulitan dalam mengarahkan kapal ke arah yang diinginkan.
Jika memungkinkan untuk membuat kapal dengan radius sekitar 500 meter, maka akan berfungsi sebagaimana mestinya. Pada saat yang sama, gravitasi buatan di luar angkasa akan cukup nyaman dan cocok untuk penerbangan panjang di kapal atau stasiun penelitian.
Insinyur Luar Angkasa
Cara membuat gravitasi buatan diketahui oleh pembuat game. Namun, di dunia fantasi ini, gravitasi bukanlah daya tarik timbal balik dari benda-benda, tetapi gaya linier yang dirancang untuk mempercepat objek ke arah tertentu. Daya tarik di sini tidak mutlak, itu berubah ketika sumber diarahkan.
Gravitasi buatan di stasiun luar angkasa dibuat dengan menggunakan generator khusus. Itu seragam dan searah di area generator. Jadi, di dunia nyata, jika Anda tertabrak kapal yang memasang generator, Anda akan ditarik ke lambung kapal. Namun, dalam permainan, pahlawan akan jatuh sampai dia meninggalkan perimeter perangkat.
Saat ini, gravitasi buatan di luar angkasa, yang diciptakan oleh perangkat semacam itu, tidak dapat diakses oleh umat manusia. Namun, bahkan pengembang beruban tidak berhenti memimpikannya.
Generator Bulat
Ini adalah versi peralatan yang lebih realistis. Saat dipasang, gravitasi memiliki arah menuju generator. Ini memungkinkan untuk membuat stasiun, yang gravitasinya akan sama dengan planet.
Centrifuge
Saat ini, gravitasi buatan di Bumi ditemukan di berbagai perangkat. Mereka sebagian besar didasarkan pada inersia, karena gaya ini dirasakan oleh kita mirip dengan efek gravitasi - tubuh tidak membedakan apa yang menyebabkan percepatan. Sebagai contoh: seseorang yang naik lift mengalami efek inersia. Melalui mata seorang fisikawan: mengangkat lift menambah percepatan jatuh bebas percepatan mobil. Setelah kembalikabin ke gerakan terukur "menambah" berat badan menghilang, mengembalikan sensasi yang biasa.
Para ilmuwan telah lama tertarik pada gravitasi buatan. Centrifuge paling sering digunakan untuk tujuan ini. Metode ini cocok tidak hanya untuk pesawat ruang angkasa, tetapi juga untuk stasiun bumi yang diperlukan untuk mempelajari efek gravitasi pada tubuh manusia.
Belajar di Bumi, terapkan di…
Meskipun studi tentang gravitasi dimulai dari luar angkasa, ini adalah ilmu yang sangat biasa. Bahkan saat ini, prestasi di bidang ini telah menemukan penerapannya, misalnya, di bidang kedokteran. Mengetahui apakah mungkin untuk membuat gravitasi buatan di planet ini, seseorang dapat menggunakannya untuk mengobati masalah dengan peralatan motorik atau sistem saraf. Selain itu, studi tentang gaya ini dilakukan terutama di Bumi. Hal ini memungkinkan astronot untuk melakukan eksperimen sambil tetap berada di bawah perhatian dokter. Hal lain adalah gravitasi buatan di luar angkasa, tidak ada orang di sana yang dapat membantu astronot jika terjadi situasi yang tidak terduga.
Mengingat total bobot, seseorang tidak dapat memperhitungkan satelit di orbit rendah Bumi. Benda-benda ini, meskipun dalam skala kecil, dipengaruhi oleh gravitasi. Gaya gravitasi yang dihasilkan dalam kasus seperti itu disebut gayaberat mikro. Gravitasi nyata hanya dialami dalam peralatan yang terbang dengan kecepatan konstan di luar angkasa. Namun, tubuh manusia tidak merasakan perbedaan ini.
Anda dapat mengalami penurunan bobot selama lompat jauh (sebelum kanopi terbuka) atau selama penurunan parabola dari pesawat. Eksperimen semacam itusering dipentaskan di AS, tetapi di pesawat perasaan ini hanya berlangsung 40 detik - ini terlalu singkat untuk studi penuh.
Di Uni Soviet pada tahun 1973 mereka tahu apakah mungkin untuk menciptakan gravitasi buatan. Dan tidak hanya menciptakannya, tetapi juga mengubahnya dalam beberapa cara. Contoh nyata dari penurunan gravitasi buatan adalah perendaman kering, perendaman. Untuk mencapai efek yang diinginkan, Anda perlu meletakkan film padat di permukaan air. Orang itu ditempatkan di atasnya. Di bawah berat tubuh, tubuh tenggelam di bawah air, hanya kepala yang tersisa di atas. Model ini menunjukkan dukungan gravitasi rendah yang ditemukan di laut.
Tidak perlu pergi ke luar angkasa untuk merasakan efek dari kekuatan berlawanan dari tanpa bobot - hipergravitasi. Saat lepas landas dan mendaratkan pesawat ruang angkasa, di centrifuge, Anda tidak hanya dapat merasakan kelebihan beban, tetapi juga mempelajarinya.
Perawatan gravitasi
Studi fisika gravitasi, antara lain, dampak tanpa bobot pada tubuh manusia, berusaha meminimalkan konsekuensinya. Namun, sejumlah besar pencapaian ilmu ini dapat bermanfaat bagi penduduk biasa di planet ini.
Dokter menaruh harapan besar pada penelitian tentang perilaku enzim otot pada miopati. Ini adalah penyakit serius yang menyebabkan kematian dini.
Dengan latihan fisik aktif, sejumlah besar enzim creatinophosphokinase memasuki darah orang yang sehat. Alasan untuk fenomena ini tidak jelas, mungkin beban bekerja pada membran sel sedemikian rupa sehingga"berlubang". Pasien dengan miopati mendapatkan efek yang sama tanpa olahraga. Pengamatan astronot menunjukkan bahwa dalam keadaan tanpa bobot, aliran enzim aktif ke dalam darah berkurang secara signifikan. Penemuan ini menunjukkan bahwa penggunaan rendaman akan mengurangi dampak negatif dari faktor penyebab miopati. Pengujian hewan saat ini sedang berlangsung.
Pengobatan beberapa penyakit sudah dilakukan saat ini dengan menggunakan data yang diperoleh dari studi gravitasi, termasuk buatan. Misalnya, cerebral palsy, stroke, parkinson yang diobati dengan menggunakan pakaian beban. Penelitian tentang dampak positif dari dukungan - sepatu pneumatik hampir selesai.
Apakah kita akan terbang ke Mars?
Pencapaian terbaru para astronot memberi harapan akan kenyataan proyek. Ada pengalaman dukungan medis untuk seseorang selama tinggal jauh dari Bumi. Penerbangan penelitian ke Bulan, di mana gaya gravitasi 6 kali lebih kecil dari kita sendiri, juga membawa banyak manfaat. Sekarang astronot dan ilmuwan sedang menetapkan tujuan baru - Mars.
Sebelum Anda mengantre untuk mendapatkan tiket ke Planet Merah, Anda harus mengetahui apa yang sudah diharapkan tubuh pada tahap pertama pekerjaan - dalam perjalanan. Rata-rata, jalan menuju planet gurun akan memakan waktu satu setengah tahun - sekitar 500 hari. Dalam perjalanan, Anda hanya perlu mengandalkan kekuatan Anda sendiri, tidak ada tempat untuk menunggu bantuan.
Banyak faktor yang akan melemahkan kekuatan: stres, radiasi, kurangnya medan magnet. Tes terpenting bagi tubuh adalah perubahan gravitasi. Selama perjalanan, seseorang "berkenalan" denganbeberapa tingkat gravitasi. Pertama-tama, ini adalah kelebihan beban saat lepas landas. Kemudian - tanpa bobot selama penerbangan. Setelah itu, hipogravitasi di tempat tujuan, karena gravitasi di Mars kurang dari 40% dari Bumi.
Bagaimana Anda mengatasi efek negatif dari keadaan tanpa bobot dalam penerbangan panjang? Diharapkan perkembangan di bidang menciptakan gravitasi buatan akan membantu memecahkan masalah ini dalam waktu dekat. Percobaan pada tikus yang bepergian di Kosmos-936 menunjukkan bahwa teknik ini tidak menyelesaikan semua masalah.
Pengalaman OS telah menunjukkan bahwa penggunaan kompleks pelatihan yang dapat menentukan beban yang diperlukan untuk setiap astronot secara individual dapat membawa lebih banyak manfaat bagi tubuh.
Sejauh ini diyakini tidak hanya peneliti yang akan terbang ke Mars, tetapi juga wisatawan yang ingin mendirikan koloni di Planet Merah tersebut. Bagi mereka, setidaknya pada awalnya, sensasi tanpa bobot akan lebih besar daripada semua argumen dokter tentang bahaya paparan yang terlalu lama terhadap kondisi seperti itu. Namun, mereka akan membutuhkan bantuan dalam beberapa minggu juga, itulah mengapa sangat penting untuk dapat menemukan cara untuk menciptakan gravitasi buatan di pesawat ruang angkasa.
Hasil
Kesimpulan apa yang dapat ditarik tentang penciptaan gravitasi buatan di luar angkasa?
Di antara semua opsi yang sedang dipertimbangkan, struktur berputar terlihat paling realistis. Namun, dengan pemahaman hukum fisika saat ini, ini tidak mungkin, karena kapal bukanlah silinder berongga. Di dalamnya terdapat tumpang tindih yang mengganggu realisasi ide.
Selain itu, radius kapal harus begitubesar sehingga efek Coriolis tidak berpengaruh signifikan.
Untuk mengendalikan sesuatu seperti ini, Anda memerlukan silinder O'Neill yang disebutkan di atas, yang akan memberi Anda kemampuan untuk mengendalikan kapal. Dalam hal ini, kemungkinan menggunakan desain serupa untuk penerbangan antarplanet dengan memberikan tingkat gravitasi yang nyaman bagi kru meningkat.
Sebelum umat manusia berhasil mewujudkan impian mereka, saya ingin melihat lebih banyak realisme dan bahkan lebih banyak pengetahuan tentang hukum fisika dalam fiksi ilmiah.
