Искусственная гравитация: определение, будущие технологии и исследования

Искусственная гравитация может произвести революцию в освоении космоса и космическом туризме.

Искусственная гравитация – это создание силы инерции на космическом корабле для имитации силы гравитации. Эта концепция часто встречается в научно-фантастических шоу, таких как “Звёздный путь”, но не ограничивается ими, и исследователи в настоящее время работают над методами создания искусственной гравитации в космосе.

Создание искусственной гравитации не только упростило бы следующую эру освоения космоса, сделав задачи более простыми, но также имело бы решающее значение для потенциального космического туризма.

Воздействие микрогравитации в космосе на самом деле может быть вредным для людей, поэтому, когда мы смотрим на более длительные миссии с экипажем, в том числе на Марс, искусственная гравитация может иметь важное значение для здоровья наших астронавтов.

Создание искусственной гравитации

В своей специальной теории относительности 1905 года Альберт Эйнштейн писал, что гравитация и ускорение на самом деле неразличимы. Это означает, что в ракете, летящей с ускорением 9,81 метра в секунду в квадрате, астронавт почувствует, что его тело приковано к полу, как на его родной планете.

Проблема в том, что вы не можете так ускоряться постоянно, особенно на орбитальной космической станции. К счастью, используя центробежную силу, мы можем создать нечто, эквивалентное гравитации на Земле.

Одним из возможных способов создания искусственной гравитации в космосе является использование технологии, называемой цилиндром О’Нила. Названный в честь физика, предложившего их, Джерарда О’Нила, кораблю состоит из пары массивных цилиндров, которые вращаются в противоположных направлениях, что позволяет им постоянно быть направленными к Солнцу, имитируя гравитацию.

Джефф Безос, владелец компании по исследованию космоса Blue Origin, предложил цилиндры О’Нила в качестве основы плавучих космических колоний, позволяющих триллионам людей жить на орбите.

Помимо того, что они далеки от любого практического применения, 32,2 километра в длину и 6,4 километра в диаметре – рассчитаны на размещение нескольких миллионов человек – цилиндры О’Нила слишком велики для нас, с нашими сегодняшними технологиями.

У исследователей из Университета Боулдера в Колорадо есть предложение меньшего масштаба – вращающиеся системы, которые могли бы поместиться внутри помещений космического корабля.

Хотя это не обеспечит искусственную гравитацию для всего корабля или станции, это позволит космическим путешественникам провести некоторое время, испытывая гравитационное поле, более похожее на земное.

Система также использует центробежное ускорение, воспроизводя гравитационное поле в 1G – такое же, как на Земле – с астронавтами, лежащими в центрифуге с коротким радиусом для быстрого вращения.

Однако вращающиеся астронавты могут быть не идеальным решением. Любой, кто слишком много раз катался на чайных чашках, может сказать вам, что этот метод имеет свои последствия для здоровья.

Ещё одна потенциальная конструкция для создания искусственной гравитации – это длинное вращающееся транспортное средство, похожее на палку, диаметром около 100 метров с ядерным реактором на одном конце и отсеком для экипажа на другом для путешествий на Марс. Однако у таких конструкций есть технические проблемы, препятствующие их применению.

Влияние микрогравитации на здоровье

Создание искусственной гравитации может иметь ключевое значение для защиты здоровья астронавтов в долгосрочных космических полётах. В течение пяти десятилетий Программа исследований человека (HRP) изучала влияние микрогравитации на организм человека.

Они обнаружили, что лишённые гравитации Земли несущие кости человека теряют в среднем от 1 до 1,5% минеральной плотности каждый месяц космического полёта. Мышечная масса теряется быстрее в условиях микрогравитации, чем на Земле.

В дополнение к этим факторам во время космического полёта жидкости в организме человека могут перемещаться вверх, оказывая давление на глаза, что может привести к проблемам со зрением.

Космическая станция “Вояджер”

Космическая станция “Вояджер” – это запланированная космическая станция с вращающимся колесом, строительство которой должно начаться в 2025 году. Инициатором её создания выступила компания Orbital Assembly Corporation (OAC). “Вояджер” будет отличаться от Международной космической станции двумя ключевыми моментами: он будет открыт для публики и будет иметь искусственную гравитацию.

Выведенный на низкую околоземную орбиту космический отель будет вращаться достаточно быстро, чтобы создать искусственную гравитацию для 400 пассажиров. Если станция будет построена так, как сейчас планируется, она станет самым большим рукотворным сооружением, когда-либо выводившимся на орбиту.

Первые шаги проекта будут включать создание прототипа гравитационного кольца. Кольцо диаметром 61 метр будет генерировать гравитацию, эквивалентную примерно 40% от земной, или примерно такую ​​же, как гравитация Марса.