Невагомість у домашніх умовах. Проблема штучної гравітації

Центрифуга в ЦПК (Зоряне містечко)

Колись в одному з приміщень ЦПК було збудовано спеціальну центрифугавагою 300 т і діаметром 18 м. Використовується вона для моделювання навантажень у земних умовах і, зокрема, дозволяє випробувати фізіологічну невагомість. Бажаючого спробувати силу 300-тонної центрифуги одягають у глухий скафандр, потім садять у спеціальне крісло, до якого спочатку підключають численні датчики. Повністю споряджене крісло з посадженим до нього добровольцем підвозять до центрифуги і, закотивши всередину, включають двигун. Обертання на центрифузі триває три хвилини, невагомість у разі досягається з допомогою перерозподілу рідини в організмі. Усі три хвилини за показаннями датчиків спостерігатимуть лікарі та інструктор. Але є й аварійний спосіб попередити про нестерпність перевантажень: усередині центрифуги людина має міцно триматися за спеціальний важіль. Якщо його відпустити, медики та фахівці отримають екстрений сигнал про те, що людина знепритомніла, і одразу відключать центрифугу.

Вартість послуги: 55 000 рублів з особи

Тел.:

Гідролабораторія (Зоряне містечко)

Цього року виповнюється тридцять років з того часу, як у гідролабораторії Зоряного містечка почали тренувати космонавтів перед польотами. Лабораторія є величезним басейном довжиною 23 м і 12 м у глибину, на дні якого встановлено макет МКС. Саме на ньому космонавти тренуються перед тим, як вперше вийти у відкритий космос. Як і в інших атракціонах ЦПК, усі охочі проходять обов'язкову медкомісію, потім прослуховують теоретичну лекцію, а вже після — і це займає не менше півгодини — надягають складноулаштований, важкий і вкрай неповороткий скафандр, оснащений спеціальними свинцевими вантажами (всі разом важить близько 200 кг). . І лише потім за допомогою крана добровольців акуратно занурюють на дно. Занурення проходить з інструктором, який принагідно дає завдання перенести якусь деталь макета під водою з одного місця на інше. Саме на максимальній глибині і з'являється відчуття невагомості - схоже на те, яке відчуває космонавт, що працює у відкритому космосі. Весь процес триває чотири години; під водою людина проводить дві. Увага: до червня замовлення не приймаються.

Вартість послуги: 182 000 рублів з особи

Тел.: 526 38 42, 526 38 79, 526 78 55

Політ на МіГ-29

Ще один спосіб випробувати невагомість – взяти участь у польоті на МіГ-29. Під час виконання фігур вищого пілотажу ті, хто перебуває у кабіні, відчувають невагомість, щоправда, буквально кілька секунд. Подібні польоти для цивільних осіб організовують у Нижньому Новгороді. Займає захід весь день і починається рано-вранці: приїжджати і заселятися в готель рекомендується напередодні. У цьому випадку до готелю приїде інструктор і розповість про майбутню програму. Записуватись необхідно за півтора місяці, щоб служба безпеки встигла перевірити, чи не шпигун новоприбулий. Всім бажаючим, хто був визнаний чесним громадянином, пропонується вибрати одну з трьох можливих програм: політ у тропосфері висоті 12 км, на висоті 18 км і політ у стратосфері висоті 21 км. В останньому випадку з ілюмінатора, з одного боку, буде видно зоряне небо, а з іншого боку — округлий контур Землі. Залежно від висоти польоти тривають від 25 до 50 хвилин. Перед польотом усі проходять медогляд: лікарі перевіряють тиск і пульс.

Вартість послуги:політ на висоті 12 км - 380 000 руб. / Чол.; політ на висоті 18 км - 480 000 руб. / Чол.; політ на висоті 21 км - 595 000 руб. / Чол.

Тел.: 645 07 02

Польоти на Іл-76

Хоча може здатися, що монополія на справжню космічну невагомість цілком належить Зоряному містечку, є ще один спосіб долучитися до буднів космонавтів — здійснити політ Іл-76, радянський військово-транспортний літак. Усі правила Центру підготовки космонавтів діють і тут: ретельний медогляд, а потім передполітна підготовка. Один політ триває до півтори години, і за цей час, як кажуть організатори, «виконується до десяти режимів невагомості» по 25 з кожної. Невагомість застає 15 сміливців на борту під час польоту так званою кривою Кеплера. Як стверджують організатори, туристи можуть замовити відеозйомку на борту, але тут варто бути готовим до деяких казусів — багатьох з незвички нудить. Увага: польоти тимчасово призупинено, але незабаром їх обіцяють відновити.

Вартість послуги: 1 800 000 на групу із 15 осіб

Аеротруба

Аеротруб дозволяє відчути себе повітроплавцем: повітряний потік підхоплює людину і підвішує в повітрі, підкидаючи в різні боки. Відчуття ці, звичайно, не є невагомістю в строгому значенні слова, проте аеротруба дозволяє парити на висоті до 10 м при ширині потоку 4 м. Головний плюс аеротруби в порівнянні з усіма наведеними вище способами - це відносна дешевизна та відсутність медкомісій. Плюс до всього, це абсолютно безпечно. Багато парашутистів, наприклад, тренуються саме в аеротрубах. У зоні польоту всі стіни мають м'яку оббивку, тут немає твердих предметів, а спеціальна захисна сітка пом'якшує падіння після вимкнення двигуна. До того ж поруч завжди знаходиться досвідчений інструктор, який щохвилини контролює політ. Рекомендована тривалість польоту для дівчини складає 5 хвилин; для чоловіка – до десяти. В аеротрубі можуть літати навіть діти (від 5 років), тому що для цього не потрібно бути атлетом із заниженим порогом самозбереження. Згідно з розпорядком, охочі зобов'язані уважно вислухати інструктора, який докладно розповість, як триматися у повітрі. Далі належить одягнутися у спеціальний комбінезон, одягнути шолом, потім невелике тренування і — у політ! Увага: швидкість вітру в аеротрубі досягає 200 км/год.

Вартість послуги: 4 хвилини - 3500 рублів з особи; 10 хвилин - 6500 рублів

Камера сенсорної депривації (флоатінг)

Ще одна можливість опинитися в умовній невагомості - це полежати годину-другу в камері сенсорної депривації (флоат-камері). Клієнтам обіцяють, що «плавучість, яку тіло набуває завдяки розчину солі, зводить до нуля вплив гравітації, підводячи людину впритул до переживання повної невагомості». Флоат-камера, глибина якої близько 30 см, трохи ширша за двоспальне ліжко; в ній міститься водний розчин, виготовлений з 400 кг солі. За допомогою термостата підтримується постійна температура – ​​близько 35 градусів за Цельсієм. Вважається, що це оптимальний температурний режим, при якому більшість людей не відчувають тепла чи холоду та швидко перестають відчувати зіткнення води з тілом. Усередині флоат-камери людина виявляється ізольованою від зовнішніх подразників: у неї не проникають ні звуки, ні світло, ні запахи.

Вартість послуги: 2000 рублів за процедуру за 1 годину

Останнім часом з'явилося багато робіт, у яких автори аналізують можливі наслідки тривалого перебування людини у незвичайному йому стані невагомості. Обговорюється, природно, і проблема створення штучної гравітації на космічному кораблі (під гравітацією розуміється дія сил). В умовах Землі людина відчуває невагомість, як відомо, лише при вільному падінні або при польоті літаком по параболічній траєкторії (траєкторія Кеплера), коли прискорення руху дорівнює прискоренню сили тяжіння. Всі інші способи, наприклад, занурення людини в рідину дозволяють лише частково відтворити деякі зміни в функціях організму, що виникають при невагомості.

Часто поняття невагомості та нульового гравітаційного поля ототожнюють. Насправді ж між ними є принципова відмінність, яку можна пояснити так. Нульове гравітаційне поле (чи нульова гравітація) можливе лише окремих точках космічного простору, де сили тяжіння двох чи кількох небесних тіл взаємно врівноважуються. У таких точках невагомість статична. Будь-яке тіло поміщене в таку точку космічного простору, нічого не важитиме.

Динамічна невагомість може виникнути у будь-яких інших точках гравітаційного поля, коли сила тяжіння врівноважується відцентровою силою. Невагомість цього роду виникає, наприклад, при обертанні штучного супутника Землі круговою або еліптичною орбітою.

Американський учений Еге. Джонс наводить деякі розрахунки, які стосуються польоту космічного корабля із Землі на Місяць. Обрана автором траєкторія польоту має довжину 384 тисячі кілометрів. Приблизно через сім годин після старту корабель досягає другої космічної швидкості і летить із цією швидкістю протягом п'яти годин, доки не потрапить у сферу тяжіння Місяця. На відстані 350 тисяч кілометрів від Землі корабель проходить точку статичної невагомості. На останньому етапі польоту тривалістю близько семи годин різниця гравітаційних сил Землі та Місяця становитиме лише тисячні частки сили нашого звичного земного тяжіння.

З цього прикладу випливає, що в міжпланетному польоті на людину можуть діяти лише незначні гравітаційні сили, і вона практично відчуватиме стан статичної невагомості.

Дослідження впливу невагомості, проведені під час польотів американських космонавтів, показали, що організм людини може пристосовуватися до стану щодо короткочасної невагомості. Люди можуть у ній без істотних порушень у системах організму. Однак це пристосування не завжди досить досконале. Крім того, вчені поки не знають, як перенесе людина тривалу невагомість – тижні, місяці. Є підстави думати, що в таких випадках можливі вегетативно-вестибулярні розлади, які набудуть форми хвороби заколисування. (А ще цікаво як в умовах штучної гравітації та невагомості люди зможуть здійснювати різні звичні дії, наприклад, ту ж заправку картриджів, хоча, напевно, фахівці, яких можна знайти за посиланням tend.kiev.ua/zapravka-kartridzhej/ зможуть професійно заправити картридж і в умовах невагомості).

Різке зниження м'язової діяльності та зменшення потреби в енергії можуть призвести у тривалому космічному польоті до м'язової адинамії. Невагомість різко знижує навантаження на серцево-судинну систему, оскільки відпадає потреба в м'язовій роботі та полегшується робота серця по переміщенню крові в кров'яному руслі. Це, своєю чергою, викликає зміна обмінних процесів. Наслідком цього буде зменшення потоку інформації, що надходить у мозкові центри від кістково-м'язового апарату та внутрішніх органів. І це може позначитися на нервово-психічних реакціях космонавта.

Різкі зміни умов гравітації можуть особливо шкідливий вплив на організм, ослаблений адинамією, при поверненні космонавта на Землю і вході в щільні шари атмосфери.

Зазначено, що в американських космонавтів Шепарда, Гріссома та Гленна на етапі переходу від стану невагомості до перевантажень спостерігалося різке почастішання пульсу, підвищення температури та кров'яного тиску. У Карпентера ці явища були найтривалішими. Тривала невагомість, мабуть, знижуватиме працездатність космонавтів і внаслідок того, що при такому стані утруднюється пересування по космічному кораблю, ведення ремонтно-монтажних робіт, пов'язаних із застосуванням інструментів. Невагомість створює ряд проблем, що ускладнюють обслуговування корабля, вона робить непридатними відкриті контейнери та камери для зберігання предметів. Через неї в кабіні корабля вільно плаватимуть пил, бруд і т. д. Загалом невагомість може створити серйозні труднощі при польоті людини на Місяць, Венеру та інші планети.

Починаючи з К. Е. Ціолковського (1911 р.), багато вчених (Оберт, Браун та ін) вважали, що найкращим захистом космонавта від несприятливої ​​дії невагомості може бути штучна гравітація.

Щоб зрозуміти сутність штучної гравітації, слід мати на увазі, що на людину, коли вона йде на землі, крім сил, дія яких вона чітко відчуває (наприклад, сила тяжіння, сила тертя та ін.), діють ще сили, які настільки малі, що він їх не помічає. До них відносяться відцентрова та коріолісова сили інерції. Причиною цих сил є обертання Землі.

Припустимо, що основою, де стоїть людина, є Земля, а внутрішня стінка космічного корабля. Якщо цей корабель обертатиметься навколо осі симетрії, то на людину діятиме відцентрова сила, яка притисне її до підлоги, так само як сила тяжіння притискає людину до Землі. Всі частини людського тіла знайдуть вага, так само як і всі предмети, що знаходяться на космічному кораблі.

Але подивимося, чи все буде так, як на Землі. Виявляється, що ні. Розмір відцентрової сили залежить від радіусу обертання. А голова і руки людини, що стоїть на «підлозі» кабіни космічного корабля, ближче до осі обертання ніж ноги. Отже, відцентрова сила, яка замінить у разі силу тяжкості, безперервно наростатиме у бік від голови до ніг. Тому рухати ногами буде важче, ніж головою та руками. Цю різницю величин відцентрової сили, що діє на голову та ноги людини, називають гравітаційним градієнтом.

Чим менший радіус обертання, тим відчутніший для людини цей градієнт. Однак поки що немає жодних експериментальних даних про дію гравітаційного градієнта. Деякі дослідники (Пенн, Дол та ін.) вважають, що різниця величин відцентрової сили, що діє на голову та ноги людини (з розрахунку на одиницю маси), не повинна перевищувати 15 відсотків максимальної величини цієї сили. Тоді, якщо прийняти, що зростання людини дорівнює 1,8 метра, радіус обертання кабіни космічного корабля має бути не меншим за 12 метрів.

Припустимо тепер, що людина не стоїть на місці, а йде космічним кораблем. Тоді, окрім відцентрової сили, на нього почне діяти коріолісова сила інерції. Людина обов'язково відчує це, тому що кутова швидкість обертання корабля набагато більша за кутову швидкість обертання Землі.

Якщо людина піднімається сходами всередині космічного корабля, то коріолісова сила інерції буде прагнути змістити його вправо, якщо ж вона опускається, то коріолісова сила буде прагнути зрушити її вліво. Якщо ж людина рухатиметься у бік обертання корабля, то сила Коріоліса притискатиме його до підлоги, якщо ж вона рухатиметься проти обертання, то сила інерції буде прагнути його підняти. Тільки якщо людина переміщатиметься паралельно осі обертання корабля, вона буде позбавлена ​​дії цієї настільки незвичної для неї сили.

Вазі як силі, з якою будь-яке тіло діє поверхню, опору чи підвіс. Виникає вага внаслідок гравітаційного тяжіння Землі. Чисельно вага дорівнює силі тяжіння, але остання прикладена до центру мас тіла, вага прикладена до опори.

Невагомість - нульова вага, може виникати, якщо відсутня сила тяжіння, тобто тіло достатньо масивних об'єктів, які можуть притягувати його.

Міжнародна космічна станція знаходиться на відстані 350 км від Землі. На такому видаленні прискорення вільного падіння (g) становить 8,8 м/с2, що лише на 10% менше, ніж поверхні планети.

Насправді рідко зустрінеш - гравітаційний вплив існує завжди. На космонавтів, які перебувають на МКС, як і раніше, діє Земля, проте невагомість там присутня.

Інший випадок невагомості виникає, якщо сила тяжкості компенсована іншими силами. Наприклад, МКС піддається силі тяжкості, трохи зменшеної за рахунок відстані, але також станція рухається по круговій орбіті з першою космічною швидкістю і відцентрова сила компенсує тяжіння.

Невагомість на Землі

Явище невагомості можливе і Землі. Під впливом прискорення вага тіла може зменшуватися і навіть стає негативною. Класичний приклад, який наводять фізики - ліфт, що падає.

Якщо ліфт рухається вниз з прискоренням, то тиск на підлогу ліфта, а отже, і вага буде зменшаться. Причому якщо прискорення дорівнює прискоренню вільного падіння, тобто ліфт падає, вага тіл стане нульовою.

Негативна вага спостерігається, якщо прискорення руху ліфта перевищить прискорення вільного падіння - тіла, що знаходяться всередині, «прилипнуть» до стелі кабіни.

Цей ефект широко застосовується для симуляції невагомості під час підготовки космонавтів. Літак обладнаний камерою для тренувань піднімається на значну висоту. Після чого пікірує вниз по балістичній траєкторії, по суті, на поверхні землі машина вирівнюється. При пікіруванні з 11 тисяч метрів можна отримати 40 секунд невагомості, якими користуються для тренувань.

Існує хибна думка, що подібні виконують складні фігури, на кшталт «петлі Нестерова», для отримання невагомості. Насправді, для тренувань використовуються доопрацьовані серійні пасажирські літаки, які не здатні на складні маневри.

Фізичний вираз

Фізична вага (P) при прискореному русі опори, будь то падаючий ліф або пікіруючий, має такий вигляд:

де m - маса тіла,
g – прискорення вільного падіння,
a – прискорення опори.

За рівності g і a, P=0, тобто досягається невагомість.

Навіть людина, яка не цікавиться космосом, хоч раз бачила фільм про космічні подорожі або читала про такі речі в книгах. Практично у всіх подібних творах люди ходять по кораблю, нормально сплять, не мають проблем із прийомом їжі. Це означає, що у цих - вигаданих - кораблях є штучна гравітація. Більшість глядачів сприймає це як щось цілком природне, але це зовсім не так.

Штучна гравітація

Так називають зміну (у будь-який бік) звичної для нас гравітації шляхом застосування різних способів. І робиться це у фантастичних творах, а й у цілком реальних земних ситуаціях, найчастіше, для експериментів.

Теоретично створення штучної гравітації виглядає негаразд складно. Наприклад, відтворити її можна за допомогою інерції, точніше, Потреба в цій силі виникла не вчора - сталося це відразу, як тільки людина почала мріяти про тривалі космічні перельоти. Створення штучної гравітації в космосі дозволить уникнути безлічі проблем, що виникають при тривалому знаходженні в невагомості. У космонавтів слабшають м'язи, кістки стають менш міцними. Подорожуючи за таких умов місяці, можна отримати атрофію деяких м'язів.

Таким чином, на сьогоднішній день створення штучної гравітації – завдання першорядної важливості, без цього вміння просто неможливе.

Матчастина

Навіть ті, хто знають фізику лише на рівні шкільної програми, розуміють, що гравітація - один із фундаментальних законів нашого світу: всі тіла взаємодіють один з одним, відчуваючи взаємне тяжіння/відштовхування. Чим більше тіло, тим вища його сила тяжіння.

Земля для нашої реальності – об'єкт дуже масивний. Саме тому всі без винятку тіла довкола до неї притягуються.

Для нас це означає, що прийнято вимірювати в g, що дорівнює 9.8 метра за квадратну секунду. Це означає, що якби під ногами у нас не було опори, ми б падали зі швидкістю, яка щомиті збільшується на 9.8 метра.

Таким чином, лише завдяки гравітації ми здатні стояти, падати, нормально їсти та пити, розуміти, де знаходиться верх, де низ. Якщо тяжіння зникне – ми опинимося у невагомості.

Особливо добре знайомі з цим феноменом космонавти, які опиняються в космосі в стані ширяння - вільного падіння.

Теоретично вчені знають, як створити штучну гравітацію. Існує кілька методик.

Велика маса

Найлогічніший варіант – зробити настільки великим, щоб на ньому виникала штучна гравітація. На кораблі можна буде почуватися комфортно, оскільки не буде втрачено орієнтацію у просторі.

На жаль, цей спосіб за сучасного розвитку технологій нереальний. Щоб спорудити такий об'єкт, потрібно дуже багато ресурсів. Крім того, для його підйому буде потрібна неймовірна кількість енергії.

Прискорення

Здавалося б, якщо потрібно досягти g, рівного земному, потрібно лише надати кораблю плоску (платформоподібну) форму, і змусити його рухатися перпендикуляром до площини з потрібним прискоренням. Таким шляхом буде отримано штучну гравітацію, причому - ідеальну.

Однак насправді все набагато складніше.

Насамперед варто врахувати паливне питання. Для того, щоб станція постійно прискорювалася, необхідно мати безперебійне джерело живлення. Навіть якщо раптово з'явиться двигун, який не викидає матерію, закон збереження енергії залишиться в силі.

Друга проблема полягає у самій ідеї постійного прискорення. Згідно з нашими знаннями та фізичними законами, неможливо прискорюватися до нескінченності.

Крім того, такий транспорт не підходить для дослідницьких місій, оскільки він має постійно прискорюватись – летіти. Він зможе зупинитися вивчення планети, він навіть повільно пролетіти навколо неї зможе - треба прискорюватися.

Таким чином, стає ясно, що і така штучна гравітація нам поки що недоступна.

Карусель

Кожен знає, як обертання каруселі впливає тіло. Тому влаштування штучної гравітації за цим принципом здається найбільш реальним.

Все, що знаходиться в діаметрі каруселі, прагне випасти з неї зі швидкістю приблизно рівної швидкості обертання. Виходить, що на тіла діє сила, спрямована вздовж радіуса об'єкта, що обертається. Це дуже схоже на гравітацію.

Отже, потрібний корабель, що має циліндричну форму. При цьому він має обертатися довкола своєї осі. До речі, штучна гравітація на космічному кораблі, створена за цим принципом, досить часто демонструється в науково-фантастичних фільмах.

Бочкоподібний корабель, обертаючись навколо поздовжньої осі, створює відцентрову силу, напрямок якої відповідає радіусу об'єкта. Щоб обчислити прискорення, що отримується, потрібно розділити силу на масу.

У цій формулі результат розрахунків – прискорення, перша змінна – вузлова швидкість (вимірюється у кількості радіан за секунду), друга – радіус.

Відповідно, для отримання звичної нам g, необхідно грамотно поєднувати і радіус космічного транспорту.

Подібна проблема висвітлена у таких фільмах, як «Інтерсолах», «Вавілон 5», «2001 рік: Космічна одіссея» та подібні до них. У всіх цих випадках штучна гравітація наближена до прискорення земного вільного падіння.

Якою б не була хороша ідея, реалізувати її досить складно.

Проблеми методу "карусель"

Найочевидніша проблема висвітлена у «Космічній одіссеї». Радіус «космічного перевізника» складає близько 8 метрів. Щоб отримати прискорення в 9.8, обертання має відбуватися зі швидкістю, приблизно, 10.5 обороту щохвилини.

При зазначених величинах проявляється «ефект Коріоліса», який у тому, що у різному віддаленні від статі діє різна сила. Вона безпосередньо залежить від кутової швидкості.

Виходить, штучна гравітація в космосі створена буде, проте надто швидке обертання корпусу призведе до проблем із внутрішнім вухом. Це, своєю чергою, викликає порушення рівноваги, проблеми з вестибулярним апаратом та інші - аналогічні - труднощі.

Виникнення цієї перепони свідчить, що подібна модель вкрай невдала.

Можна спробувати піти від зворотного, як надійшли у романі «Мир-Кольцо». Тут корабель виконаний у формі кільця, радіус якого наближений до радіусу нашої орбіти (близько 150 млн км). При такому розмірі його обертання цілком достатньо, щоб ігнорувати ефект Коріоліса.

Можна припустити, що проблему вирішено, проте це зовсім не так. Справа в тому, що повний оберт цієї конструкції навколо своєї осі займає 9 днів. Це дозволяє припустити, що навантаження виявляться занадто великими. Для того щоб конструкція їх витримала, необхідний дуже міцний матеріал, який на сьогоднішній день ми не маємо. Крім того, проблемою є кількість матеріалу та безпосередньо процес будівництва.

В іграх подібної тематики, як і у фільмі «Вавилон 5», ці проблеми якимось чином вирішені: цілком достатня швидкість обертання, ефект Коріоліса не є суттєвим, гіпотетично створити такий корабель можливо.

Однак навіть такі світи мають нестачу. Звати його – момент імпульсу.

Корабель, обертаючись навколо осі, перетворюється на величезний гіроскоп. Як відомо, змусити гіроскоп відхилитися від осі вкрай складно завдяки важливому, щоб його кількість не залишала систему. Це означає, що задати напрямок цьому об'єкту буде дуже складно. Однак таку проблему можна вирішити.

Рішення проблеми

Штучна гравітація на космічній станції стає доступною, коли на допомогу приходить «циліндр О'Ніла». Для створення цієї конструкції необхідні однакові циліндричні кораблі, які з'єднують уздовж осі. Обертатися вони мають у різні боки. Результатом такої збірки є нульовий момент імпульсу, тому не повинно виникнути труднощів із наданням кораблю необхідного спрямування.

Якщо можна зробити корабель радіусом близько 500 метрів, то він працюватиме так, як і повинен. При цьому штучна гравітація в космосі буде цілком комфортною та придатною для тривалих перельотів на кораблях чи дослідницьких станціях.

Space Engineers

Як створити штучну гравітацію, відомо творцям гри. Втім, у цьому фантастичному світі гравітація - це взаємне тяжіння тіл, але лінійна сила, покликана прискорити предмети у заданому напрямі. Тяжіння тут не абсолютно, воно змінюється при перенаправленні джерела.

Штучна гравітація на космічній станції створюється за допомогою спеціального генератора. Вона рівномірна та рівноспрямована в зоні дії генератора. Так, у реальному світі, потрапивши під корабель, в якому встановлено генератор, ви були б притягнуті до корпусу. Однак у грі герой падатиме доти, поки не залишить периметр дії пристрою.

Сьогодні штучна гравітація в космосі, створена таким пристроєм, для людства недоступна. Однак навіть вибілені сивини розробники не перестають мріяти про неї.

Сферичний генератор

Це найбільш реалістичний варіант устаткування. При його встановленні гравітація має напрямок до генератора. Це дає можливість створити станцію, гравітація якої дорівнюватиме планетарній.

Центрифуга

Сьогодні штучна гравітація Землі зустрічається у різних пристроях. Засновані вони здебільшого на інерції, оскільки ця сила відчувається нами аналогічно гравітаційному впливу – організм не розрізняє, яка причина викликає прискорення. Як приклад: людина, що піднімається в ліфті, відчуває вплив інерції. Очима фізика: підйом ліфта додає до прискорення вільного падіння прискорення кабіни. При поверненні кабіни до розміреного руху «надбавка» у вазі зникає, повертаючи звичні відчуття.

Вчених давно цікавить штучна гравітація. Центрифуга використовується для цих цілей найчастіше. Цей метод підходить не тільки для космічних кораблів, але і для наземних станцій, в яких потрібно вивчати гравітацію на людський організм.

Вивчити на Землі, застосовувати в...

Хоча вивчення гравітації розпочалося із космосу, це дуже земна наука. Навіть на сьогоднішній день досягнення у цій сфері знайшли своє застосування, наприклад, у медицині. Знаючи, чи можливо створити штучну гравітацію на планеті, можна використовувати її для лікування проблем з руховим апаратом чи нервовою системою. Понад те, вивченням цієї сили займаються передусім Землі. Це дає можливість космонавтам проводити експерименти, залишаючись під пильною увагою лікарів. Інша справа штучна гравітація в космосі, там немає людей, здатних допомогти космонавтам у разі непередбаченої ситуації.

Маючи на увазі повну невагомість, не можна брати до уваги супутник, що знаходиться на навколоземній орбіті. На ці об'єкти, хай і малою мірою, впливає земне тяжіння. Силу тяжкості, що утворюється у таких випадках, називають мікрогравітацією. Реальну гравітацію відчувають лише в апараті, що летить з постійною швидкістю у відкритому космосі. Втім, людський організм цієї різниці не відчуває.

Випробувати на собі невагомість можна при затяжному стрибку (до того як купол розкриється) або під час параболічного зниження літака. Такі експерименти часто ставлять у США, але у літаку це відчуття триває лише 40 секунд – це замало для повноцінного вивчення.

У СРСР ще 1973 року знали, чи можна створити штучну гравітацію. І не просто створювали її, а й певною мірою змінювали. Яскравий приклад штучного зменшення сили тяжіння – сухе занурення, іммерсія. Для досягнення необхідного ефекту потрібно покласти цупку плівку на поверхню води. Людина розміщується поверх неї. Під вагою тіла організм поринає під воду, нагорі залишається лише голова. Ця модель демонструє беззаперечність із зниженою гравітацією, яка характерна для океану.

Немає необхідності вирушати до космосу, щоб відчути на собі вплив протилежної невагомості сили – гіпергравітації. При зльоті та посадці космічного корабля, в центрифузі навантаження можна не тільки відчути, а й вивчити.

Лікування гравітацією

Гравітаційна фізика вивчає навіть вплив невагомості на організм людини, прагнучи мінімізувати наслідки. Однак велика кількість досягнень цієї науки здатна стати в нагоді і звичайним жителям планети.

Великі надії медики покладають дослідження поведінки м'язових ферментів при міопатії. Це тяжке захворювання, що веде до ранньої смерті.

При активних фізичних заняттях у кров здорової людини надходить великий обсяг ферменту креатинофосфокінази. Причина цього явища незрозуміла, можливо, навантаження впливає на мембрану клітин таким чином, що вона «дірявиться». Хворі на міопатію отримують той же ефект без навантажень. Спостереження за космонавтами показують, що у невагомості надходження активного ферменту в кров значно знижується. Таке відкриття дозволяє припустити, що застосування імерсії дозволить знизити негативний вплив факторів, що призводять до міопатії. На даний момент проводяться досліди на тваринах.

Лікування деяких хвороб вже сьогодні проводиться з використанням даних, отриманих щодо гравітації, зокрема штучної. Наприклад, проводиться лікування ДЦП, інсультів, Паркінсона шляхом застосування навантажувальних костюмів. Практично закінчено дослідження позитивного впливу опори – пневматичного черевика.

Чи полетимо на Марс?

Останні досягнення космонавтів дають надію на реальність проекту. Є досвід медичної підтримки людини при тривалому перебування далеко від Землі. Багато користі принесли і дослідницькі польоти до Місяця, сила гравітації на якому в 6 разів менша за нашу рідну. Тепер космонавти та вчені ставлять перед собою нову мету – Марс.

Перш ніж вставати в чергу за квитком на Червону планету, слід знати, що очікує організм вже на першому етапі роботи – у дорозі. У середньому дорога до пустельної планети займе півтора роки – близько 500 діб. Розраховувати в дорозі доведеться тільки на власні сили, допомоги чекати просто ні звідки.

Підточуватиме сили безліч факторів: стрес, радіація, відсутність магнітного поля. Найголовніше ж випробування для організму – зміна гравітації. У подорожі людина «ознайомиться» із кількома рівнями гравітації. Насамперед це перевантаження при зльоті. Потім – невагомість під час польоту. Після цього - гіпогравітація у місці призначення, тому що сила тяжкості на Марсі менше 40% земної.

Як справляються з негативним впливом невагомості у тривалому перельоті? Є надія, що розробки в галузі створення штучної гравітації допоможуть вирішити це питання в найближчому майбутньому. Досліди на щурах, що подорожують на «Космос-936», показують, що цей прийом не вирішує всіх проблем.

Досвід ОС показав, що набагато більше користі організму здатне принести застосування тренажерних комплексів, здатних визначити необхідне навантаження для кожного космонавта індивідуально.

Поки що вважається, що на Марс полетять не лише дослідники, а й туристи, які бажають заснувати колонію на Червоній планеті. Для них, принаймні перший час, відчуття від перебування в невагомості переважать усі докази медиків про шкоду тривалого перебування в таких умовах. Однак через кілька тижнів допомога буде потрібна і їм, тому так важливо зуміти знайти спосіб створити на космічному кораблі штучну гравітацію.

Підсумки

Які висновки можна зробити про створення штучної гравітації у космосі?

Серед усіх варіантів, що розглядаються в даний момент, найбільш реалістично виглядає конструкція, що обертається. Однак за нинішнього розуміння фізичних законів це неможливо, оскільки корабель - це не порожнистий циліндр. Усередині нього є перекриття, що заважають втіленню ідей.

Крім того, радіус корабля повинен бути настільки великим, щоб ефект Коріоліса не суттєво впливав.

Щоб керувати чимось подібним, потрібно згаданий вище циліндр О'Ніла, який дасть змогу керувати кораблем. В цьому випадку підвищуються шанси застосування такої конструкції для міжпланетних перельотів із забезпеченням команди комфортним рівнем гравітації.

Перш ніж людству вдасться втілити свої мрії у життя, хотілося б бачити у фантастичних творах трішки більшої реалістичності та ще більшого знання законів фізики.

Не в кожного вистачить грошей полетіти в космос, але на невагомість може наскрести кожен

Індустрія космічного туризму оцінюється в сотні мільйонів доларів і пов'язана з багатьма нюансами: після внесення оплати треба встати в багаторічну чергу з бажаючих, а потім довго готуватися до польоту. Втім, стан невагомості – головне космічне відчуття – можна випробувати набагато швидше та дешевше. І головне – не покидаючи меж Землі.

Звичайно, випробувати тривалу невагомість – таку, яку відчувають космонавти на орбіті – у земних умовах, звісно ж, не вийде. А ось так звана короткочасна невагомість зовсім інша річ. В основному подібні послуги надають у Зоряному містечку, Центрі підготовки космонавтів (ЦПК). Щоб ненадовго випробувати невагомість на Землі, треба бути старшим 21 року. Мінімум за півтора місяці необхідно записатися в чергу, докладно заповнити анкету (ніби в податковій), вказавши всі дані про сім'ю, роботу та здоров'я (все це місцева служба безпеки потім перевірить). Потім кандидатам належить пройти медкомісію в районній поліклініці та надати до ЦПК відому довідку за формою №86 про те, що у вас немає жодних проблем із серцем та судинами. Крім цього, лікарі ЦПК проведуть повторний огляд, після закінчення якого вони можуть не допустити кандидата до своїх «атракціонів», проте гроші за подібну екскурсію вже не повернуть.

Цілком природно, що крім Зоряного містечка існують і інші способи відчути невагомість і близькі до неї відчуття. Пропонуємо до вашої уваги 6 різних варіантів.

Центрифуга в ЦПК (Зоряне містечко)

Колись в одному з приміщень ЦПК було збудовано спеціальну центрифугу вагою 300 т і діаметром 18 м. Використовується вона для моделювання перевантажень у земних умовах і, зокрема, дозволяє випробувати фізіологічну невагомість. Бажаючого спробувати силу 300-тонної центрифуги одягають у глухий скафандр, потім садять у спеціальне крісло, до якого спочатку підключають численні датчики. Повністю споряджене крісло з посадженим до нього добровольцем підвозять до центрифуги і, закотивши всередину, включають двигун. Обертання на центрифузі триває три хвилини, невагомість у разі досягається з допомогою перерозподілу рідини в організмі. Усі три хвилини за показаннями датчиків спостерігатимуть лікарі та інструктор. Але є й аварійний спосіб попередити про нестерпність перевантажень: усередині центрифуги людина має міцно триматися за спеціальний важіль. Якщо його відпустити, медики та фахівці отримають екстрений сигнал про те, що людина знепритомніла, і одразу відключать центрифугу.

Вартість послуги: 55 000 рублів з особи

Гідролабораторія (Зоряне містечко)

Цього року виповнюється тридцять років з того часу, як у гідролабораторії Зоряного містечка почали тренувати космонавтів перед польотами. Лабораторія є величезним басейном довжиною 23 м і 12 м у глибину, на дні якого встановлено макет МКС. Саме на ньому космонавти тренуються перед тим, як вперше вийти у відкритий космос. Як і в інших атракціонах ЦПК, усі охочі проходять обов'язкову медкомісію, потім прослуховують теоретичну лекцію, а вже після - і це займає не менше півгодини - надягають складноулаштований, важкий і вкрай неповороткий скафандр, оснащений спеціальними свинцевими вантажами (все разом важить близько 200 кг). . І лише потім за допомогою крана добровольців акуратно занурюють на дно. Занурення проходить з інструктором, який принагідно дає завдання перенести якусь деталь макета під водою з одного місця на інше. Саме на максимальній глибині і з'являється відчуття невагомості - схоже на те, яке відчуває космонавт, що працює у відкритому космосі. Весь процес триває чотири години; під водою людина проводить дві. Увага: до червня замовлення не приймаються.

Вартість послуги: 182 000 рублів з особи

Політ на МіГ-29

Ще один спосіб випробувати невагомість – взяти участь у польоті на МіГ-29. Під час виконання фігур вищого пілотажу ті, хто перебуває у кабіні, відчувають невагомість, щоправда, буквально кілька секунд. Подібні польоти для цивільних осіб організовують у Нижньому Новгороді. Займає захід весь день і починається рано-вранці: приїжджати і заселятися в готель рекомендується напередодні. У цьому випадку до готелю приїде інструктор і розповість про майбутню програму. Записуватись необхідно за півтора місяці, щоб служба безпеки встигла перевірити, чи не шпигун новоприбулий. Всім охочим, хто був визнаний чесним громадянином, пропонується вибрати одну з трьох можливих програм: політ у тропосфері на висоті 12 км, на висоті 18 км та політ у стратосфері на висоті 21 км. В останньому випадку з ілюмінатора з одного боку буде видно зоряне небо, а з іншого - округлий контур Землі. Залежно від висоти польоти тривають від 25 до 50 хвилин. Перед польотом усі проходять медогляд: лікарі перевіряють тиск і пульс.

Вартість послуги: політ на висоті 12 км – 380 000 руб./чол.; політ на висоті 18 км - 480 000 руб. / Чол.; політ висотою 21 км - 595 000 крб./чел.

Польоти на Іл-76

Хоча може здатися, що монополія на справжню космічну невагомість цілком належить Зоряному містечку, є ще один спосіб долучитися до буднів космонавтів - здійснити політ Іл-76, радянському військово-транспортному літаку. Усі правила Центру підготовки космонавтів діють і тут: ретельний медогляд, а потім передполітна підготовка. Один політ триває до півтори години, і за цей час, як кажуть організатори, «виконується до десяти режимів невагомості» по 25 з кожної. Невагомість застає 15 сміливців на борту під час польоту так званою кривою Кеплера. Як стверджують організатори, туристи можуть замовити відеозйомку на борту, але тут варто бути готовим до деяких казусів - багатьох з незвички нудить. Увага: польоти тимчасово призупинено, але незабаром їх обіцяють відновити.

Вартість послуги: 1 800 000 на групу із 15 осіб

Аеротруба

Аеротруб дозволяє відчути себе повітроплавцем: повітряний потік підхоплює людину і підвішує в повітрі, підкидаючи в різні боки. Відчуття ці, звичайно, не є невагомістю у строгому значенні слова, проте аеротруба дозволяє парити на висоті до 10 м при ширині потоку 4 м. Головний плюс аеротруби в порівнянні з усіма наведеними вище способами – це відносна дешевизна та відсутність медкомісій. Плюс до всього, це абсолютно безпечно. Багато парашутистів, наприклад, тренуються саме в аеротрубах. У зоні польоту всі стіни мають м'яку оббивку, тут немає твердих предметів, а спеціальна захисна сітка пом'якшує падіння після вимкнення двигуна. До того ж поруч завжди знаходиться досвідчений інструктор, який щохвилини контролює політ. Рекомендована тривалість польоту для дівчини складає 5 хвилин; для чоловіка – до десяти. В аеротрубі можуть літати навіть діти (від 5 років), тому що для цього не потрібно бути атлетом із заниженим порогом самозбереження. Згідно з розпорядком, охочі зобов'язані уважно вислухати інструктора, який докладно розповість, як триматися у повітрі. Далі належить одягнутися у спеціальний комбінезон, одягнути шолом, потім невелике тренування і – у політ! Увага: швидкість вітру в аеротрубі досягає 200 км/год.

Вартість послуги: 4 хвилини – 3500 рублів з особи; 10 хвилин – 6500 рублів

Камера сенсорної депривації (флоатінг)

Ще одна можливість опинитися в умовній невагомості - це полежати годину-другу в камері сенсорної депривації (флоат-камері). Клієнтам обіцяють, що «плавучість, яку тіло набуває завдяки розчину солі, зводить до нуля вплив гравітації, підводячи людину впритул до переживання повної невагомості». Флоат-камера, глибина якої близько 30 см, трохи ширша за двоспальне ліжко; в ній міститься водний розчин, виготовлений з 400 кг солі. За допомогою термостату підтримується постійна температура – ​​близько 35 градусів за Цельсієм. Вважається, що це оптимальний температурний режим, при якому більшість людей не відчувають тепла чи холоду та швидко перестають відчувати зіткнення води з тілом. Усередині флоат-камери людина виявляється ізольованою від зовнішніх подразників: у неї не проникають ні звуки, ні світло, ні запахи.

Вартість послуги: 2000 рублів за процедуру за 1 годину